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mac地址地址標(biāo)識）（以太網(wǎng)協(xié)議（Etherne）交換機(jī)）
物理層：負(fù)責(zé)光電信號的傳輸（以太網(wǎng)協(xié)議，集線器（比如雙絞線的長度直徑，等等））
應(yīng)用層和傳輸層，阿鯉在之前已經(jīng)分享過了，連接在此：
http https tcp udp
我們在這篇文章中會介紹網(wǎng)絡(luò)層
提到ip，我想大家首先會想到的是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：指定ip版本協(xié)議，對于ipv4而言就是4；
2：4位首部長度：ip頭部長度是以4字節(jié)為單位的；而其首部長度是4bit，4bit表示最大的數(shù)是15；所以ip頭部的最大長度為15*4=60字節(jié)
3：8位服務(wù)類型：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：對于ssh/telnet這樣的應(yīng)用程序，最小延遲就比較重要，對于ftp這樣的程序，最大吞吐量比較重要。
4：16位總長度：ip數(shù)據(jù)報(bào)整體占多少個(gè)字節(jié)
5：16位標(biāo)識：唯一的標(biāo)識主機(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）；第2位置為1表示禁止分片，如果這時(shí)候報(bào)文長度超過mtu，ip模塊就會丟棄報(bào)文。第3位表示”更多分片“，如果分片的話，最后一個(gè)分片值為1，其他為0，類似于結(jié)束標(biāo)志。
7：13位片偏移：是分片相對于原始ip報(bào)文開始處的偏移，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)過一個(gè)路由，TTL就會減一，如果減到0還沒有到達(dá)，就直接丟棄了；這個(gè)字段就是用來防止出現(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ip協(xié)議的結(jié)構(gòu)應(yīng)該有了一定的認(rèn)識，那么接下來讓我們看看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)的傳遞被稱為一個(gè)路由的過程，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）
那路由的過程是怎樣的呢？
唉，不著急，在講解路由過程之前，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+主機(jī)號
網(wǎng)絡(luò)號：保證相互鏈接的兩個(gè)網(wǎng)段具有不同的標(biāo)識
主機(jī)號：同一網(wǎng)段內(nèi)，主機(jī)之間具有相同的網(wǎng)絡(luò)號，但是必須有不同的主機(jī)號
其實(shí)不同的主網(wǎng)，就是把網(wǎng)路號相同的主機(jī)放在一起；如果在子網(wǎng)中新增一臺主機(jī)，則這臺主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)號和這個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號一致，但是主機(jī)號必須不能和子網(wǎng)中的其主機(jī)重復(fù)。
那么合理設(shè)置主機(jī)號和網(wǎng)絡(luò)號，就可以保證在相互鏈接的網(wǎng)絡(luò)中，每臺主機(jī)的ip不相同。
那么問題來了，手動的管理子網(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，避免了手動管理ip的不便，一般的路由器都帶有這個(gè)功能。
說了這么多，我們還不知道網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號是怎樣劃分的？
對于網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號的劃分，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)號碼的劃分，將ip地址歸為以下5類：
A類地址：0.0.0.0到127.255.255.255；高1位固定，7位網(wǎng)絡(luò)號，24位主機(jī)號；一般用于組建超大型網(wǎng)絡(luò)--可以包含一千多萬的主機(jī)
B類地址：128.0.0.0到191.255.255.255；高2位固定，14位網(wǎng)絡(luò)號，16位主機(jī)號；一般用于組建中型網(wǎng)絡(luò)--可以包括65536個(gè)主機(jī)
C類地址：192.0.0.0到233.255.255.255；高3位固定；21位網(wǎng)絡(luò)號，8位主機(jī)號；一般用于組建小型網(wǎng)絡(luò)，可以包含256個(gè)主機(jī)
D類地址：224.0.0.0到239.255.255.255；高4位固定，28位多播組號
E類地址：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，大多數(shù)組織都申請B類網(wǎng)絡(luò)地址，導(dǎo)致B類地址很快就分配完了，而A類卻浪費(fèi)了大量地址；
eg：申請一個(gè)B類地址，理論上一個(gè)子網(wǎng)能夠允許6萬5千多個(gè)主機(jī)。A類地址的子網(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)掩碼來區(qū)分網(wǎng)路號和主機(jī)號；
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；
3：網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號的劃分與這個(gè)ip地址是A類，B類還是C類無關(guān)；
eg：
ip地址140.252.20.68子網(wǎng)掩碼255.255.255.0網(wǎng)絡(luò)號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，主機(jī)號從全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，讓我們再看看幾個(gè)特殊的ip地址散散心
1：將ip地址中的主機(jī)號全部設(shè)置為0，就成了網(wǎng)絡(luò)號，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)來表達(dá)一個(gè)地址，現(xiàn)在還未推廣開；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，共16777216個(gè)地址
2：172.16.到172.31.，前12位是網(wǎng)絡(luò)號，共1048，576個(gè)地址
3：192，168.*，前16位是網(wǎng)絡(luò)號，共65536個(gè)地址
在這個(gè)范圍中的，都稱為私有ip，其余則稱為公網(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)號都是這個(gè)ip；
不同的路由器，子網(wǎng)ip都是一樣的（因?yàn)閷?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對內(nèi)，wan對外；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)上被訪問到，就需要把程序部署在一臺具有外網(wǎng)ip的服務(wù)器上。比如阿里云，騰訊云等。
說了這么多，就是為我們介紹路由的過程打鋪墊的，現(xiàn)在就讓我們一起看看路由的過程；
路由選擇就好比一個(gè)人問路的過程；
問路：當(dāng)ip數(shù)據(jù)包，到達(dá)路由器時(shí)，路由器會先查看目的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
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