IP协议
P地址是指互联网协议地址（英语：Internet Protocol Address，又译为网际协议地址），是IP Address的缩写。IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。目前还有些ip代理软件，但大部分都收费。
主机: 配有IP地址, 但是不进行路由控制的设备; 路由器: 即配有IP地址, 又能进行路由控制; 节点: 主机和路由器的统称
理解源IP地址和目的IP地址
每台计算机都有一个唯一的IP地址，如果一台主机上的数据要传输到另一台主机，那么对端主机的IP地址就应该作为该数据传输时的目的IP地址。但仅仅知道目的IP地址是不够的，当对端主机收到该数据后，对端主机还需要对该主机做出响应，因此对端主机也需要发送数据给该主机，此时对端主机就必须知道该主机的IP地址。因此一个传输的数据当中应该涵盖其源IP地址和目的IP地址，目的IP地址表明该数据传输的目的地，源IP地址作为对端主机响应时的目的IP地址。
在数据进行传输之前，会先自顶向下贯穿网络协议栈完成数据的封装，其中在网络层封装的IP报头当中就涵盖了源IP地址和目的IP地址。
网段划分
IP地址分为两个部分，网络号和主机号
1.网络号:保证相互连接的网段具有不同的标识
2.主机号:同一网段内，主机之间具有相同的网络号，但是必须有不同的主机号
3.不同的子网其实就是把网络号相同的主机放在一起
4.如果在子网中新增一台主机，则这台主机的网络号和这个子网的网络号一致，但是这个主机号必须不能和子网中的其他主机重复。
通过合理设置主机号和网络号, 就可以保证在相互连接的网络中, 每台主机的IP地址都不相同.
那么问题来了, 手动管理子网内的IP, 是一个相当麻烦的事情.
有一种技术叫做DHCP, 能够自动的给子网内新增主机节点分配IP地址, 避免了手动管理IP的不便。
一般的路由器都带有DHCP功能. 因此路由器也可以看做一个DHCP服务器
过去曾经提出一种划分网络号和主机号的方案, 把所有IP 地址分为五类, 如下图所示
随着Internet的飞速发展,这种划分方案的局限性很快显现出来,大多数组织都申请B类网络地址, 导致B类地址很快就分配完了, 而A类却浪费了大量地址;
例如, 申请了一个B类地址, 理论上一个子网内能允许6万5千多个主机. A类地址的子网内的主机数更多.
然而实际网络架设中, 不会存在一个子网内有这么多的情况. 因此大量的IP地址都被浪费掉了.
针对这种情况提出了新的划分方案, 称为CIDR(Classless Interdomain Routing):。
- 引入一个额外的子网掩码来区分网络号和主机号
- 子网掩码也是一个32位的正整数，通常用一串0来结尾
- 将IP地址和子网掩码进行 “按位与” 操作, 得到的结果就是网络号;
- 网络号和主机号的划分与这个IP地址是A类、B类还是C类无关;
下面举个例子:
可见,IP地址与子网掩码做与运算可以得到网络号, 主机号从全0到全1就是子网的地址范围;
IP地址和子网掩码还有一种更简洁的表示方法,例如140.252.20.68/24,表示IP地址为140.252.20.68, 子网掩码的高24位是1,也就是255.255.255.0
- 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；
IP地址的数量限制
IP协议使用IP地址来标识网络中的节点，分为IPv4和IPv6。虽然一直在推行IPv6，但目前主流还是IPv4。
IPv4使用32位二进制，分为A、B、C类（D类和E类有特殊用途，不用于标识网络中的节点），共计大约37亿多个可用单播地址。听上去很多，但是Internet发展太快了，早在2011年，IANA就宣布IPv4地址耗尽。
等等，既然2011年IPv4地址就没了，那怎么直到现在，大家都还在高高兴兴地用着IPv4地址呢？
CIDR在一定程度上缓解了IP地址不够用的问题(提高了利用率, 减少了浪费, 但是IP地址的绝对上限并没有增加), 仍然不是很够用. 这时候有三种方式来解决:
1.动态分配IP地址:只给接入网络的设备分配IP地址，因此同一个MAC地址的设备，每次接入互联网中，得到的IP地址不一定是相同的
2.NAT技术(后面重点介绍)
3.IPv6: IPv6并不是IPv4的简单升级版. 这是互不相干的两个协议, 彼此并不兼容; IPv6用16字节128位来表示一个IP地址; 但是目前IPv6还没有普及;
私有IP地址和公网IP地址
其实，在IPv4地址中，有一些特殊的地址范围：
A类地址中，10.0.0.0~10.255.255.255；
B类地址中，172.16.0.0~172.31.255.255；
C类地址中，192.168.0.0~192.168.255.255。
这些地址，我们称之为“私有地址”。
什么是私有地址？就是说，这些地址不会在Internet公网上出现，任何人都可以随便使用，不用花钱！
随便使用？那不会冲突吗？
并不会，因为这些地址只限于你所在的局域网内部使用，如家庭、企业、学校等，公网上并没有这些地址。就好像你在一个局域网用10.1.1.1，我在另一个局域网也使用10.1.1.1，只要保证各自局域网内不冲突就行。
可是，如果我们两人要通信呢？地址不是冲突了吗？
不不，私有地址只在局域网内部使用，如果要访问外网，需要NAT给你发的数据包整个容！
一般情况下，局域网接入公网的出口设备上都会配置NAT功能。家庭中常见的“无线路由器”，其实本质上不过是一台“无线NAT”而已！
如果NAT设备发现有私有数据包要去公网，会给它整个容：把里面IP封装中的私有地址换成公网地址，做好记录，再发出去；数据包回来时，再把地址换回来，发回你的电脑。
企业、学校的公网地址可以花钱向运营商购买固定地址，便于注册域名，向外提供网络服务；家庭上网一般由运营商动态分配。
图中电脑的IP地址是私有地址192.168.1.10，出口NAT设备接入Internet的公网地址是12.34.56.78，假设公网上有一台地址为98.76.54.32的www服务器，内网电脑通过浏览器访问它。
路由
本质就是在复杂的网络结构中，找出一条通往终点的路线；
路由的过程, 就是这样一跳一跳(Hop by Hop) “问路” 的过程. 所谓 “一跳” 就是数据链路层中的一个区间. 具体在以太网中指从源MAC地址到目的MAC地址之间的帧传输区间.
IP数据包的传输过程也和问路一样
- 当IP数据包, 到达路由器时, 路由器会先查看目的IP;
- 路由器决定这个数据包是能直接发送给目标主机, 还是需要发送给下一个路由器;
- 依次反复, 一直到达目标IP地址;
- 路由表可以使用route命令查看
- 如果目的IP命中了路由表, 就直接转发即可;
- 路由表中的最后一行,主要由下一跳地址和发送接口两部分组成,当目的地址与路由表中其它行都不匹配时,就按缺省路由条目规定的接口发送到下一跳地址
假设某主机上的网络接口配置和路由表如下:
- 这台主机有两个网络接口,一个网络接口连到192.168.10.0/24网络,另一个网络接口连到192.168.56.0/24网络;
- 路由表的 Destination 是目的网络地址, Genmask 是子网掩码, Gateway 是下一跳地址, Iface 是发送接口, Flags中 的 U 标志表示此条目有效(可以禁用某些 条目), G 标志表示此条目的下一跳地址是某个路由器的地址,没有 G 标志的条目表示目的网络地址是与本机接口直接相连的网络,不必经路由器转发;
