一、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)模型：
TCP/IP網(wǎng)絡(luò)模型分為4層，自下而上分布為鏈路層（又叫網(wǎng)絡(luò)接口層）、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層。
鏈路層：處理數(shù)據(jù)在媒介上的表示、傳輸以及與硬件交互的細(xì)節(jié)。
網(wǎng)絡(luò)層：IP層負(fù)責(zé)IP數(shù)據(jù)報(bào)的
經(jīng)過(guò)鏈路層的時(shí)候，會(huì)增加以太網(wǎng)首部、尾部，產(chǎn)生以太網(wǎng)幀，幀頭部中的以太網(wǎng)類型字段，可用于區(qū)分IPv4()、IPv6()和ARP()。
四、分用：
數(shù)據(jù)到達(dá)接收端（是目的機(jī)器），會(huì)經(jīng)過(guò)從下到上經(jīng)過(guò)TCP/IP協(xié)議棧，鏈路層->IP->TCP/UDP->應(yīng)用層。經(jīng)過(guò)鏈路層會(huì)剝離以太網(wǎng)首尾部，根據(jù)以太網(wǎng)類型字段，如果是IP 則交給IP層；
經(jīng)過(guò)IP層會(huì)清除IP頭部，根據(jù)IP頭部中的協(xié)議類型字段，交給TCP、UDP或者ICMP、IGMP；經(jīng)過(guò)TCP/UDP層去掉TCP/UDP頭部，根據(jù)端口號(hào)，最終將數(shù)據(jù)還原取出交付給應(yīng)用程序。
封裝發(fā)生在發(fā)送方，拆封（還原）發(fā)生在接收方。
五、消息邊界：
應(yīng)用層將協(xié)議攜帶的數(shù)據(jù)寫入消息，消息邊界是兩次寫入操作之間的位置或字節(jié)偏移量，保留消息邊界的協(xié)議（UDP）在接收方將能獲得發(fā)送方的消息邊界，而不保留消息邊界的協(xié)議（TCP）在接收方將不能獲得發(fā)送方的消息邊界。
比如發(fā)送端通過(guò)UDP協(xié)議先后發(fā)送2個(gè)大小分別為100、200字節(jié)的消息，接收端通過(guò)UDP協(xié)議接收數(shù)據(jù)，將分2次分別接收到100、200字節(jié)的消息，但不保證接收100、200消息的先后順序；
而TCP是數(shù)據(jù)流協(xié)議，如果發(fā)送端通過(guò)TCP協(xié)議先后發(fā)送2個(gè)大小為100和200字節(jié)的消息，接收端會(huì)收到300字節(jié)數(shù)據(jù)，但每次接收返回的不一定是100、200字節(jié)消息，接收端丟失了發(fā)送端的消息邊界。
六、網(wǎng)絡(luò)地址：
IP地址用于IP層，IPv4的IP地址是32位整數(shù)，最多可以表示40億多個(gè)IP地址，按8位一字節(jié)，則分為4字節(jié)，每個(gè)字節(jié)是一個(gè)0~255的整數(shù)，所以可以表示abc.def.ghi.jkl的點(diǎn)分十進(jìn)制格式，點(diǎn)分十進(jìn)制和無(wú)符號(hào)32位整數(shù)可以很容易換算。
IPv4地址空間分成五大類，A、B、C類用于單播，D類地址供組播使用，E類地址保留。IPv4的32位又被劃分為網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)，可以把網(wǎng)絡(luò)號(hào)想象成到小區(qū)的郵政地址，而主機(jī)號(hào)想象成房間號(hào)。
鏈路層使用48bit的MAC地址，ARP和RARP用于IP地址和MAC地址之間的相互換算。
七、應(yīng)用程序編程接口：
操作系統(tǒng)通過(guò)提供編程接口（API）來(lái)支持應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)，目前最流行的API是套接字（），也叫套接字，抽象層位于應(yīng)用層跟傳輸層之間，提供創(chuàng)建、綁定、監(jiān)聽、連接、發(fā)送、接收、關(guān)閉等常用方法。
八、協(xié)議：
IP是TCP/IP協(xié)議族中的核心協(xié)議，為傳輸層提供IP數(shù)據(jù)報(bào)的交付能力，它負(fù)責(zé)將IP數(shù)據(jù)報(bào)從網(wǎng)絡(luò)一端傳遞到另一端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。
IP的另一個(gè)作用是：在發(fā)送端，接收來(lái)自傳輸層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），添加IP首部封裝為IP數(shù)據(jù)報(bào)，交給協(xié)議族的下一層：鏈路層。在接收端（包括中間路由器），接收來(lái)自鏈路層的PDU，去掉IP首部，根據(jù)IP首部中的協(xié)議類型，將數(shù)據(jù)分發(fā)給TCP、UDP或者其他。
IP只是完成分組交換（轉(zhuǎn)發(fā)），如果你希望得到可靠性保證，IP會(huì)說(shuō)：對(duì)不起，不歸我管。發(fā)送一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)猶如寄一個(gè)快遞，只需把目的地收件人寫在快遞上，快遞公司會(huì)路由分發(fā)，但中間有可能丟件，丟了不管，而且到了，也不會(huì)有確認(rèn)，一切隨緣。
基于TCP/IP協(xié)議族構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，可以區(qū)分為端系統(tǒng)（兩邊的主機(jī)）和中間系統(tǒng)（中間路由器），端主機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)所有層，而路由器實(shí)現(xiàn)傳輸層之下的所有層，IP使用逐跳協(xié)議，IP之上的各層使用端到端協(xié)議。
九、路由器：
路由器工作于網(wǎng)絡(luò)層，是IP層的核心設(shè)備，路由器有兩個(gè)或兩個(gè)以上的網(wǎng)絡(luò)接口，用于連接兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)將IP數(shù)據(jù)報(bào)（分組）從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，帶有多網(wǎng)絡(luò)接口（網(wǎng)卡）的主機(jī)也能承擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)分組的功能，這種主機(jī)稱為作為路由器使用的主機(jī)。
如果把一個(gè)村莊比喻成一個(gè)小的局域網(wǎng)，那路由器就相當(dāng)于連接村莊的橋梁，路由器屬于中間系統(tǒng)，所以連接不同網(wǎng)絡(luò)的路由器需要實(shí)現(xiàn)不同的鏈路層協(xié)議，完成不同鏈路層的翻譯轉(zhuǎn)換功能；
另一方面，路由器實(shí)現(xiàn)鏈路層+網(wǎng)絡(luò)層這2層就夠了，而不必實(shí)現(xiàn)傳輸層和應(yīng)用層，這是由它的功能（實(shí)現(xiàn)分組交換）決定的。
每個(gè)IP分組都是一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)，包含發(fā)送方和接收方的第三層地址（IP地址），即32位的IPv4或128位的IPv6，IP數(shù)據(jù)報(bào)首部中的目的地址決定將該數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)往何處，而做出決定和發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)到下一跳的過(guò)程叫轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)依賴于路由表，是存儲(chǔ)于內(nèi)存中的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
十、IP協(xié)議格式：
在貼出IP協(xié)議格式之前，我們可以設(shè)想一下，IP協(xié)議需要包括哪些信息，這比直接上圖＋死記硬背要好。
根據(jù)之前封裝的描述，顯然，IP數(shù)據(jù)報(bào)應(yīng)該是包括IP首部+數(shù)據(jù)負(fù)載，而這個(gè)不透明的負(fù)載（）來(lái)自于TCP、UDP或者其他。
所以我們講IP數(shù)據(jù)報(bào)格式，其實(shí)就是IP首部的組成和結(jié)構(gòu)，因?yàn)閿?shù)據(jù)負(fù)載來(lái)自于上層，而封裝的本質(zhì)要求上層的數(shù)據(jù)對(duì)下層隱藏、無(wú)須解釋，既然IP的對(duì)于IP層透明，那自然沒什么可講的。
IP首部由各種不同用途和含義的字段組成。因?yàn)镮P分32位的IPv4和128位的IPv6，所以IP首部需要包括版本號(hào)字段用來(lái)區(qū)分這兩種情況。
因?yàn)镮P負(fù)責(zé)分組轉(zhuǎn)發(fā)，所以IP首部應(yīng)該包括目的IP地址，用于路由轉(zhuǎn)發(fā)邏輯的處理，另外接收端可能需要找到該分組的來(lái)源，所以也應(yīng)該包含來(lái)源IP地址。
TCP、UDP、ICMP、IGMP都通過(guò)IP數(shù)據(jù)報(bào)傳輸，所以在IP首部，需要包含一個(gè)協(xié)議字段，用于區(qū)分該IP數(shù)據(jù)報(bào)承載的是哪種類型的協(xié)議。
IP不糾錯(cuò)，但是需要檢查錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中，有可能出錯(cuò)，導(dǎo)致接收到的數(shù)據(jù)跟發(fā)送的不一樣，所以接收端需要有方法知道傳輸過(guò)程中，數(shù)據(jù)是否跟發(fā)送端一致，所以頭部校驗(yàn)和字段也是必要的。
因?yàn)镮P要處理分片和重組，所以IP首部需要包含相關(guān)信息，以支持該功能。
IP分IPv4和IPv6兩種，協(xié)議格式不同，本文講述以IPv4為主，先給一個(gè)IPv4的數(shù)據(jù)報(bào)圖，不帶選項(xiàng)的IP數(shù)據(jù)報(bào)頭部為20字節(jié)。
版本，IP協(xié)議的第一個(gè)字段都是版本字段，這也是IPv4和IPv6唯一相同的字段，IP數(shù)據(jù)報(bào)的版本字段為4對(duì)應(yīng)IPv4，為6對(duì)應(yīng)IPv6，主機(jī)或者路由器可以根據(jù)版本字段，分別處理IPv4或IPv6（稱為雙棧）。
IHL，頭部長(zhǎng)度，該字段為4位，表示頭部（包括選項(xiàng)）32位字的數(shù)量，也就是說(shuō)，真正的用字節(jié)表示的頭部長(zhǎng)度應(yīng)該是IHL的值，再乘以4（32位=4字節(jié)），因?yàn)?位能表示的最大2進(jìn)制為1111，對(duì)應(yīng)十進(jìn)制15，所以IPv4的首部最多60（15*4）字節(jié)。
DS，服務(wù)類型字段占6bit，顯示控制通知（ECN）占2bit，一共8bit，該8bit用來(lái)替換了最初版本的服務(wù)類型（ToS）字段，原因是ToS其實(shí)沒怎么被用。
總長(zhǎng)度字段是IP數(shù)據(jù)報(bào)的總長(zhǎng)度，包括首部和數(shù)據(jù)。
接下來(lái)的32位字（4字節(jié)），標(biāo)識(shí)（16bit）+標(biāo)志（3bit）+分片偏移（13bit）用于分片和重組邏輯。
TTL，生存期字段用于設(shè)置數(shù)據(jù)報(bào)可經(jīng)過(guò)路由器數(shù)量的上限。超此上限的IP數(shù)據(jù)報(bào)將被丟棄。
協(xié)議字段，8bit，提供多路分解功能，滿足IP協(xié)議可用于攜帶多種（TCP、UDP、ICMP、IGMP等）協(xié)議類型的有效載荷的要求，TCP對(duì)應(yīng)值17，UDP對(duì)應(yīng)值為6。
頭部校驗(yàn)和字段僅計(jì)算IPv4頭部，不包括數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)（）的校驗(yàn)由傳輸層協(xié)議去保證，校驗(yàn)和的含義很簡(jiǎn)單明了，在發(fā)送端根據(jù)IP頭部的各位計(jì)算出一個(gè)數(shù)值，接收端根據(jù)接收到的IP頭部的各位重算一個(gè)數(shù)值，如果該值等于校驗(yàn)和字段，那就哦了，否則，傳輸過(guò)程中出錯(cuò)了，這個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)不靠譜，扔了吧。
十一、分片和重組：
鏈路層對(duì)可傳輸?shù)膸幸粋€(gè)最大長(zhǎng)度的限制，以太網(wǎng)對(duì)數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度上限是1500字節(jié)，鏈路層可傳輸幀的長(zhǎng)度限制叫做最大傳輸單元（MTU）。
如果IP層有一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)要傳，且數(shù)據(jù)長(zhǎng)度比鏈路層的MTU還大，那么IP層就需要對(duì)該數(shù)據(jù)報(bào)分片（），把超限的數(shù)據(jù)報(bào)切分為若干片，使得每片都小于MTU限制。
IP層接收到一份要發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，通過(guò)選路邏輯來(lái)決定向哪個(gè)接口（網(wǎng)卡）發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)之前，需要查詢?cè)摻涌讷@得其MTU，然后將數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度與MTU進(jìn)行比較，如果需要，則進(jìn)行分片，分片可以發(fā)生在原始發(fā)送端主機(jī)，也可以發(fā)生在中間路由器上。
IP數(shù)據(jù)報(bào)分片后，到達(dá)目的地后才進(jìn)行重新組裝，恢復(fù)分片前的IP數(shù)據(jù)報(bào)結(jié)構(gòu)，重組由目的主機(jī)的IP層完成，因此，分片和重組對(duì)傳輸層（TCP、UDP）透明，IP首部中的標(biāo)識(shí)、標(biāo)志、分片偏移字段為分片和重組提供了足夠的信息。
IP數(shù)據(jù)報(bào)首部中的標(biāo)識(shí)（16bit）保存分片的唯一值，這意味著屬于同一IP數(shù)據(jù)報(bào)的多個(gè)分片擁有相同的標(biāo)識(shí)值；
標(biāo)志（3bit）字段中的一位用來(lái)表示“是否有更多的片”，除最后一片外，其他組成數(shù)據(jù)報(bào)的分片該位設(shè)1，最后一片置0表示沒有更多的片，也就是最后一片；片偏移字段用來(lái)標(biāo)識(shí)該片在原始IP數(shù)據(jù)報(bào)中的位置。
當(dāng)IP數(shù)據(jù)報(bào)切分為多個(gè)分片（IP數(shù)據(jù)報(bào)）后，每個(gè)分片的總長(zhǎng)度字段（16bit）要更改為該片的長(zhǎng)度值。
對(duì)鏈路層而言，不管是完整的IP數(shù)據(jù)報(bào)，還是IP數(shù)據(jù)報(bào)的一個(gè)分片，都以IP分組同等視之，分組是IP層把數(shù)據(jù)報(bào)傳遞給鏈路層的一個(gè)概念，既可能是一個(gè)獨(dú)立IP數(shù)據(jù)報(bào)也可能是一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)的分片。
每個(gè)分組（分片）都有自己的IP首部，并在選路時(shí)與其他分組（分片）獨(dú)立路由，所以這些分片到達(dá)目的端可能失序，但I(xiàn)P首部有足夠信息重新組裝這些片。
任何一個(gè)分片的丟失，都要導(dǎo)致重傳整個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)tcp數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)橹貍鳈C(jī)制在傳輸層，而分片對(duì)傳輸層透明。
上圖是UDP數(shù)據(jù)報(bào)在IP層的分片示例，可見UDP首部只存在第一個(gè)分組（分片）之中，這很容易理解，因?yàn)榻?jīng)傳輸層封裝后的數(shù)據(jù)報(bào)對(duì)于IP層而言是透明的，IP不區(qū)分UDP首部和UDP數(shù)據(jù)，它們都是不透明的。
接收端在收到IP分片后，相同標(biāo)識(shí)值的分片屬于同一個(gè)被切分的數(shù)據(jù)報(bào)，然后對(duì)分片偏移排序，更多片標(biāo)志位為0的分組是最后一片，排序后的分組，如果分配偏移連續(xù)，且最后一個(gè)分組也到達(dá)，則表示整個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)都到達(dá)了，則恢復(fù)數(shù)據(jù)報(bào)，否則繼續(xù)等待。
十二、IP轉(zhuǎn)發(fā)：
IP轉(zhuǎn)發(fā)的概念很簡(jiǎn)單，就是路由器為IP數(shù)據(jù)報(bào)挑選一個(gè)接口發(fā)送出去，從發(fā)送端到目的端，之間經(jīng)歷的所有路由器構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的完整路徑，這跟從家到公司經(jīng)過(guò)的所有路口構(gòu)成的路徑類似。
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)接口（網(wǎng)卡）收到數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，IP模塊檢查數(shù)據(jù)報(bào)目的地址是否為自己的IP地址，如果是，數(shù)據(jù)報(bào)交付給由協(xié)議字段指定的協(xié)議模塊（TCP、UDP等），如果不是，則判斷IP層是否配置為路由器，如果是，則轉(zhuǎn)發(fā)，如果不是，丟棄，因?yàn)橹鳈C(jī)不轉(zhuǎn)發(fā)那些不是由它生成的數(shù)據(jù)報(bào)。
IP層包含一些位于內(nèi)存中的信息，稱為路由表，每次轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，都要查詢路由表，執(zhí)行最長(zhǎng)前綴匹配法，決定挑選哪個(gè)路由表項(xiàng)做數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。IP轉(zhuǎn)發(fā)逐跳進(jìn)行，每次轉(zhuǎn)發(fā)假設(shè)離目的地更近一步tcp數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，路由器和主機(jī)不包含到目的地的完整路徑信息。
路由表是路由條目的列表，每個(gè)路由條目包括以下幾項(xiàng)關(guān)鍵信息。
目的地：一個(gè)32位字段，用于與掩碼操作結(jié)果相匹配。掩碼：一個(gè)32位字段，用于與IP數(shù)據(jù)報(bào)中的目的IP地址做按位與操作。下一跳：下一個(gè)IP實(shí)體（路由器或者主機(jī)）的32位IP地址，數(shù)據(jù)報(bào)將被轉(zhuǎn)發(fā)到該地址。接口：用于將數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送給下一跳的網(wǎng)絡(luò)接口（網(wǎng)卡）。
選路過(guò)程，首先取出數(shù)據(jù)報(bào)中的目的IP地址，然后與路由條目的掩碼字段進(jìn)行按位與，按位與的結(jié)果如果等于路由條目的目的地，則該條目與目的地IP匹配，該條目進(jìn)入候選集合。
從候選集合中選擇最匹配的條目，即掩碼最多位為1的條目，取出下一跳字段作為轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)的下一跳IP地址。
通過(guò)最匹配條目的網(wǎng)絡(luò)接口，發(fā)送到下一跳。
如果沒有匹配條目，則數(shù)據(jù)報(bào)無(wú)法交付，通過(guò)ICMP發(fā)送“主機(jī)不可達(dá)”通知發(fā)送主機(jī)。
通常路由表會(huì)有一個(gè)默認(rèn)路由項(xiàng)目，用于默認(rèn)路由，每經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器，IP首部中的TTL字段都要自減1。