一、IP数据报格式

1. 首部

• 版本：表示当前版本是IPv4还是IPv6
• 首部长度：就是用来说明当前首部一共占多少个字节。该字段有4位，也就是0~15。而首部的固定部分就占了20字节，可变部分可有可无。因此，该字段最小为5。
• 区分服务：期望获得哪种类型的服务。很少用。
• 总长度：首部+数据部分的长度。一共16位，可以表示范围为0~65535，单位为Byte。因此，最大可以为65535字节。
• 标识：同一数据报分片之后，都使用同一标识。
• 标志：标志只有两个位有用，中间位DF，为1时禁止分片，为0时允许分片。最低位MF，为1时表示后面还有，为0时表示自己是最后一片了。
• 片偏移：指出较长分组分片后，某片在原分组中的相对位置。以8B为单位。
• 生存时间（TTL）：IP分组的保质期。每经过一个路由器就-1，当变成0就会被丢弃。避免数据报兜圈子，没办法到达目的地，消耗网络资源。
• 协议：用于标识数据部分用什么协议。TCP为6，UDP为17。
• 首部检验和：只检验首部。
• 源地址、目的地址：32位，也就是4位，为目前IPv4的长度
• 可选字段：0~40B。用来支持排错、测量以及安全等措施。
• 填充：全0，补全。

二、IP数据报分片

• 当所传数据大小超过MTU时，就需要IP数据报分片。
• 数据报分片之后，在首部的标识都是相同的，表示来自相同的数据报。
• 当标志中的中间位为1时，禁止分片；当标志中的第三位为1时，表示自己后面还有分片。
• 通过片偏移，来表示该数据报分片在原数据报中的位置。
• 分片案例

三、IPv4地址

• 用于记录主机地址，可以利用IP地址寻找目标主机。
• IP地址：全世界唯一的32位/4字节标识符，标识路由器的主机接口。

1. 分类的IP地址

• IP地址：{<网络号>,<主机号>}
• 一个局域网内，网络号是相同的。比如上面的，前3个字节为网络号。主机号用于标识不同的主机。
• 分类的主要原因是，不同的局域网内的主机数不同，为了最大限度地利用IP地址。在较少主机的情况下，网络号的位数更多，使得可以代表更多的局域网；在主机数较多的情况下，增加主机号的位数。

2. 特殊的IP地址

• 第一行，网络号、主机号均为0。用于在使用的时候，表示自己的主机。
• 第二行，网络号为0，主机号为特定值。表示本网内的特定主机。
• 第三行，网络号、主机号均为0。表示本网内的广播地址。
• 第四行，网络号为特定值、主机号全为0，表示某个网络。
• 第五行，网络号为特定值、主机号全为1，表示某个网络的广播地址。
• 第六行，网络号为127（01111111）、主机号为任何数（非全0或全1）。A类地址，环回地址。（localhost）

3. 私有IP地址

• 网段就是，网络号的可能个数

四、网络地址转换NAT

• 路由器对于目的地址是私有IP地址的数据报一律不进行转发，因此如果使局域网内的主机与外面取得联系，就需要进行网络地址转换。
• 也就是说，局域网要上网，要NAT路由器的地址作为自己的IP地址，发送和接收都要依靠NAT地址。（就相当于一个代理）
• 专用网内的主机，将数据报写好之后，发送给NAT路由器。NAT路由器将数据报里面的源地址和端口号改成自己的，并且在NAT转换表上会有相应的对应关系。然后在发送给目的地址。NAT路由器收到响应之后，将数据报里面的目的地址改成专用网内的主机的地址和端口号，再发送给专用网内的主机。

五、子网划分和子网掩码

1. 子网划分

• 分类IP的弱点是，IP地址的空间利用率很低。
• 两级IP地址不够灵活。

• 也就是，一个网络，可以再分割成多个子网。

2. 子网掩码

• 通过子网掩码来提取网络号和主机号。

• 每个局域网有自己的一个子网掩码，将目的IP地址与各个子网掩码相与，如果相与的结果与子网掩码相同，表示该目的IP地址就是在该局域网内。

六、无分类编制CIDR

• 在分类IP地址当中，通过不同网络位数，划分成多个类别，实现网络个数与主机个数的均衡。而上一节当中，提出了子网划分的概念，该概念又将该网络分成的多个小的网络。这就带来了与分类IP地址相同的问题：有的局域网内主机多、有的局域网内主机少，如何更好地权衡网络号个数以及主机号个数之间的关系呢？
• 在子网划分当中，提出了网络号位数不定的概念，也就是CIDR无分类编址。网络前缀的个数通过在IP地址后面加一个/20来表示，网络前缀有20位，也就是说，子网掩码的前20位为1，后面全为0。

1. 构成超网

• 当在路由转发表当中，两个网络的下一跳地址可能都是相同的。为了缩小转发表的体积，使用超网的技术。也就是将两个网络前缀（子网掩码）合并到一起，变成一个新的更短的网络前缀。

• 由此，可能会衍生出一个问题，多个网络前缀符合自己的地址，怎么办？
• 最长前缀匹配：当有几个匹配结果的时候，应该匹配具有最长网络前缀的路由。前缀越长，地址块越小，路由越具体。

七、IPv6

• 32位的IPv4，空间不够了。
• IPv4首部格式不够完美

1. IPv6数据报格式

• 分为基本首部和有效载荷。
• 基本首部就是固定一定要放的部分。
• 有效载荷包括两个部分，可变部分的首部和真正的数据部分。
• 版本：标识协议版本信息，这里是6
• 优先级：区分各个数据报之间的优先级
• 流标签：流就是，就是从特定源点到特定终点的一系列数据报。所有属于同一个流的数据报都有相同的流标签。
• 有效载荷长度：就是指明下面的有效载荷的长度。
• 下一个首部：表示下一个扩展首部或上层协议首部。
• 跳数限制：和TTL是一个意思
• 源地址、目的地址：就是IP地址

2. IPv4和IPv6比较

3. IPv6地址表示形式

4. IPv6基本地址类型

5. IPv6向IPv4过渡的策略

八、IP数据报的三种传播方式

• 单播：就是点对点的发送报文
• 广播：就是在局域网内向所有设备发送消息，是点对多的
• 组播：就是向网络某组特定用户发送特定数据，发送者只需要发送一次，被传播的数据只有快到达用户的时候，才会复制和分发。

1. 组播

1.1 IP组播地址

• 组播的地址就是D类地址，一个组播地址对应一个D类地址
• 组播地址只能是目的地，不能是源地址
• 组播数据报用UDP完成
• 组播数据报不产生ICMP差错报文

1.2 硬件组播

• 当组播进入局域网之后，需要通过MAC地址找到目标主机。而多个MAC地址实际上是没办法获得的，只能在形式上生成一个组播的MAC地址。规则如下：
  • 所有组播MAC地址都以01-00-5E打头
  • 组播地址MAC地址的后23位，来自组播IP地址后23位的映射。
• 由此就会产生一些问题，因为组播IP地址的前5位被抛弃了，因此有可能会造成两个组之间的MAC冲突。因此，收到组播数据报的主机还需要在IP层利用软件进行过滤。

九、移动IP

• 移动IP技术是移动结点（计算机/服务器等）以固定的网络IP地址，实现跨越不同网段的漫游功能，并保证了基于网络IP的网络权限在漫游过程中不发生任何改变。（也就是说，即使漫游在外面的网络，也可以完成原来网络的一些权限的操作）