网络层

IP协议

网络层的代表,IP协议.
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4位版本号（version）：指定IP协议的版本，对于IPv4来说，就是4。
4位头部长度（header length）：IP头部的长度是多少个32bit，也就是 length * 4 的字节数。4bit表示最大的数字是15，因此IP头部最大长度是60字节。
8位服务类型（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。
16位总长度（total length）：IP数据报整体占多少个字节。
16位标识（id）：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。
3位标志字段：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，这时候如果报文长度超过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。
13位分片偏移（framegament offset）：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，其他报文的长度必须是8的整数倍（否则报文就不连续了）。
8位生存时间（Time To Live TTL）：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。
8位协议：表示上层协议的类型。
16位头部校验和：使用CRC进行校验，来鉴别头部是否损坏。
32位源IP地址和32位目标IP地址：表示发送端和接收端。我们日常见到的IP地址是一串数字,那是用点分十进制来把32位,4个字节的数字给分割成4个部分.每个部分分别使用0-255十进制整数表示.

地址,期望每个设备都不相同,但是32位数字只能表示42亿9千万个数字(期望使用这个表示全世界所有的上网设备是远远不够的).
为了解决IP地址不够用的问题:
(1) 动态分配IP地址,此时就可以剩下一批IP地址,这个方案只是提高了利用率,治标不治本.
(2) NAT网络地址转换,本质是使用一个IP代表一批设备.也能大大提高IP地址的利用率,使用端口号区分.

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NAT要求公网IP必须是唯一的,私网IP可以在不同的局域网中重复出现,如果某个私网里的设备想访问公网的设备,就需要对应NAT设备(路由器),把IP地址进行映射,从而完成网络访问.反之,公网设备无法直接访问私网的设备,.不同局域网的私网设备没法直接相互访问.NAT机制能够有效的解决IP不够用的问题,但是带来的副作用就是网络环境更加复杂了.
(3) IPV6 (根本上解决了IP不够用的问题) 它是使用16字节表示IP地址.它比4字节表示的地址个数多了很多.它表示的地址是42亿的4次方个.IPV6虽然很好,但是目前世界上仍然以IPV4 + NAT + 动态分配的.

地址管理

我们把一个IP地址分成两个部分.一个叫做网络号,一个叫做主机号.网络号用来标识局域网,主机号是作为局域网内部的身份区分.划分网络号和主机号是为了组网.
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通过子网掩码可以区分网络号和主机号.子网掩码32个bit位, 左侧都是1,右侧都是0
1的部分就描述了IP有多少位是网络号.

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，用于给同一个链路中相互连接的所有主机发送数据包；
127.*的IP地址用于本机环回（loop back）测试，通常是127.0.0.1
本机环回主要用于本机到本机的网络通信（系统内部为了性能，不会走网络的方式传输），对于开发网络通信的程序（即网络编程）而言，常见的开发方式都是本机到本机的网络通信。

路由选择

简单来说,每个路由器都会保存一定的周围设备的信息(路由表),每次有一个IP数据报经过路由器就需要匹配路由表,看看接下来怎么走,如果路由表上有匹配的项,直接按照要求走就行了,如果没有匹配的项,它会提供一个默认路径,大体方向是不会错的,沿着这个方向继续走,继续"问路".

数据链路层

数据链路层考虑相邻两个节点之间的传输,比如:通过网线/光纤/无线直接相连的两个设备.典型的协议很多,比如:“以太网”.

以太网

以太网是一个更广泛的协议,她规定了数据链路层内容,也规定了物理层的内容.咱们日常使用的网线就叫做"以太网线"(遵守以太网协议的网线)
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帧头包括目的地址,源地址和类型.目的地址和源地址不是使用IP地址表示,而是搞了一个MAC地址.MAC是和IP地址完全独立的另一套地址体系.MAC地址是6个字节比IPV4地址大很多,当前每个设备都有唯一的MAC地址,它的地址不是动态分配的,而是网卡在出场的时候就被设置好了.IP和MAC各司其职,IP描述整个传输过程的起点终点,MAC则描述两个相邻节点起点终点.

普通的以太网数据帧载荷部分就是一个完整的IP数据帧.类型0806表示的是载荷部分是一个ARP报文.类型8035表示载荷部分是一个RARP报文,这俩类型就是数据链路层中的另外的协议(ARP协议).通过这个协议可以某个路由器/交换机,能够认识局域网里的其他设备,通过ARP协议会在交换机/路由器里建立出一个表.这个表相当于一个hash表,能够建立出IP和MAC之间的映射关系.

MTU

MTU相当于发快递时对包裹尺寸的限制。这个限制是不同的数据链路对应的物理层，产生的限制。

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MTU是一个数据链路层的数据帧能够承载数据的最大长度(载荷的长度).载荷具体多长和使用的物理介质有很大的关系,当然和数据链路层使用的协议也有很大的关系.比如以太网协议,MTU 1500(字节).正是MTU引起了IP这个协议来进行分包组包.IP的分包组包通常不是根据这个IP最大长度64KB来分的,大概率情况下数据链路层的MTU都比64KB要小.引入MTU和物理层有很大的关系.