尝试理解公网
真实的互联网公网结构十分复杂。公网 IP 由 ICANN 负责分配管理，IP 地址会在全球按照亚太、北美、欧洲等大区进行规划划分；同时各个国家内部，又由多家 ISP（互联网服务提供商，运营商）负责落地运营。整体网络拓扑庞大且错综复杂。 我们接下来简化整个传输流程，只需要从宏观层面理解公网的核心原理即可。
ip数量的划分不是根据国家来的,可能有组织或者上面其他的因素使得各国的ip数量很不一样
全球各大洲依靠海底光缆互相连通，构成了互联网的国际骨干网。国际骨干网中使用的核心路由器，都具备极强的数据转发性能。除海底光缆外，陆地长途光纤同样承担洲际网络传输。这类骨干路由器可以每秒处理海量数据包，支撑全球跨国家的数据转发。
为了方便理解，我们做了理想化简化：把公网 IP 按国家、省份、城市逐级划分，就像快递系统，一层一层分拣。
顶层国际骨干网，各个国家的边界路由器互联，交换全球路由；国家拿到大段 IP 之后，再由运营商拆分，分配到各个省份；省份再细分到各个城市；城市出口路由器再对接企业 / 家庭内网。
路由器转发报文的核心逻辑：拿到目的 IP，和路由表里面的子网掩码做按位与运算，算出网络号，匹配路由条目，转发给对应的下一跳。
重要提醒：真实互联网并不是按国家分配 / 8 网段，这只是教学简化模型。真实 IP 分配是由 ICANN、RIR 区域互联网注册机构分配给各个运营商，并非直接绑定国家。
路由
每个主机都是有路由表的
访问同局域网主机 192.168.194.200
目的 IP：192.168.194.200
- 目的 IP 和子网掩码
255.255.255.0做按位与，得到网络号192.168.194.0 - 在路由表匹配条目：
192.168.194.0 mask 255.255.255.0，标注【在链路上】 - "在链路上" = 目标和本机在同一个网段，不需要发给网关
- 本机直接 ARP 广播，获取
192.168.194.200的 MAC 地址，数据包直接二层交付给目标主机
路由转发核心逻辑：拿到目的 IP，和路由表里面每条路由的子网掩码做按位与运算，计算网络号；遵循最长前缀优先原则匹配路由条目。
- 如果匹配到【在链路上】的路由：目标主机和本机处于同一局域网，直接 ARP 获取 MAC，二层通信，不经过网关。
- 没有任何网段匹配，则命中默认路由
0.0.0.0，数据包转发给默认网关，交由网关继续跨网段转发。
回到报头
如果应用层一次性交给 TCP 4000 字节，能不能 TCP 打包成一个 TCP 报文段直接下发？
假设 TCP 直接封装 4000 字节应用数据
TCP 头部 20 + 4000 数据 = 4020 字节，交给网络层 IP。 IP 加上 20 字节 IP 头，整个 IP 包大小 = 4040 字节。 这个 IP 数据包交给数据链路层封装进以太网帧。 但是以太网规定：帧里面的数据区最大只能 1500 字节 ，4040 字节远超 1500。 数据链路层不会做分包 （图里标注了这句话），分包工作交给 IP 层完成。 IP 就要对这个大包进行IP 分片，把 4040 字节拆成多个 IP 分片，分别打包、单独传输。
IP 分片有很大缺点
- 只要任意一个分片丢了，整个 IP 数据包全部重传 IP 分片是网络层的工作，IP 本身没有重传机制。只要其中 1 片丢失，接收方无法重组，整个 4000 字节的数据全部失效，TCP 必须重新发送全部 4000 字节，性能很差。
- 分片会增加路由器处理开销，某些网络环境会直接丢弃大分片包。
尽量传输层的数据<1460
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 位标志位规则（从左往右：保留 | DF 禁止分片 | MF 更多分片）
001：MF=1 → More Fragment=1，代表后面还有分片，不是最后一块000：MF=0 → 没有更多分片，这就是整个报文的最后分片
分片核心规则
- 同一原始 IP 报文拆分出来的所有分片，ID 标识完全相同（这里全是 666）。接收主机依靠这个 ID，把属于同一个大数据包的分片收集起来重组。
- 除最后一个分片以外，前面所有分片的数据部分长度必须是 8 字节的整数倍，保证偏移对齐。
- 分片到达接收端可以乱序，依靠片偏移的值排序重组，不需要按发送顺序到达。
判断 IP 报文是否分片： 只要 MF=1，一定是分片； 如果 MF=0，但片偏移不为 0，也属于分片（整个报文的最后一块分片）。 只有 MF=0 且 片偏移=0，才是没有分片的原始 IP 报文。
接收端只把 16 位标识 ID 相同的分片，划为同一组，进行重组。
重组判定规则
- 同一组分片，第一个分片片偏移 = 0，代表这是原始报文数据的起点。
- 本组最后一个分片 MF=0，标记分片序列结束。
- 分片之间的对齐条件：
当前分片的片偏移（×8 得到字节） + 当前分片的数据长度 = 下一个分片的片偏移对应的字节位置 也就是：
当前起始字节 + 当前分片数据长度 = 下一片起始字节保证分片之间紧密衔接、没有空隙、不重叠。
重点：分片到达可以乱序 ！ 接收端不靠到达先后排序，依靠【片偏移】字段，计算位置，把分片放到正确位置。
为什么片偏移要除以 8
13 位片偏移字段，最大能表示的值 = 2¹³ -1 = 8191 如果片偏移直接代表字节： 最大只能描述 8191 字节。但 IP 报文最大可以到 65535 字节，根本放不下，范围不够。
那直接放大单位，单位 = 8 字节： 8191 × 8 = 65528 字节，刚好覆盖 IP 报文最大长度（65535）。
代价：前面所有分片的数据长度，必须是 8 字节整数倍！ 只有最后一片不受这个限制，可以不是 8 的倍数。
片偏移只有 13bit，取值范围 0~8191。 如果单位是 1 字节，最多只能偏移 8191 字节，小于 IP 报文最大 65535 字节，寻址不够。 所以规定片偏移单位 = 8 字节。 13bit 最大值 8191 ×8 = 65528，刚好覆盖 IP 报文最大长度。 代价：除最后分片外，其余分片数据长度必须是 8 字节整数倍。