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今天我们来学习【网络层】：IP协议的详解
目录
网络层要负责的事情有两个
1.地址管理：指定一系列的规则，通过地址，描述出网络上的位置
2.路由选择：网络环境比较复杂，从一个节点到另一个节点之间有很多条路径，通过这种方式，规划出最合适的路径进行数据传输
接下来我们直接看IP协议的数据报
1.IP协议数据报各个字段的含义
（1）：
（2）：
在 IP 协议中，16 位标识符、3 位标志位和13 位片偏移是用于支持 IP 数据报分片（Fragment）与重组的关键字段。
16位标识符：
作用：唯一标识一个原始数据报的所有分片。发送方为每个原始数据报分配一个唯一的 16 位标识符。（只要分片的标识符相同就是来自一个数据报）
3位标志位：
第0位（保留位）：未使用，目前设置为 0。
第1位（不分片位, DF）：如果设置为 1，表示该数据报不允许被分片。如果路由器需要将该数据报分片（因为其大小超过 MTU），但 DF 标志设置为 1，则路由器会丢弃该数据报并向源主机发送 ICMP“数据报太大”错误消息。
第2位（更多分片位, MF）：如果设置为 1，表示后面还有更多的分片属于同一个数据报。只有当数据报是最后一个分片（没有更多的分片）时，MF 标志才设置为 0。
13位片偏移（Fragment Offset）
作用：指示每个分片在原始 IP 数据报中的位置（以 8 字节为单位）
字段长度：IP协议头中的片偏移字段只有13位。这13位的长度限制了它能表示的最大值。如果片偏移的单位是1字节，那么13位只能表示的最大偏移量是 213−1=8191 字节。这显然不足以表示较大的IP数据报的偏移量。
单位选择：为了扩大片偏移字段的表示范围，IP协议选择了8字节作为单位。这样，13位的片偏移字段可以表示的最大偏移量是 213×8=65536 字节，这足以覆盖大多数IP数据报的长度。
总之：一个IP数据报，要分片的话，这个IP数据报的DF = 0*（分片）.最后一片的MF =0（这是最后一片）（片偏移决定了这几个分片的前后顺序）
如果要实现UDP的拆包组包可以参考这个思路
（3）：
TTL：（单位：次数）数据包 再构造出来的时候，TTL就会被设置成一个初始值，在转发的过程中，每经历一次路由器转发，TTL就会-1
防止一个数据报一直在网络上转圈（找不到目标）
（4）8位服务类型：（就像迪迦一样可以切换形态）
2.地址管理
对于IPv4而言：IP地址一共4个字节（32位整数）（42亿9千万个数）
这个数字大家一看就会觉得不够，互联发展到今天这个地步，能上网的设备实在是太多，根本就不够一个设备分配一个IP。更不要说如今的汽车，冰箱，洗衣机都能联网了
那如何解决IP地址不够的问题呢？
1.动态分配IP：美国睡觉了（很多人不用了）我们用。这个方法是在是没话说，治标不治本，没啥用。
2.NAT机制（网络地址转化）：本质上就是一个IP地址代表一批设备
接下来我给大家讲解一下NAT机制
2.1.NAT机制解释
NAT机制把IP地址分为公网IP和私网IP
1.私网IP：如果一个IP地址，是以10.开头，172.16.* ~ 172.31.* 或者192.168.*开头的（符合上述条件之一的的IP就是私网IP）
在一个局域网内部，内网IP之间不能重复，不同局域网可以重复（譬如一个公司，学校，小区构成一个局域网，这一个局域网内部就有几千几万个设备，大家公用一个公网IP即可）
2.公网IP（外网IP）不能重复
2.2.NAT机制如何实现？
但是如果两台设备一起经过路由器他们的IP都被转换成相同的公网IP，那么服务器返回的数据应该怎么区分这两台主机呢？
用端口号区分
但是如果他们分配的端口号也一样呢？
如果一个局域网中 两个电脑一起访问一个服务器（并且这两台电脑分配给这两个进程的端口号都是60），路由器岂不仅要把他们的源IP地址替换调，而且源端口号也要替换。也就是封住分用到了传输层。
譬如一个端口号替换成100，一个换成102（然后路由器记录一下哪一个进程对应的100，102都在路由表里面）。
只要不是局域网里面同一时刻访问同一个服务器的数量超过了65535，不然NAT目前肯定够用。
当前的网络环境就是以：NAT + 动态分配的方式来解决 IP地址不够用的问题
NAT机制最大的优势就在于“纯软件的方案”
也正是因为这个机制：局域网内部的设备可以主动访问局域网外部的设备，但是外网的设备不能主动访问局域网内部的设备（就像我们写的UDP TCP的服务器必须部署到云服务器上面才能让别人访问。）
但是IPV6 还是最终的解决方案！！！
3.网段划分
一个IP地址 = 网络号 + 主机号
子网掩码（Subnet Mask）是一个32位的二进制数字，
子网掩码(32位）：决定了网络号的长度（网络号的长度不是固定的），用于确定IP地址中的网络部分和主机部分。子网掩码是一个与IP地址对应的32位二进制数（相与），其中连续的 1 表示网络部分，0 表示主机部分。
譬如：
IP地址
192.168.1.100，子网掩码255.255.255.0因此（网络号表示前24位，主机号表示后8位），用CIDR表示法就是192.168.1.0/24(这个24计表示子网掩码中1的个数，也表示网络号的长度）
首先介绍一下CIDR
CIDR（Classless Inter-Domain Routing，无类别域间路由）是一种用于 IP 地址分配和路由聚合 的技术，它取代了传统的 A、B、C 类地址划分，提供了更灵活的地址管理方式。以下是 CIDR 的详细解释：
1. 传统 IP 地址划分的问题：
在 CIDR 之前，IPv4 地址被划分为 A、B、C 类，每类地址的网络号和主机号长度固定：
A 类地址：前 8 位为网络号，后 24 位为主机号（范围：
1.0.0.0到126.0.0.0）。B 类地址：前 16 位为网络号，后 16 位为主机号（范围
128.0.0.0到191.255.0.0）。C 类地址：前 24 位为网络号，后 8 位为主机号（范围
192.0.0.0到223.255.255.0）。问题：
地址浪费：固定划分导致地址分配不灵活，例如一个组织需要 500 个 IP 地址，只能分配一个 B 类地址（65536 个地址），造成大量浪费。（这个时候就可以让网络号占据23位，主机号占据9位（一共512个地址）“/23”）
路由表膨胀：随着网络规模增长，路由表变得庞大且难以管理
示例：
（1）192.168.1.0/24：
网络号占前 24 位（
192.168.1），主机号占后 8 位（0到255）。可用主机地址范围：
192.168.1.1到192.168.1.254。(192.168.1.255表示“光比地址”，给局域网中的所有设备都发送相同的数据）
（2）10.0.0.0/16：
网络号占前 16 位（
10.0），主机号占后 16 位（0.0到255.255）。可用主机地址范围：
10.0.0.1到10.0.255.254。
解释示例1中192.168.1.0 和192.168.1.255这两个IP地址分别表示什么？
192.168.1.0：网络地址
用途：网络地址用于标识整个网络，而不是某个具体的主机。
192.168.1.255：广播地址
用途：广播地址用于向整个子网内的所有主机发送数据包
最后：一个局域网中的设备网络号必须相同（子网掩码相同），主机号必须不同（就是说用CIDR表示法都要一样）
如果一个IP是127开头的，此时这个IP就是“环回IP”
作用：127.0.0.1（我们最长用的）表示设备自己，发送的数据也是发给自己：主要的用图就是进行一些测试的工作，可以排除网络不通的干扰因数，更好的排查网络代码的问题）
4.路由选择
路由选择：描述了IP数据报的转发过程
以上大概就是IP协议的内容啦~~
上述就是【网络层】：IP协议的详解的全部内容啦~~~
能看到这里相信您一定对小编的文章有了一定的认可。
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