IP网络层
一、IP网络层概述
在TCP/IP协议的Internet中，网络层由IP协议实现：
- everything is over IP
- IP is over everything
IP网络是数据报网络：
- 无连接
- 简单网络，终端复杂（可靠性实现在TCP）
IP网络层核心功能还是网络层的基本功能：抓发，路由
IP协议的配套协议：
- ICMP协议（Internet Control Message Protocol），一般用于差错报告等，它最终会使用IP协议
- ARP协议（Address Resolution Protocol），地址解析协议，用于查找硬件的物理地址（链路层Mac地址），IP协议会使用它
- 路由协议（RIP、OSPF、BGP等），路由协议最终会填充转发表（路由表）
二、IP数据报格式
2.1 抓包
2.2 格式
首部字段：只有4位，最大值为15，所以是不够标识首部长度的，最终这个字段以4字节为单位。抓包中为5，实际为5*4为20字节。
服务类型字段：在1998年被修改为区分服务，抓包里面的Differentiated Service Field字段，一般性情况下不使用。
总长度：16比特，最大可以65535，表示IP数据报的总长度可以达到65535字节，但是实际一般最大为1500字节，因为下层链路层的MTU一般为1500字节。
生存时间(TTL) : time to live，寿命，用于确保数据报不会永远在网络中传播，每经过一个路由器，ttl减一，当TTL为0时，这个数据报会被丢弃。
标识、标志物、片偏移，这三个字段为IP数据报分片使用。
源IP地址，目的IP地址：各32位。
选项字段：一般不用
填充：当有选项字段，但是不足32位时用于补齐32位用。
由上面分析看到，一个IP数据报其IP头部长度一般为20字节。
数据部分：为TCP报文，其中TCP的头部长度一般也为20字节
最终可以得出，一个IP数据报，其有固定的头部开销40字节。
二、IP数据报分片
IP数据报最终要经过链路层进行传递，每次所能传递的数据大小取决取决于链路层的最大传输单元，英文名字叫做MTU（Maximum Transmission Unit）。比如目前主流的局域网技术以太网的MTU是1500字节。
问题：当上游IP数据报的数据长度大于下游链路层的MTU时候怎么办？
类比：IP数据报类似于一车沙子（1000KG），到了河边以后需要用船运输过河（船类似于链路层），但是船一次只能运输100KG（类似于MTU），这个就很好解决了，把沙子拆分成10份，分10次让船运输过去，等十分沙子都全部传输到河对岸后，再重新组装成一车即可。。IP数据报超过MTU后的处理办法也是类似的，也是对IP数据报进行分片，最终全部传输完毕后在进行组合。
分片示意图
分片相关的字段
在IP数据报的格式中"标识"、“标志位”、“片偏移”这三个字段用于专门处理IP数据报分片的case。
标识（Identification）：是IP软件在存储器中的一个计数器，每生成一个IP数据报，这个计数器就+1。当IP数据报的长度大于MTU需要分片时候，被拆分的IP数据报的标识字段都被赋值为原有IP数据报的标识的值，这样这些分片就拥有了相同的标识，最终传输完毕后相同的标识用于正确的组装在一起。
标志位（Flags）：
- DF字段（Don't fragment）：0/1。DF=1，表示不能分片，此时如果IP数据报的长度大于MTU，路由器直接丢弃。DF=0，表示可以分片。
- MF字段（More fragment）：0/1。MF=1标识后面还有分片。MF=0表示是最后一个分片或者没有分片。
片偏移（Fragment Offset）：分片的偏移量，分片在原数据报里面的相对偏移量，以8字节为单位。例子（谢希仁-计算机网络）
以上是IPv4的分片相关的说明，实际的网络传输中很少分片，在TCP的MSS会控制大小，一般不会超过MTU。
分片的组装在端系统中进行，路由器不就行组装。
三、IP地址编制
IP地址用于标记主机和路由器的接口，IP地址和接口关联，不是标记主机本身。
IP地址
32位，点分10机制标识。192.168.11.25
格式：
- 网络号（NetId）
- 子网号（SubId）
- 主机号（HostId）
子网掩码：相应IP地址除了主机号以外全部为1。和对应IP地址按位取add，即可得到网络号和子网号。最终用于路由。
无类域间路由CIDR（Classless InterDomain Routing）
a.b.c.d/x。x为前缀长度，系统前缀的网络代表一个子网。
- 方便子网划分
- 减少路由表的大小，进行路由聚合
