之前有学过一点http以及TCP，但涉及不深，这就来系统学习下。
第一章：引言
协议：
一组控制数据通信的规则。
语法：特定的数据结构，如同编程语言用语法写出程序。
语义：二进制比特流传输代表的意义，传输的是什么。比如邮政编码每一位数字的含义。
时序：通信时间，什么时候开始通信。
TCP/IP是事实上的标准。
osi七层计算机网络模型是ISO制定的。
硬件网络协议是IEEE制定。比如无线局域网协议等。
物理传输标准EIA制定。比如以太网双绞线传输标准。
因特网标准：所有网络协议文档都在rfc官网上。
RFC文档示例：
RFC文档会有状态标注，因为后面的RFC会对前面的做出补充或者修改，修改过的，过时的都会有对应的标记。
比较常用的是这个：
第二章：
OSI是个网络结构体系概念模型，不是协议，由ISO组织制定。OSI七层模型：
物理层：网卡，网线，集线器，中继器，调制解调器
数据链路层：网桥，交换机
网络层：路由器
网关工作在第四层传输层及其以上
应用支持层包括：
1.应用层
2.表示层
3.会话层
两台终端之间的协议通信是 对等层 通信的，比如应用层对应用层 ， 传输层对传输层进行通信。
服务在协议栈中的概念：
底层对上层提供服务，上层是使用服务的，服务只能在相邻的上下两层间执行，不可能跨越多层，服务只能在同一主机，不可能对 跨主机或者网络设备的相同上层 提供服务。
服务也不可能上层对下层提供服务，下层永远为上层做服务，上层不对下层服务。
接口：
服务的使用与提供都是经过接口（通道）来实现，每一层都会有相应的接口。
不同系统的同一层称对等层
对等层之间的通信的实现靠的是终端的对等进程或者对等实体（在操作系统层次上看就是进程间的通信）。
对等层通信使用的就是相应的对等层协议。
不同功能使用不同协议进行传输，来完成不同功能。
由于同一层上也有很多对等实体，所以对等实体这个概念要有个限制：
实质上各个层之间的通信（是虚线，物理层是实线）都是通过物理层介质将数据送达乙方主机实现的。也就是上层协议栈所有数据一层一层向下转发最终汇聚在物理层，然后送到乙方主机，对等层接受数据（数据依次送往高层）。如图：
通过观察上图可以发现：当数据从顶层往下发送时，每一层都会把来自上一层的数据加上一个头部，如图中：H6 H5，这些头部包含有本层的控制信息。到了数据链路层，除了加上头部，还加上了尾部，用于校验物理链路的数据是否出错，如果出错则丢弃不发送。
接受时：则是相反的动作，物理链路层取出加上的尾部和头部然后向上传，上面的协议也一样取出头部完成功能后，把数据部分再向上传递，一直到最顶层。
对等层的通信是逻辑上的通信，是虚通信。最终要经过物理链路发送。对等层之间传送的信息是无增加无减少的。
各层的PDU都有专业名词：
物理层是没有PDU的。因为每层PDU（数据传输单元）是有自己的格式的，而物理链路层将这些数据转换成了二进制数据流了（比特流）。另外，在OSI参考模型中，物理层（Physical Layer）是参考模型的最低层，也是OSI模型的第一层。物理层的主要功能是：利用传输介质为数据链路层提供物理连接，实现比特流的透明传输。物理层的作用是实现相邻计算机节点之间比特流的透明传送，尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。使其上面的数据链路层不必考虑网络的具体传输介质是什么。“透明传送比特流”表示经实际电路传送后的比特流没有发生变化，对传送的比特流来说，这个电路好像是看不见的。
发送方：一层层的封装。 接受方：一层层的拆。
（有些书籍定义了5层）。
其实OSI模型层和TCP/IP划分是差不多的。
TCP/IP互联设备----路由器
物理网络：物理链路和数据链路层
平等指的是：不能区别对待，不能因为运行机制不同而不传输。
物理网内部的网络不是因特网（TCP/IP）要解决的，TCP/IP要解决的是主机间的通信。
虽然每一层之间都有一个接口，但传输层与应用层之间的socket接口比较特殊，socket可以做到应用层往传输层的统一。
编址：
因特网常用地址：
物理地址：特点：
由于物理层的功能只负责将信息转换为比特流传输到介质上，所以寻址功能是在链路层而不在物理层，也就是说物理地址是链路层地址，不是物理层地址。有时候也称硬件地址，是一种固化在网络接口设备 上的地址（针对局域网），比如每个网卡都有相应的物理地址。
物理地址的格式不是统一的。通信特征也不同，由所在的局域网，广域网决定，并且要在所使用的网络内唯一，在所有的网络内可以不唯一，就是说物理地址只要求在网络内部唯一。
常见的两种获得IP地址的方式：
pppoe是拨号上网方式，连接成功后isp随机给你分配Ip以便你能上网；后面两种方式都用不着使用者这边主动拔号连网，只要路由开机后就可以握手连网成功，这两种不同的是静态ip一般用于专网或单位光纤，由运营商指定后不变，而动态Ip即dhcp 是由运营商DCHP服务器系统在你开机联网时随机分配的ip,以便联网，区别于pppoe就是多一个拨号过程，常用于小型专网或运营商测试帐号，或者路由器级联用。
DHCP 客户,支持为了获取动态租用 IP 配置和相关的可选参数信息而与DHCP 服务器通讯的任意网络启用的设备，一般是路由器。
pppoe,通过宽带连接（诸如单一的 DSL 线路、无线设备或电缆调制解调器）使以太网上的用户连接到 Internet 的规范,使用 PPPoE 和宽带调制解调器，LAN 用户可获得高速数据网络的个人身份验证访问,将以太网和点对点协议 (PPP) 合后，PPPoE 能以高效的方式为每个用户创建到远程服务器的单独连接。
DHCP:全称Dynamic Host Configuration Protocol(动态主机配置协议) 。
DNS:全称Domain Name System（域名服务系统）。
PPPoE:全称PPP over Ethernet(以太网上的点对点协议）。
Dynamic Host Configuration Protocol 动态主机配置协议。
所有PPPOE、DHCP或者其他上网方式，最后都是为了获得一个能上网的IP而已，一旦获得了这个IP，以后上网的效果都是完全一样的。区别就是：
静态IP，不要认证，直接一开机就能上网。
DHCP，也不要认证，但是你自己开机的时候不知道自己IP多少，要等DHCP的服务器随机从所有能上网的IP里面分配一个给你。
PPPOE就是要先认证，只有帐户密码正确以后才分配一个有效的IP给你。
【拓展资料】
1、静态IP的方式，如果是占用一个INTERNET的IP的话，上网都是很贵的，当然这个也是最方便的，开机就能上网，不用做任何拨号或者认证的过程。
2、PPPOE，只是多了一个获得IP的过程，一旦获得了IP以后，就和静态IP一样了
一般可以这样和静态IP的方式做个比较：
比如你的运营商，手上有1000个静态IP。如果他把这1000个IP分给1000个用户，那这1000个用户就一人有一个IP，这个就是静态IP的模式。这个时候IP的利用率是很底的，因为这1000个人可能很多时候没有上网，这个IP是空闲的。但是事实上，INTERNET的IP现在是很昂贵的，运营商会尽量多利用起这1000个IP，于是他们就想了个办法，就是看谁先上来，他就从这1000个IP里面挑一个给他用，你下网了，他就把这个IP收回去，然后就等准备分给下一个人，这样他就可以有远超过1000个客户了。就是说他保证了这1000个IP几乎每时每刻都在同时被使用。 你获得这个IP的过程就是PPPOE。
3、至于DHCP，其实也和PPPOE有点类似，也是一个获得IP的过程。只是DHCP一般是不要认证的，只要是个人上来他都会分配一个IP给他。而PPPOE的话，要你输入帐户/密码，认证通过以后才会给你分配IP。
常见的物理地址：MAC地址（16进制 表示48比特）。
MAC地址（英语：Media Access Control Address），直译为媒体访问控制地址，也称为局域网地址（LAN Address），以太网地址（Ethernet Address）或物理地址（Physical Address），它是一个用来确认网上设备位置的地址。在OSI模型中，第三层网络层负责IP地址，第二层数据链接层则负责MAC地址。MAC地址用于在网络中唯一标示一个网卡，一台设备若有一或多个网卡，则每个网卡都需要并会有一个唯一的MAC地址。
MAC（Media Access Control，介质访问控制）地址，也叫硬件地址，长度是48比特（6字节），由16进制的数字组成，分为前24位和后24位：
前24位叫做组织唯一标志符（Organizationally Unique Identifier，即OUI），是由IEEE的注册管理机构给不同厂家分配的代码，区分了不同的厂家。
后24位是由厂家自己分配的，称为扩展标识符。同一个厂家生产的网卡中MAC地址后24位是不同的。
MAC地址对应于OSI参考模型的第二层数据链路层，工作在数据链路层的交换机维护着计算机MAC地址和自身端口的数据库，交换机根据收到的数据帧中的“目的MAC地址”字段来转发数据帧。
谈起MAC地址，不得不说一下IP地址。IP地址工作在OSI参考模型的第三层网络层。两者之间分工明确，默契合作，完成通信过程。IP地址专注于网络层，将数据包从一个网络转发到另外一个网络；而MAC地址专注于数据链路层，将一个数据帧从一个节点传送到相同链路的另一个节点。
在一个稳定的网络中，IP地址和MAC地址是成对出现的。
IP地址：特点：
32位 十进制表示并且以.分割
和物理地址不同，IP地址要求在全部物理网络或者逻辑网络内唯一，在因特网内唯一，所以IP和物理地址唯一性的范围不一样。
端口地址：特点：
所有应用都是以进程方式实现的。也就是说由端口标识进程，进程实现应用。
21是FTP的端口 80是HTTP端口 23是talnet端口 25是SMTP端口
总结一点：物理地址在物理网络内使用 ，IP地址在互联网上使用，端口地址在一个操作系统内（计算机）使用。
PS：
B是Byte的缩写，B就是Byte，也就是字节（Byte）；b是bit的缩写，b就是bit，也就是比特位（bit）。B与b不同，注意区分，KB是千字节，Kb是千比特位。
1MB（兆字节）=1024KB（千字节）=1024*1024B(字节)=1048576B(字节)；
8bit（比特位）=1Byte（字节）；
1024Byte（字节）=1KB(千字节)；
1024KB（千字节）=1MB（兆字节）;
1024MB=1GB;
1024GB=1TB;
TCP/IP模型与三大地址的对应关系：
可以看到除了端口地址，其它两种地址是对应。而端口地址因为TCP要用端口地址来区分不同的进程，所以作用在TCP层。而应用层不需要端口地址来作用，因为它们本来就是一一对应。
根据通信中的目的地址分类：
主要在物理地址，IP地址的角度分类的。
多播是针对一组有相同特征的接受者。接受者指的是一些应用或者协议。地址特征：物理地址为例，前面24比特固定为0X0100.5E ip地址的前缀固定为224。
广播则针对所有网络系统。地址特征：全是1。
不满足多播和广播，就是单播
TCP/IP核心是IP协议。
程序：计算机之间的通信实体。
会话：实体通信的一个过程
协议：规定通信的一组规则。
上下层之间首部只有加上或者抽走两种动作。
传输介质不属于7层模型。
IP层以下不属于TCP/IP协议族的内容，是物理网的范畴，是一种底层的网络，不是由ISO组织制定的标准。但是因特网要靠这些底层网路来实现网络互联。像LANS WANS等这些有专属的协议。不过无论如何，这些底层网络都是通过IP层汇聚进而实现终端之间的通信。所以网络连接设备会在两种寻址之间工作：IP地址，物理地址。如果当前的连接设备比如路由器还需要查找下一个网络节点的地址，那么这种寻址就是IP地址，而如果查找的是当前网络范围内的设备，就属于查找物理地址。反正最终也是通过汇聚IP层形成了通信。（当然IP层再继续往上传）
不同的介质对物理层的要求是不一样的。解调调制技术 也应用到物理层。
局域网：
针对OSI的物理层和数据链路层，属于物理网络。
局域网的物理地址称为MAC地址，因为局域网将数据链路层又划分了两层。广域网没有MAC地址。
大部分网络现在采用以太网络，速度高。
如果没有特别提醒，下面谈到物理网络，指的就是以太网。
以太网的封装：
使用 Ethernet（Ethernet帧格式）（LANS的一种技术）封装的数据的地址也称为MAC地址，它封装的上层数据可以来自网络层也就是IP层：
使用IEEE 802.2/802.3技术来封装：
以上两种方法除了一个是type字段一个是Len字段以及它们封装的数据内容不太一样，其余基本相同。但是现在网络大多采用Ethernet封装技术。
以太网的数据帧头尾加起来一个18个字节：2X6个MAC地址 ，Len，FCS尾部。数据字段部分的范围46-1500字节。所以以太网传输的数据帧长大小不能超过或者低于46+18~~1500+18这个范围。
以太网规定数据字段必须最小值是46字节。
为什么以太网要规定最小传输：
在数据链路层（物理网络----以太网）下，很多台主机可能会使用同一条传输介质（即共享介质），如上图，主机A发送的数据是以一种广播的形式发送的，也就是说所有的主机都可以侦听到，如果发送的数据帧中的目的帧（MAC地址）符合自己的MAC地址，那么才会接受。当站点上多个主机要发送数据时，这时候在介质上就有可能冲突：
这时候传输的比特流可能会发生碰撞，结果可能会导致信息的缺失或者错误。所以以太网会有许多机制（比如载波监听，冲突检测）来保障。这是以太网的冲突特性。冲突域：站点使用的共享介质（这条电线）越长，冲突率就越高。
PS:
帧经过交换机时，其源、目标MAC是不会变的，一句话：二层转发不改变帧的MAC地址、IP地址；
帧经过路由器时，进行路由转发，IP地址是不会变的，但MAC地址必定会变
举个例子：
A----B----C-----D 四个路由器
比如A发送报文给D，
1）A发出的是：源、目标IP是AD，源目标MAC是AB相对接口的MAC
2）B转发给C的是：源目标IP是AD，原目标MAC是BC相对接口的MAC
3）C转发给D的是：源目标IP是AD，原目标MAC是CD相对接口的MAC
D收到的帧是：源目标IP是AD，源目标MAC是CD相对接口的MAC
对帧当中的IP地址的理解：发货人、收货人
对帧当中的MAC地址的理解：
源MAC：货物中途所经过的上一个驿站
目标MAC：货物中途所要到达的下一个驿站
以太网双绞线：
交换机制通常用在网络层或者广域网：
而对于局域网，因为其使用的是广播的方式而不存在交换的概念。在局域网将数据输入某个特定的集线器端口时，除了当前端口不会发送，其它端口都会发送该数据出去，使得其它共享介质上的主机都能进行对数据帧的侦听（这就是广播）。而交换式的发送是彼此之间的数据交换，在路由器的角度，当前特定端口输入与通往目的主机的端口输出；如果是集线器的发送方式，那么就是广播式发送，目的主机侦听目的MAC地址来接受。所以广域网采用的是交换系统，用的是交换机。
交换系统之电路交换：
在局域网中，一个介质上只能有一个主机在发送数据，多个主机不可能同时发送，这个主机发送完其它主机才发送。
而在广域网的电路交换中，每个主机都有自己独立的信道或者介质，所以即便多个主机同时发送数据，相互之间也是不会有影响的。所以电路交换的特性，由于每个主机都有自己的信道，所以在通信的时候两台通信的主机是不占其它主机通信介质的，也就是只独占当前的连接介质。当然，正在通信的两台主机，别的主机也就无法与这两台主机取得联系。
局域网是所有主机共享所有通信信道或者介质。所以就不存在什么交换。
分组交换：
1.数据报：
两台主机之间不通过介质或者信道建立连接，而是通过发送数据报文，这些数据报文将会分割成一段一段的，称为分组，然后这些分组将会通过不同的路径运输直到到达目的主机。这些分组由于会经过不同的路径导致到达目的时间不一样，所以它们被接收的先后顺序就有可能会和发送时的顺序不一致。所以数据报方式的分组交换可能会造成数据丢失也就是丢包。
2.虚电路：
两台主机之间会建立一条逻辑上的连接，然后数据被分成了一块块的，也是一种分组的形式，由于建立连接，到达目的主机的分组和发送时候的分组先后顺序是一致的。
PS：电路交换和虚电路交换区别在于，数据发送一个是整个数据流，一个是数据块也就是分组；建立的连接一个是真正的物理连接，一个是逻辑连接。
广域网：
局域网使用共享介质，使用广播地址，所以没办法远距离传输。
广域网使用独享介质因此才能长距离传输，是点到点式的。
广域网的交换方式有三种：电路交换，分组交换 ，报文交换。
交换报文交换和分组很类似：唯一区别就是以完整报文的方式发送和以分组方式发送。分组发送就相当把报文分割成数据块发送。
现在很少使用报文交换，因为限制于物理网的上限1518字节。
广域网的技术非常多，彼此间的共性少，不像局域网，所以不同的广域网技术差异很大。
广域网VS局域网：
地理范围：现在无法单凭地理范围来辨别LANS和WANS，因为光纤的使用可以使得局域网也能进行长距离传输。
延迟，速率：同样由于使用光纤以及新兴技术，两者速度，延迟上都有很大的进步。现在也无法凭这个比较（速率高延迟低，速率低延迟高）
信道：无论如何变化，广域网是点到点的，而局域网还是广播。
协议：广域网是帧中继协议，局域网是以太网。
两者特征比较：
校园网就是典型的局域网。
上图中网桥设备的功能和交换机相似，转发器功能和集线器功能相似（基本功能一样，差别也就在于端口的多少而已），所以图中用了“/”。
局域网使用集线器，广域网使用交换机。
站在OSI的角度看待这些连接设备：
上图中，上层的域覆盖下层，意思就是，比如转发器只覆盖物理层，网桥则覆盖了数据链路层和物理层，也就是网桥作用于这两层（网桥能和转发器连接并和转发器起作用，又因为它是属于数据链路层的设备所以说它覆盖了这两个层）而转发器只存在于物理层，依次类推。
对于转发器或者集线器：
仅仅作用于物理层，不会修改数据内容，没有其它特别功能，只完成数据比特流的传输。转发器或者集线器的作用相当于信号放大器，转发器可以连接到下一个转发器或者集线器，信号在传输过程中是会衰减的，所以集线器或者转发器具有增强信号的作用，信号增强，可传输的距离会增加。但是由于转发器或者集线器处于的是局域网，是广播式的，那么会影响多台主机的数据发送，所以转发器或者集线器不能连接太多，会造成网络性能的下降（有效带宽被平摊，导致网络带宽下降），因为冲突率会大大提高。
对于网桥或者交换机：
1.网桥和交换机的区别和集线器与转发器一样，都是端口数量的区别，基本功能相似。网桥之间连接方式和集线器之间连接方式差不多。而且网桥和集线器也可以级联。如图：
当两台主机位于网桥的同一个接口时，网桥设备会侦听（进行杂收模式，所有的数据先接收到网桥，根据地址判定是丢弃数据还是转发，一旦网桥选择丢弃，那么物理层的转发器直接工作，也就是进行广播）但不会转发。所以只在物理层输出。
网桥的作用等于在分割整个网络的冲突域，使得每个域之间不会互相干扰。如果改成集线器，那么整个网络的冲突率将大大提升，网络性能也会下降。上图中有8台主机和两条10M的介质，如果中间是集线器，那么相当于8台机器（广播）共享10M，如果使用了网桥，相当于4台机器共享一个10M，并且不会影响另外4台主机的运作。因此使用网桥对网络性能的提升是很大的。
网桥中有MAC地址表，当源地址和目的地址（MAC）在它不同的接口处时，它会执行转发功能。这个转发是这样的：
可以看到比特流跑到数据链路层变为数据帧进行的转发，也就是转发发生在数据链路层。
路由器的功能主要是连接不同的物理网络：
路由器可以连接不同的物理网络，而交换机不行（换句话说数据链路层不行），交换机通常只用在局域网中，因为在局域网中，数据链路层是有共性的地方（LLC子层相同，MAC可以不同），如果没有共性的地方，交换机没办法转发。比如以太网寻址用的是MAC地址，拨号网是用电话号码，在数据链路层上数据帧的结构不一致，自然连接不了。
同样路由器也可以进行级联。路由器与路由器，路由器与交换机/网桥，路由器与集线器。路由器很少直接连接一台主机，因为端口数比集线器或者交换机都要少很多，原因是要减少路由器开销。
网桥和集线器可以扩展局域网（单个物理网），这两种作用于OSI模型第一和第二层的设备都是作用于单个网络。
路由器则互联这些单个网络，形成互联网。
网关：作用覆盖形式：
网关的作用：如果说路由器是连接不同的物理网，那么网关则是连接使用不同协议栈的网络。
PS：属于哪一层的设备意思是指设备执行转发发生在哪一层。比如网桥/交换机转发发生在链路层，所以属于第二层设备。但不代表网桥只存在于第二层。
HUB Switch Router Gateway 集线器 交换器 路由器 网关
IP层：
集线器和交换机不需要IP来标识（它们不对网络层作用），而网络层以上需要IP地址来标识。也照应了路由器是IP层设备，IP地址实际上是标记了路由器的接口（标记了不同的网络连接，而不是标记路由器本身），一台路由器上不同的接口有不同的IP地址标记，用来连接不同的网路，也相当标记了不同的网络连接，因为不同的物理网络有不同的接口，通过这些接口才能连接。IP地址也可以标记主机的通信接口也就是网卡。
IP地址结构：
network id:区分不同网络，标记互联网中的网络信息，也就是定位互联网中的哪一个网络块。
host id：标记这个网络块中的特定的设备或者节点，主机。
而在以太网中的物理地址也就是硬件网卡的地址，无论移动到哪个网络，它的物理地址不会改变，这与以太网物理网络的特性相关。
IP地址二进制：
点分十进制方便人为观看。运算方式：
二进制就以2为底数指数为权值，进行次方运算以后相加。
十进制转二进制：
IP地址分类：将32比特空间的地址进行分5类：
A类：
32比特中，有一个比特是用来进行分类，剩余31比特是进行IP层标记。
最左边，也就是最高位，就是用作分类的比特。那么范围就是剩余的31位都是0-1，即0.0.0.0---127.255.255.255
然后如上图，2的7次方意思是最多可以标记的网络块的数量，同理2的24次方是最多可以标记的主机或者设备数量。
B类：用了两个比特位来标记分类，其余同上。
C类：
D类E类地址和以上三类不一样：
以上三类都是标记网络连接的地址，而D，E类是标记多播应用：
E类的地址做保留和实验用：
所以ABC类才是标记网络连接。
可以直接看第一段的十进制就能区分类型：
提取netid hostid:
二进制判断：
十进制直接判断：
多接口计算机：
这台计算机虽然能连接多个网络，但不会像路由器的功能为其它终端提供通信功能。
路由器和多接口计算机分配的IP地址只能是A-C类地址。
路由器作为中继节点，它的每一个接口必须接入不同的网络，如果都接入同一个网络会出现错误。
如上图：把分类部分作为一个前缀，同一个前缀的网络可以互相连接（也就是同一类地址的网络的两个设备如主机和路由器，能互相连接），然后地址中携带hostid来标记设备信息，路由器上与该设备的网络前缀相同的接口与之相连。
同样，ABC类地址的网络中也有特殊地址不是用来标记网络连接的：
这些特殊地址中的netid都是包含分类标识的。
最后一栏是指这些特殊的地址是否能标识通信对象（源/目的地址）。
IP地址中netid是标记网络，也就是设备或者终端是处于哪一块网络中，然后的hostid标记当前网络中的设备。
所以如果当hostid全为0，netid不全为0，则表明该地址是一个网络地址。
表明这三台主机都在123.0.0.0的网络内，只是hostid的不同来区分当前网络内的不同的连接。
同理：
因此网络地址不能作为源，也不能作为目的地址。因为它不能标记任何一个节点设备，但可以用来区分网络，标识不同网络。
直接广播地址：
它的IP组成：
所以直接广播地址只能标记目的地址，因为源的话不可能所有主机都是源（所有主机都是源都发送同一数据乱套了）。源只能是单一的发送方。
直接广播地址的工作模式：
路由器检查netid部分（路由器功能是连接网络的），拿216.45.7.0这个网络地址来说，路由器将数据发送进入这个网络，然后物理网的设备检查hostid部分，发现是255，那么采取广播形式发送，所有主机都会收到数据。所以直接广播地址只在特定的网络中广播（在指定的netid的网络内），不会在其它的网络内广播。
通过上述例子发现，netid和hostid的作用地不同。路由器只检查netid部分，而在该网络中的物理网层技术会检查IP中hostid，从而将数据发送给目的终端。
受限广播地址（本地广播地址）netid全1（不需要特定就是说不需要网络地址，因此也叫本地广播），hostid全1（广播）：
路由器是绝对不会转发受限广播地址的。当一台主机向255.255.255.255发送分组的时候，在该主机所处的网络里面，除了该主机，其它主机以及和该网络直接相连的路由器都会收到分组（路由器有一个接口也接在该网络上）。但是路由器识别到是255.255.255.255时候是绝对不会继续转发。
如果说当前受限地址改为直接广播，并且发送一个netid为当前网络的分组。那么路由器收到后既不会原路返回分组，也不会转发。那么也相当于一种本地的情况。
本网络上的本主机：0.0.0.0（临时使用）
这个特殊的A类地址（第一个IP地址），只会出现在一种场景中。一台主机要获得IP地址可以手动设置，也可以让主机在网络上获取。这个时候由于自身是还未有ip的，所以会临时使用这个0.0.0.0，并且可能会以广播的形式255.255.255.255发送，请求到DCHP（动态主机设置协议（英语：Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）是一个局域网的网络协议，使用UDP协议工作，主要有两个用途：用于内部网或网络服务供应商自动分配IP地址；给用户用于内部网管理员作为对所有计算机作中央管理的手段。）服务器后，返回一个IP地址，接着这台主机就会使用这个分配下来的地址。
本网络的特定主机：
netid全为0，hostid特定
如上图：netid是全0，hostid不为0，那么该台主机连接到了当前网络中，就可以通过hostid找到目的主机进行通信。但是实际上基本不使用这样的通信方式。
环回地址：
环回地址很特殊：正常的OSI模型中，数据从上向下传输，连接到物理网，经过路由器，到达目的网络。而环回则不是，当进程1产生的一个分组向下传送到IP层时候，IP检测到这是个127.x.x.x，这是个环回地址。那么不会再向下传输（在IP层就返回，往上层走了），直接将分组传到本主机的进程2，也就是说环回地址让分组只在本台主机内部活动，不会向下传输到物理网，更不可能传输到互联网。是的，最常见的就是127.0.0.1本地IP地址，这也是为什么这个IP地址不需要经过网络的原因，它是个环回地址。
一个IP网络中可以有主机也可以没有，但一定有路由器，因为路由器负责通信。一个网络内的hostid不能全是1或者0 。因为全1或者0的地址不是用来标识网络连接的。路由器和主机连接网络的接口功能是一样的。路由器必须连接不同的网络，所以接口上netid也是不一样的，而hostid可以在不同的网络中不唯一，但在同一网络中也要唯一。netid的唯一就可以决定了IP地址的唯一。
上图讲述的是即使5台主机都在一个以太网内，也有可能相互间不能通信。（即使数据链路上是连通的，后续讲明原因）。这时候路由器的接口同时I/O比特流。
所以1个接口能够连接2个网络连接是逻辑上的，一个物理接口可以有多个逻辑连接，但是多个物理接口不能都连接一个逻辑连接
再次谈及广播，多播，单播：
本地级：本网络内 全局级：互联网内
申请IP地址：
A类要去掉netid全0和全1的地址，所以网络数目是126个， hostid也是要去掉全0和全1，所以是2的24次方减去2。所以总体上，当前网络内，可以分配给设备和主机的IP数就是2的24次方减去2。
B类，C类的主机IP数也要减去全1和全0。（B,C类网络的全1或者全0不影响，但A类就不能）。
每个网络内部自行决定hostid，只要网络内保证唯一即可。
综上，专用网只要求网络内部的地址唯一即可，也就是保证hostID是网络内唯一，在因特网内netid可以不唯一。因为专用网不需要接入互联网。
根据netid划分出公用网和专用网，专用网中，A类有1个，B类16个，C类256个。使用私有地址的网络不能接入因特网，因为它们不能确保唯一。专用地址加上NAT技术可以转换为公网IP，适用于多台主机中只有小部分需要对外通信的情况。
A，B类浪费严重，因为当netid一旦分配，那么就只有这个网络是这个netid，当这个网络只有很少主机的时候，浪费相当多的地址。
解决办法：无类IP编址
子网划分：
将一个IP类（A B C）网划分成几个较小的子网。
子网划分后，可能多个物理网的netid是相同的，这时候无法根据netid来区分网络。解决办法：
子网划分后，IP地址中原来的两段分成三段，多出来的Subnetid和netid一起来标识物理网络，Subnetid标识子网，netid标识父类网络，hostid标识不同的设备。
原来的IP地址结构：
所谓的划分子网技术其实是把hostid中的几个比特位分出来变成Subnetid：
而且Subnetid的长度是不固定，是变长，所以规模是可变的，不像netid和hostid是固定的，对应的网络规模也是固定的。
子网中，hostid全0，也能标识一个子网络地址。因为Subnetid是变长的，所以hostid也是变长的，所以原来分类网的首字节判定地址的方法失效了：
要采用掩码运算：
它的值是用来表示当前比特值是在IP地址中的哪个部分。它也采用点分十进制表示法。
例子：
首先这个C类网前三段是网络地址部分，所以掩码中1表示网络地址，0表示hostid地址。那么掩码的前三段自然是全为1，后面的hostid部分全为0，前面知道subnetid是变长的，所以后面8个hostid比特中假设最高位的两个比特变成1，那么hostid只有后面6个比特位，这时候标识的主机数量就只有64-2=62台。
掩码指的是某个特定IP网络的大小，如果指定的是子网的大小，会特定指定子网掩码，如果是分类网大小，就会指定的是默认掩码。
衍生下来子网：
如果subnetid全0或者全1，那么这也是理论上的特殊地址。但，实际上subnetid有可能是这些特殊地址。
如果子网下，hostid全0表示子网地址，全1表示子网广播地址。
术语：
平常都用连续掩码。
同样可以用点分十进制表示掩码（和IP一样也是32位）：
掩码仅仅表示网络大小，这个网络的netid等部分是看不出来的。
掩码的位数表示法：
/ 加上netid和subnetid部分的位数，比如说netid和subnetid部分的位数有26个（从左到右），那么表示为：/26 （26个1比特）
特殊值：
地址范围：{算出来的网络地址~~~算出来的网络地址+mask的取反（各段十进制上直接相加即可）}
下面的网络都是网络地址加上子网掩码来表示：
网络地址+子网可以用来区分是分类网还是子网。但只有掩码或者只有网络地址是无法判定分类网还是子网的。还有一种情况，A类子网的掩码和B类网掩码是一样的，所以单纯从掩码上看，也不能区分出是默认掩码还是子网掩码，因此也要结合网络地址。不过掩码如果一样，证明网络大小一样（主机部分的比特位一样）。
要使得IP子网最小，意思就是可标记的主机地址数目最少。如果hostid只有一个比特位，减去全0全1这种特殊情况就等于0.所以hostid为两个比特位是最小的。因此30个1和2个0转换为点分十进制，掩码为255.255.255.252。
上图的意思是，以8个字节为单位的比特位中，从左到右起，当netid和subnetid为/1时，最高位只有一个1，hostid部分就有7个位，就是2的7次方；当netid和subnetid为/2时，最高位只有两个1，hostid部分就有6个位，就是2的6次方。依次类推。
这个规律是，计算hostid部分的位数，即2的X次方，然后IP地址最后8位的十进制值是该2的X次方倍数的话，那么该IP地址是子网地址，如果是该2的X次方倍数-1的话，是子网广播地址；这两种情况都不符合的就是主机地址。
网关是标识路径信息。地址，路径，名字可以标识主机。路径指明数据如何送交到主机。
和一台主机（的物理网络）相连的路由器的接口IP地址就是该主机的默认网关。
子网配置中：2的14次方的主机公约数是64，128.所以如上图。
定长和变长的子网划分的前提是：同一个netid网络下。
使用变长网络划分如图：
通过上图观察可知：网络1连接25台主机和3个路由，所以这三个路由设备也要分配IP地址，然后加上2个特殊地址（全0全1），为 25+3+2，下面的网络2，3同理
使用定长的方式划分：
定长划分的方式是由连接了最大主机数的子网决定的。如图net5连接的主机数最多，在2的6次方内，所以mask=255.255.255.192，所以可以看到net2浪费地址的情况最严重。
上面这种定长划分如果改成了变长划分，所有网络需要的空间只有232，一个C类网就可以满足，而上面的要320个，两个C类网或者一个B类才能满足：
如图，虽然大家的分类网前缀是一样的，但是掩码不同意味着，所在子网网段不一样（虽然大家同处A类网）。如：
上图中net1，32-27=5，2的5次方是32。0是32倍数，所以这是一个子网地址。可以看到5个子网地址都不一样。
这就是变长子网掩码。
观察上图，使用变长掩码划分出来的网路中，net3到net4的地址不是连续。这是因为子网地址的特征造成的，根据net3的特征，hostid是只有6位，然而40和103中，前面两位首先就不符合了。然后一个子网IP地址的范围是全0到全1。而40作为开始处不是全0，103作为结束不是全1.
所以今后子网划分一定要注意子网地址的特征。
如图，全0全1（子网地址和子网广播地址去掉）的情况去除后，剩下的就是可分配的地址。
路由器可能通常会被分配第一个或者最后一个有效主机地址，便于记忆。
路由器不需要默认网关。
请注意：这里将netid的比特位改为1的意思是指，比如要聚合8个C类网，那么必须要向网络号借3个比特位，那么这三个比特位的范围自然是从000~~111，也就是0~~7的数值。所以如果所借比特位刚好为1就要置0.
超网的对象：只针对C类网络。而子网划分没有限制，ABC都可以。
子网的具体应用：地址分配给一个物理网络。超网的具体应用：地址申请，将多个物理网络合并。
路由聚合CIDR，实现超网。
首先要明确，需要的IP地址数量是多少，然后一个C类的地址上限是256，看需要IP地址数量是C类上限的多少倍（超过就算一个倍数），倍数以2的指数n呈现，然后就向netid借n位比特，最终得到的超网地址的第三个点分十进制数值必须是合并的C类网的倍数。
无类别域间路由（CIDR）
是一种路由技术，不是路由协议。它可以针对所有网络使用路由聚合技术。只要聚合好的网络满足超网规则。所以说是无类别。
小结：
对于互联网中的所有节点无论是主机（要选择转发的路由器）还是路由器，都要完成选择路径和转发分组。
物理网络只是传送IP分组，不关心源和目的。路由器和主机网络层实体才考虑。
下图有两种协议完成两个功能：
所以，如上图在这个小节中所说的服务是通信协议。
因此如上图：IP是无连接的。
面向连接的交换方式是虚电路交换，无连接是数据报交换。
OSI每一层都有可能有虚电路和数据报这两种传输方式。
面现象链接特性：从源到目的会建立通道，所有数据严格沿着通道进行传输，如果出错可能会发生重新建立通道。
路由器可以屏蔽物理网络之间的差异。
因为面向连接的特征是要满足各个节点的特性，并且局域网一般都是广播式的传输，明显不符合网络层的情况。并且无连接的特性更加灵活，更适合网络层。
间接交付是在不同IP网络中，上图漏了一个不字。如图：
源IP和目的IP是不会改变，因为这两者一旦改变就会导致信息收发的不正确，所以在直接交付，间接交付不能用源和目的IP作参考，所以用分组的目的和分组的发送点来标记，这里的分组目的指最终目的，发送点指发送接口或者发送节点。
所以，掩码的作用也非常明显，它还可以判定分组的交付方式。
在交付过程中也是经过物理链路的，所以需要解决交付操作----地址映射。因为在IP层来看目的IP永远不变，但是在链路层的传输中，MAC地址是改变的，因为每个节点都有对应的MAC地址，数据经过很多节点才会到目的。所以如上图交付操作。
下一跳指的就是路由器另一个转发接口的IP地址。
上图中：第一次交付的IP地址接口就是默认网关。所以可见，主机一开始要向谁发送数据，关键就在填的默认网关，默认网关在分组传输的路径起着重要作用。
IP地址配置重要的三部件：
IP地址，这个不多说。子网掩码，判定分组的交付方式，如果是间接交付那么，就要用到路由器，进而需要配置默认网关。
默认网关，让主机知道向哪一个（边缘）路由器发送分组，完成间接交付。
所以可以看出，由于数据帧是逐跳改变，作用在物理网，对于物理地址只要在局域网唯一就可以了。而IP是整个互联网唯一。
路由表实现的思想是：使用尽可能少的信息实现选路。路由表上的目的指的是目的网络，因为路由器只关心IP地址中网络地址的部分，具体的目的主机由下面的物理网就可以实现分组传送到位。
使用目的网络特点：1.可以选路 2.节约路由表存储空间，提高查表效率
路由表中为了节约空间和提高效率，只用尽可能少的信息选路，所以表中只会存放下一跳的路由，而不是全部的路由节点信息，这样的每个路由器就有了独立选路的功能。
主机路由：
全1掩码和路由器相与运算的时候，结果还是等于目的IP，这并不是多余的，实际上路由器只会关注网络号部分，而结果直接等于IP的话，相当于路由器直接将整个IP地址当成网络号取出来，所以全1 掩码可以用来控制特定的主机
注意：这里全0不是前面的特殊地址，特殊地址是本主机（源主机）上全为0的特殊地址。是默认路由
默认路由设置要谨慎，因为两台直连的路由器一旦设置为默认，很可能会出现默认路由环路。
PS：推导初始路由不是静态也不是动态路由负责，而是配置主机的时候，由主机的直连网关和掩码，IP地址一起推导的。
非直连路由是建立在直连路由的基础上。
路由选择算法：
直连和非直连路由：
直连就是主机和第一台路由进行分组交换，非直连就是有间接交付的过程。
主机路由：
掩码全1，用来特别网络中控制某台主机的路由。
网络路由：
正常选路的网络路由。
因为与运算的结果会有多条，所以找到第一匹配项就停止。
如果发送分组是要发送到的是当前网络之外的主机，那么就会去找默认路由（这就是默认路由存在的意义，不让分组直接被丢弃）
所以得出一条规律，优先查找掩码较长的（最长匹配查找），也就是网络规模较小的路由。
目的地址和目的掩码相与，看看能不能得出和直连路由接口相同的网络号。得不到直连路由，那就是转发路由。在直连路由下，可以不按最长匹配，但是非直连网络就要按照最长匹配查找。
当然还可以通过添加默认路由解决，或者添加特定网络路由帮助它找到转发的路由器。
小结：
IP协议详解：
连接和可靠没有必然联系，但是连接比较容易实现可靠机制，无连接就不容易。
IP数据报结构：
上图可知：从上到下，前5行，也就是一直到目的IP这，一共是固定不变的20字节（160bits/8)。也就是option选项字段是0~~40个字节。
VER IP版本号（IP4，IP6）
PS：头部长度字段是用来说明整个IP数据报的，所以取值范围是20~60，单位是4个字节。
IP分组总长度MAX值：65535字节。
说明：首部长度最少是20个字节所以是以4个字节为一个单位，那么如果头部只有20个字节，那么长度值为5，如果达到最长为60 ，那么长度值为15（理论上是0~15，但是头部最少有20个字节），4个比特中全1的情况是2的4次方是16，所以首部长度是4个bit 。也就是说4个比特是记录长度的值。同理总长度字段，因为总长度是以字节为单位，所以最大的总长度值就是65535，是2的16次方，所以总长度是16个比特位。
前三个比特是优先级：排队处理，丢弃处理。后三个比特如上图，这三个比特不能同时设置，其中一位设置1，其它位必须是0。
后面是保留比特，但后来加上了一个标记比特，标记开销。
由于分组选择路径不同，而且IP也不是面向连接，所以要想提高服务质量（指定高质量服务）比较困难。所以服务类型字段很充分利用。所以提供服务质量一般都用一些额外协议来负责。所以IP协议很少会按这个字段来处理分组。
D比特位表示这个分组不能以分片的形式传输必须以完整分组来传输，如果这个分组没办法发送了，就只能丢弃。M比特位表示当前这个分组到底是一个分片还是分组，如果值是1，表示是当前分组还没有完后面还有数据传输，如果值是0，表示是分组最后一个分片，传输即将完成。
因为IP数据报通常有可能大于物理网的最大传输单元（1500byte），由于物理网的限制，所以只能进行分片
上图第一个情况是防止默认路由成死循环。生存时间的TTL值实际上是源和目的之间的路由器个数，当被转发一次后TTL会减1，并同时会判断等不等于0。如果等于0这个分组会被丢弃不能转发，如果不等于0，就会沿着路由表继续转发。 目的主机不需要检查TTL值是否为0，因为没有这个必要，所以TTL值只是路由器需要检查。TTL最大值是2的8次方就是255.。
IP数据报中的协议字段：
不光是上层协议会封装在IP分组中，同层的协议也会使用IP数据报来发送。因此IP数据报中的协议字段有8个比特来标记这些协议，比如值为4表示IPv4，41表示IPv6
ip数据报中也提供了微弱的检错机制：校验和字段，封装在IP中的高层协议会校验数据部分。
PS：FCS是冗余循环校验尾部，0x0800是数据帧中类型字段的值，表示封装的分组是IP分组。
分片：
注意上图的MTU不包括帧头部和尾部，仅仅是数据部分。
需要分片的时候：当接收，发送的物理网的MTU不同时就有可能要进行分片，因为长度的限制问题，不同MTU的长度不同。如果当前的MTU不能将这个分组发送就要进行分片。
每个分片都要有IP头，因为无连接，所以IP头的指引非常重要。
分片如图:
上图中IP头占有20个字节，然后数据部分是600，那么像图中这种数据只能分片进行传输。那么，每个分组都会加上IP头，IP头几乎相同，不同的地方是头部中的标志字段和片偏移量要改变。
注意：片偏移和标识字段的区别，标识字段是表明这个分组的唯一序号，即使被分片，那么也会知道这个分片是哪个分组的。而片偏移量意思是分组中的哪一段（第几个字节），然后从这一段序号（第几个字节/8字节）开始截取，表明的是分片是分组的哪一个部分。
注意上图中第二次分片的时候，即使是最后一个分片，标志字段还是1，因为相对整个分组来说不是最后一个分片。
分片操作的缘由是因为不同的物理网络的MTU值（最大传输单元）限制。当MTU不够传输分组，就要分片传输。如果连分片都不允许，那么只能丢弃该分组。
PS：片偏移量，标志字段都是相对原始分组的。例如上图中的数据块二继续分成了两个分片，偏移量从175开始，被分成了175和275，这些都是原始分组上的位置。
标识字段和源IP的作用，源IP确定是哪一台主机发送的分组，确认发送方，而标识字段是目的主机用来确定分组先后顺序。当分片到达目的主机后，根据标识字段确定分片是属于哪一个分组，根据偏移量（其实偏移字段和标识字段是相似的）确定分片先后顺序，去除头部后接受数据。
实际上重组操作是通过重组表进行的：
IP分组一般不使用选项字段，选项字段一般是给网络管理员测试用的。
第一部分code字段是用来标识选项的类型，length字段是用来标识整个选项的总长度，data就是选项的数据部分。每个分组头里面的选项可以有多个，并且也可以是不同类型的选项。
copy字段为0的时候，表示选项只在片偏移量值为0（也就是第一个分片）中出现，其它分片不会出现copy为0的选项。但如果copy值为1，那么所有分片都要出现这个选项。
class字段有4个值，除了上图中的两个值，剩下的两个值为保留。class字段表示选项的作用，这个选项是用于标识数据报控制还是调试管理。
number真正用来标识选项类型。
单字节选项只有code字段，多字节全都有。
选项是IP协议必须要实现的，但IP头可以不携带。
IP校验和（仅仅校验IP头，数据部分是让上一层协议来校验）：
校验和计算方法：
第一步：
校验和是将以上所有字段的值（检验字段独占一行，如图中蓝色部分）相加，结果是肯定多出一位的，将进位的那一位赋给最右边的比特位（也就是最低位被进位的比特位覆盖掉）
取反后的值放入校验字段伴随分组发送给目的主机，然后接收方收到分组后，也会将校验和的字段取出，然后按照上上图进行相加，得到结果取反后如果是原来一开始的全 0就是正确的。
上图有个首部添加模块，上面向下送的数据需要加上头部变成IP分组。process模块负责检查模块到底是向上送还是转发。
一个IP分组到达该路由器后，执行路由模块（查路由表），然后向下传到分片模块，根据所记录的底层物理网的MTU实行分片操作，如果向上送的话就会传到重组模块（把分片内容重组）。如果目的地址是自己则进入重组模式，如果不是则进入路由转发模式。路由模块会把查表的结果下传给分片模块，好让分片模块能找到相应的物理网络特征（MTU值大小），进行分片操作。
IP软件的特点简述：当软件收到一个分组的时候，它会检查目的IP地址，如果发现这个目的IP地址不是自己的，那么进行转发，是自己的，那么进入重组模块，重组完成后进一步往上送。当要发送或者进行转发一个分组的时候，则经过头部添加模块添加好IP头，然后查路由表，然后分片操作，最终转发或者发送。
主机匹配到不属于自己的报文会丢弃，但是路由器则会继续转发，这是不同的地方。
为什么IP要采用面向无连接的呢？
主要有两点原因：（1）为了简化；（2）为了提速。
面向连接比面向无连接处理相对复杂。甚至管理每个连接本身就是一个相当繁琐的事情。此外，每次通信之前都要事先建立连接，又会降低处理速度。需要有连接的时候，可以委托上一层的协议提供此项服务。因此，IP为了实现简单化与高速化采用了面向无连接的方式。
并且，网络通信中如果能够进行有效的分层，就可以明确TCP与IP各自协议的最终目的，也有利于后续对这些协议进行扩展和性能上的优化。
客户和服务器模型：
客户主机主动请求并不一定依赖于TCP，很可能使用其它协议，这里只是说明客户机会发送请求报文给服务器，毕竟只是模型。
服务器资源：服务器的硬件资源比如：硬盘，内存，CPU等，其实服务器能提供给客户机的文件数据等都算是资源。
但一个客户程序不能同时访问多个服务器程序。
UDP服务器是典型的循环，而TCP典型的并发类型服务器。
因为UDP是无连接的，只能采用循环，一个响应完毕后才接着下一个。
上图中可以看到，UDP由于实际上只有一个进程在工作，所以只能采取这种循环的处理方式。如果是TCP的进程：
这样的话，服务器主机中启动了一个父进程和多个子进程，在建立多条TCP连接的时候当然也是一条一条的建立，连接建立后就会产生很多子进程，但建立完毕以后，多个TCP是同时的和服务器主机的子进程进行通信的，这就是并发通信（多个程序并行通信）。
基于客户/服务模型的应用层协议：
如果要使用域名，则还要配置域名服务器的IP地址。
通过协议交互获取的信息（主机程序间通信获取的信息）都叫做动态获取/配置，而上图中却是叫做静态配置。因为这里获得的内容是预先配置好的，也就是说管理员预先在服务器上已经设置好了，然后才通过协议进行交互。所以这里的静态配置的对象是获取的内容，而不是指协议交互。 所以bootp比较麻烦，需要人工手动配置绑定MAC地址和IP地址。
BOOTP使用UDP报文传输，并使用保留端口号67（BOOTP服务器）和68（BOOTP客户端）工作。使用BOOTP协议的时候，一般包括Bootstrap Protocol Server（自举协议服务端）和Bootstrap Protocol Client（自举协议客户端）两部分。
BOOTP的一般工作流程就是BOOTP客户端和BOOTP服务器之间的交互，其流程如下：
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由BOOTP启动代码来启动BOOTP客户端，这个时候BOOTP客户端还没有IP地址。
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BOOTP客户端使用广播形式的IP地址255.255.255.255向网络中发出IP地址查询要求。
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运行BOOTP协议的服务器接收到这个请求，会根据请求中提供的MAC地址找到BOOTP客户端，并发送一个含有IP地址、服务器IP地址、网关等信息的回应帧。
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BOOTP客户端会根据该回应帧来获得自己的IP地址并通过专用文件服务器（如TFTP服务器）下载启动镜像文件，模拟成磁盘来完成启动。
PS：无盘工作站的意思是指除了没有硬盘，其他该有的都有的主机。因为当机器数量非常多的时候，如果说某款软件需要更新，那么所有的主机集群都要更新，这样是非常麻烦的，所有bootp协议是为了解决这种问题而诞生。首先管理员需要在bootp服务器上设置好IP地址和物理地址的绑定（这样当bootp客户机请求的时候才可以申请到地址），然后通过这种方式请求到服务器获取操作系统和应用软件。这样来，只要管理员的机器更新，所有的主机集群就会跟随更新。
我们熟知的DHCP协议是从BOOTP的基础上发展而来的，它们都是主机配置协议，都可以大大减少管理员的工作量。BOOTP可以看成是简单版的DHCP，是对主机的静态配置，而DHCP可以依据一些策略对主机进行动态配置。BOOTP用于无盘工作站的启动和配置，而DHCP更适用于客户端接入变化的网络，即客户端接入时间、接入地点不固定。
bootp的操作非常简单，就只有一个请求和一个响应，当客户机向服务器申请IP地址的时候，服务器会在本地数据库查询（已经预先绑定了MAC地址和IP地址），然后响应一个数据包。
上图中，应用层协议bootp封装在UDP中，UDP含有程序端口号，然后UDP进一步封装在IP分组中，加上了源和目的地址。注意，由于计算机没有IP地址，所以申请的时候要使用特殊IP地址，所以图中可以看到是全0。然后客户机是以广播的方式查询，所以目的IP地址是全1。响应的过程，响应的源地址自然是服务器本身（服务器单播地址），目的地址有两种情况，第一种仍像请求那样使用广播，第二种情况是使用单播（也就是直接响应源主机），这两种方式其实是一样的。响应的IP分组到达了客户机后，客户机在IP层上仍然是无法识别IP目的地址的，因为这个时候客户机本身还没有IP地址，无法使用响应报文中的IP地址来进行判断这个数据包是不是发给自己的。这个时候要继续往上送直到应用层，bootp软件会来识别数据包中的MAC地址，使用MAC地址来判断，如果不是给自己的则丢弃数据包，如果是那么将响应中的数据接收，最后获得IP地址，子网掩码等信息。（MAC地址保存在网卡中）
DHCP:
DHCP如图中所讲，是bootp的增强，因为bootp是需要人工预先手动设置，是一种静态的方式，如果主机集群数量非常大，那么人工设置（要将所有的物理地址，IP地址绑定也是很耗费时间）也非常麻烦。所以DHCP提供了动态设置MAC地址和IP地址绑定的解决办法，同时也可以兼容bootp，但DCHP提供的IP地址是有时间限制的，所以主机在一段时间内获得的IP地址会失效而重新获取了一个新的IP地址，这样的好处就是，当主机集群很大的时候，但所有主机又不一定同时上网，这样就可以提高IP地址的利用率，对IP地址的灵活使用，减少IP浪费。DHCP服务器有一个静态数据库
DHCP静态配置：预先手动设置物理地址，IP地址，掩码，DNS地址等信息，而DHCP动态配置则不需要这样设置，只需要设置一个IP地址池，只要有请求申请地址就从地址池中把可用的返回回去，所以客户机申请到的IP是会变化的。DHCP交互图：
图中可知，DHCP报文比bootp复杂，有4种类型。图中从上到下，第一个报文是客户机请求服务器分配一个IP，第二个报文是服务器收到请求后查自己的地址池或者静态数据库（如果同时设置了数据库和地址池，则先查数据库看看有没有绑定，如果没有再查地址池）如果有地址可分配则响应回去，如果没有则会响应分配失败的相关信息。做完第二个步骤并不意味结束，虽然第二步返回了IP，掩码等信息，但并不一定就可以让客户机使用（避免并发请求地址导致地址冲突等等情况，是个请求时间差问题，所以设置了4个步骤保证无误）。接着第三步，客户机再次发送申请（确认要使用第二步的资源）给服务器。第四步，服务器确认可以使用这个资源。最终客户机才成功获得IP。第五步，允许客户机主动释放IP，让服务器收回这个IP以便继续分配。
bootp的期限是直到管理员删除了地址设置，而DHCP是一定期限就结束，所以客户机会在IP即将到期的时候再发送请求（相当于续约）。
注意：以上内容是写给自己看的，学习记录。提问请留言。