2、IP数据报的格式
- IP协议版本号：4bit；
IPv4网络这个值是0100；
- 头部长度：4bit，以4字节为单位；
没有option时是20个字节所以一般为20/4=5=0x101；
- type of service服务类型：8bit，有优先权、低延迟、高吞吐量、高可靠位；
在实际中已经不用了，因为大家都想把自己优先级设最高、最低延迟、高吞吐量、高可靠嘛；
- length：整个IP数据报的长度（报头+数据区），以字节为单位；
- 16位标识、flags、fragment offset：分片/重组使用，后面介绍；
- TTL：每经过一个路由器，减1；
- upper layer：IP协议可以承载各种上层协议；
- Internet checksum：头部的校验和；（校验方式同UDP）
- 32位源IP；32位目标IP；
2.1、IP分片和重组（fragment&reassembly）
网络中，不同的链路有MTU（最大传输单元）之分；
大的IP数据报如果通过另一种链路来转发，就要分成若干小的IP数据报，最后在目标主机处进行重组；
- 具有相同的16bit ID；
- 不同的偏移量，以8字节为单位；
- 最后一个分片标记为0，代表分片的总数；
一个具体的分组例子：如何将一个4000字节的IP数据报 转成 3个1500字节的IP数据报；
3、IP地址
3.1、什么是IP地址？
IP地址：32位，对主机或路由器的接口编址；
- 路由器通常有多个接口；
- 主机通常一个接口，也可能有多个接口；
3.2、什么是子网（Subnets）？
IP地址高位部分相同，低位不同，这些节点构成的网络叫做子网；
在子网内部，无需路由器介入，各主机可一跳到达；
3.3、IP地址的分类
3.4、内网专用IP地址
只在局部网络中有意义，以区分不同的设备；
专用地址不会被当做公用地址，因此路由器不会对目标地址是专用地址的分组进行转发；
专用地址范围
class A：10.0.0.0~10.255.255.255，mask 255.0.0.0
class B：172.16.0.0~172.31.255.255，mask 255.255.0.0
class C：192.168.0.0~192.168.255.255，mask 255.255.255.0
3.5、如何获得一个IP地址？
上网要配置4个信息，IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器；
- 由系统管理员分配；
- 使用DHCP，从DHCP服务器中动态获取IP地址；
可以看到启动了DHCP，DHCP的服务器地址和默认网关的地址是一样的，也就是说我连接的路由设备兼具了默认网关和DHCP的功能；
DHCP给我分配了IP地址，时限是2小时；
3.6、DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol） 3.6.1、DHCP提供的服务：
- 让加入网络的主机拥有一个IP地址；
- 动态IP是有限时的，可以更新限时；
- 重启时，允许重新使用以前的IP；
- 支持移动用户加入到网络（短期在网）
3.6.2、DHCP是如何工作的？
- 主机：广播 “DHCP discover” 报文；
- DHCP服务器：“DHCP offer” 响应报文；
- 主机：请求IP地址，发送“DHCP request”报文；
- DHCP服务器：回复“DHCP ack”报文；
4、路由转发 4.1、IP编址：CIDR（Classless InterDomain Routing）无类域间路由
- 子网部分可以在任意位置
- 地址格式：a.b.c.d/x，x是子网号的长度；
4.2、转发表和转发算法
首先，获取IP数据报中目标IP地址；
然后，将目标IP地址&子网掩码，与第一列网络号匹配，从最后一列Interface转发出去；
第一行：目标IP地址为202.38.73.00xx xxxx 与&子网掩码255.255.255.192，得到202.38.73.0；
第二行：目标IP地址为202.38.64.00xx xxxx 与&子网掩码255.255.255.192，得到202.38.64.0；
4.3、层次编址：路由聚集（route aggregation）
支持不完全的聚集，匹配最长子网掩码；
5、NAT（Network Address Translation） 5.1、什么是NAT？
本地网络只有一个IP地址，通过NAT技术可以让一个IP为局域网多设备使用；
NAT只有一个IP地址，但是端口号是16位（65536）的，用端口号来区分局域网内不同的主机；
5.2、实现：（NAT转换表，记录对应关系）
- 发送数据报：源地址→NAT的IP地址、源端口号→新端口号；
- 接收接收报：NAT的IP地址→源地址、新端口号→源端口号；
5.3、NAT 穿越问题
客户端如何主动访问NAT局域网内的服务器？
方案1：静态配置NAT
- 138.76.29.7，port 2500就对应着服务器10.0.0.1 port 2500；
方案2：Universal Plug and Play（UPnP）Internet Gateway Device（IGD）协议
- 在服务器部署之前，查询NAT路由器存在的端口映射，加一个新的端口来租用；
方案3：使用中继，客户端和服务器使用中继交换信息；
6、IPv6（128bit IP地址） 6.1、为什么有IPv6？
- IPv4的32bit地址空间用完了；
- 提升QoS服务质量：不分片、去掉checksum、
固定的40字节头部；
传输过程中不允许分片，如果数据报过大返回ICMP信息给源主机；
- ver：版本号，0110；
- pri：优先级；
- flow label：没有严格定义，标识哪些数据报在一个flow；（比如同一个IP发的数据报）
- payload len：载荷数据长度，除了头部40字节之后的部分，图中就后面data的字节数；
- next header：标识上层协议，或扩展头部；
- hop limit：相当于原来的TTL；
6.3、IPv4到IPv6的过渡
使用隧道（Tunneling），在IPv4路由器之间传输携带IPv6数据报的IPv4;
参考链接：
IP数据报格式详解_believe209的博客-CSDN博客_ip数据报的格式
