网络原理（IP协议、以太网数据帧）
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1 网络层
1.1 IP协议报头
1.1.1 4位版本
1.1.2 4位首度长度
1.1.3 8位服务类型
1.1.4 16位总长度
1.1.5 16位标识
1.1.6 3位标志位
1.1.7 13位片偏移
1.1.8 8位生存时间
1.1.9 8位协议
1.1.10 16位首部校验和
1.1.11 32位源/目的IP地址
1.2 IP协议
1.2.1 地址管理
1.2.2 路由选择
2 数据链路层
2.1 以太网数据帧格式
2.1.1 目的地址
2.1.2 类型
2.1.3 CRC（校验和）
我们在前面了解了应用层和传输层的具体工作：网络原理（UDP协议）_咸鱼没有不粘锅的博客-CSDN博客
网络原理（TCP协议）_咸鱼没有不粘锅的博客-CSDN博客
网络原理（TCP协议2）_咸鱼没有不粘锅的博客-CSDN博客
接下来我们了解一下网络层的具体实现。
1 网络层
前面我们也了解过网络层的工作就是规划两点间的合理路径，同时对主机所处的位置进行定义，
其实就是路由选择、地址管理。
在网络层的重点协议就是IP协议。
1.1 IP协议报头
1.1.1 4位版本
取值只有两个，IPv4和IPv6，此报头IP是IPv4
1.1.2 4位首度长度
和TCP类似，首部都是变长，也是包头中带有的选项
1.1.3 8位服务类型
其实只有4位有效，这4位表达了IP协议不同的工作模式，这四位里面只有1位可以是1，不能同时出现多个1，分别表示最小延时、最大吞吐量、最高可靠性和最小成本
1.1.4 16位总长度
描述了IP数据包的报文长度是多少，IP总长度-IP报头长度=TCP报文长度，16位是64k，但是一个IP数据报最大不止64k，可以通过IP协议来传输很长的TCP数据报，就是多分几个包来传输，IP协议自带了分包组包机制
1.1.5 16位标识
同组的包就会有相同的标识
1.1.6 3位标志位
主要是两位在起作用，一位用来表示当前是否分包，另一位用来表示当前这个包是否是最后一个。
1.1.7 13位片偏移
用来区分前后顺序，数据包的16位标识符相同，按照顺序片偏移逐渐增大，最后一个包有特殊的标识符。
1.1.8 8位生存时间
网络上可能有很多数据包在传输，有的可能顺利发送，有的包可能永远也无法发送成功，在多次重传后失败就会放弃，这就是包的生存时间。TTL的单位是次数，是一个整数，一般都是32/64/128这样的整数，预期正常情况下，数据包会在很短的次数内就能发送成功，数据传输每经过一个路由器转发，TTL就-1，如果减到0就会把包丢弃掉
1.1.9 8位协议
IP载荷中数据报使用的传输层协议，接收方收到IP数据报进行分用，分用到网络层的时候，接下来就要把数据交给传输层，把数据给传输层的8位协议来进行分区
1.1.10 16位首部校验和
校验和我们前面说过，只是这个校验和只针对首部校验，载荷部分TCP/UDP自身进行校验
1.1.11 32位源/目的IP地址
发件人地址；收件人地址
IP本质上是32位整数，4个字节，类似于一个int，为了方便看，就会转成“点分十进制”表示方式。使用三个点把IP地址分成4个部分，每个部分都是1个字节，每部分的范围是0-255。前面我们了解到IP地址用来区分网络上的唯一一台主机的，但是一个IP地址是四个字节，32个bit位，能表示的范围是0-42亿9千万。
按照上述设定，IP地址最多只能表示不到43亿个不同的主机，然而当前世界上的上网设备已经超出这个数值，然而如何解决这个问题呢？有以下办法：
- 动态分配IP地址，随时分配收回IP，但仅仅是提高了利用率，治标不治本；
- NAT机制（主流机制），不再强制要求每个主机都有独立的IP，把IP分为两大类：①外网IP/公网IP；②内网IP/私网IP/局域网IP；③IPv6
约定 10.* ， 172.16-172.31.* ， 192.168.* 这三种都是局域网IP，在同一个局域网内部IP不允许重复，在不同的局域网中，IP之间不允许重复，如果在局域网内部想想访问耨个外网的服务器，就会使用一个外网IP来代替一大波局域网中的设备，大大节省了外网IP的个数。
IPv6使用了16个字节，128位表示IP地址，相较于IPv4扩大了很多，42亿*42亿*42亿*42亿，IPv6的IP地址彻底解决IPv4IP地址不够用的问题，但是为什么IPv6没有IPv4普及呢，由于IPv6和IPv4不兼容，这种更新换代除非万不得已，否则就不会全部大换血。
1.2 IP协议
1.2.1 地址管理
① IP地址具体规则
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，但是必须有不同的主机号。
用一个局域网中，主机之间的网络号是相同的，主机号必须不同。在两个相邻的局域网中（同一个路由器连接的局域网）要求网络号是不同的。
②子网掩码
子网掩码划分出网络号的范围，子网掩码有32位，左半边都1，右半边都是0，左半边有多少个1就表示IP地址左侧有多少位是网络号（把子网掩码和IP地址进行按位与运算，得到的结果就是网络号）。
③ 特殊的IP地址
- 如果一个IP地址主机号为0，此时这个IP就表示网络号，192.168.0.0代表当前局域网
- 如果一个IP地址主机号为1，此时这个IP标识这个局域网的网关（出入口，路由器），192.168.0.1就代表局域网的网关（通常就是路由器的IP）
- 如果一个IP地址主机号全是1，此时这个IP表示广播IP
- 127.*开头的都是环回IP
1.2.2 路由选择
路由选择就像地图导航一样，在两点之间规划出合理路线，但是区别在于路由选择是启发式的过程，一个点一个点导航，而不是直接从起点导到终点。
IP数据报中就包含目的IP，网络数据报到达路由器的时候，路由器本身就有一个路由表的数据结构（路由表就是这个路由器认识的路），一个路由器无法认识网络全貌，但是认识附近的一部分。如果当前目的IP路由器认识，就会给出一个明确路线，如果当前目的IP路由器不认识就会把数据报转发给一个更厉害的路由器（在路由表中有个默认选项），如果始终找不到目的地，比如IP地址不存在或者不可到达，就会TTL，数据报被丢弃。
但是路由器不但要找一条路，也需要筛选一条更合适的路。
2 数据链路层
数据链路层最主要的协议是以太网
2.1 以太网数据帧格式
2.1.1 目的地址
这个地址是mac地址，是用6个字节表示的地址，主要是在数据链路层实现相邻节点之间的转发，mac地址和IP地址原理相同，用来标识主机位置，由于是两拨人各自同时研发的，因此效果相同都在使用。mac地址有6个字节，当下的mac地址还是够用的，42亿*65535，可以让每个主机都有独立的mac地址，这个地址是网卡出厂的时候就写好了的。理论上来说mac地址是唯一的，但也不妨碍盗版网卡的不合理mac地址。mac地址也是主机身份标识的一种方式。mac地址通常使用16进制的方式来表示。
mac地址的作用就是标识两个相邻节点之间的传输。例如我从西安去西藏旅游中途经过很多站。这里源IP就是西安，目的IP就是西藏，这是始终不变的，但是中间的每一站的起点和终点分别是源mac和目的mac，例如先从西安到咸阳机场，这里源mac就是西安，目的mac就是咸阳，再从咸阳到西藏机场，这里源mac就是咸阳，目的mac就是西藏……
2.1.2 类型
类型有不同的取值是用来描述后面承载什么样的数据，0800就是IP数据包，0806就是ARP请求/应答，8035就是RARP请求/应答，后面两种数据帧是特殊的以太网数据帧，不是用来传输数据的，而是让相邻节点之间相互认识的。
IP数据报中的1500是一个以太网数据帧的最大值，以太网就是传输过程中的基础设施，数据链路层中不同协议就相当于快递运输过程中派件的工具，以太网属于载重量较小的工具，如果想要运输更多的数据就需要用更多的工具来运输，IP协议分包就是保证都在以太网承受范围内。
2.1.3 CRC（校验和）
校验和我们并不陌生，UDP校验和是通过软件（操作系统内部）来计算的，而这里的校验和通常是硬件（网卡）来计算的。