1.前置知识
网络协议栈自上而下，分别是应用层，传输层，网络层，数据链路层，在之前的文章中，小编已经讲解了应用层http，https，传输层ucp，udp，下面我们进入网络层的IP协议的学习，使用一个故事开始IP协议的学习
假设你数学能力非常好，你具有数学考满分的能力，但是你一定能做到次次数学考试数学都能拿满分吗？不一定，你只是有很大概率拿满分，差不多是10次数学考试你可以稳定在7次都拿满分，所以今天学校考了一场数学考试，很不幸，你考了97分，距离满分还有3分，你很沮丧，十分想要拿到数学满分，所以呢？我们该如何让你次次数学都可靠的拿满分呢？
所以你找到了你的叔叔，你的叔叔是学校校长，好的，既然你在这次的数学考试中没有拿满分，所以叔叔决定，本次数学考试作废，学校重新组织数学考试，采用新的数学试卷，所以你又去进行数学考试了，本身你就有拿数学满分的能力，10次数学考试你可以稳定在7次都拿满分，所以在这一次考试中，你拿到了数学满分，你的叔叔一看，好就以本次数学考试成绩录入学校系统\n虽然例子很简单，但已经足够说明问题了，那么如何保证你次次数学考试都拿满分？你的数学能力+叔叔 = 你的数学考试次次满分，所以你有数学考到满分的能力，但是不能确保次次都考到满分，所以当你数学在考试中没拿到满分的时候，你的叔叔给你提供可靠性策略，不断的重新组织学校考试，直到你拿到数学满分为止
所以你扮演网络层IP协议，你的叔叔扮演传输层TCP协议，IP协议的本质工作就是提供一种能力，将数据跨网络从A主机送到B主机，而用户需要的是，提供一种能力，将数据可靠的跨网络从A主机送到B组织，能力由网络层的IP协议来提供，可靠性策略由传输层TCP协议来提供，例如快重传，超时重传等。
IP地址=目标网络+目标主机
如果主机B要给主机C发数据，首先主机B在IP头里填好自己的源IP和主机C的目的IP。目的IP里的"网络部分"就是主机C所在的那个子网，"主机部分"就是主机C本身。
那主机B怎么把数据送过去呢？它肯定不能直接跨网络发，得先交给自己所在子网里的路由器。这个路由器一看目的IP的网络部分，发现不是自己这个网段的，就开始按路由规则找路径，把数据转发到下一个子网。
接着收到数据的下一个路由器，也做同样的操作：检查目的网络，再往下转发。就这样一步步跳，直到数据送到主机C所在的那个子网。到了这一步，路由器再根据目的IP的"主机部分"，把数据精准交给主机C。
整个过程其实也就是一个数据的传输需要"先到网络，再到主机"的逻辑：跨网络传输，必须先送到目标主机所在的网络，再从这个网络送到目标主机本身。
故事理解
假设学号是"学院号 + 个人编号"，比如小帅是计算机学院123号，学号123007；小美是文学院125号，学号125005。
小帅捡到了小美丢失的学生证，小帅最开始想的是挨个问人学号，这效率太低了，学校一万多人，找不着。后来他换了个思路：先看学号125005的"学院号125"，知道不是自己学院的，于是找计算机学院学生会主席。主席再在各个学院主席的群里问，最后文学院主席认出125是自己学院，让小帅把钱包给自己，文学院主席接过钱包。到了文学院主席这里，再按"个人编号005"找到小美。
这个故事里面，小帅就是计算机学院里面的一个主机，学院主席就相当于路由器，先把东西送到"目标学院（目标网络）"，再在学院里送到"目标同学（目标主机）"。
我们把格局再放大一点：学校里各个学院主席在一个大群，这就像一个校园网；各个学校的校主席再组成一个大群，就变成跨校网络。对应到全球互联网，国家、省、市、县、村的各级代表，就像不同层级的路由器，而村里的人就是终端主机。通过这种层层递进的网络结构，就能实现全球任意两台主机的通信。
2.协议头格式
4位版本号(version): 指定IP协议的版本, 对于IPv4来说, 就是4.。
4位首部长度(header length): 单位为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，4为首部长度为5，5*4=20说明没有选项，如果大于5，说明有选项。
8位服务类型(Type Of Service): 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(total length): IP数据报整体占多少个字节.
16位标识(id): 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.
3位标志字段: 第一位保留(保留的意思是现在不用, 但是还没想好说不定以后要用到). 第二位置为1表示禁止分片, 这时候如果报文长度超过MTU, IP模块就会丢弃报文. 第三位表示"更多分片", 如果分片了的话, 最后一个分片置为1, 其他是0. 类似于一个结束标记.
13位分片偏移(framegament offset): 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. 因此, 除了最后一个报文之外, 其他报文的长度必须是8的整数倍(否则报文就不连续了).
8位生存时间(Time To Live, TTL): 数据报到达目的地的最大报文跳数. 一般是64. 每次经过一个路由（一个数据包到达路由器一套动作）, TTL -= 1, 一直减到0还没到达, 那么就丢弃了. 这个字段主要是用来防止出现路由循环。
8位协议: 表示上层协议的类型，例如传输层是tcp协议，网络层是ip协议，所以tcp协议将报文向下交付到ip协议的时候，会设置宏字段6然后交给ip协议，这里的报文向下交付我们可以理解为函数调用，报文，宏字段6交给ip协议可以理解为传参，这个字段就可以标识上层协议是tcp协议，所以ip协议就会将8位协议初始化为6。
16位头部校验和: 使用CRC进行校验, 来鉴别头部是否损坏.
32位源地址和32位目标地址: 表示发送端和接收端.
选项字段(不定长, 最多40字节): 略
3.分片和组装
3.1 分片
16位标识(id): 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.
3位标志字段: 第一位保留(保留的意思是现在不用, 但是还没想好说不定以后要用到). 第二位置为1表示禁止分片, 这时候如果报文长度超过MTU, IP模块就会丢弃报文. 第三位表示"更多分片", 如果分片了的话, 最后一个分片置为1, 其他是0. 类似于一个结束标记.
13位分片偏移(framegament offset): 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. 因此, 除了最后一个报文之外, 其他报文的长度必须是8的整数倍(否则报文就不连续了).
在数据链路层中，也就是网卡，是有MTU限制的，通常为1500字节，在TCP协议中，我们也说过，发送一次的数据不会超过MTU的大小的。
所以TCP协议叫给IP协议，之后交给网卡的数据，如果大于了1500字节，IP协议就需要对这些数据进行分片。假设TCP交付的数据为4440字节的话，IP协议判定已经超过了1500字节，进行分片，4440/3=1480字节，之后每一个分片加上IP协议的报头20字节刚刚好为1500字节。
IP协议的对这3个分片的报头中的16位标识会采用同一个数字，来表明这3个分片组起来才是一个完整的报文，16位标识可以表示的范围最小为0，最大为65535，操作系统会维护一个全局的计数器，范围就是从0到65535，每发送一个IP数据报，全局的计数器就加1（当全局的计数器的值超过了65535之后就重新从0继续开始计数），然后将这个全局计数器加1后的值赋值给报文的16位标识。假设16为标识为1234.
IP协议的对这3个分片的报头中的3位标识字段第三位进行设置，将前两个设置为0，第三个设置为1，表示这个是分片的最后一个。
IP协议的对这3个分片的报头中的13位分片偏移，这个偏移是不算IP协议的报头的，所以第一个设置为0，第二个设置为1480，第3个设置为2960。但是13位分片偏移是以8字节为单位的，所以应该是0，1480/8=185，2960/8=371。使用0，1480，2960更好理解，所以这边就先这样子写了。
3.2 组装
当对方收到了数据，之后，交付到IP协议层，当发现有多个IP报文的16位标识一样是，就明白了数据被分片了，之后我们通过3位标识字段确定最后一段，根据13位分片偏移很轻松就可以组装在一起了。
（一）对于开头的分片丢失，首先我们是可以判断出来一个IP报文是被分片了的，所以此时我们就等待多个分片，将所有分片根据16位标识聚集起来，但是发现13位片偏移没有为0的，此时就说明开头的分片丢失了，因为在所有的分片中，只有开头的分片的13位片偏移位0，其余的分片都不为0
（二）对于结尾的分片丢失，那么将所有分片根据16位标识聚集起来，发现聚集起来的分片中的更多分片的标志位没有为0的，说明此时结尾的分片丢失，因为在所有的分片中，只有结尾的分片的更多分片的标志位为0，其余的分片都为0
（三）对于中间的分片丢失，例如此时收到了开头的分片和结尾的分片，那么对于结尾的分片来讲，它的13位片偏移此时对应的字节数为2960，但是它前面的字节数只有开头的分片所对应的字节数1480，此时就说明中间的分片丢失了，如果中间的分片没有丢失，那么此时结尾的分片前面的分片的字节数的大小应该是2960，即开头的分片去掉IP报头的大小加上中间分片去掉IP报头的大小等于结尾的分片13位片偏移对应的字节数2960
3.3 是否建议分片
不建议，因为进行了分片也就意味着发送方发送的报文的数量变多了，假设一个报文的丢包概率是百分之1，那么经过分片之后分成了10个报文，那么10个报文丢包的概率就会变大，所以将报文分片之后，丢包的概率会增加。
并且将IP报文分片之后，分片之中任何一个分片丢失，TCP的超时重传是会将这报文进行重传的，将会消耗系统资源，网络资源，网络带宽压力增大的概率就更大。
那么对于数据链路层不能一次发送过大报文，所以就要求网络层IP协议不能交给数据链路层过大的报文，可是事实是网络层IP协议也是一个办事的，它添加的IP报头仅仅占报文中的20个字节，真正的报文发送多少的控制者是处于传输层的TCP决定的，所以我们尽可能的减少分片还要从TCP这个根源入手
在网络层有MTU等于1500，要求网络层IP协议交付给数据链路层的报文最大不能超过MTU对应的1500字节，那么IP协议是始终要封装IP报头的，IP报头的大小是20个字节，所以对于一个IP报文来讲，IP报文 = IP报头 + 有效载荷，IP报文最大长度不能超过MTU对应的1500字节，IP报头为固定长度20字节，所以有效载荷的最大长度 = IP报文的最大长度 - IP报头 = MTU - 20 = 1500 - 20 = 1480
所以IP报文的有效载荷的最大长度为1480，那么此时我们就要思考IP报文的有效载荷来源于哪里？来源于传输层的tcp，所以也就意味着tcp报文的最大长度为1480，那么tcp报文 = tcp报头 + 有效载荷，而tcp报文的最大长度为1480，tcp报头为固定长度20字节，所以在tcp协议上，有效载荷的最大长度为1460，我们把tcp的有效载荷发送最大长度对应的1460叫做MSS
为了效率考虑，滑动窗口分成的段以MSS对应的1460为一个段，每次发送的最大数据位一段，所以在传输层使用tcp协议可以有效避免报文在IP协议分片。
那么如果传输层是udp呢？
无法避免，因为udp是面向数据报的，udp也没有滑动窗口，也无法分段，也无法让发送的udp的有效载荷的长度不超过MSS，所以一旦udp发送的有效载荷的长度超过MSS，那么IP协议就会对udp报文进行分片，但是udp其实也不怕分片丢失，因为udp的特性就是不可靠的，即使分片丢失，我udp也不重发，因为udp的特性就是不可靠的
4.网段划分
IP地址分为两个部分, 网络号和主机号
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;
例如192.168.128.10，其中192.168.128是网络号，10是主机号
（一）网络号，保证相互连接的两个网段具有不同的标识，同一个网段内的网络号的值都相同
（二）主机号，同一网段内，每一个主机的主机号的值不能相同
关于路由器，我们需要有一些认识
（一）首先路由器也是特定一个子网的主机，即路由器也需要有操作系统，路由器也要配置IP地址
（二）路由器一定要至少要连接两个子网，路由器也就相当于同时在两个子网，如何做到的呢？如上图中间红色框的路由器的上下两个子网，让路由器配置多个IP地址即可，一个网卡对应一个IP，路由器配有多个网卡即可做到配置多个IP地址，所以路由器也就可以进行报文的跨网络转发了
（三）路由器一般都是子网中的第一台设备，它的IP地址一般都是网络号.1的形式
（四）我们看待路由器的功能的时候，不能单单看到路由器具有ip报文转发的功能，还应该看到路由器具有构建子网（局域网）的功能
子网中主机的IP地址中的网络号相同，不同的子网对应的主机的IP地址中的网络号一定不同，不同子网对应主机的IP地址中的主机号有可能相同
DHCP
如果在子网中新增一台主机，则这台主机的网络号和子网的网络号相同，但是主机的主机号不能和子网中的其他主机的主机号相同
通过合理设计IP地址中的主机号和网络号，就可以保证在相互连接的网络中，每台主机的IP地址都不相同，那么此时问题来了，手动管理子网中的IP地址，是一件很麻烦的事情，所以如何解决呢？
通过DHCP技术即可，有一种技术叫做DHCP，能够自动的给子网内新增的主机节点分配IP地址 ，避免了手动管理IP的不便，一般路由器都DHCP功能，并且路由器也是一个子网内的主机，路由器也有操作系统，所以路由器也可以看做一个DHCP服务器。
当我们使用电脑或平板连接家里的 WiFi 上网时，连接上路由器后，就可以上网来访问数据了，其实就是因为路由器在搭建好了之后，会创建一个子网，之后对于连接上来的设备会进行IP地址的分配，网络号是固定的，主机号会找一个没有被使用的编号给连接上来的设备。这个子网内的所有设备，共享同一个 网络号。每个设备的 主机号 必须唯一，否则全网寻址会混乱。
当我们关机或断开 WiFi，DHCP 会 回收这个 IP，下次新设备接入时，这个 IP 可以再次分配。
最初为了简化 IP 地址的网络号/主机号划分，人们把 32 位 IP 分成了五类。
各类地址的结构：
A 类：0 开头 → 7 位网络号 + 24 位主机号
B 类：10 开头 → 14 位网络号 + 16 位主机号
C 类：110 开头 → 21 位网络号 + 8 位主机号
D 类：1110 开头 → 多播组号
E 类：11110 开头 → 保留未用
地址范围：
A：0.0.0.0 -- 127.255.255.255
B：128.0.0.0 -- 191.255.255.255
C：192.0.0.0 -- 223.255.255.255
D：224.0.0.0 -- 239.255.255.255
E：240.0.0.0 -- 247.255.255.255
然而随着网络的不断发展，这种划分方式的局限性很快就显现出来，由于B类网络地址的可以划分子网的数量较多，同样的子网内的主机数也较多，所以大多数的组织都申请B类网络地址，导致B类地址很快就分配完了，同样的B类地址存在浪费，A类地址也存在
例如，申请了一个B类地址，理论上一个B类网络的主机号范围最大是6万5千多，所以也就意味着一个B类地址构成的子网可以容纳6万5千多台主机，同样的A类地址可以容纳的主机数比B类地址更多，但是我们想一想，实际的网络架构中，一个子网不可能存在这么多的主机，例如，你的家里的路由器构成的WiFi其实就是一个子网，有几十台主机顶多了，一个B类地址构成的子网虽然可以容纳6万5千多台主机，但是实际用仅仅只有几十台上百台，因此IP地址存在大量的浪费，A类地址也是如此。
后续又提出了CIDR方案
CIDR
（一）核心就是引入一个子网掩码（subnet mask）来划分IP地址中的网络号和主机号
（二）子网掩码的规格大小和IP地址一样，都是32位的正整数，子网掩码通常前面以连续的1，后面以一串连接的"0"结尾。
（三）将IP地址和子网掩码进行按位与&操作得到的就是网络号
（四）网络号和主机号的划分与这个地址是A类，B类，C类无关，仅仅与IP地址和子网掩码进行按位与&有关，所以下面我们来看第一个IP地址和子网掩码按位与的
IP地址是4个字节，以.来分割，140.252.20.68的IP地址与子网掩码进行按位与&，前面的连续的1的个数为24位，所以按位与后，前面24位bit位为网络号，主机号为8个比特位，范围就为0到256了。
IP地址是4个字节，以.来分割，140.252.20.68的IP地址与子网掩码进行按位与&，前面的连续的1的个数为28位，所以按位与后，前面28位bit位为网络号，主机号为4个比特位，由于主机号起始为64，范围就为64到79了。
5.特殊的IP地址
IP地址 = 网络号 + 主机号，将IP地址中的主机号全部设置为0就成为了网络号，代表这个子网（局域网）
将IP地址中的主机号全部设置为1，那么此时这个IP地址就成为了广播地址，用于给同一个链路互相连接的所有主机发送数据包，通俗点来讲，就是当前主机构建报文，将这个报文发送给当前子网范围内的所有主机
127.*的IP地址用于本地环回（loop back）测试，这个地址通常是127.0.0.1。
6.IP地址的数量限制
我们知道, IP地址(IPv4)是一个4字节32位的正整数. 那么一共只有 2的32次方 个IP地址, 大概是43亿左右. 而TCP/IP协议规定, 每个主机都需要有一个IP地址.
这意味着, 一共只有43亿台主机能接入网络么?
实际上, 由于一些特殊的IP地址的存在, 数量远不足43亿; 另外IP地址并非是按照主机台数来配置的, 而是每一个网卡都需要配置一个或多个IP地址.
CIDR在一定程度上缓解了IP地址不够用的问题(提高了利用率, 减少了浪费, 但是IP地址的绝对上限并没有增加), 仍然不是很够用. 这时候有三种方式来解决:
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;
NAT技术(后面会重点介绍);
IPv6: IPv6并不是IPv4的简单升级版. 这是互不相干的两个协议, 彼此并不兼容; IPv6用16字节128位来表示一个IP地址; 但是目前IPv6还没有普及;
7.私有IP和公有IP
IP地址被硬性分为了私有IP和公有IP
首先我们先介绍一下公有IP
一、 前置背景：
IPv4 地址是有限的，IPv4 地址是 32位（4字节） 的二进制数，理论上能表示约 42.9亿 个地址。
但这是一个巨大的"全球资源"，必须进行分层管理，否则全世界的网络会乱成一锅粥。
我们可以把 IPv4 地址想象成一个全球通用的快递编号池。为了让快递能准确送到，我们必须按国家、地区来划分这个编号池。
二、 第一层划分：国家
全球有 197 个国家。
32位的地址空间，用 前 8 位 来标识国家，完全足够（因为 8 位二进制最大能表示 256 个编号）国家编号 = IP 地址的前 8 位。子网掩码： /8 (即 255.0.0.0)。网络号 = IP 地址 & 子网掩码。
假设：
美国：前8位为 00000001 (十进制 1 )。美国的网络段就是 1.0.0.0/8 。
中国：前8位为 00000010 (十进制 2 )。中国的网络段就是 2.0.0.0/8 。
俄罗斯：前8位为 00000110 (十进制 6 )。俄罗斯的网络段就是 6.0.0.0/8 。
当一个美国的用户想访问中国的服务器时，他的数据包首先到达美国的国家级路由器。路由器检查目标 IP 的前 8 位，发现是 2 ，判定这是中国的网络，于是将数据包转发给中国的国际出口路由器。
三、 第二层划分：中国的省级行政区
拿到中国的 2.0.0.0/8 这个大网段后，我们需要继续细分，对应中国的 34 个省级行政区（23省、5自治区、4直辖市、2特别行政区）。
国家用了 8 位，我们再用 6 位 来划分省份。总共用了 8 + 6 = 14 位。子网掩码： /14 (即 255.252.0.0)。可用省份数： 2^6 = 64 个，足够覆盖 34 个省。山东省：假设是第 4 个被划分的省份。那么它的网络号就是 2.00000100.0.0 (二进制)，转换为十进制就是 2.4.0.0/14 。北京市：假设是第 1 个。网络号为 2.1.0.0/14 。
数据包到达中国国际出口路由器后，路由器将其转发给山东省的省级路由器。省级路由器检查 IP 地址的第 9 到 14 位，发现是 4 ，于是将数据包交给山东省内的网络。
四、 第三层划分：山东省的地级市
在山东省 2.4.0.0/14 的网段内，我们继续按城市划分。以山东省为例，地级市数量最多的广东省有 19 个，所以用 5 位 来划分城市足够用 ( 2^5 = 32 )。
之前用了 14 位，现在再加 5 位，总共 14 + 5 = 19 位。子网掩码： /19 (即 255.255.224.0)。泰安市：假设是山东省内第 3 个被划分的城市。它的网络号就是 2.4.00100000.0 (二进制)，转换为十进制就是 2.4.32.0/19 。济南市：假设是第 1 个。网络号为 2.4.0.0/19 。
数据包到达山东省省级路由器后，转发给泰安市的市级路由器。市级路由器检查 IP 地址的第 15 到 19 位，发现是 32 ，于是将数据包交给泰安市的局域网。
五、 最终定位：城市内的主机
到了城市这一层，剩下的比特位就用来标识具体的主机（电脑、服务器、手机等）。
子网掩码 /19 决定了网络号是 2.4.32.0 。剩下的 32 - 19 = 13 位是主机号。泰安市内的一台主机，主机号为 5 。它的完整 IP 地址就是： 2.4.32.5 。用 2.4.32.5 & 255.255.224.0 = 2.4.32.0 ，网络号正确。
六、 全球数据传输流程（美国 → 中国泰安）
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发起请求：美国的一台主机（IP 为 1.0.0.5 ）想访问中国泰安的主机 2.4.32.5 。
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美国路由器：美国主机的数据包到达美国路由器。路由器对比目标 IP 2.4.32.5 和自身网络号 1.0.0.0 ，发现不一致。于是将数据包转发给中国国际出口路由器。
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中国国际路由器：收到数据包。对比网络号 2.0.0.0 ，匹配。将数据包转发给山东省省级路由器。
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山东省省级路由器：收到数据包。对比网络号 2.4.0.0 ，匹配。将数据包转发给泰安市市级路由器。
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泰安市市级路由器：收到数据包。对比网络号 2.4.32.0 ，匹配。将数据包直接交给目标主机 2.4.32.5 。
至此，全球跨网络通信完成。
看上去非常的完美，但是最后剩下13为主机号想要用来表示一个市的主机号是不可能的，2的13次方才8000多，表示一个市的主机数量，不可以的，所以就需要使用私有IP来表示。
私有 IP 是 专门用于局域网内部通信 的 IP 地址，不能直接连接到互联网，就像公司内部的工号，只在公司内部有效，出了公司就没用了，我们正常使用到的都是私有IP，由路由器分配给我们的IP地址。
如果一个组织内部组建局域网,IP地址只用于局域网内的通信,而不直接连到Internet上,理论上 使用任意的IP地址都可以,但是RFC 1918规定了用于组建局域网的私有IP地址
10.*,前8位是网络号,共16,777,216个地址
172.16.到172.31.,前12位是网络号,共1,048,576个地址
192.168.*,前16位是网络号,共65,536个地址
包含在这个范围中的, 都称为私有IP, 其余的则称为全局IP(或公网IP);
这样子对于家庭，学校，公司里面的主机设备都使用私有IP来表示，只要出了子网，私有IP就可以重复，这样子就可以使用私有IP来表示大量的主机设备了。
一个路由器必须配置两个IP地址, 一个是WAN口IP(公有IP), 一个是LAN口IP(子网IP,私有IP)。
路由器LAN口连接的主机, 都从属于当前这个路由器的子网中. 不同的路由器, 子网IP其实都是一样的(通常都是192.168.1.1)，子网内的主机IP地址不能重复.，但是不同子网中的IP地址就可以重复了。
每一个家用路由器, 其实又作为运营商路由器的子网中的一个节点. 这样的运营商路由器可能会有很多级,最外层的运营商路由器, WAN口IP就是一个公网IP了.
子网内的主机需要和外网进行通信时, 路由器将IP首部中的IP地址进行替换(替换成WAN口IP), 这样逐级替换, 最终数据包中的IP地址成为一个公网IP. 这种技术称为NAT(Network Address Translation，网络地址转换)。
如果希望我们自己实现的服务器程序, 能够在公网上被访问到, 就需要把程序部署在一台具有外网IP的服务器上. 这样的服务器可以在阿里云/腾讯云上进行购买。
8.路由
我们知道数据是一跳一跳的问路的过程，这个一跳一跳的过程就叫做路由。所谓 "一跳" 就是数据链路层中的一个区间. 具体在以太网中指从源MAC地址到目的MAC地址之间的帧传输区间。
数据包的传输过程也和问路一样。当IP数据包, 到达路由器时, 路由器会先查看目的IP;路由器决定这个数据包是能直接发送给目标主机, 还是需要发送给下一个路由器;依次反复, 一直到达目标IP地址;
那么如何判定当前这个数据包该发送到哪里呢? 这个就依靠每个节点内部维护一个路由表;
使用route指令可以查看路由表。
路由表的Destination是目的网络地址
Genmask是子网掩码
Gateway是下一跳地址
Iface是发送接口
Flags中的U标志表示此条目有效(可以禁用某些 条目),G标志表示此条目的下一跳地址是某个路由器的地址,没有G标志的条目表示目的网络地址是与本机接口直接相连的网络,不必经路由器转发;
转发过程例1: 如果要发送的数据包的目的地址是192.168.56.3
跟第一行的子网掩码做与运算得 到192.168.56.0,与第一行的目的网络地址不符
再跟第二行的子网掩码做与运算得 到192.168.56.0,正是第二行的目的网络地址,因此从eth1接口发送出去;
由于192.168.56.0/24正 是与eth1 接口直接相连的网络,因此可以直接发到目的主机,不需要经路由器转发;
转发过程例2: 如果要发送的数据包的目的地址是202.10.1.2
依次和路由表前几项进行对比, 发现都不匹配;
按缺省（default）路由条目, 从eth0接口发出去, 发往192.168.10.1路由器;我们的路由器是至少连接两个子网的，一个是路由器自己的局域网，另一个就是运营商的网络了，192.168.10.1这个地址的路由器其实大概也可能是跳到运营商的路由器上面去了，运营商的局域网里面就都是家用的路由器了，我们的网络是经过精心设计的，来到运营商的网络中，运营商通过查看路由表，最后肯定会继续一跳一跳的到达目标网络。
但是要知道，私有IP是不能出现在公网里面的，所以在不同网段的传输，就需要把私有IP通过NAT技术，将私有IP转化为公有IP，之后使用公有IP进行传输。