前言

之前我们讲的udp和tcp协议，是处于传输层的协议

而ip协议，是处于传输层下面的网络层的协议

一个报文传输的时候，表面上是一个主机的传输层运输到另一个主机的传输层，本质是其实是由应用层不断向下交付到数据链路层，再通过物理层通过各种信号什么的传输到对方的数据链路层，然后再不断向上解包分用

上一章我们讲tcp主要解决数据可靠地从一个主机传输到另一个主机，其实准确来说这是tcp/ip组合起来解决的

tcp主要是保证可靠性，ip则是提供将数据包从A主机运到B主机的能力

ip协议

以上就是ip协议的报文（报头+有效载荷）

有效载荷就是传输层tcp或者udp的完整报文，再加上ip自己的报头，组成一个完整的ip报文

32位目的ip和32位源ip地址

我们之前讲的，ip地址标明唯一主机，而端口号标明进程，所以ip+port可以表示互联网中唯一的进程

ip地址一共有32位，所以最大表示2^32，也就42亿，这个数字肯定远远满足不了现在需求的，所以就有了后面要讲的两个技术——NAT和IPV6，而网络也是分成公网和私网的

在认识ip协议的时候，我们也要体会到运营商在网络世界作出的不可磨灭的贡献

首部长度+总长度

4位首部长度和tcp报文里的一样，[0,15]×4，所以ip最大报头长度也是60字节，然后总长度减去报头长度就是有效载荷的长度，通过上面的关系也就能实现报头和有效载荷的问题了

8位服务协议

填传输层是tcp还是udp，发送方填充，对方识别，解决有效载荷向上交付的问题

第二行的16位标识和3位标记位和13位片偏移与数据链路层相关，放在后面一点再讲

网段划分

ip=网络号+主机号，但是ip地址总共也就42亿个，所以为了提高ip地址的利用率，将ip地址进行了分类，分成ABCDE五种，从前往后网络号占比增加，主机号减少

但是一个局域网内大部分都不会需要2^24个主机，大部分的需求是C类，所以C很快就不足了

所以为了再进一步提高ip地址的利用率，有了子网掩码技术

有了子网掩码以后，网络号和主机号的划分与这个ip地址是什么类无关

将ip地址与子网掩码按位与后得到的结果就是网络号

子网掩码虽然提高了使用率，但ip地址仍然还是不够用的，所以有了NAT技术

NAT

关于路由器的知识：

每个路由器有两个ip地址，能构建子网

路由器有一张表，根据目标ip进行查找，如果表中不存在目标ip地址，则发送给默认路由

路由器在转发的时候，会将源ip替换成WAN口ip，有的时候端口也会进行替换

在一个局域网内，一个信息发送后会被所有主机接受，就如同石头掉入湖里激起的波纹

收到信息后，不属于自己的就会被丢弃

公网的ip地址是唯一的，内网的ip允许重复，这大大缓解了ip地址不足的问题

上图假设局域网以地区来划分，方便理解，实际情况并不是这么简单粗暴

中国通过路由器构建一个很大的子网，包含各个省区，这里是公网

每个省区也通过路由器构建自己的子网，包含每个市

如何循环...

这样一圈套一圈下来后，最后的几个圈就是内网了，内网内的ip地址不能重复，但是子网之间的ip地址可以重复

服务器都是部署在公网的，那么内网里的机器是如何访问到内网的呢？

假如我用微信发送一条信息给朋友，这条信息是要先到达微信的后台服务器的，而服务器的公网ip地址我们肯定是知道的

从发送信息的子网里寻找目标ip，路由器将目标ip与子网掩码按位与发现网络号不一样，证明不在当前子网内，向外转发并进行源地址的替换，如此循环

如果目标ip与子网掩码按位与后发现网络号一样，证明在当前子网内，接下来对在该子网内的所有主机发送arp请求，目标主机收到arp请求后发送arp应答给回给路由器，这样就知道了目标主机的mac地址，通过mac协议（数据链路层）才能进行实际的发送

ip地址标明方向，mac才有一跳一跳的能力

arp协议——同一子网内，根据目标ip地址，得到目标mac地址

局域网中，任何时候只允许一台主机发送数据，如果同时发送会产生数据碰撞的问题

划分碰撞域——交换机

主机得到arp应答，会将arp应答缓存起来（有时间限制），如果收到许多同类型的，会将最新的缓存起来

任何一台主机，都可能即会收到arp应答，又会收到arp请求

arp请求，广播报文

arp应答

分片

受限于物理底层各种因素，如果要传送的数据太大，是会分片的，也就是将一个大的数据分成几个小的数据来发送

分片一定是不好的，提高了数据的发送个数，增加了丢包概率

如何做到不分片呢？将每次发送的数据限制在规定大小内，这也是之前为什么tcp发送缓冲区画成一小格一小格的原因