IP协议深入理解
一、什么是ip协议?
1.1、ip协议是网络层协议，ip协议的本质工作是提供一种能力，把数据可靠的跨网络从主机A送到主机B；
1.2、什么是ip？
ip=目标网络+目标主机；
画图图解:
如图，当主机A想要把数据发给主机B时，需经过主机A所在的网络的路由器进入到网络x，再由网络x经过路由器进入网络2，再从网络2中找到主机B；
1.3 认识ip协议报头
①4位版本：
ip协议的版本号，对于ipv4来说就是4；
②4位首部长度：
4个bit位能表示的最大范围是：[0000,1111]即[0 , 15] ,计算单位为4字节，即4个bit位能表示的字节范围是0~60字节，因为ip的报头总长度=固定长度为20字节+选项长度，所以整个报头的长度范围为：20~60字节，也就是选项的最大长度为40字节！
③8为服务类型：
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！
④16位总长度：
ip数据报整体占多少字节！！也是就是报头+选项+数据整体长度！！通过整体长度-选项-固定报头长度=数据长度！！通过首部长度和总长度可以实现报头跟有效载荷的分离！！！
⑤8位生存时间：
TTL，数据报文到达目的地的最大报文跳数，一般是64，每经过一个路由，TTL -1，当减到0还没到达，丢弃这个报文！！
⑥8位协议：
用来决定ip的有载荷向上交个哪一个协议！
⑦32位源IP地址：
自己的IP地址，数据发送的出发地！
⑧32位目的IP地址：
对发方的ip地址，数据到达的目的地！
二、认识路由器
2.1、报文的中转站
假设知道了目标ip但是进入不到对方所在的网络，那么数据一样发送不了给对方！
因此必须要有一个中转站，这个中转站就是连接内网跟外网的路由器！！
ip报文通过路由器进行不断的转发，就能实现跨网络将数据从主机A送达至主机B！！
2.2、路由器的结构
路由器本质上也是内网里的一台主机！！只是这台主机同时存在于至少两个子网内！！也就是说路由器可以同时存在两个ip地址！！我们可以认为它存在多张网卡就行!
2.3、路由器的功能
路由器一般是子网中的第一台设备，一般他的ip地址都是网络号！
路由器除了有转发ip的功能外，还有一个重要的作用就是构建子网！
DHCP:路由器自动给新增的主机分配ip地址，路由器相当于一台DHCP服务器！！
2.4 所以其实我们数据传输是这样的
三、网段划分
3.1、IP地址划分为网络号+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
图解：
3.2、这些ip地址是怎么来的？
由一开始进行网络基站建设的运营商联合规定出来的ip地址划分：
上图是曾经的五种IP地址分类，这种分类方法会导致大多数的ip被浪费掉：
例如：
申请了一个B类地址, 理论上一个子网内能允许6万5千多个主机. A类地址的子网内的主机数更多.
然而实际网络架设中, 不会存在一个子网内有这么多的情况. 因此大量的IP地址都被浪费掉了！
新的方案CIDR：
①、引入一个额外的子网掩码（subnet mask）来区分网络号和主机号；
②、子网掩码是一个32位的正整数；
③、将ip地址和子网掩码进行按位与操作得到的就是网络号；
④、网络号和主机号的划分和这个IP地址是A、B、C。。类无关；
例1：
例2：
可见,IP地址与子网掩码做与运算可以得到网络号, 主机号从全0到全1就是子网的地址范围;
IP地址和子网掩码还有一种更简洁的表示方法,例如140.252.20.68/24,表示IP地址为140.252.20.68, 子网掩码的高 24位是1,也就是255.255.255.0
3.3、特殊的ip地址
网络号：子网地址范围中首个地址
广播号：子网地址范围中最后一个地址
本地环回测试地址：127.0.0.1
3.4、面对ip地址不足的解决方法
① 动态分配IP地址，只给入网设备分配IP地址，退网回收ip；
②NAT技术
③IPV6,16字节128位表示一个ip地址
四、公有IP地址和私有IP地址
4.1、一般我们平时使用的都是私有ip，只有向云服务器、运营商用到的才是公网ip地址；
如图：
①、一个路由器可以配置两个IP地址，一个为WAN口，一个为LAN口ip（子网ip）;
②、连接LAN口的主机从属于这个路由器的子网中；
③、同一子网不可能出现相同IP地址，不同子网的ip地址可能出现相同；
④、一个内网的ip地址是不可能出现在公网中，所以子网内的主机想要访问公网时，路由器会将ip地址进行替换，目标地址保持不变，源ip地址替换为路由器的WAN口ip地址，，这样逐级替换就能访问到公网了，这种技术称为NAT技术
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咱下期见！！！