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本章节将要讲解的是网络层协议：
IP协议是网络层最核心的协议，它主要解决数据传输中主机到主机的问题，而TCP是解决进程到进程的问题。
- IP = 目标网络+目标主机
路由器负责把数据从一个子网（局域网）路由到另一个子网，传统路由器只具备网络层及以下的功能。当代路由器已经是小型计算机了。
基本概念：
- 主机：配有IP地址，也要进⾏路由控制的设备；
- 路由器：即配有IP地址，⼜能进⾏路由控制；
- 节点：主机和路由器的统称；
IP协议报头
内核源码：
struct iphdr {unsigned char version : 4;unsigned char ihl : 4;unsigned char tos;unsigned short tot_len;unsigned short id;unsigned short frag_off;unsigned char ttl;unsigned char protocol;unsigned short chksum;IPADDR src_addr;IPADDR dst_addr;
};4位版本：标识IP的版本，IPv4 的值为4，IPv6 的值为6。
4位首部长度：表示报头的长度
因为报头的选项长度是不确定的，所以报头长度就不是固定的，需要首部长度来标识报头的长度。
首部长度：4bite位（0~15），基本单位是4字节，也就是说首部长度需要乘以4字节才是所表示的报头长度，所以它能表示的长度范围是[0*4，15*4]字节。如上图TCP报头至少是20字节，x*4 = 20，x=5；即首部长度范围[5，15]。tcp报头长度一定能整除4字节。
8位服务类型
定义数据包的优先级和服务类型
16位总长度：整个数据包的长度，即报头+有效载荷
16位标识，3位标志，13位偏移和分片有关，到后续文章分片技术进行讲解。
8位生存时间
本质是计数器，数据包每经过一个路由器减 1，归零时丢弃。目的是防止因路由环路导致数据包无限循环（如 TTL=64 时最多经过 64 跳）。
8位协议
标识上层协议类型（如 TCP、UDP、ICMP），接收方需知道将数据交给哪个上层协议处理（例如 6=TCP，17=UDP）。
16位首部校验和
校验 IP 报头是否传输错误，确保报头字段（如目标 IP、协议类型）未被篡改或损坏。例如：电会产生磁场，会影响另一个线的流动，导致bite位反转，波峰变成波谷。
32位源/目的IP地址
标识发送方和接收方的逻辑地址，互联网依赖 IP 地址寻址，确保数据包能路由到正确目标，源地址用于回复或错误报告（如 ICMP）。
选项字段
扩展功能（如记录路由、时间戳），用于调试或特殊需求（现较少使用，因增加路由器处理负担）。
- 注意：IP版本基本上都是IPV4，IPV4和IPV6不兼容。
- 注意：IP不解决可靠性问题，但要保证交付的是正确的报文。
子网划分
共识：网络本身是几十年发展的产物，在网络建设时，是经历了几十年的规划建设的！—— 网络是被设计过的。
把一个局域网比作是学校，把主机比作是学生，IP比作是学号。我们拿着IP在网络中找到一个主机，和拿着学号在学校里找到一个学生差不多。我们并不是拿着学号去找学生一个一个比对，把所有人都遍历一遍，这样效率太低了。而是在学号上做特殊设计，比如
学号 = 学院号 + 班级号 + 班级内序号
这样就只需要做三轮比对就能快速找到对应的学生。
数据如何在网络中找到对端主机呢？
举个例子，比如数统院李四捡到了学生证，学号是0625866，找到并归还给对应学生的过程如下：
李四捡到学生证，发现学号开头是06，他知道绝对不是他们院的，但并不知道是那个院，只能交给学生会主席，学生会看到后知道是机械学院的，然后给隔壁学生会传，同样的一直传的机械学院，机械学生会看到是06开头后知道是给咱们院的，然后根据学号的后几位找到对应的学生张三。
- 张三、李四：通信主机
- 单个学院：局域网（内网，子网）
- 整个学校：广域网（外网，公网）
- 学院主席：路由器
- 学号：IP地址；学号=院号+院内编号；IP=网络位+主机位。
- 张三->学生会主席：内网转发
- 学生会主席->校群：公网转发
- 划分学院：子网划分
- 学校：运营商
学校的各种机制：学院、院号、学号等等在我们没有上大学时已经设计过好了，等上大学直接给我分配学号。同样的当我们上网时会给主机分配IP，当我们退出网络，这个IP就会分配给其他人使用。
为什么要子网划分？
快速高效的找到对应的主机通信。路由报文本质是查找主机，查找的本质：淘汰的过程。那么淘汰效率越高，查找效率就能越高。完成子网划分后可以根据网络号一次淘汰大量的主机，缩小查找范围，而不是一个一个的去遍历。
- 注意：路由器即属于子网1也属于子网2。
- 注意：在同一个子网内，网络号一定相同，主机号一定不同。
- 注意：路由器至少要配两个IP（两张网卡）。
- 注意：路由器IP的主机标识往往都是1。
分类划分法
IP地址占4字节，也就是32个比特位，我们知道IP是由网络位和主机位组成的，所以需要区分出那些位是网络位，那些位是主机位。
最早期使用分类划分法进行划分，如下：
整个IP分为三个部分，开头部分是用来区分该IP是属于哪一类，中间这一部分标识的是网络位，最后几位标识的是主机位。
为什么要分类？不同国家和地区对网络位和主机位的数量需求不同。
IP地址是四字节，只能表示1到42亿左右，，而全球人口已经到了80.2亿，IP成了一种稀缺资源。各个国家运营商都在抢，抢到后就可以构建自己的子网。
以上是最早期的IP划分方式，有很多缺点，有的国家拿到了某一类IP，但可能网络位或主机位用不完，造成浪费等等。
该方式划分得太粗了，太浪费，所以有了新的划分方式。使用子网掩码。
子网掩码
子网掩码：以若干个1开头以0为结尾的数字。IP地址跟子网掩码进行按位与得到网络号。如下：
子网掩码存在的意义？把网络划分得更细，更灵活。通过设定子网掩码中1的个数就能划分出网络位与主机位。
子网掩码和IP地址（网络号）要配置到路由器内部。
主机号0和全F已经作为特殊用途使用，真正标识主机的只有
子网范围=2^(子网掩码中0的个数)-2
个。主机号为0，则IP表示网络号。如果为全F，表示广播地址（所有主机）。
- 注意：两种划分方式不冲突，而是互补。
- 注意：子网掩码的划分方式只是提高了利用率，没有提高上限。
- 注意：因为IPv4稀缺，提出了IPv6，占16字节。中国在推广。其次现在NAT技术几乎已经解决了IPv4稀缺的问题。
关于NAT技术和分片技术，在下一期文章讲解。
非常感谢您能耐心读完这篇文章。倘若您从中有所收获，还望多多支持呀！
