一、IP协议

1、地址管理

每个网络上的设备，都需要被分配一个唯一的地址。

IP地址的本质是一个32位的整数，通常会把这32位的整数转换成点分十进制的表示方法。三个点把这个整数分成4个部分，每个部分一个字节，每个字节的取值范围是0~255。

一个字节：0->255，-128->+127

两个字节：0->65535，-32768->+32767

三个字节：0->42亿9千万，-21亿->+21亿

因此，32位的整数最多能表示42亿9千万个不同的地址，这就导致了地址不够用。想要解决上述问题可以通过下面三种方法。

（1）、动态分配IP地址

设备上网时才分配IP地址，不上网就不分配。

这种方法虽然可以省下很多IP地址，但没有增加IP的数量，只能一定程度的缓解不能彻底解决问题。

（2）、NAT机制

将所有的IP地址分成两大类：

内网IP：10.* ；172.16.*—172.31.*；192.168.*
外网IP：除去内网IP剩下的都是外网IP

NAT机制只是提高了IP的利用率，并没有从根本上解决IP不够用的问题 。

注意要点：

外网IP必须是唯一的，内网IP则可以在不同的局域网中重复出现，但在同一个局域网中不能出现重复
内网设备如果要访问外网，会给它分配一个外网IP。但是这个外网IP不是这个设备独占的，而是这个内网中所有的设备都共用的外网IP。
局域网可以认为是内网，一个外网IP代表了这个内网中一系列的设备。

例：

NAT背景下的通信：

外网设备->外网设备：不需要任何NAT直接就能通信
内网设备->其他内网设备：不允许
外网设备->内网设备：不允许
内网设备->外网设备：对应的内网设备的路由器，触发NAT机制进行IP替换，此时就会给这个网络数据报的源IP替换成路由器自己的IP，此时一个外网IP就能代表一大批内网中的设备。

（3）、IPv6协议

IPv4是传统的IP协议，使用4个字节，32位来表示IP地址。
IPv6是新的IP协议，使用16个字节，128位来表示IP地址。

IPv6的IP地址数量是IPv4的IP地址数量的4次方，从根本上解决IP不够用的问题。

注：目前上网仍然是以IPv4为主，IPv6很少被真正用到。此外IPv6和IPv4并不兼容，IPv4路由器想要支持NAT，软件系统升级就可以，成本较低；但想要支持IPv6则需要进行硬件升级，成本较高。

2、路由选择

（1）、定义

在存在大量冗余的网络中，决定A和B之间的线路。

（2）、原理

网络环境复杂，单个路由器无法将整个网络环境都记录下来，因此路由器只能记录周围的情况（也就是知道邻居是谁），路由器内部使用路由表的数据结构来记录周围邻居的消息。IP数据报的实际转发过程是渐进式的，类似于“问路”，逐渐接近最终目标。

例：

想要从A地到F地，可以先去往B地然后询问，B地的人不知道F地在哪，但是知道可以去C地询问，C地的人知道的更多，重复上述过程直到F地。

IP数据报进行网络转发的过程，就是一个“逐渐问路”的过程。每个路由器只能认识周围的情况，很可能问的目标并不知道目的地，即目的IP在路由表中没有匹配的结果。

此时就会走路由器给你指出的一条默认的路径，路由表中的“下一跳表项”就会把数据报指引向更上一级的路由器（越上一级的路由器，知道的越多）。上述的过程就是路由转发的简化版过程。