应用层解决具体应用的问题，传输层解决的是两个网络进程之间数据通信以及如何通信的问题（是否需要连接？是否需要可靠传输？是否需要报文？）。
而网络层主要解决的是数据包如何从一个主机发送到另一个主机，包含 路径选择，寻址，转发，网络拥塞控制等功能。
目录
[一. IP基本概念](#一. IP基本概念)
[二. IP报头格式](#二. IP报头格式)
[2.1 4位首部长和16位总长度](#2.1 4位首部长和16位总长度)
[2.2 8位协议与16位检验和](#2.2 8位协议与16位检验和)
[2.3 生存时间与源ip目的ip](#2.3 生存时间与源ip目的ip)
[2.4 版本号](#2.4 版本号)
[2.5 标识/片偏移和标志](#2.5 标识/片偏移和标志)
[三. 网段划分](#三. 网段划分)
[3.1 子网划分](#3.1 子网划分)
[3.2 特殊IP地址与IP数量限制](#3.2 特殊IP地址与IP数量限制)
[3.3 私有IP和公有IP](#3.3 私有IP和公有IP)
[四. 路由器和路由](#四. 路由器和路由)
[4.1 路由器](#4.1 路由器)
[4.2 路由](#4.2 路由)
[五. IP分片与组装](#五. IP分片与组装)
[5.1 IP报文为何需要分片？](#5.1 IP报文为何需要分片？)
[5.2 如何进行分片和组装](#5.2 如何进行分片和组装)
[5.3 分片的意义](#5.3 分片的意义)
一. IP基本概念
IP是用于定位和标识一个主机的位置的，用于跨主机将数据传输到目的主机。 有了对方IP我们才能再网络中进行路径选择。IP就是主机在网络上的逻辑地址
IP层收到上层（传输层）的数据后，会封装一个IP报头再交付给数据链路层。IP收到下层（数据链路层）的数据后会解析出IP报头，然后将其交付给的传输层。
二. IP报头格式
传输层的TCP/UDP有自己的报头，网络层也是如此。IPV4报头格式如下：
可以看到IP的固定首部长度是：(32 * 5) / 8 = 20 字节
2.1 4位首部长和16位总长度
4位首部长：用于计算IP报头的长度，计算方式是4位首部长 * 4。 由于固定长度是20字节，所以首部长最小值是 20/4 = 5 即 0101。同理也能获取最大值 (1111) * 4 = 15 * 4 = 60字节
16位总长度：用于表示整个IP报文的长度，16位总长度 - 4位首部长 = IP有效载荷的长度。
我们知道：TCP报头中并没有一个字段表示TCP报文长度，一般使用IP的有效载荷长度来表示TCP报文的长度
2.2 8位协议与16位检验和
8位协议：用于表示交付给上层的是何种协议，比如UDP/TCP。
16位检验和：用于检测IP报文有没有损坏（数据错误或者字节数多了/少了），如果发现错误就会丢失这个IP报文
可以看到，IP层并不保证可靠性（如果上层是TCP的话，这个报文就会被重传，如果是UDP的话，报文丢失了也没事，符合UDP特性）
2.3 生存时间与源ip目的ip
8位生存时间：网络传输中，我们无法保证一个IP报文能够被对方接收，为了避免IP报文长时间无法到达对方（比如进入了环路永远无法到达地方）从而导致网络阻塞。设置了一个生存时间TTL，每当IP报文被传输到下一跳，TTL就会-1。当TTL = 0时候，这个报文就会被丢弃。
源ip和目的ip：用于标识该报文的发送方IP和接收方IP，方便寻址和每一个节点转发报文
2.4 版本号
用于标识使用的协议是IPV4还是IPV6，由于IPV4的格式只有32位，最多表示2^32 - 1 的主机。也就是4294967295，42亿个IP地址。可是目前全球人类有80多亿，一个也不可能只有一台主机。所以IPV4提供的IP地址是明显不够的
而新提出的IPV6是128位，最多提供2^128 - 1 个IP地址，远大于80亿。
这里给出IPV6的报文格式，但不过多赘述。
2.5 标识/片偏移和标志
用于IP的分片和组装，后续会详细说明
三. 网段划分
3.1 子网划分
什么是子网划分？
网段划分就类似于学校中的学号划分 2022（年份） 1100（学院/专业） 05（班级） 38（班级编号）
为什么要子网划分?
我们的IP也是一样，互联网中的每一台主机，都必须要位于某一个子网。可以通过子网定位这一台主机，通过你属于哪一个子网，可以排除大量其他IP地址。
如何进行子网划分，谁来做这个工作？
IP地址有32位，子网划分是运营商划分的（联通，电信，移动）
网络号：保证相互连接的两个网段具有不同的标识
主机号：表示同一个网络中，不同的主机具有相同的网络号，但是具有不同的网络号
路由器属于不同的网段，所以路由器具有不同的ip地址，通常是网段子网号.1
每一个子网中新增一台主机，这台主机的网络号必须与子网的网络号相同。那么这些子网内的ip地址是不是需要管理呢？
子网内的ip地址的管理是由内部的DHCP完成的
由于A类B类C类这样划分子网会导致浪费大量的IP地址，引入了一个子网掩码概念
网络号 = ip地址 & 子网掩码
目标网络和子网掩码，子网中的主机，都会由路由器管理
3.2 特殊IP地址与IP数量限制
0.0.0.0表示局域网，1.1.1.1表示广播地址。127.0.0.1表示本地回环地址
为了解决IP地址的数量限制，目前有下面这些技术：
1 动态分配IP地址（DHCP），只给接入网络的主机分配IP，不接入网络只有MAC地址。这样就能缓解IP数量限制，不过这样一台主机可能会有多个不同的IP地址
2 NAT技术：将网络分为内网和公网，通过内网IP->公网IP来缓解IP数量限制
3 IPV6：拥有2^128-1个IP地址，是解决IPV4地址不够的终极方案。不过目前全球还没有完全推广
3.3 私有IP和公有IP
如果一个局域网内部组织网络，IP地址只用于局域网内中通信。理论上来说，可以随意使用任意的IP地址。但是官方规定了：
以10*开头的
172.16 到 172.31
192 168 *
只能用上面的三类IP地址来建立私有IP，其他的都是公网IP。
我们访问服务器，必须要通过运营商的路由，然后访问目的IP地址。所以 翻墙翻的就是绕过运营商访问外网IP
四. 路由器和路由
4.1 路由器
路由器是用于路由（转发），NAT（内网与公网转换），DHCP（动态分配IP地址）的装置。可以用于组建局域网，不过组建的时候只能使用内网IP。
路由器一般有两个IP，分别为LAN口IP和WAN口IP。LAN口IP是子网IP，用于对内的，WAN口IP是用于对外的
子网中的主机想要对外通信，路由器需要将IP首部的IP地址替换为WAN口IP，然后逐级替换，最后数据包中的IP地址就是公网IP。这种技术就是NAT技术
4.2 路由
主机向其他主机发送数据时候：
1 不知道目的IP在哪，也不知道路由器在哪：这种情况直接将数据发送给默认路由器进行路由
2 不知道目的IP在哪，但是知道某一个路由器A知道：将数据发送给路由器A
3 知道目的IP在哪，说明目的IP就在我的子网中：直接将数据发送给对应主机
我们使用route命令，即可查看路由表：
五. IP分片与组装
5.1 IP报文为何需要分片？
IP报文的最长长度是 2^16 -1 = 65535字节。IP的有效载荷最长长度是 65535 - 20 - 65515字节。相对的：TCP报文有效载荷最长是65535 - 20 - 20 = 65495字节，UDP最长有效载荷是65535 - 20 - 8 = 65,507字节。
虽然你们都很长，但是数据链路层却规定了自己的MAC协议帧，明确表示一个帧的有效载荷不可超过1500字节（MTU单元）。
这就表示，IP报文（报头+有效载荷）不可超过1500字节。
不过实际上，IP报文的长度不并由IP网络层决定。而是由传输层TCP/UDP决定，如果传输层发送了一个数据报长度是6666字节，IP层该怎么办？
之前提到的标识/片偏移和标志就是用于实现IP分片和组装的。
分片：当TCP/UDP报文长度超过1500字节时候就需要分片，由自己完成
组装：由对方主机的IP层完成。
传输层：TCP/UDP不关心IP是否分片，只关心自己有没有收到一个完整的报文
数据链路层：MAC帧不关心自己是否分片，只关心自己MAC帧传输到下一个主机
5.2 如何进行分片和组装
1 同一个报文的不同分片如何区分，比如首个分片，中间分片，最后分片？
标志和片偏移：用于标记某一个ip是否分片 标识：标识相同的ip报文分片，属于同一个IP数据报
没有分片：标志MF和片偏移Offset都为0
如果分片：
首个分片：标志MF是1，片偏移Offset是0
中间分片：标志MF是1，片偏移Offset > 0
最后分片：标志MF是0，片偏移Offset > 0
2 如何保证识别报文的先后顺序？
接收方通过标识将相同的ip分片组合在一起，通过片偏移来排序这些ip分片
3 如果由ip分片丢失了呢？如何解决
使用当前分片的起始地址 + 当前分片长度找到写下一关分片的片偏移，当发现不对之后这个ip数据报就会丢弃。然后UDP直接丢弃报文，TCP会重传
4 如何确定组装的IP数据报是正确的？
如果经过IP检验/TCP检验和/UDP检验和，都没有出错。该报文就是正常的，如果出错了就根据不同协议的规定处理即可
16位标识：如果IP报文因为MTU分片了，相同报文的每一个分片的标识位是相同的
3位标志：第一1暂时不用，第二个标志位标识静止分片（为1的话，如果报文过大直接丢弃该报文）。第三标志位表示"更多分片"，为1表示该分片后面还有分片，为0代表该分片是该报文的最后一个分片（即分片了的报文最后一个这位是0，其他分片是1）
13位分片片偏移：表示这个分片的是相对于原始IP数据报开始处的偏移量。即表示分片在原始报文的位置
5.3 分片的意义
分片是为了数据链路层更好的传输数据，通过分片我们虽然能保证数据有效传输，但是也会带来更多的操作和错误。（比如分片，组装需要时间，一个分片出错整个报文就丢失了）
所以我们正常写代码的情况下，能够减少TCP/UDP报文长度的情况下，尽量控制报文长度为1500字节以下，减少IP分片，提高通信效率