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前言：
网络层协议解决什么问题
当我们在上层实现了应用层协议将字符流数据转化为结构体数据，在传输层完成了通信的实现，数据的传输，但是数据最终还是得从本主机输出，从网络中进入到远端的另外一台主机。
- 网络层协议IP解决的就是两台主机间数据的转移，也就是提供了一种将数据包从一台主机送到一台主机的能力。
- 传输层协议TCP/UDP解决的是网络传输的可靠性，将数据传输到相应的应用程序
- 应用层协议HTTP/HTTPS解决的是将字节流数据转化为结构体数据
如图：主机B发送数据包经由若干个路由器最终到达主机C
基本概念
- 主机: 配有IP地址, 但是不进行路由控制的设备;
- 路由器: 即配有IP地址, 又能进行路由控制;
- 节点: 主机和路由器的统称
- 路由控制是路由器根据路由控制表转发数据包的过程。
1.IP协议
1.1.IP协议格式
32位源IP和目的IP
表示发送端的ip地址，和数据报文的目的主机地址。
4位版本
对应着IP协议版本
- IPV4（表示4个字节表示IP地址）
- IPV6（16个字节表示地址）
4位首部长度
和TCP协议的4位首部长度一致，单位也是4字节，大小最大为40字节
8位协议
用来识别数据报文是TCP协议还是UDP协议，防止不同类型的协议之间进行通信
16位总长度
表示整个报文的长度，并且已知报头长度固定为20字节，那么通过报文长度 = 报头长度 + 有效载荷长度，即可分离报文和报头
8位服务类型
用于数据包发送质量、效果优先级的选择。
- 3位优先权字段(已经弃用)，4位TOS字段，和1位保留字段(必须置为0)。
- 4位TOS分别表示：最小延时，最大吞吐量，最高可靠性，最小成本。
- 这四者相互冲突，只能选择一个。对于ssh/telnet这样的应用程序，最小延时比较重要； 对于ftp这样的程序, 最大吞吐量比较重要。
8位生存时间（TTL）
报文在路径转发过程中，经由路由器的跳数上限（不允许报文在路径节点进行无意义的节点转换，造成资源的浪费）
16位标识、3位标志、13位片偏移
因为在网络层的下一层数据链路层，最大允许发出报文长度为MTU=1500，也就是网络层形成报文之后可能大小会大于MTU，这时候就需要进行分片、多次发送。
- 16位标识(id)：唯一的标识主机发送的报文。如果IP报文在数据链路层被分片了，那么每一个片里面的这个id都是相同的（用来区分不同的报文）
- 3位标志字段：第一位保留(默认填0，暂时没有意义)。第二位置为1表示禁止分片，这时候如果报文长度超过MTU，IP模块就会丢弃报文。 第三位表示"更多分片"， 如果分片了的话，最后一个分片置为1，其他是0。类似于一个结束标记.
- 13位分片偏移：是分片相对于原始IP报文开始处的偏移。其实就是在表示当前分片在原报文中处在哪个位置。实际偏移的字节数是这个值 * 8 得到的。因此，除了最后一个报文之外，其他报文的长度必须是8的整数倍(否则报文就不连续了)
1.2.网段划分
1.2.1.知识引入
IP地址分为两个部分, 网络号和主机号
- 网络号: 保证相互连接的两个网段具有不同的标识;
- 主机号: 同一网段内，主机之间具有相同的网络号，但是必须有不同的主机号;
例如本机ip地址为127.0.0.1，其中127.0.0.为网络号，1为主机号
如图： 路由器连接了两个局域网，而在同一个局域网，我们发现网络号是相同的，不同的是主机号，所以我们就能够通过IP地址定位到网络号和主机号，进而找到唯一的主机！！！
路由器的作用：
- 连接不同的网络
- 构建子网
- 进行数据包的路由和转发
1.2.2.IP地址划分和子网掩码
IP地址划分
在1.2.1.中我们知道IP地址划分成了网络号和主机号，保证在互相连接的网络中每一台主机的ip地址都不同，那么这时就会出现一个问题：网络号和主机号怎么设计，IP地址如何进行划分？
如图所示，为过去的一种IP地址划分的方案，为了应对不同的场景下（对应局域网的主机数量）的网络方案。
随着Internet的飞速发展，这种划分方案的局限性很快显现出来，大多数组织都申请B类网络地址，导致B类地址很快就分配完了，而A类却浪费了大量地址；
- 例如，申请了一个B类地址，理论上一个子网内能允许6万5千多个主机。A类地址的子网内的主机数更多。
- 然而实际网络架设中，不会存在一个子网内有这么多主句的情况。因此大量的IP地址都被浪费掉了。
我们也可以从网络的拓扑
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