我画了 40 张图就是为了让你搞懂计算机网络层
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举个例子来说：比如说我在石家庄(好像不用比如昂)，我所在的小区的某一栋楼就相当于是网络标识，某一栋楼的第几户就相当于是我的主机标识，当然如果你有整栋楼的话，那就当我没说。你可以通过xx省xx市xx区xx路xx小区xx栋来定位我的网络标识，这一栋的第几户就相当于是我的网络标识。 IP 地址分为四类，分别是A类、B类、C类、D类、E类，它会根据 IP 地址中的第 1 位到第 4 位的比特对网络标识和主机标识进行分类。 A 类：(1.0.0.0 - 126.0.0.0)（默认子网掩码：255.0.0.0 或 0xFF000000）第一个字节为网络号，后三个字节为主机号。该类 IP 地址的最前面为 0 ，所以地址的网络号取值于 1~126 之间。一般用于大型网络。 B 类：(128.0.0.0 - 191.255.0.0)（默认子网掩码：255.255.0.0 或 0xFFFF0000）前两个字节为网络号，后两个字节为主机号。该类 IP 地址的最前面为 10 ，所以地址的网络号取值于 128~191 之间。一般用于中等规模网络。 C 类：(192.0.0.0 - 223.255.255.0)（子网掩码：255.255.255.0 或 0xFFFFFF00）前三个字节为网络号，最后一个字节为主机号。该类 IP 地址的最前面为 110 ，所以地址的网络号取值于 192~223 之间。一般用于小型网络。 D 类：是多播地址。该类 IP 地址的最前面为 1110 ，所以地址的网络号取值于 224~239 之间。一般用于多路广播用户。 E 类：是保留地址。该类 IP 地址的最前面为 1111 ，所以地址的网络号取值于 240~255 之间。 为了方便理解，我画了一张 IP 地址分类图，如下所示
根据不同的 IP 范围，有下面不同的地总空间分类
子网掩码 子网掩码(subnet mask)又叫做网络掩码，它是一种用来指明一个 IP 地址的哪些位标识的是主机所在的网络。子网掩码是一个 32位 地址，用于屏蔽 IP 地址的一部分以区别网络标识和主机标识。 一个 IP 地址只要确定了其分类，也就确定了它的网络标识和主机标识，由此，各个分类所表示的网络标识范围如下
用1表示 IP 网络地址的比特范围，0表示 IP 主机地址的范围。将他们用十进制表示，那么这三类的表示如下
保留地址 在IPv4 的几类地址中，有几个保留的地址空间不能在互联网上使用。这些地址用于特殊目的，不能在局域网外部路由。
IP 协议版本 目前，全球 Internet 中共存有两个IP版本：IP 版本 4（IPv4）和IP 版本6（IPv6）。 IP 地址由二进制值组成，可驱动 Internet 上所有数据的路由。 IPv4 地址的长度为 32 位，而 IPv6 地址的长度为 128 位。 Internet IP 资源由Internet 分配号码机构（IANA）分配给区域 Internet 注册表（RIR），例如 APNIC，该机构负责根 DNS ，IP 寻址和其他 Internet 协议资源。 下面我们就一起认识一下 IP 协议中非常重要的两个版本 IPv4 和 IPv6。 IPv4 IPv4 的全称是Internet Protocol version 4，是 Internet 协议的第四版。IPv4 是一种无连接的协议，这个协议会尽最大努力交付数据包，也就是说它不能保证任何数据包能到达目的地，也不能保证所有的数据包都会按照正确的顺序到达目标主机，这些都是由上层比如传输控制协议控制的。也就是说，单从 IP 看来，这是一个不可靠的协议。 前面我们讲过网络层分组被称为数据报，所以我们接下来的叙述也会围绕着数据报展开。 IPv4 的数据报格式如下
IPv4 数据报中的关键字及其解释 版本字段(Version)占用 4 bit，通信双方使用的版本必须一致，对于 IPv4 版本来说，字段值是 4。首部长度(Internet Header Length)占用 4 bit，首部长度说明首部有多少 32 位(4 字节)。由于 IPv4 首部可能包含不确定的选项，因此这个字段被用来确定数据的偏移量。大多数 IP 不包含这个选项，所以一般首部长度设置为 5， 数据报为 20 字节 。服务类型(Differential Services Codepoint，DSCP)占用 6 bit，以便使用不同的 IP 数据报，比如一些低时延、高吞吐量和可靠性的数据报。服务类型如下表所示
拥塞通告(Explicit Congestion Notification，ECN)占用 2 bit，它允许在不丢弃报文的同时通知对方网络拥塞的发生。ECN 是一种可选的功能，仅当两端都支持并希望使用，且底层网络支持时才被使用。 最开始 DSCP 和 ECN 统称为 TOS，也就是区分服务，但是后来被细化为了 DSCP 和 ECN。 数据报长度(Total Length)占用 16 bit，这 16 位是包括在数据在内的总长度，理论上数据报的总长度为 2 的 16 次幂 - 1，最大长度是 65535 字节，但是实际上数据报很少有超过 1500 字节的。IP 规定所有主机都必须支持最小 576 字节的报文，但大多数现代主机支持更大的报文。当下层的数据链路协议的最大传输单元（MTU）字段的值小于 IP 报文长度时，报文就必须被分片。 标识符(Identification)占用 16 bit，这个字段用来标识所有的分片，因为分片不一定会按序到达，所以到达目标主机的所有分片会进行重组，每产生一个数据报，计数器加1，并赋值给此字段。 标志(Flags)占用 3 bit，标志用于控制和识别分片，这 3 位分别是 0 位：保留，必须为0；1 位：禁止分片（Don’t Fragment，DF），当 DF = 0 时才允许分片；2 位：更多分片（More Fragment，MF），MF = 1 代表后面还有分片，MF = 0 代表已经是最后一个分片。 如果 DF 标志被设置为 1 ，但是路由要求必须进行分片，那么这条数据报回丢弃 分片偏移(Fragment Offset)占用 13 位，它指明了每个分片相对于原始报文开头的偏移量，以 8 字节作单位。 存活时间(Time To Live，TTL)占用 8 位，存活时间避免报文在互联网中迷失，比如陷入路由环路。存活时间以秒为单位，但小于一秒的时间均向上取整到一秒。在现实中，这实际上成了一个跳数计数器：报文经过的每个路由器都将此字段减 1，当此字段等于 0 时，报文不再向下一跳传送并被丢弃，这个字段最大值是 255。 协议(Protocol)占用 8 位，这个字段定义了报文数据区使用的协议。协议内容可以在 https://www.iana.org/assignments/protocol-numbers/protocol-numbers.xhtml 官网上获取。 首部校验和(Header Checksum)占用 16 位，首部校验和会对字段进行纠错检查，在每一跳中，路由器都要重新计算出的首部检验和并与此字段进行比对，如果不一致，此报文将会被丢弃。 源地址(Source address)占用 32 位，它是 IPv4 地址的构成条件，源地址指的是数据报的发送方 目的地址(Destination address)占用 32 位，它是 IPv4 地址的构成条件，目标地址指的是数据报的接收方 选项(Options)是附加字段，选项字段占用 1 - 40 个字节不等，一般会跟在目的地址之后。如果首部长度 > 5，就应该考虑选项字段。 数据不是首部的一部分，因此并不被包含在首部检验和中。 在 IP 发送的过程中，每个数据报的大小是不同的，每个链路层协议能承载的网络层分组也不一样，有的协议能够承载大数据报，有的却只能承载很小的数据报，不同的链路层能够承载的数据报大小如下。
IPv4 分片 一个链路层帧能承载的最大数据量叫做最大传输单元(Maximum Transmission Unit, MTU)，每个 IP 数据报封装在链路层帧中从一台路由器传到下一台路由器。因为每个链路层所支持的最大 MTU 不一样，当数据报的大小超过 MTU 后，会在链路层进行分片，每个数据报会在链路层单独封装，每个较小的片都被称为片(fragement)。
每个片在到达目的地后会进行重组，准确的来说是在运输层之前会进行重组，TCP 和 UDP 都会希望发送完整的、未分片的报文，出于性能的原因，分片重组不会在路由器中进行，而是会在目标主机中进行重组。 当目标主机收到从发送端发送过来的数据报后，它需要确定这些数据报中的分片是否是由源数据报分片传递过来的，如果是的话，还需要确定何时收到了分片中的最后一片，并且这些片会如何拼接一起成为数据报。 针对这些潜在的问题，IPv4 设计者将标识、标志和片偏移放在 IP 数据报首部中。当生成一个数据报时，发送主机会为该数据报设置源和目的地址的同时贴上标识号。发送主机通常将它发送的每个数据报的标识 + 1。当某路由器需要对一个数据报分片时，形成的每个数据报具有初始数据报的源地址、目标地址和标识号。当目的地从同一发送主机收到一系列数据报时，它能够检查数据报的标识号以确定哪些数据是由源数据报发送过来的。由于 IP 是一种不可靠的服务，分片可能会在网路中丢失，鉴于这种情况，通常会把分片的最后一个比特设置为 0 ，其他分片设置为 1，同时使用偏移字段指定分片应该在数据报的哪个位置。 IPv4 寻址 IPv4 支持三种不同类型的寻址模式，分别是 单播寻址模式：在这种模式下，数据只发送到一个目的地的主机。
广播寻址模式：在此模式下，数据包将被寻址到网段中的所有主机。这里客户端发送一个数据包，由所有服务器接收：
组播寻址模式：此模式是前两种模式的混合，即发送的数据包既不指向单个主机也不指定段上的所有主机
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