前置认识
ip=网络地址+主机地址
Mac是应用于局域网，只在局域网里的唯一性，而IP地址是保证在全网里的唯一性的，其实在数据传输过程中有两套地址，Mac地址会一直根据目的地址而改变，而IP地址始终不变，现在的IP地址一般使用IPv4，代表IP地址有四字节，还有其他的，比如说IPv6等等，IPv6有128个比特位表示IP地址，大概16个字节
如果目标主机和源主机不在同一个子网，源主机就要先把数据交给路由器，路由器解包后，知道Mac的源地址和目标地址确认这个数据需要通过自己传出去，通过查自己的表才能转发到另外一台主机，路由器可以通过解包封装再次把报文传出去，这是把以太网协议转化为令牌环网协议，这样IP协议依靠路由器屏蔽了底层网络的差异化，而路由器需要搭配两张网卡才能实现这种功能
所以IP地址在传输过程中一般不会发生改变，但Mac地址在出局域网后会丢弃源和目的的地址，由路由器重新包装
bash
ifconfig路由器本质上也是一个子网的主机，也需要配备IP地址，而且因为路由器至少连接两个子网，所以路由器相当于有多个网卡，也就是有多个IP地址，路由器一般是子网中的第一台设备，一般主机号都是1，路由器不仅参与构建子网，还可以转发报头，不具备传输层和应用层。
内网IP：指在局域网（LAN）内部使用的IP地址，由路由器维护，主要用于局域网内设备之间的通信。与公网IP不同，内网IP无法直接通过互联网访问，而是通过路由器或NAT（网络地址转换）技术与外部网络通信。
报头
4位版本 :指的是指定IP协议的版本，对于IPV4来说就是4。
4位首部长度 ：表示的是ip报头长度，因为只有4位，所以最大可以表示15，可以表示的ip报头最大长度是15*4B=60B，没带选项的标准报头是20字节，所以选项最大是40字节。
8位服务类型 :3位优先权字段(已经弃用), 4位TOS字段, 和1位保留字段(必须置为0).,4位TOS分别表示最小延时, 最大吞吐量, 最高可靠性, 最小成本.,这四者相互冲突, 只能选择一个.,对于ssh/telnet这样的应用程序, 最小延时比较重要,对于ftp这样的程序, 最大吞吐量比较重要。
16位总长度 ：表示数据报总共占多少个字节。
8位生存空间 ：ip报文会被一直转发，但这是因为目的地址找不到或者网络有问题，这种游离报文会一直存在，所以我们必须设置生存时间ttl，这是指我们的报文最多可以经过路由器的跳数，如果TTL减到0还没送达，那么这个报文要被丢弃。
8位协议 ：用于表示我们要把数据字段交付给上层的哪一个协议编号。
16位首部校验和 ：ip中要对首部做校验，校验失败的报文直接丢弃，校验成功才向上交付。
32位目的IP地址 ：用于进行路径选择，tcp用于提供端口，IP协议用于提供IP地址。
数据 ：包括TCP报头等传输层报头，HTTP报头等应用层报头和需要传输的数据。
16位分片标识 ：在一台主机中，报文并没有在网络层就发出去了，而是交给数据链路层，由数据链路层判断是要转发给同一网段的主机还是路由器，但数据链路层不能一次性发送太大的报文，所以当网络层需要传输的报文太大，那么就需要网络层把报文分片，网络层也可以把分片的报文组装起来，不同的IP报文分片标识是不一样的，分片后的分片标识是一样的。
3位标志 ：第二位置为1表示不允许分片，为0表示允许分片，第三位表示结束标志位，如果当前报文是最后一个包，第三位就为1，否则的话就设置为0。
13位片偏移 ：原始报文被分为若干片，13位片偏移表示每一片在原始报文里的偏移量，我们可以通过片偏移是否为0判断报文是否被分片，当我们收到分片里除了第一个分片的任何一个分片，13位片偏移一定不为0，即使是第一个分片，我们也可以通过3位标志里的第三位结束标志位来判断是否分片。
我们并不建议分片，因为有任何一个分片丢失，报文都需要重新发送，所以我们需要减少分片，具体丢哪一个片可以通过13位片偏移和3位标识的第三位来判断是第一个还是最后一个，还是中间的片丢失来判断。
在数据链路层发送数据的时候会有数据碰撞的问题，所以在发送的时候就适合发送短数据，但如果是这样的话又需要网络层进行分片，所以我们需要在尽量少分片的情况下分片。
IP划分
因为主机号位数太多，而每个局域网使用的主机数都会小于等于主机号能表示的主机数，所以AB类网络会让大量的IP地址被浪费掉
CIDR方法 ：在分类划分法的基础上，引入一个子网掩码来区分网络号和主机号，子网掩码是一个32位的整数，通常用一串0来结尾，是在路由器内部配置的，将IP和子网掩码进行按位与操作，得到的就是网络号，就可以找到接下来要去的位置，网络号和主机号的划分和这个IP是哪一类IP无关。
在任何一个子网当中，不存在主机号为0或者主机号为全1的主机，因为主机号为全0的是网络号，主机号为全1的是广播。假设IP地址是120.151.20.68，子网掩码是255.255.255.240，也就是1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000，掩码完的网络号就是120.151.20.64，后四位是主机号，所以子网地址范围就是从120.151.20.64到120.151.20.79，子网掩码也可以写成122.133.144.155/24，表示前24个比特位为1，剩下的为0。
这样，比如说主机号有16位，而最后主机只有14台，那么最多只需要4位的主机号，而子网掩码的方法可以把剩下12位主机号变成2^12个子网，每一个子网最多可以存放2 ^4台主机，只有就可以大大提升IP的利用率。
特殊的IP地址 ：将IP地址中的主机号全部设为0，就成为了网络号，代表这个局域网，如果全部设为1，就成为了广播地址，用于给同一个链路中相互连接的主机发送数据包，127.*的地址主要是用于本地环回测试，通常是127.0.0.1
动态分配IP地址 ：只给接入网络的设备分配IP地址，所以同一个MAC地址的设备，每次的IP可能是不一样的。
IPv6 ：用16字节128位比特位来表示一个地址，和IPv4是完全不兼容的，连协议都是不一样的。
私有IP和公网IP ：以下的IP地址只能用来组建私网，10.开头的IP ,前8位是网络号,共16,777,216个地址。172.16.到172.31.开头的IP ,前12位是网络号,共1,048,576个地址。192.168.开头的IP,前16位是网络号,共65,536个地址。包含在这个范围中的, 都成为私有IP, 其余的则称为全局IP(或公网IP)。
运营商 ：消息一定是先到运营商内部，再到其他地方
路由
在复杂的网络中找到一条通往目标的路
bash
route #可以查当前机器的路由表第一列指的是这台主机直接相连的网络，第二列指的是下一跳的路由器，第三列指的是目的网络的子网掩码，Iface列指的是本地的网络接口，当我们需要把报文发出去的时候，就通过这些网络接口进行发送，所以当我们路由的时候，会拿着目标主机的公网IP按位与上Genmask获得网络号，如果得到的网络号和Destination相等，那么我们就通过Iface对应的接口把数据发出去，如果匹配不上，就查下一个，如果在路由表中查不到，那么路由器就会把数据推送到默认路由器中，也就是下图里的default。
ICMP协议
在网络中出现问题的时候，这个协议是会对我们的报文进行应答的。
有一种原始套接字，这种套接字可以帮我们绕过传输层，直接到网络层构建ICMP，ping命令就是使用这种原理，所以ping也不关心端口号，因为端口号是传输层的内容。
当路由器收到了一个报文，发现这个报文是一个含有ICMP报头的报文，如果发现目标地址的主机有出什么状况后，就会返回ICMP的报文，并在类型里填充对应的差错报告发回去，主要是用于网络诊断。
NAT技术
工作在网络层，直接对IP地址做替换，只能部署在局域网的出口。
在下图，每一台家用主机都有自己的私有IP，如果要传输一个报文到服务端，那么就要先把报文交给家用路由器，再交给运营商路由器，发送到公网，才能转发到服务端，但这需要一个前提，否则私有IP就会被传输到公网中，所以，子网IP（也被称为LAN口IP）相当于是私有IP，WAN口IP相当于是公网IP，由于家用路由器和运营商构成一个子网，所以家用路由器的WAN口IP就相当于运营商的一个内网IP，当路由器要把一个报文转发出去的时候，会把源IP转化为WAN口IP，例如，一个报文要从192.168.1.201转发到122.77.241.3的时候，先是经过家用路由器，srcIP就变成10.1.1.2，destIP不变，当进入运营商路由器的时候，srcIP就变成122.77.241.4，目的IP依旧不变，这样就可以交到122.77.241.4这台主机上，如果这台主机想把响应报文返回回去，就把srcIP和destIP换个位置，就可以正常返回报文，也可以避免内网IP在公网里传播，私有IP不断被替换的技术，就被称为NAT技术 ，这样，大家的内网IP就可以重复，最后就可以节省IP。
我们也可以看到，在运营商路由器之下的主机和家用路由器IP，实际上都是私有IP。
NAPT ：如果按照上面的方法，服务器主机想把数据发回来的话，确实是可以发回来的，但只能发到拥有WAN口IP的路由器上，因为发回来的目的IP是公网IP，路由器并不知道要把这个报文传输给内网里的哪一台主机，所以我们就需要一张映射表，把内网中使用的源IP源端口，目的IP，目的端口作为key值或者value值，这个一定是唯一的，把转化为WAN口IP的源IP，源端口，目的IP，目的端口变成value或者key值，我们会发现替换完之后的WAN口IP是一样的，但端口号改变了，端口号没有冲突，就能标识唯一性。
内网穿透 ：如果我们在公司的局域网的主机，需要访问家里的局域网的主机，那么可以先让家里的主机与公网的服务器建立tcp长连接，然后在公司的主机里向公网的服务器发信息，然后这个公网服务器把信息通过tcp转到家里的主机，就实现了在一个局域网的主机里控制另外一个局域网的主机的效果。
代理服务器
工作在应用层，可以部署在局域网，也可以部署在广域网，也可以跨网。
正向代理 ：就像学校的校园网，如果学生登录了校园网，那么学生发出的请求都是从学校服务器发出去的，再由学校服务器替学生去访问外网，导致目标服务器不知道真实客户端是谁，正向代理主要用于请求的转发。
反向代理 ：一个公司可能有多台机器，如果把机器的地址全部暴露出去，客户可能会只访问一台机器或者几台机器，就会导致几台机器处理数据繁忙而其他机器空闲的情况，所以我们可以通过一台机器把所有请求接收了，然后分配给空闲的机器，再把处理完的数据转发回去，这样可以让流量均衡，像内网穿透就是反向代理，这样，客户端就不知道真实的服务器是谁，反向代理主要是用于缓存。
