1 IPv4分组

1.1 IPv4分组的格式

1.2 IP数据报分片

1.3 网络层转发分组的流程

2 IPv4地址与NAT

2.1 IPv4地址

五类IP地址：

在各类IP地址中，有些IP地址有特殊用途，不用做主机的IP地址。

• 主机号全是0表示本网络本身
  • A类：1.0.0.0~126.0.0.0
  • B类：128.0.0.0~191.255.0.0
  • C类：192.0.0.0~223.255.255.0
• 主机号全是1表示本网络的广播地址，又称直接广播地址
  • A类：1.255.255.255~126.255.255.255
  • B类：128.255.255.255~191.255.255.255
  • C类：192.255.255.255~223.255.255.255
• 32位全是0，即0.0.0.0表示本网络上的本主机
• 32位全是1，即255.255.255.255表示整个TCP/IP网络的广播地址，又称受限广播地址
• 127.0.0.1保留为环路自检地址，此地址表示任意主机本身，目的地址为环回地址的IP数据报不会出现在任何网络上。

各类IP地址的IP数量：

• A类：可用网络数为$2^7-2$，因为网络号全为0的IP为保留地址，网络号为127（01111111）的IP地址是环回测试地址
• B类：可用网络数为$2^{14}-1$，因为网络号128.0（100000000.00000000）是不可指派的。
• C类：可用网络数为$2^{21}-1$，因为192.0.0的网络号是不可指派的

IP地址的特点

• IP地址管理机构在分配IP时只分配网络号，得到该网络的单位自行分配主机号。
• 路由器仅根据网络号转发分组，减少路由表所占的存储空间
• IP地址标志一台主机和一条链路的接口，当主机连接到两个网络时就会有两个IP地址。
• 转发器或桥接器（网桥等）所连接的若干lan仍处于同一网络，因此该lan中所有主机的IP地址的网络号必须相同，主机号必须不同。（网桥在数据链路层）
• 路由器总是具有两个或两个以上的IP地址，路由器的每个端口都有不同网络号的IP地址（NAT路由器在传输层）

2.2 网络地址转换NAT

作用： 将专用网络地址转换为公用地址。

特点：

• 对外隐藏内部管理的IP地址
• 专用网只需一个全球IP地址就可以与因特网联通，因此节省IP地址消耗。
• 隐藏内部结构，降低内部网络受攻击的风险。

私有IP地址：

• A类：1个A类网段10.0.0.0~10.255.255.255
• B类：16个B类网段172.16.0.0~172.31.255.255
• C类：256个C类网段192.168.0.0~192.168.255.255

路由器对私有地址的数据报不进行转发。

两类路由器：

• 普通路由器转发IP数据报时，不改变IP地址和目的IP地址，工作在网络层。
• NAT路由器转发IP数据报时，更换IP地址（和端口号），工作外传输层。

2.3 子网划分与子网掩码

2.3.1 子网划分

两级IP地址缺点： IP地址利用率低，每个物理网络都分配网络号造成路由表太大影响性能。

子网划分思路：

• 子网划分为单位内部的事情，对外仍表现为没有划分子网的网络
• 从主机号借用若干比特作为子网号，因此主机号减少了。
• 其他网络发送给本单位某主机，根据IP数据报的目的网络号，找到连接本单位网络的路由器，然后根据目的网络号和子网号找到目的子网，最后交给主机
  子网掩码：
• 一串1跟随一串0
• 子网掩码与IP按位与

最后

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