ip协议属于哪一层（网络协议网络层--IP协议）

一、网络层的作用

路径规划

地址管理

TCP和UDP是传输层协议，关注的只是数据传输的可靠性和效率，真正负责数据在网络中的传输则是网络层和数据链路层。

我们再来回顾一下TCP/IP模型。

在网络中，数据的传输并不是直接从一方的传输层直接发送到另一方的传输层，而是需要将传输层的数据层层向下传递，经过网络层和链路层的层层封装，通过网络传输到另一方的链路层，再向上经过层层分用，最终传输层拿到数据，最后传给应用层。

那么网络层做的事情：

路径规划

在保证数据传输的稳定性的情况下，选择最优（最快）的传输路线

地址管理

数据从哪里来，到哪里去，需要将网络中的联网设备的位置信息用一个统一的标准给表示出来。

二、IP协议是什么？

IP指网际互连协议，Internet Protocol的缩写，是TCP/IP体系中的网络层协议。设计IP的目的是提高网络的可扩展性：一是解决互联网问题，实现大规模、异构网络的互联互通；二是分割顶层网络应用和底层网络技术之间的耦合关系，以利于两者的独立发展。根据端到端的设计原则，IP只为主机提供一种无连接、不可靠的、尽力而为的数据包传输服务

三、IP报文格式

版本： 占四位，目前的版本号只有两种，4和6，也就是IPv4和IPv6

首部长度： 占四位，四个bit能表示0~15.它的单位是四字节，所以最大的IP报头为60个字节。

图中已经标注了报头部分占20个字节，剩下的40个字节在‘选项’中，这一点和TCP报头相同。

服务类型： TOS（type of service）: 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.

最小延迟：传输过程消耗的时间最短

最大吞吐量：单位时间内传输的数据量

最高可靠性：数据发生丢包的概率最低

最小成本：系统最小的开销

总长度： 整个IP数据包的长度。IP数据包并不是最高只能有64KB，IP拥有一个自动拆包和装包的功能，当长度过长时，就会自动拆成几个包，到达接收方就会自动再拼接好。

如图，当所要传输的数据报过长时，IP就会自动将其拆分成多段，分段进行传输，

在到接收方后，再次进行拼接。

拼接当然不是随机拼接的。

标识就是可以知道哪个几个是一个整体，拼接时就会将这几个进行拼接。

标志用于得知这个IP数据报是不是分片。

片偏移就是可以知道这几个片段的位置，比如谁是报头谁是载荷，谁该放到什么位置

那么用这种方法，是不是就能解决UDP数据报的64KB长度大小限制呢？

答案是不可以

因为即使可以将UDP数据报拆分成几个分片

但在接收方还是要将他们组合在一起，组合成为一个数据报

在传输层要对UDP数据报进行解析，分析报头和拿到载荷

这里的拿到载荷需要根据UDP报头中的长度信息来拿到载荷，

此时你的载荷过长，而UDP报头中的长度信息表示范围有限，那么拿到的载荷就不完整

标识： 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.

标志： 第⼀位保留(保留的意思是现在不⽤, 但是还没想好说不定以后要⽤到). 第⼆位置为1表

⽰禁⽌分⽚, 这时候如果报⽂⻓度超过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

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, 其他报⽂的⻓度必须是8的整数倍(否则报⽂就不连续了).

生存时间： 数据报到达⽬的地的最⼤报⽂跳数. ⼀般是64. 每次经过⼀个路

由, TTL -= 1, ⼀直减到0还没到达, 那么就丢弃了. 这个字段主要是⽤来防⽌出现路由循环

次数： 每经过一个路由器，次数就减一。减到0这个数据报就要丢弃。

协议： 表⽰上层协议的类型

首部校验和： 使⽤CRC进⾏校验, 来鉴别头部是否损坏

源IP地址： 表示发送端

目的IP地址： 表示接收端

源IP和目的IP地址是32位，也就代表IP地址是存在着上限的。

0~42亿9千万

解决IP地址不够用

那么就引入了几种解决方案来解决这个问题

1. 动态分配

也就说当机器上网时，才分配IP地址，不上网就不分配

这种解决方案没有从根本上解决问题。

2. NAT网络地址转换

私网IP

公网IP

外网IP 必须不能重复

内网IP 在不同的局域网中，可以重复

3. IPv6

使用16个字节，128位，;但是⽬前IPv6还没有普及。

四、IP地址基本规则

1.网段划分

同一个局域网的主机，按照一定的规则分配IP地址

将一个IP地址分为两部分

前半部分，网络号：标识局域网

后半部分，主机号：区分同一个局域网中的主机

但是，网络号相同，不一定在一个局域网中

局域网之间，网络号可以相同，但两个相同的局域网（同一个路由器，WAN口和LAN口处于两个不同的局域网）网络号不能相同。

2.ABCDE分类划分

这种规则现在已经不再使用，取而代之的是子网掩码，接下来会讲到。

这种规则规定了网络号和主机号的划分。

一个网络号下，例如在A类地址中，一个子网下可以拥有一千六百多万的主机，而在现实的情况下，根本没有那么多的主机在同一个子网下运行，这就造成了IP地址的大量浪费。

A类 0.0.0.0到127.255.255.255

B类 128.0.0.0到191.255.255.255

C类 192.0.0.0到223.255.255.255

D类 224.0.0.0到239.255.255.255

E类 240.0.0.0到247.255.255.255

当要判断一个IP地址是属于哪一类时，只需要遍历IP地址的前五个比特位，第几个比特位最先出现0值，那么这个IP地址对应就属于A、B、C、D、E类地址。

为了减少IP地址大量浪费的这种情况，引入了新方案CIDR(Classless Interdomain Routing):

引⼊⼀个额外的⼦⽹掩码(subnet mask)来区分⽹络号和主机号;

⼦⽹掩码也是⼀个32位的正整数. 通常⽤⼀串 “0” 来结尾;

将IP地址和⼦⽹掩码进⾏ “按位与” 操作, 得到的结果就是⽹络号;

⽹络号和主机号的划分与这个IP地址是A类、B类还是C类⽆关;

3.子网掩码（Mask）

是一个32位的整数

左半部分都是1，右半部分都是0

不会0和1交替出现。

这里我们的IP地址是 101.7.142.67

子网掩码是 255.255.225.0

那么我们的网络号就是101.7.142

主机号就是67

子网掩码是什么？有什么作用？

4.特殊的IP地址

将IP地址中的主机地址全部设为0, 就成为了⽹络号, 代表这个局域⽹;

将IP地址中的主机地址全部设为1，就成为了广播地址。向广播IP上发送数据，就相当于向整个局域网中的设备发送数据。TCP不支持，UDP支持。

127.*这样的IP地址就是环回地址（loopback）向这个IP发送数据，也是自己接收数据，一般是127.0.0.1

五、路由选择

在网络中，一个主机通过网络向另一个主机传输数据，之间要经过很多的路由器（自己家中的路由器，通信厂商的地区局部路由器，总路由器等），每一个路由器在传输数据时，可能并不知道直接的路径是什么，它只知道与它相连的路由器的路径，在这些路径中会选择一个比较快（近）的来及进行传输

在传输过程中，是选择性的寻找最优解来进行传输。