TCP/IP协议栈简介

互联网由一整套协议构成，自上而下而下可以分为如下4层：

• Application
  应用层协议封装了网络通信的数据包。
• TCP
  TCP协议用于保证数据通信的完整性和可靠性，防止丢包。
• IP
  Internet Protocol，规定了多个局域网如何通信。
• Ethernet
  以太网协议，规定了电子信号如何组成数据包（packet），解决了子网内部（即局域网）的点对点通行。

IP协议定义了一套自己的地址规则，称为IP地址。它实现了路由功能，允许某个局域网的A主机向另一个局域网的B主机发送信息。

IP地址包含网络号和主机号，IPv4协议规定的IP地址由32位二进制数组成，每8位一段，用十进制表示每段地址，可以表示的范围为0.0.0.0～255.255.255.255。IPv6协议规定的IP地址由128位二进制数组成，可以表示更多的网络与主机，目前IPv4能够表示的IP地址即将使用殆尽，不久的将来会被IPv6取代。

IPv4地址分类

• A类：

第一段为网络号：0000 0000 - 01111111（0-127），后三段为主机号
网络数：126（0.0.0.0表示所有网络，127.x.x.x表示本地回环地址）
各网络主机数：2^24-2
默认子网掩码：255.0.0.0，也可表示为：/8
#子网掩码用于与IP地址按位进行“与”运算，计算其网络地址
私网地址：10.0.0.0/255.0.0.0

• B类：

前两段为网络号：10 00 0000 - 10 11 1111（128-191），后两段为主机号
网络数：2^14
各网络主机数：2^16-2
默认子网掩码：255.255.0.0，也可以表示为：/16
私网地址：172.16.0.0-172.31.0.0  

• C类：

前三段为网络号：110 0 0000 - 110 1 1111（192-223），最后一段为主机号
网络数：2^21
各网络主机数：2^8-2
默认子网掩码：255.255.255.0,  /24

• D类：组播

1110 0000 - 1110 1111：224-239

• E类：科研

1111 0000 - 1111 1111：240-255

路由

路由是把数据从源地址经过网络传输到目标地址的过程，它包括2个主要动作：选择路径、数据传输。

路由器（Router）是一种负责寻径的网络设备，它通过路由表为数据传输选择最佳路径。路由表包含网络地址以及各地址之间距离的清单，路由器使用最少时间算法或最优路径算法来调整信息传递的路径。

路由表可以静态指定，也可以动态学习（基于rip2, ospf等协议）。路由表中的路由条目描述了目标地址、下一跳（nexthop）。目标地址可以分为主机路由、网络路由、默认路由（0.0.0.0/0.0.0.0），主机路由表示局域网中的主机，网络路由表示不同的局域网。

网关

网关（Gateway）就是一个网络连接到另一个网络的“关口”，它负责不同网络之间的通信。TCP/IP协议里的网关是其中的一种，实质上是一个网络通向其他网络的IP地址，此IP地址上的设备必须具有路由功能，这些设备有：路由器、启用路由协议的服务器、代理服务器。

比如如果网络A（192.168.1.0）中的主机向网络B（192.168.2.0）中的主机发送数据，因为两个主机不在同一网络，所以数据包会被转发给A的网关，再由网关转发给网络B的网关，网络B的网关再转发给网络B中的主机。