网络层 负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务，选择合适路由，把分组从源主机送达目的主机。IP 协议是网络层核心协议，负责给数据包分配地址、寻址并转发分组，使跨网络的数据能够送达目标主机。
报头格式
其中：
1 .版本：就是 IP 的版本，比如对 IPv4 ，这里的值就是 4。
2 .头部长度：和 TCP 协议的同名字段表示意思一致。
3 .服务类型（TOS）： 8 位bit中，3 位是优先权字段（已经弃用），4 位TOS字段，以及 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，四者相互冲突，使用时只有一个能置为 1.
4 .总长度：报头+数据整体大小。
5 .分片标识：标识主机发送的报文，如果一个报文被分片了，那么每一片的标识都是相同的。
6 .3 位标志：第一位保留。第二位表示是否可以分片（置1为禁止分片）。第三位表示"更多分片"，对于被分片的报文，除了最后一片置0，其他片为1，如果报文没有分片，该位置也为0。
7 .片偏移：用于记录被分片的报文起始位置与原始报文起始位置的偏移量。这个字段的大小只有 13 位，为了表示最大有16位的报文大小，需要将这个值向左偏移 3 位，才能得到真正的偏移量。
8 .生存时间 ：记录的其实不是时间，而是报文达到目的地被允许的最大跳数，经过一个路由这个值就-1，减到0且未达到目的地，这个报文就会被丢弃，防止路由循环。
9 .协议：表示上层协议的类型。网络层的上层是传输层，拿最常见的 UDP 和 TCP 举例，如果发送端使用 UDP ，接收端也必须拿 UDP 接收，而不能用 TCP。
10 .首部校验和：使用 CRC 进行校验，鉴别头部是否损坏。
11 .源地址和目的地址：不做解释。
"选项" 字段，用于扩展 IP 协议的功能。
子网划分
IP 地址分为两个部分，网络号和主机号。
网络号：标识设备属于哪个网段。
主机号：标识该网段内的哪台设备。
早期 IPv4 使用有类地址划分子网。这种方法把所有 IP 分为五类，分别是 A类，B类，C类
，D类，E类。其中 A类 IP的首位是0，B类 IP 前两位是 10，C类 IP 前三位是 110，以此类推。
如果申请一个B类地址，理论上这个子网内能连接六万多台主机，但是在实际的架设中，会有很多被浪费掉。
针对这种情况，出现了 **CIDR（无类别域间路由）**来代替原来的方案。
这种方案引入了一个新的概念 "子网掩码 "（subnet mask），它也是一个 32 位的正整数，将 IP 地址和子网掩码进行 "按位与" 操作，就可以得到网络号。
IP 地址和子网掩码可以用一种简洁的表示方法，如 140.252.20.68/24，140.252.20.68 是 IP地址，/24 表示 子网掩码 的高 24 位是 1，也就是 255.255.255.0。
特殊 IP
现在 IP 通常用点分十进制表示，比如 192.168.1.1 。
如果主机地址全为0，例如： 192.168.1.0 ，就成了网络号，代表整个局域网。
如果主机地址全为1，例如： 192.168.1.255，就成了广播地址，用于给同一个链路中相互连接的所有主机发送数据。
**127.***的 IP 地址用于本机环回（loop back），通常是 127.0.0.1。
IP 还分私有和公有。私有 IP 在一个子网内不重复，但是在整个公网内可以重复，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。
NAT 技术
一个路由器构建起一个子网 ，它配置有两个 IP，一个是 WAN口 IP ，可以理解为出口，一个 LAN口 IP（子网 IP），可以理解为入口，所以 LAN口连接着的主机，都属于这个路由器的子网。
不同路由器的子网IP都是一样的，一般是192.168.1.1。
一个家用路由器，构建起一个子网，但同时它又是运营商路由器子网中的一个节点，对于最外层的运营商路由器，它的 WAN口 IP 就是一个公网 IP。
当子网内主机需要与其他子网的主机通信时，路由器会将数据包 IP 首部中的 IP 地址进行替换（替换成 WAN口 IP），最终数据包中的 IP地址成为了一个 公网 IP，这种技术就叫做 NAT（Network Address Translation，网络地址转换）。