一、IP协议的报文格式

1、4位版本号

目前只有IPv4和IPv6两个版本，所以这里只能填4或6。

2、4位首部长度

4个bit能表示的最大数字是15，而这里的单位是4个字节，所以首部长度最大为15*4=60个字节。

3、8位服务类型

8位服务类型中只有4位是有效的，用来表达当前IP协议不同的“工作模式”：最小延时、最大吞吐量、最高可靠性、最小成本；这4位里最多只有一位可以是1，不能同时出现多个1。

4、16位总长度

16位总长度描述了IP数据报的报文长度。

TCP报文长度 = IP协议16位总长度 - IP协议4位首部长度。

5、16位标识、3位标志、13位片偏移

IP协议自带分包组包的机制，可以把一个很大的IP数据包分成多个小的数据包。

(1) 同一组数据包具有相同的16位标识；

(2) 3位标志中只有两位在起作用：

① 一位用来标识当前是否分包；

② 一位用来表示当前这个包是不是该分组的最后一个包；

(3) 13位片偏移用来区分包的前后顺序。

6、8位生存时间

网络传输过程中，有些数据可能永远也发不到目的IP、目的端口处，但是这个数据不能在网络传输中被各个设备来回转发，所以用TTL来描述数据的生存时间，单位是“次数”，TTL一般是64/128。

在网络传输过程中，数据没经过一个路由器，TTL就减1，如果TTL减到了0，数据还没传送到目的IP处，那么就会丢弃这个数据。

7、8位协议

8位协议指的是IP载荷部分中数据报使用的传输层协议。

接收端收到数据进行分用时，就可以通过IP报文中的8位协议知道，接下来要把数据交给传输层的哪个协议进行解析。

8、16位首部检验和

类似于TCP协议的校验和，使用CRC进行校验，用来鉴别数据在传输过程中是否损坏。

9、选项

类似于TCP协议的选项，可有可无，最多占用40字节。

二、认识IP地址

        IP地址本质上是32位的整数，但是为了方便查看，又用点分十进制的方式进行表示：即使用3个点把IP地址分成4个部分，每个部分是8个bit，取值范围为0~255。

1、IP地址具体的规则

1、组成

IP地址分为两个部分：网络号和主机号。

网络号：标识网段，保证相互连接的两个网段具有不同的标识；

主机号：标识主机，同一网段内，主机之间具有相同的网络号，但是主机号不能相同。

2、划分

使用一个32位的子网掩码进行划分，子网掩码也使用点分十进制的方式表示。

子网掩码的左半边都是1，右半边都是0； 

左半边有N个1，就表示IP地址从左往右的N位都是网络号。

3、特殊的IP地址

(1) 如果一个IP地址的主机号全部为0，此时这个IP就表示网络号，代表当前局域网；

(2) 如果一个IP地址的主机号为1，此时这个IP表示这个局域网的网关(不绝对，只是习惯用法)；

(3) 如果一个IP地址的主机号全部为1，此时这个IP表示广播IP；

(4) 127.*开头的IP表示环回IP，通常使用127.0.0.1。

2、IP地址不够用的情况

IP地址用来区分网络上每台计算机，但32个bit位能表示的最大值不到43亿，按照这个设定，IP协议最多只能表示不到43亿台设备，但是当前世界上的上网设备早已超出了这个数值，那么这个情况如何处理呢？

(1) 动态分配IP地址

只有在用户联网的时候才分配IP地址，不联网的时候就把IP回收分配给其他设备。

(2) NAT机制

① 不再强制要求每个主机都有独立的IP，而是把IP地址分为两大类：外网IP/公网IP 和 内网IP/私网IP/局域网IP，两大类；

以10.*，172.16.*~172.31.*，192.168.*这三类开头的IP都是内网IP，其余的都是外网IP。

② 然后约定，在同一个局域网内，不能用重复的IP地址，但是在不同的局域网内，IP地址可以重复。

③ 如果在局域网内部访问外网的服务器，就会使用一个外网IP来代替局域网中的设备来访问。

当前网络的现状：动态分配IP+NAT机制 

(3) IPv6

IPv6使用16个字节来表示IP地址，相比IPv4，多了2的96次方个地址，彻底解决IP地址不够用的问题。