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IP协议
网络层解决的问题是将数据从一台主机送到到另一台主机，即在复杂的网络环境中确定一个合适的路径。
ip = 目标网络 + 目标主机（在构建网络的时候，为我们将来高速定位一台主机，提供了基础保障）
1、基本概念
2、协议头格式
2.1、报头和载荷如何有效分离
这里和tcp一样，4为首部长度表示报头的大小，范围为20-60字节，那么我们先提取前20个字节，提取4位的首部长度，判断有没有选项，所以IP协议是通过定长和自描述字段可以将报头和有效载荷分离。
2.2、如果超过了MAC的规定，IP应该如何做呢？
前面说到了tcp要想做到100%可靠的传送给对面的前提是：你一定要有一个将数据传能发送到对方的能力。而IP要想跨网络传输也需要一个前提：把报文从一台主机送到和自己直接相连的下一台主机。这个能力是由mac帧，也就是数据链路层提供的。
所以对于上面的主机B来讲，和这个路由器F是直接相连的，而任意两个直接相连的主机一定是在同一个局域网中。所以其实数据链路层解决的其实是局域网通信的问题。
其中mac帧有一个规定：ip交下来的数据要受mac携带的有效载荷最大长度的影响，而且我们知道，有效载荷最大长度一定是ip交给mac的，既然是ip交给它的，那么其中就会涵盖ip报头+ip的有效载荷。而这个值就是mtu(max transfer unit最大传送单元)，常规的就是1500字节。
所以ip在向下交付自己的报文，让mac帧去做下一个跳转的时候最大有效载荷长度不能超过1500字节，这就是规定。
如果超过了规定，要么IP就别发了，要么IP就要分片，而其中分片不算必须做的，因为你可以不传超过1500字节的数据。在网络通信的时候，不分片是常态，因为分片会引发很多潜在的问题。
首先我们要明确，既然分片了，那么到了对端就必须要组装。而且要组装正确，不能发过去一个数据，因为分片了，组装后又是另一种，所以从分片到组装当中传递时会携带相应的属性信息，换言之，属性信息在那个协议上，那么就由哪个协议完成分片和组装，所以刚刚说的都是由IP协议自己完成的。
2.3、分片会有什么影响
分片过多会导致丢包的概率增多，任何一个包丢了，都代表此处的传输有问题。
16位标识用来标识IP报文有没有进行分片。
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。
3位的标志第一位没用，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。
所以提取出分片的报文，根据16位标识，聚合"所有的"分片报文。
根据片偏移进行升排序来判断丢没丢包，如果第一个丢了，则用第一个片偏移是不是从0开始的。
根据更多分片最后是否为0，保证多个分片报文全部收到了。
当然上面的保证都不是只单单通过一个对应一个的保证的，而且它们三个相互作用而保证的。
当然报文是有可能丢失的，而且我们可以根据这三个标志位来判断是哪几个丢失了。
总结：根据3位标志的更多分片来看是否被分片，根据16位标识将所有分片的报文聚合在一起，根据13位片偏移进行排序，然后再根据更多分片来决定我们是否收到的最后一个报文，再根据13位片偏移来决定中间是否丢包，如果上面的操作没有任何问题，那么将上面的报文合并成一个报文完成拼接的功能。
3、网段划分
IP地址分为两个部分, 网络号和主机号
子网其实就是把网络号相同的主机放在一起，如果在子网中新增一台主机，那么这台主机的网络号要和子网的网络号相同，但是主机号不能和同一子网内的主机重复，如图：
通过合理设置主机号和网络号, 就可以保证在相互连接的网络中, 每台主机的IP地址都不相同。
那么问题来了, 手动管理子网内的IP, 是一个相当麻烦的事情。
过去曾经提出一种划分网络号和主机号的方案, 把所有IP地址分为五类, 如下图所示(该图出自[TCPIP])。
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;
针对这种情况提出了新的划分方案, 称为CIDR(Classless Interdomain Routing):
可见,IP地址与子网掩码做与运算可以得到网络号, 主机号从全0到全1就是子网的地址范围; IP地址和子网掩码还有一种更简洁的表示方法,例如140.252.20.68/24,表示IP地址为140.252.20.68, 子网掩码的高 24位是1,也就是255.255.255.0。
4、特殊的ip地址
5、ip地址的数量限制
我们知道, IP地址(IPv4)是一个4字节32位的正整数。那么一共只有 2的32次方个IP地址, 大概是43亿左右。而TCP/IP 协议规定, 每个主机都需要有一个IP地址。这意味着, 一共只有43亿台主机能接入网络么? 实际上, 由于一些特殊的IP地址的存在, 数量远不足43亿; 另外IP地址并非是按照主机台数来配置的, 而是每一个网卡都需要配置一个或多个IP地址。 CIDR在一定程度上缓解了IP地址不够用的问题(提高了利用率, 减少了浪费, 但是IP地址的绝对上限并没有增加), 仍然 不是很够用。 这时候有三种方式来解决:
6、私有ip地址和公网ip地址
如果一个组织内部组建局域网,IP地址只用于局域网内的通信,而不直接连到Internet上,理论上使用任意的IP地址都可以,但是RFC 1918规定了用于组建局域网的私有IP地址
7、路由
路由其实就是在复杂的网络结构中, 找出一条通往终点的路线;
路由的过程, 就是一跳一跳(Hop by Hop) "问路" 的过程。所谓 "一跳" 就是数据链路层中的一个区间。具体在以太网中指从源MAC地址到目的MAC地址之间的帧传输区间。
IP数据包的传输过程也和问路一样。
那么如何判定当前这个数据包该发送到哪里呢? 这个就依靠每个节点内部维护一个路由表;
假设某主机上的网络接口配置和路由表如下:
转发过程例1: 如果要发送的数据包的目的地址是192.168.56.3
转发过程例2: 如果要发送的数据包的目的地址是202.10.1.2
