JavaEE IP协议

        IP协议网络层最核心的协议。网络成协议的工作主要有两个：地址管理和路由选择（路径规划）。

IP协议报头结构

（1）4位版本号，表示当前IP协议的版本，有两个：IPv4和IPv6。这里主要讨论IPv4。

（2）4位首部长度，表示当前IP报头的长度。带有选项字段（可以有，可以没有）可以实现增长报头。

（3）8位服务类型，这里的八位，实际有四位，另外的四位是保留位，可以提供未来的扩展使用。四个服务类型中，比特位都是互斥的，一个报文中四个位只有一位可以是1，其他的都是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。实际开发中，很少手动调整。

（4）16位总长度，表示一个IP数据报（报头+载荷）有多长。载荷部分就是一个完成的传输层数据报（比如完成的TCP数据报）。IP协议是自己内置了拆包组包的协议，可以自动完成过长的TCP数据报分包，每一个包来携带TCP的一部分数据。

（5）16位标识，3位标志，13位片偏移。16位标识，同一个包拆出来的若干个小包，标识是一样的；十三位片偏移，描述了拆出来的包的先后顺序；三位标志，其中一位是关键的，标识结束标记。

 （6）8位生存空间（TTL），描述了这个IP数据报，还能在网络上存活多久。网络环境是很复杂的，发送方发送一个IP数据报，数据报就会沿着网络尝试找接收方的位置。如果存在，就直接发过去，否则就会放弃。正常的情况下，能够很快的找到。TTL的单位不是时间单位，而是“次数”，能够被转发的次数。每次数据报经过一个路由器的转发，TTL就会减少一次。一旦TTL减为0，认为这个IP找不到，就要丢弃包。

（7）8位协议，表示了传输层使用了哪些协议。

（8）16位首部检验和，只针对“报头”的检验，不针对数据部分的校验。数据部分的校验和，数据部分的校验是传输层的协议，比如TCP协议来负责的。

（9）32位源IP地址和32位目的IP地址，表示发件人地址（源端口号）和收件人地址（目的端口号）。IP地址本质上是一个32位的整数，因为32位的整数不方便，使用了另外的表示方式：点分十进制。使用三个点，将32位的整数，分成4个部分，每一个部分8位（1个字节），每一个部分的取值范围0~255。比如本人当前的IP地址：

        如果查看IP的话，会经常见到192.168开头的IP地址。这时内网的IP。内网的IP有三类：（1）10.*；（2）172.16* ~ 172.31*；（3）192.168.*。其他的就是外网IP了。内网IP和外网IP是人为划分的。

        现实中的IP地址，都是“唯一的”，但是网络中的IP地址，是动态变化的，不能保证唯一，换句话来说，是不能保证每一个主机都能分配唯一的IP地址，还是需要解决IP地址不够用的问题。

（1）动态分配IP地址（DHCP）。一个设备上网，就分配，不上网就不分配。动态分配会导致同一个设备的IP地址在不同的时候可能产生变化。这个办法指标不治本。

（2）使用NAT， IP地址转换。把IP地址分成两类，内网IP（局域网里面使用的IP）和外网IP（广域网中使用的IP）。允许局域网之间的内网IP重复，但是外网IP要保持唯一。同一个局域网中的IP地址不能相同，但是不同的局域网内部的IP允许重复。

        如果IP地址重复了，就需要进行IP地址的转换。

        大概的流程是通过运营商的路由器的时候，就会进行IP地址的替换，记录替换的记录，然后继续发送。

        NAT机制，本质就是使用一个外网IP地址代表一大批内网的设备。

（3）IPv6，是解决IP地址不够用的终极方案。IPv6使用16字节的值来表示IP地址（IPv4是4个字节），这是一个非常大的数字，比IPv4大了不是一个天文数字量级，地球上的所有沙子都分配一个IP地址，都是足够的。但是问题是IPv4和IPv6的协议是不兼容的，这就给升级带来了很大的困难。

        为了更好的组网，又把IP分成两段，前一段称为网络号，后一段称为主机号。具体的分法有不同的策略（主要存在教科书中）。

        主流的划分方式是CIDR。引入了“子网掩码”，来区分哪部分是网络号，哪个部分是主机号。也是一个32位的整数，左侧都是1，右侧都是0，比如255.255.255.0。标记为1的部分，表示这部分的IP是网络号。要求在同一个局域网内部网络设备之间的网络号都是相同的，主机号是不同的（有相同的则导致只有一台能上网）；两个相邻的局域网（同一个路由器连接的两个局域网）网络号是不同的。

路由选择（了解）

        路线规划的过程中，就是路由选择，就和地图寻路差不多。路由器在进行路径规划的时候，没有很多的空间来保存全局的信息，每一个路由器只能知道位置信息的一部分，只能知道和它的一些相邻的设备什么走。路由器的数据转发，类似于原始的问路过程。