IP协议介绍
目录
一、基本概念
1、IP协议：
2、主机：
3、路由器：
4、节点：
二、协议头格式
1、4位版本号
2、4位首部长度
3、16位总长度
4、16位标识
5、13位片偏移
6、8位生存时间
7、16位头部校验和
8、32位源/目的IP地址
三、IP地址数量限制
1、动态分配IP地址
2、NAT网络地址转换（主力方案）
3、NAT背景下，网络通信有这几种方式
（1）同一个局域网下，设备A访问设备B
（2）公网设备A访问公网设备B
（3）不同局域网，设备A访问设备B
（4）局域网设备A访问公网设备B
（5）公网设备A访问局域网设备B
4、IPv6（终极方案）
四、网段划分
1、网络号、主机号
2、划分网络号与主机号
（1）编辑
（2）子网掩码
3、特殊IP地址
五、路由选择
1、路由器
2、路由选择过程
一、基本概念
1、IP协议：
IP协议定义了数据在网络中如何封装、寻址、传输和路由，是实现不同设备、不同网络之间通信的基础。
2、主机：
配有IP地址,但是不进行路由控制的设备。
3、路由器：
即配有IP地址，又能进行路由控制。
4、节点：
主机和路由器的统称。
二、协议头格式
1、4位版本号
指定IP协议的版本，比如IPv4的4为版本号就是“0100”，换成十进制是4。
2、4位首部长度
IP头部长度，length*4字节，4bit表示最大的数字是15,因此IP头部最大长度是60字节。
3、16位总长度
IP数据报整体占多少字节
4、16位标识
唯⼀的标识主机发送的报文，如果IP报文在数据链路层被分片了,那么每⼀个片里面的这个id都是相同的。
5、13位片偏移
是分片相对于原始IP报文开始处的偏移。其实就是在表示当前分片在原报⽂中处在哪个位置。实际偏移的字节数是这个值*8得到的。
6、8位生存时间
数据报到达⽬的地的最大报文跳数。⼀般是64。
7、16位头部校验和
使用CRC进行校验,来鉴别头部是否损坏。
8、32位源/目的IP地址
表⽰发送端和接收端，是IP协议里面最核心的部分
三、IP地址数量限制
IPv4是一个4字节32位整数，⼀共只有2^32次方个IP地址，而IP协议规定，每个主机都必须有一个IP地址，但是这43亿的IP地址对于我们现在来说远远不够，因此我们有以下这些解决方案。
1、动态分配IP地址
只给接入网络的设备分配IP地址，因此同⼀个MAC地址的设备,每次接⼊互联网中得到的IP地址不⼀定是相同的 。
2、NAT网络地址转换（主力方案）
简单来说就是把IP地址分成两类：
（1）私网IP/内网IP：以10*，172.16-172.31，192.168*这三个开头的IP地址
（2）外网IP/公网IP：剩余的IP地址
注：外网IP是唯一的；
内网IP在不同的局域网中可以重复
3、NAT背景下，网络通信有这几种方式
（1）同一个局域网下，设备A访问设备B
IP本身不允许重复，因此没有影响，NAT不起作用。
（2）公网设备A访问公网设备B
公网本身IP也不重复，也不受影响。
（3）不同局域网，设备A访问设备B
不允许！因为不同局域网下设备的IP可以重复。
（4）局域网设备A访问公网设备B
采用网络地址映射
设备 A（私有 IP）直接发送数据给设备 B（公网 IP）时，公网无法反向定位到 A，通信会中断。NAT 的作用就是在局域网与公网之间 “翻译” 地址，建立两者的映射关系。
具体流程：
设备 A 发送请求，路由器执行 “源地址转换；
路由器将修改后的数据包发送到公网；
公网设备 B 响应，数据包返回路由器；
路由器执行 “目标地址转换”，转发给设备 A
（5）公网设备A访问局域网设备B
一般情况是不允许的，防止电脑被恶意攻击，但是可以通过内网穿透（借用其他带有公网IP的设备转发）实现。
过程和上面第四点是相反的，需要提前配置端口映射。
4、IPv6（终极方案）
IPv4使用4个字节作为IP地址，IPv6使用16个字节作为IP地址，2^128，这是一个天文数字，可以保证所有设备IP地址唯一，但是由于IPv6和IPv4不兼容，升级的话需要更换设备，所以现在IPV6普及率较低。
四、网段划分
1、网络号、主机号
网络号：保证相互连接的两个网段具有不同的标识;
主机号：同⼀网段内,主机之间具有相同的网络号,但是必须有不同的主机号;
同一个局域网中，网络号必须相同，主机号必须不同；
两个相邻的局域网中，网络号必须不同，主机号无限制
2、划分网络号与主机号
（1）
A类：0.0.0.0到127.255.255.255
B类：128.0.0.0到191.255.255.255
C类：192.0.0.0到223.255.255.255
D类：224.0.0.0到239.255.255.255
E类：240.0.0.0到247.255.255.255
（2）子网掩码
子网掩码通过与 IP 地址进行 “按位与” 运算，将 32 位 IP 地址分为两部分。
3、特殊IP地址
（1）将IP地址中的主机地址全部设为0，就成了网络号，代表这个局域网 （比如192.168.1.0）
（2）将IP地址中的主机地址全部设为1，就成了广播地址，⽤于给同⼀个链路中相互连接的所有主机发送数据包（192.168.10.255）;
（3）127.*的IP地址⽤于本机环回测试,通常是127.0.0.1
五、路由选择
1、路由器
一个路由器可以配置两个IP地址，WAN口连接运营商网线，LAN连自己的设备。
2、路由选择过程
路由的选择是“一跳一跳”的，通过IP协议，进行数据转发。
形如这个过程，我们逐渐询问接下来的地址，因为网络环境是相当复杂的，任何一个路由器无法存储所有网络信息，不过每个路由器都可以知道附近的网络情况。
如果没有匹配到，路由表有一个特殊的选项，就是向上一级跳越，因为路由器越往上涵盖的范围越大。
