目录

一、概念

​编辑 二、网际层和数据链路层的关系​

三、IP地址的基础认识

四、IP地址的分类

五、无分类地址CIDR 

六、子网掩码

七、为什么要分离网络号和主机号 

八、公有IP和私有IP 

​编辑 九、IP地址与路由控制

十、IP分片和重组 

十一、IPv6 

十二、IP协议相关技术

 1、DNS

​2、 ARP

3、DHCP

4、NAT

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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：

1. IP的作用是主机之间的通信。
2. 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。
3. 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：

1. ​​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
2. ​​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）。
3. ​​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）​​

1. ​​Discover​​：客户端广播“我需要IP地址！”（目标IP=255.255.255.255）。
2. ​​Offer​​：DHCP服务器响应“可用IP是 192.168.1.100，租期24小时”。
3. ​​Request​​：客户端确认“我要用这个IP”。
4. ​​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：

1. 内网主机（192.168.1.100）访问公网服务器（如Google）。
2. 路由器将源IP替换为公网IP（203.0.113.5），并分配临时端口（60000）。
3. 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。