1：网络层基础
1：网络层作用
核心作用：在复杂的网络里，在数据中找到从源设备到目标设备的完整路径。
- 类比：数据 = 快递；网络层 = 全国快递路线规划师；数据链路层 = 同城快递员（只送相邻站点）。
- 数据链路层：只负责相邻节点（主机↔路由器、路由器↔路由器）的短距离传输。
- 网络层：负责端到端（源主机→目标主机）的全程路径规划。
- 关键角色：
- 主机：有 IP 地址，不做路由（只收 / 发数据）；
- 路由器：有 IP 地址，负责路由转发（分拣数据、找下一站）；
- 节点：主机 + 路由器的统称。
2：网络层核心协议：IPv4
我们现在用的网路层协议是IPv4，它定义了两件事：
1：给设备编唯一IP地址；
2：定义数据传输的格式(IP数据抱头)。
2：IPv4数据报头全解析
IPv4 头部是数据的身份证 ，固定 20 字节（无选项），最多 60 字节，所有分片规则都藏在头部里 。我把头部字段分基础款 + 分片专用款，0 基础先记基础，再攻克分片。
| 字段 | 长度 | 作用（通俗版） |
|---|---|---|
| 4 位版本 | 4 位 | 标明是 IPv4（值 = 4） |
| 4 位头部长度 | 4 位 | 头部占多少个 32bit，最大 60 字节 |
| 8 位服务类型 (TOS) | 8 位 | 选传输优先级：最小延时 / 最大吞吐量 |
| 16 位总长度 | 16 位 | 整个 IP 数据报（头 + 数据）的总字节数 |
| 16 位标识 (ID) | 16 位 | 分片核心：同一份数据的所有分片，ID 完全一样 |
| 3 位标志 | 3 位 | 分片核心：控制是否分片、是否还有后续分片 |
| 13 位片偏移 | 13 位 | 分片核心：本片数据在原始数据里的位置 |
| 8 位 TTL 生存时间 | 8 位 | 每过 1 个路由器减 1，到 0 丢弃（防路由循环） |
| 8 位协议 | 8 位 | 告诉上层用 TCP/UDP |
| 16 位首部校验和 | 16 位 | 检查头部是否损坏 |
| 32 位源 IP 地址 | 32 位 | 数据从哪来 |
| 32 位目的 IP 地址 | 32 位 | 数据到哪去 |
| 选项 | 可变 | 极少用，最多 40 字节 |
分片核心：（后面会详细介绍什么是分片）
1:16位标识（ID）
同一个原始数据拆分的所有分片，ID完全相同，接收方靠ID把分片"归为一组"。
2:3位标志位
- 第 1 位：保留，固定为 0；
- 第 2 位：DF（禁止分片） → DF=1 不许分片，超 MTU 直接丢；DF=0 允许分片；
- 第 3 位：MF（更多分片） → MF=1 后面还有分片；MF=0 是最后一片。
3:13位片偏移
- 单位：8 字节（最关键规则）；
- 含义：本片数据在原始数据里的起始位置；
- 规则：除最后一片外，其他分片数据长度必须是 8 的整数倍，保证拼接连续。
3：IP地址基础
1：IP地址结构
32位二进制，分4段十进制(如192.168.1.1)，分为两部分
网络号：小区名，同一局域网相同
主机号：门牌号，同一局域网唯一
2：老式IP地址分类(A/BC/D/E类)
- A 类 ：0.0.0.0 ~ 127.255.255.255，8 位网络号 + 24 位主机号，大型网络用
- B 类 ：128.0.0.0 ~ 191.255.255.255，14 位网络号 + 16 位主机号，中型网络用
- C 类 ：192.0.0.0 ~ 223.255.255.255，22 位网络号 + 8 位主机号，小型网络用
- D 类：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255，多播地址
- E 类：240.0.0.0 ~ 247.255.255.255，保留备用、
缺陷：地址浪费严重，B 类很快耗尽，A 类大量闲置。
3：CIDR无分类编址(现代通用)
为解决地址浪费，引入CIDR ，用子网掩码灵活划分网络号 / 主机号
- 子网掩码 ：32 位二进制数，连续 1 + 连续 0，如
255.255.255.0。 - 核心计算 ：IP 地址 & 子网掩码 = 网络号（按位与运算）。
- 简洁表示法 ：
IP/前缀长度，如192.168.1.10/24，表示子网掩码前 24 位为 1。
4：网段划分
- 同一网段：网络号相同，主机直接通信，无需路由器。
- 不同网段：网络号不同，必须通过路由器转发。
- 示例：
192.168.1.0/24和192.168.2.0/24是不同网段，无法直接通信。
5：特殊IP地址
- 网络地址 ：主机号全 0，代表整个网段，如
192.168.1.0/24。 - 广播地址 ：主机号全 1，向网段内所有设备发送数据，如
192.168.1.255/24。 - 环回地址 ：127.. .*，本机自测，最常用
127.0.0.1，数据不离开本机。
6：私有IP vs 公网IP（RFC 1918 规定）
- 私有 IP ：仅局域网内部使用，不接入互联网，免费复用
- 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
- 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
- 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255
- 公网 IP：互联网唯一地址，由运营商分配，全球唯一。
4：IP分片和组装
1：关键技术MTU（分片的唯一原因）
MTU（最大传输单元）=数据链路层单词能传输的最大数据长度。
以太网默认MTU=1500字节
IP头部20字节->单片机最大数据长度=1500-20=1480字节（1480是8的整数倍，完美适配片偏移）
2：什么是IP分片
当IP数据报总长度>MTU时，无法一次性传输，必须拆分成多个小分片独立传输到目标主机再组装。
类比：快递货车（MTU）最多装 1500 斤，你的包裹 3000 斤，必须拆成 3 个小包裹，分别运输，到收件人再拼回去。
3：分片完整过程
- 检查 MTU：判断数据报是否超过链路最大传输长度；
- 拆分数据：前 N-1 片用最大数据长度（1480 字节），最后一片用剩余长度；
- 设置头部：所有分片 ID 相同；非最后一片 MF=1，最后一片 MF=0；计算片偏移；
- 独立传输：每个分片自己选路由，互不影响；
- 添加头部：每个分片都带独立 IP 头部。
4：组装完整过程
- 分组 ：接收方根据ID，把同一份数据的分片归到一起；
- 排序 ：根据片偏移，按原始顺序排列；
- 拼接：确认所有分片收齐（最后一片 MF=0），拼接成完整数据报；
- 上交上层：传给 TCP/UDP 处理。
5：关键特性
TCP 完全不知道 IP 层做了分片 / 组装，不用关心拆分和拼接，IP 层全权处理。
6：分片与TCP的配合
- 数据链路层：我最大传 1500 字节（MTU）；
- IP 层：TCP 你别发超过 1480 字节的数据，不然我要分片，丢包风险变高；
- TCP：尽量发小数据，避免 IP 分片。
5：网络层配套技术
1：路由
2 ：DHCP
自动为局域网主机分配 IP 地址，避免手动配置冲突，路由器自带 DHCP 功能。
3 ：NAT（网络地址转换）
4 ：IPv6
128 位地址，数量近乎无限，彻底解决 IPv4 地址不足，与 IPv4 不兼容。
-
核心：一跳一跳（Hop by Hop）转发数据，靠路由表导航。
-
路由表规则：匹配目的网络→直接转发；无匹配→走缺省路由。
-
作用：将多个私有 IP 转换为 1 个公网 IP，解决 IPv4 地址短缺。
-
原理：家用路由器 LAN 口（私有 IP）↔WAN 口（公网 IP），逐级转换。