https://www.ruanyifeng.com/blog/2012/05/internet_protocol_suite_part_i.html
IP协议作用
1.寻址规约(conventions) 2.数据报(分组)格式 3.分组处理规约
规定网络地址的协议，叫做IP协议。它所定义的地址，就被称为IP地址。
目前，广泛采用的是IP协议第四版，简称IPv4。这个版本规定，网络地址由32个二进制位组成。
互联网上的每一台计算机，都会分配到一个IP地址。这个地址分成两个部分，前一部分代表网络，后一部分代表主机。比如，IP地址172.16.254.1，这是一个32位的地址，假定它的网络部分是前24位（172.16.254），那么主机部分就是后8位（最后的那个1）。处于同一个子网络的电脑，它们IP地址的网络部分必定是相同的，也就是说172.16.254.2应该与172.16.254.1处在同一个子网络。
但是，问题在于单单从IP地址，我们无法判断网络部分。还是以172.16.254.1为例，它的网络部分，到底是前24位，还是前16位，甚至前28位，从IP地址上是看不出来的。
那么，怎样才能从IP地址，判断两台计算机是否属于同一个子网络呢？这就要用到另一个参数”子网掩码”（subnet mask）。
所谓”子网掩码”，就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址，也是一个32位二进制数字，它的网络部分全部为1，主机部分全部为0。比如，IP地址172.16.254.1，如果已知网络部分是前24位，主机部分是后8位，那么子网络掩码就是11111111.11111111.11111111.00000000，写成十进制就是255.255.255.0。
知道”子网掩码”，我们就能判断，任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算（两个数位都为1，运算结果为1，否则为0），然后比较结果是否相同，如果是的话，就表明它们在同一个子网络中，否则就不是。
比如，已知IP地址172.16.254.1和172.16.254.233的子网掩码都是255.255.255.0，请问它们是否在同一个子网络？两者与子网掩码分别进行AND运算，结果都是172.16.254.0，因此它们在同一个子网络。
总结一下，IP协议的作用主要有两个，一个是为每一台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。
IP首部格式
- 版本号字段占4位：IP协议的版本号 E.g. 4→IPv4，6 → IPv6
- 首部长度字段占4位：IP分组首部长度 以4字节为单位 E.g. 5→IP首部长度为20(5×4)字节
- 服务类型(TOS)字段占8位：指示期望获得哪种类型的服务 1998 年这个字段改名为区分服务 只有在网络提供区分服务(DiffServ)时使用 一般情况下不使用，通常IP分组的该字段(第2字节)的值为00H
- 总长度字段占16位：IP分组的总字节数(首部+数据) 最大IP分组的总长度：65535B 最小的IP分组首部：20B
IP分组可以封装的最大数据：65535-20=65515B
- 标识字段占16位：标识一个IP分组 IP协议利用一个计数器，每产生IP分组计数器加1，作为该IP分组 的标识
- 标志位字段占3位
- 片偏移字段占13位：一个IP分组分片封装原IP分组数据的相对偏移量 片偏移字段以8字节为单位
- 生存时间（TTL）字段占8位：IP分组在网络中可以通过的 路由器数（或跳步数） 路由器转发一次分组，TTL减1 如果TTL=0，路由器则丢弃该IP分组
- 协议字段占8位：指示IP分组封装的是哪个协议的数据包 实现复用/分解 E.g. 6为TCP，表示封装的为TCP段；17为UDP，表示封装的是 UDP数据报
- 首部校验和字段占16位：实现对IP分组首部的差错检测 1.计算校验和时，该字段置全0 2.采用反码算数运算求和，和的反码作为首部校验和字段 3.逐跳计算、逐跳校验
- 源IP地址、目的IP地址字段各占32位：分别标识发送分组 的源主机/路由器(网络接口)和接收分组的目的主机/路由器 （网络接口）的IP地址
- 选项字段占长度可变，范围在1~40B之间：携带安全、源 选路径、时间戳和路由记录等内容
- 填充字段占长度可变，范围在0~3B之间：目的是补齐整个 首部，符合32位对齐，即保证首部长度是4字节的倍数
IP分片与重组
每段数据链路使用不同协议、不同长度。
大IP分组向较小MTU(最大传输单元)链 路转发时，可以被“分 片” (fragmented)
- 1个IP分组分为多片IP分 组
- IP分片到达目的主机后进 行 “ 重组 ”
例子
一数据报的总长度为 3820 字节，其数据部分的长度为 3800 字节（使用固定首部），需要分片为长度不超过 1420 字节的数据报片。
偏移量计算
IP地址概念
IP分组：源地址(SA)-从哪儿来 目的地址(DA)-到哪儿去
接口(interface): 主机/路 由器与物理链路的连接
- 实现网络层功能
- 路由器通常有多个接口
- 主机通常只有一个或两个 接口 (e.g.，有线的以太网 接口，无线的802.11接口)
- IP地址与每个接口关联
IP子网
例如 223.1.1.1 和 223.1.1.2 在同一个子网中 最后一位是主机号
特殊IP地址
私有bai地址（Private
address）属于非注册du地址，专门为组zhi织机构内部使用。
子网划分（含变长子网）
计算子网地址
子网掩码的作用：它是用来划分IP地址中哪一部分是网络号，哪一部分是机器号 用来确认具体的子网地址（网络地址）
与运算：都是1就为1，否则就是0
先看一张网络的划分
- 一个IPV4地址（145.13.0.0） 可以使用子网掩码划分成不同的子网地址 如图上的 145.13.3.0 145.13.7.0
- 从这个子网地址开始可以把IP地址分配给不同的主机 例如145.13.3.10 1245.13.3.11
- 子网号确定了不同的子网 主机号确认了不同的主机
- 知道一个主机的IP地址可以根据求子网地址的方式求出子网地址（主机号全为0）
- 求广播地址 主机号全为1
首先先说子网划分涉及到的一些计算与概念
第一类题目
已知ipv4地址和子网掩码求子网网络地址
第二类
求广播地址和子网地址，先把主机号全部变成0，求出改主机ip所在的子网网络地址，再把主机号全部变成1，得到的ip地址就是网络地址
第三类
求ip地址的范围 子网地址-广播地址
第四类 已知IP地址，划分相同大小的子网，求子网掩码
1.计算最大网络需求 确定子网号和主机号的位数 根据需要划分的子网数量确认子网号 例如需要8个子网 就是3位的子网号 如果还对每个子网的容纳数有要求就要先算出主机需要的位数，减去就是子网号 2.把需要增加的子网号加上算出子网掩码 3.根据分配数来分配IP
第一步，先算出原来IP的网络号是多少
11111111.11111111.11111111.100000000 把子网划为二进制，0的个数就是主机数，上面有7个0所以就是2的7次方，得出的数就是128。
0～127 算一个网段（总共的IP为128，因为0也算一个，第1个就是网络号
而最后一个就是广播号）
128～255 （在这可得出128就是这个网段的网络号）
为什么要算出原来的网络号呢？
那是因为现在要划分的4个子掩，是在这一个网段里再进行划分的。
因为要划分4个子网，所以就等于2的2次方，之后 让25+2=27就等于新的子网掩码，注：2就是次方得来的，25就是原来的子网掩码
所以得出的27的子网掩码就是：255.255.255.224（27就是
11111111.11111111.11111111.11100000这是二进制，换算成十进制就是
255.255.255.224）
之后就是算后面0的个数（0的个数就决定每个子网中主机数是多少），从上面来看就是有5个0，所以就是是2的5次方，得出的数就是32。
刚才也说了，现在开头的IP就是从128算起
所以得出128～159算第一个网络，因为要可用主机数的IP，所以去头和去尾，得出的就是是129～158
以下就是得出的
可用IP为：
202.113.10.129—202.113.10.158
202.113.10.161—202.113.10.190
202.113.10.193—202.113.10.222
202.113.10.225—202.113.10.254
第五类 已知ip地址划分能容纳主机数不同的子网
- 计算最大网络需求
- 选择可变长子网掩码
- 确定子网IP地址空间
例：某单位有5个部门，需建立5个子网，其中部门1、2有60台主机，部门3有25台主机，部门4、5分别有10台主机 现有一个内部C类地址：192.168.1.0.请为该单位进行IP地址划分。
CIDR与超网
CIDR
把网络号和子网号又拼了起来
超网
将多个子网聚合为一个较大的子网 构造超网（supernetting）
就是向前找到两个ip地址前面相同的位
最长前缀匹配
路由转发分组原则
路由器在收到IP数据报告后执行的分组转发步骤如下：
1） 提取IP数据报告首部中的目的IP地址
2）判断目的IP地址所在的网络是否与本路由器直接相连。如果是，就直接交付给目的网洛：如果不是执行3）
3）检查路由器表中是否有目的IP地址的特定主机路由。如果有，按特定主机路由转发：如果没有，执行4）
4）逐条检查路由表。若找到匹配路由，则按照路由表进行转发：若所有路由均不匹配，则执行5）
5）若路由表中设置有默认路由，则按照默认路由表转发：否则，执行6）
6）向源主机报错。
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