目录
一、概念
TCP是进程与进程之间的
进程是跑在主机上的，所以我们也要知道主机地址，网际层是解决主机与主机之间的通信
IP的作用：在复杂的网络环境中把数据包发给最终的目标主机
二、网际层和数据链路层的关系
IP（网络层）和MAC（数据链路层）之间的区别和关系：
- IP的作用是主机之间的通信。
- MAC的作用是实现「直连」的两个设备之间通信，比如主机C与左下路由器。
- IP负责在「没有直连」的两个网络之间进行通信传输，比如主机C和主机B。
每一个网络设备都有唯一的MAC物理地址
三、IP地址的基础认识
IP地址（IPv4地址）采用32位正整数来表示，IP地址在计算机上是以二进制的方式处理的
为了方便记忆，采用点分十进制标记方式，分为4组，8位一组，用「.」隔开，再将每组转换为十进制
那么IP地址的最大值也就是2的32次方，也就是允许最多43亿个设备连接
实际上现实中IP不是根据主机来分配的，而是网卡，像服务器、路由器就不止一个网卡，也就是2个以上的IP地址
四、IP地址的分类
A、B、C、D、E的分类可以根据前面的0、1分类
（1） 对于A、B、C类主要分为两个部分，分别是网络号和主机号
最大主机个数就要看主机位数，比如C类8位，所以C类的最大主机数：
减去2是因为有两个特殊的地址：全0和全1地址
（2）对于D、E类
D、E类是没有主机号的，所以不可用于主机IP，D类适合多播，E类预留使用
五、无分类地址CIDR
32位地址之间被分为了网络号+主机号
表示形式a.b.c.d/x，/x之前的属于网络号，x的范围是0~32，比如10.100.122.2/24，/24表示前24位是网络号，后面8位是主机号
六、子网掩码
还有一种划分网络号和主机号的方式：子网掩码
子网掩码：掩盖掉主机号，剩余的就是网络号
IP地址+子网掩码——AND运算——>网络号
七、为什么要分离网络号和主机号
两台设备之间要通信，首先要看是不是在同一个广播内，也就是网络地址是不是相同，如果相同就可以发送数据包到目标主机，
八、公有IP和私有IP
在A、B、C类是分有公有IP和私有IP的，私有IP是可以重复的
平时在家里、学校、公司这种用的IP地址，只允许内部访问就是私有IP
九、IP地址与路由控制
路由控制：
- 路由表（Routing Table）：每个路由器或主机维护一张表，记录“目标网络”和“下一跳”的对应关系。例如：
目标网络：203.0.113.0/24 → 下一跳：192.168.1.1 - 路由选择算法：根据跳数、带宽、延迟等指标选择最优路径（如OSPF、BGP协议）。
- 默认网关（Default Gateway）：当目标IP不在本地网络时，数据包会发送到默认网关（通常是路由器）。
IP地址：逻辑寻址的核心，确保数据包能跨网络到达目标主机。
路由控制：IP网络的“导航系统”，通过路由表和协议动态选择路径。
两者协作实现互联网通信：IP决定“最终去哪”，路由决定“怎么走”。
路由表和转换表：
| 特性 | 路由表 | 转换表 |
|---|---|---|
| 所属层 | 网络层（IP层） | 跨层（NAT在传输层，ARP在链路层） |
| 功能 | 选择数据包的传输路径 | 转换地址或协议（如IP地址 ↔ MAC地址、 私有IP ↔ 公有IP、域名 ↔ IP地址） |
| 是否改地址 | 不修改IP地址 | 可能修改IP/MAC/端口 |
| 典型应用 | 路由器、三层交换机 | NAT网关、ARP缓存、DNS解析 |
十、IP分片和重组
IP分片
当IP层收到要发送的数据时，若数据长度超过网络的最大传输单元（MTU），就会把这个IP数据包分割成若干个较小的分片，每个分片包含原数据包的部分数据、标识该分片属于哪个原数据包的编号等信息，以便后续能重组。
IP重组
数据包到达目的地主机后，主机的IP层会收集属于同一个原始数据包的所有分片，依据分片里的编号等标识信息，把这些分片重新组合成原来完整的IP数据包，从而恢复出原始的数据内容。
十一、IPv6
IPv6是IPv4的升级版本，旨在解决IPv4地址枯竭问题，并提升网络性能、安全性和扩展性。
关键对比
| 特性 | IPv4 | IPv6 |
|---|---|---|
| 地址长度 | 32位（约42亿个地址） | 128位（约3.4×10³⁸个地址） |
| 地址表示 | 点分十进制（如 192.168.1.1） |
冒号分隔十六进制（如 2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334） |
| 地址分配 | 2011年已耗尽 | 近乎无限（地球每粒沙子可分到多个IP） |
| 安全性 | 依赖附加协议（如IPSec） | 原生支持IPSec加密 |
| 配置方式 | 手动或DHCP | 支持自动配置（SLAAC） |
| 分片处理 | 由路由器和主机分片 | 仅允许发送端分片 |
十二、IP协议相关技术
1、DNS
域名解析为ip地址，只指路不带路
2、 ARP
在局域网（LAN）中，将IP地址解析为对应的MAC地址，实现数据链路层通信
解析方式：通过ARP广播询问：“谁是 192.168.1.2？请告诉我你的MAC地址！”
可以通过ARP协议得到下一跳的MAC地址
3、DHCP
动态主机配置协议，采用UDP广播通信
自动为设备分配IP地址、子网掩码、网关、DNS等网络参数，避免手动配置。
工作流程（DORA过程）
- Discover：客户端广播“我需要IP地址！”（目标IP=
255.255.255.255）。 - Offer：DHCP服务器响应“可用IP是
192.168.1.100，租期24小时”。 - Request：客户端确认“我要用这个IP”。
- Acknowledge：服务器最终确认分配
如果不是在同一个局域网下，路由器不会转发广播包，难不成每个网络都要配DHCP？其实不是，只需要中继代理
对于不同网段的IP地址由同一个DHCP服务器统一管理
4、NAT
网络地址转换
将私有IP（如 192.168.1.100）转换为公有IP（如 203.0.113.5），解决IPv4地址不足问题
工作流程：
- 内网主机（
192.168.1.100）访问公网服务器（如Google）。 - 路由器将源IP替换为公网IP（
203.0.113.5），并分配临时端口（60000）。 - 服务器响应返回到
203.0.113.5:60000，路由器根据NAT表转发回内网主机。
