网络编程-TCP/IP协议栈-IP协议

协议

协议就是约定的一种规则，例如扑克游戏中约定好的各种规则，2<3<4<5<…等，以此作为游戏规则。当所有人都遵循这个规则，那么久可以不需要任何多余的交流就可以进行游戏，这个方式形成的约定就是一种协议。

TCP/IP协议簇

互联网早期无法进行大规模的通信使用，因为大家虽然都懂计算机的链接原理，但是每个人的链接方式都不同，所以造成这种情况。当时就衍生出了很多为了解决当前问题的协议，比如TCP协议约定大家使用TCP链接时候传输的一种协议，HTTP协议则约定了文本传输的一种协议。
TCP/IP协议并不是指某一个具体的协议，它是指一系列的协议栈，因此也叫TCP/IP协议栈或者TCP/IP协议簇
在TCP/IP协议簇中，定义了包含对应OSI模型的每一层，上一篇中有过一个简单模型的说明。以下对OSI模型层做了细化说明处理，如下图：
如上图中OSI模型的七层协议，在TCP/IP中使用四层代替。
在TCP/IP协议簇中每一层都有对应的协议，最终组成协议簇，上一篇也有解释，但是是一个简单版本的，一下图列出了TCP/IP四层中的每个协议所在位置：
如上图所示，我们常看到的TCP，UDP在协议栈的传输层，而IP协议则在协议栈的网际层，还有出现次数特别多的HTTP协议是在协议栈的应用层。
TCP/IP协议栈被分作多个层级，目的是为了整理硬件之间通信时的一个通用的模型，每一个层级都按照指定的协议与上下层进行信息交换，上一篇中也有一个简单的说明，我们用如下图来表示
通过上图归纳来一下上一篇中介绍的几个层级，也就是TCP/IP协议的总体概念，但是气内部还有很多的协议，我们介绍几个比较常见的
- IP协议
- TCP协议
- UDP协议
- HTTP协议

IP协议

IP协议处于TCP/IP协议簇的网际层。它提供不可靠的，无连接的服务，而且必须依赖其他层协议进行差错控制。在局域网环境，IP协议往往被封装在以太网帧中传送。而所有的TCP，UDP，ICMP，IGMP数据都被封装在IP数据报中传送。在IP协议中，有两个重要的内容，一个是IP地址概念，一个是IP协议报头

IP地址

对应IP地址我们日常中接触到很多，他给每个接入互联网的计算器一个地址，从而使得其他计算机能够访问到他。与此同时，当计算机有了地址之后，才能遵循IP协议，和其他计算机进行数据的传递。
IP现有目前有两种IPV4，IPV6，IPV4占用32bit，而IPV6则是32字节，128bit，IPV6可用的数量是比较大的，用来解决IPV4 不够用的情况。以IPV4 为案例
IPV4的32bit地址中分为两个部分：网络号和主机号。同时根据不同开头可以分为五类A，B，C，D，E
网络号用于区分不同的网络点，比如我们公司就是一个网络的集群，我们可以通过他的网络号码确认该公司的网关，在通过主机号码确认每一台计算机。
例如一个C类IP地址类型，包含21为网络号码，实际就能区分2^21 个网络号码，而每一位网络号可以区分2 ^ 8 - 2 = 254个主机（起始网络地址和最后一个为广播地址都不可用于主机）每个网络好修改一位，即使后面八位一样那也是表示在不同网络号码下的不同主机，只不过这些主机的编码正好相同罢了，还是在不同的IP地址下。如果一个网吧采用这种方式，那么他最多能安装254台机器，如果想要更多的主机号，应该延长主机号的位数，但是相应网络号的也会减少，因为总长度是不变的
我们通过子网掩码能够改变网络号的主机号尾数。通常的掩码类似：

255.255.255.0

二进制表示：

11111111.11111111.11111111.00000000

如果一个IPV4地址：192.168.1.1，那么IP地址和掩码经过与（&）运算后的结果为：192.168.1.0（192.168.001.000），这个就是我们常说的网关。

//IP 地址二进制表示 192.168.1.1 -> 
11000000.10101000.00000001.00000001
//&运算后还是得到原值 11000000.10101000.00000001.00000001

从192.168.1.1～ 192.168.1.254 都可以作为主机号码，也即是这个网关下，可以容纳254台机器，如果将掩码改为：

255.255.254.0
//二进制表示
11111111.11111111.11111110.00000000

那么与ip192.168.1.1 进行与（&）运算的结果： 192.168.0.0，这个时候使用的主机号码变成来192.168.0.0～192.168.1.254 ，即可以容纳510 台机器。

IP寻址

当一个IP包从一台计算器被发送，他会到达一个IP路由器。
IP路由器负责将这个包路由到他的目的地，直接或者通过其他路由器中专。
在一个相同的通信中，一个包进经过的路径可能会和其他包不一样。而路由器负责根据通信量，网络中的错误，或者其他参数来进行正确寻址

IP协议的报头

上面的数据分层中，我们看到IP协议的构成实际上是IP报头 + TCP协议内容，
因此决定一个IP协议属性的关键是IP报头的内容。
下面我们来看IP协议的组成，IPV4 中普通的IP首部长20字节，其中32位的源IP地址和32位目的IP地址
TTL生存时间，代表数据包可以进过最多路由次数，比如TTl是10 ，意思是经过10此路由转发还没到到达，则报文丢弃。
8位上层协议指的是传输层承载的协议
16数据报长度：指IP数据包的最大长度，16bit那么最长可以65535字节。但是通过链路的MTU不会有这么大，因此，如果数据包长度超过MTU，数据包会被分片。如果发生来分片，则需要用到16位表示以及13位分段偏移来找到分片的报文