我們知道網(wǎng)絡(luò)分層存在TCP/IP五層模型：

應(yīng)用層：負(fù)責(zé)應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)溝通；自定制協(xié)議；知名協(xié)議（HTTP/FTP/SSH協(xié)議）

傳輸層：負(fù)責(zé)端與端之間的數(shù)據(jù)溝通（端口與端口之間）；封裝端口信息（TCP/UDP協(xié)議）

網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)地址管理與路由選擇；（選擇最優(yōu)路徑）；（IP協(xié)議，路由器）

鏈路層：相鄰設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸（兩個(gè)網(wǎng)卡之間，通過(guò)mac地址地址標(biāo)識(shí)）（以太網(wǎng)協(xié)議（Etherne）交換機(jī)）

物理層：負(fù)責(zé)光電信號(hào)的傳輸（以太網(wǎng)協(xié)議，集線(xiàn)器（比如雙絞線(xiàn)的長(zhǎng)度直徑，等等））

應(yīng)用層和傳輸層，阿鯉在之前已經(jīng)分享過(guò)了，連接在此：

http https tcp udp

我們?cè)谶@篇文章中會(huì)介紹網(wǎng)絡(luò)層

提到ip，我想大家首先會(huì)想到的是ip地址，是的網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)ip就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。但是ip地址只是ip協(xié)議中的一個(gè)標(biāo)識(shí)而已，現(xiàn)在就讓我們看看IP協(xié)議的格式是怎樣的。

1：4為版本號(hào)：指定ip版本協(xié)議，對(duì)于ipv4而言就是4；

2：4位首部長(zhǎng)度：ip頭部長(zhǎng)度是以4字節(jié)為單位的；而其首部長(zhǎng)度是4bit，4bit表示最大的數(shù)是15；所以ip頭部的最大長(zhǎng)度為15*4=60字節(jié)

3：8位服務(wù)類(lèi)型：3位優(yōu)先權(quán)字段（棄用）；4位tos字段，和1位保留字段（必須值為0）；4位tos字段分別表示，最小延遲，最大吞吐量，最高可靠性，最小成本，這四者沖突所以只能選一個(gè)。eg：對(duì)于ssh/telnet這樣的應(yīng)用程序，最小延遲就比較重要，對(duì)于ftp這樣的程序，最大吞吐量比較重要。

4：16位總長(zhǎng)度：ip數(shù)據(jù)報(bào)整體占多少個(gè)字節(jié)

5：16位標(biāo)識(shí)：唯一的標(biāo)識(shí)主機(jī)發(fā)送的報(bào)文，如果ip報(bào)文在數(shù)據(jù)鏈路層被分片了，那么每一個(gè)片里面的這個(gè)id都是相同的。

6：3位標(biāo)志字段：第一位保留（不知道干啥，先空下來(lái)）；第2位置為1表示禁止分片，如果這時(shí)候報(bào)文長(zhǎng)度超過(guò)mtu，ip模塊就會(huì)丟棄報(bào)文。第3位表示”更多分片“，如果分片的話(huà)，最后一個(gè)分片值為1，其他為0，類(lèi)似于結(jié)束標(biāo)志。

7：13位片偏移：是分片相對(duì)于原始ip報(bào)文開(kāi)始處的偏移，其實(shí)就是在表示當(dāng)前分片在原始報(bào)文中的位置。實(shí)際偏移的字節(jié)數(shù)是這個(gè)值*8得到的。因此，除了最后一個(gè)報(bào)文之外，其他報(bào)文的長(zhǎng)度必須是8的整數(shù)倍。

8：8位生存時(shí)間：數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)目的地的最大報(bào)文跳數(shù)，一般為64，每次經(jīng)過(guò)一個(gè)路由，TTL就會(huì)減一，如果減到0還沒(méi)有到達(dá)，就直接丟棄了；這個(gè)字段就是用來(lái)防止出現(xiàn)路由循環(huán)的。

9：8位協(xié)議：表示上層協(xié)議（網(wǎng)絡(luò)層）

10：16位首部校驗(yàn)和：使用CRC進(jìn)行校驗(yàn)，來(lái)鑒別頭部是否受損

11：32位源/目的端口：表示發(fā)送端和接收端

12：選項(xiàng)字段：。。。

ok，現(xiàn)在大家對(duì)ip協(xié)議的結(jié)構(gòu)應(yīng)該有了一定的認(rèn)識(shí)，那么接下來(lái)讓我們看看ip協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)層是怎樣傳輸?shù)?/span>

在網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)的傳遞被稱(chēng)為一個(gè)路由的過(guò)程，而路由中的每一個(gè)點(diǎn)就是一個(gè)ip地址；而在我們?nèi)粘Ｉ钪?，?fù)責(zé)路由的儀器就是路由器（主機(jī)雖然有ip節(jié)點(diǎn)，但是不能進(jìn)行路由控制）

那路由的過(guò)程是怎樣的呢？

唉，不著急，在講解路由過(guò)程之前，讓再看看ip地址的結(jié)構(gòu)

一個(gè)ip地址被分為兩個(gè)部分：網(wǎng)絡(luò)號(hào)+主機(jī)號(hào)

網(wǎng)絡(luò)號(hào)：保證相互鏈接的兩個(gè)網(wǎng)段具有不同的標(biāo)識(shí)

主機(jī)號(hào)：同一網(wǎng)段內(nèi)，主機(jī)之間具有相同的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，但是必須有不同的主機(jī)號(hào)

其實(shí)不同的主網(wǎng)，就是把網(wǎng)路號(hào)相同的主機(jī)放在一起；如果在子網(wǎng)中新增一臺(tái)主機(jī)，則這臺(tái)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和這個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)一致，但是主機(jī)號(hào)必須不能和子網(wǎng)中的其主機(jī)重復(fù)。

那么合理設(shè)置主機(jī)號(hào)和網(wǎng)絡(luò)號(hào)，就可以保證在相互鏈接的網(wǎng)絡(luò)中，每臺(tái)主機(jī)的ip不相同。

那么問(wèn)題來(lái)了，手動(dòng)的管理子網(wǎng)ip，是一個(gè)相當(dāng)麻煩的事情。但是！有一種技術(shù)叫DHCP；

DHCP能夠自動(dòng)的給主網(wǎng)內(nèi)新增主機(jī)節(jié)點(diǎn)分配ip地址，避免了手動(dòng)管理ip的不便，一般的路由器都帶有這個(gè)功能。

說(shuō)了這么多，我們還不知道網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)是怎樣劃分的？

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)的劃分，可以分為兩種，以前和現(xiàn)在

首先讓我們看看以前的劃分

A以前提出的網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼的劃分，將ip地址歸為以下5類(lèi)：

A類(lèi)地址：0.0.0.0到127.255.255.255；高1位固定，7位網(wǎng)絡(luò)號(hào)，24位主機(jī)號(hào)；一般用于組建超大型網(wǎng)絡(luò)--可以包含一千多萬(wàn)的主機(jī)

B類(lèi)地址：128.0.0.0到191.255.255.255；高2位固定，14位網(wǎng)絡(luò)號(hào)，16位主機(jī)號(hào)；一般用于組建中型網(wǎng)絡(luò)--可以包括65536個(gè)主機(jī)

C類(lèi)地址：192.0.0.0到233.255.255.255；高3位固定；21位網(wǎng)絡(luò)號(hào)，8位主機(jī)號(hào)；一般用于組建小型網(wǎng)絡(luò)，可以包含256個(gè)主機(jī)

D類(lèi)地址：224.0.0.0到239.255.255.255；高4位固定，28位多播組號(hào)

E類(lèi)地址：240.0.0.0到247.255.255.255；高5位固定，27位保留

隨著internet的飛速發(fā)展，這種劃分方案的局限性很快就顯現(xiàn)出來(lái)，大多數(shù)組織都申請(qǐng)B類(lèi)網(wǎng)絡(luò)地址，導(dǎo)致B類(lèi)地址很快就分配完了，而A類(lèi)卻浪費(fèi)了大量地址；

eg：申請(qǐng)一個(gè)B類(lèi)地址，理論上一個(gè)子網(wǎng)能夠允許6萬(wàn)5千多個(gè)主機(jī)。A類(lèi)地址的子網(wǎng)數(shù)更多，然而實(shí)際網(wǎng)絡(luò)假設(shè)中，不會(huì)存在一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)有那么多情況。因此大量ip地址都被浪費(fèi)掉了。

為了針對(duì)這種情況提出了新的劃分方案，成為CIDR（classless interdomain routing）

引入一個(gè)額外的子網(wǎng)掩碼來(lái)區(qū)分網(wǎng)路號(hào)和主機(jī)號(hào)；

1：子網(wǎng)掩碼也是一個(gè)32位的正整數(shù)。通常用一串“0”來(lái)結(jié)尾；

2：將ip地址和子網(wǎng)掩碼進(jìn)行 “按位與” 操作，得到的結(jié)果就是網(wǎng)絡(luò)號(hào)；

3：網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)的劃分與這個(gè)ip地址是A類(lèi)，B類(lèi)還是C類(lèi)無(wú)關(guān)；

eg：

ip地址140.252.20.68子網(wǎng)掩碼255.255.255.0網(wǎng)絡(luò)號(hào)142.252.20.0子網(wǎng)地址范圍142.252.20.0~140.252.20.255

細(xì)心的同學(xué)根據(jù)例子可以看出：ip地址與子網(wǎng)掩碼做與運(yùn)算可以得到網(wǎng)絡(luò)號(hào)，主機(jī)號(hào)從全0到全1就是子網(wǎng)的地址范圍；

ip地址和子網(wǎng)掩碼還有一種更簡(jiǎn)潔的表示方法，

eg：140.252.20.68/24，表示ip地址位140.252.20.68，子網(wǎng)掩碼的高位是1，也就是255.255.255.0

在介紹完ip地址的劃分后，讓我們?cè)倏纯磶讉€(gè)特殊的ip地址散散心

1：將ip地址中的主機(jī)號(hào)全部設(shè)置為0，就成了網(wǎng)絡(luò)號(hào)，代表這個(gè)局域網(wǎng)；

2：將ip地址中的主機(jī)地址全部設(shè)置為1，就成了廣播地址，用于給同一個(gè)鏈路中相互鏈接的所有主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包

3：127.*的ip地址是用于本機(jī)回環(huán)測(cè)試的，通常是127.0.0.1

可是，以上的這些技術(shù)可以讓我們擁有足夠的ip地址嗎？

答案是：不能的；因?yàn)楝F(xiàn)在通用的ip地址是ipv4，一共是4個(gè)字節(jié)，那么一共只有2的32次方個(gè)ip地址，大概是43億左右，而tcp/ip協(xié)議規(guī)定，每個(gè)主機(jī)都需要有一個(gè)IP地址。

但是世界上的主機(jī)遠(yuǎn)不止43億個(gè)，并且ip地址都是按照網(wǎng)卡分的；

雖然CIDR在一定程度上緩解了ip地址的不夠，但是仍然不足。所以出現(xiàn)了下面的三種方法去解決ip地址不夠用；

1：動(dòng)態(tài)分配ip地址：只給接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備分配ip地址，因此同一個(gè)mac地址的設(shè)備，每次接入互聯(lián)網(wǎng)中得到的IP地址是不同的

2：IPV6：使用128字節(jié)來(lái)表達(dá)一個(gè)地址，現(xiàn)在還未推廣開(kāi)；因?yàn)楹蚷pv4不兼容。

3：NAT技術(shù)：在介紹NAT技術(shù)之前，我們先看一下什么是私有ip地址和公網(wǎng)ip地址

私有IP地址：如果一個(gè)組織內(nèi)部組建局域網(wǎng)，ip地址只用于局域網(wǎng)內(nèi)的通信，而不是直接連到interent上，理論上，使用任意ip地址都可以，但是RFC1918規(guī)定了用于組建局域網(wǎng)的私有ip地址。

1：10.*，前八位為網(wǎng)絡(luò)號(hào)，共16777216個(gè)地址

2：172.16.到172.31.，前12位是網(wǎng)絡(luò)號(hào)，共1048，576個(gè)地址

3：192，168.*，前16位是網(wǎng)絡(luò)號(hào)，共65536個(gè)地址

在這個(gè)范圍中的，都稱(chēng)為私有ip，其余則稱(chēng)為公網(wǎng)ip；

每一個(gè)路由器可以配置兩個(gè)ip地址，一個(gè)是wan口ip，一個(gè)是lan口ip（子網(wǎng)）；

路由器的所有l(wèi)an口連接所有主機(jī)，其網(wǎng)絡(luò)號(hào)都是這個(gè)ip；

不同的路由器，子網(wǎng)ip都是一樣的（因?yàn)閷?duì)內(nèi)），一般都是192.168.1.1；主網(wǎng)的主機(jī)ip不可以重復(fù)。但是子網(wǎng)之間的主機(jī)ip就可以重復(fù)了。

wan口ip就是公網(wǎng)ip了，lan對(duì)內(nèi)，wan對(duì)外；wan口ip就不能重復(fù)了，所以子網(wǎng)之間的ip是可以重復(fù)的。

每次在子網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)需要和外網(wǎng)進(jìn)行通信的時(shí)候，路由器將ip首部中的ip地址進(jìn)行替換，這樣逐級(jí)替換，最終將數(shù)據(jù)包中的ip地址轉(zhuǎn)換成一個(gè)公網(wǎng)ip；這個(gè)轉(zhuǎn)換技術(shù)被稱(chēng)為NAT（network address translation）

如果我們希望我們自己實(shí)現(xiàn)的服務(wù)器程序，能夠在公網(wǎng)上被訪問(wèn)到，就需要把程序部署在一臺(tái)具有外網(wǎng)ip的服務(wù)器上。比如阿里云，騰訊云等。

說(shuō)了這么多，就是為我們介紹路由的過(guò)程打鋪墊的，現(xiàn)在就讓我們一起看看路由的過(guò)程；

路由選擇就好比一個(gè)人問(wèn)路的過(guò)程；

問(wèn)路：當(dāng)ip數(shù)據(jù)包，到達(dá)路由器時(shí)，路由器會(huì)先查看目的ip；

指路：路由器決定這個(gè)數(shù)據(jù)包是否可以直接發(fā)送給目標(biāo)主機(jī)，還是需要發(fā)送給下一個(gè)路由器

重復(fù)：依次反復(fù)，一直達(dá)到目標(biāo)IP

那你知道，路由器是如何判定這個(gè)數(shù)據(jù)該發(fā)送到哪里呢？

這是因?yàn)槊總€(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)維護(hù)一個(gè)路由表；這個(gè)表格可以在linux中使用route命令查看。如果ip命中了路由表，就直接轉(zhuǎn)發(fā)。

路由表中的最后一行，主要由一下次路由的地址和發(fā)送接口兩部分組成。

eg：

destination：目的網(wǎng)絡(luò)地址

gateway：下一條地址；（廣播）

genmast：子網(wǎng)掩碼

flags：U表示有效，G表示此條目的的下一條地址是某個(gè)路由器的地址。

Iface：發(fā)送鏈接接口