全世界唯一的32位/4字节标识符，标识路由器主机的接口。
IP地址：：= {<网络号><主机号>}
IP编址的历史阶段
- 分类的IP地址
- 子网的划分
- 构成超网（无分类编址方法）
分类的IP地址
特殊IP地址
私有IP地址
网络地址转换（NAT）
路由器对目的地址是私有IP地址的数据报一律不进行转发。
网络地址转换NAT（Network Address Translation）:
在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件，安装了NAT软件的路由器叫NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址。
A主机先把数据报传输到NAT，NAT会把A主机IP替换为NAT IP，然后把端口号（主机中每个进程端口号都是唯一的，但是不同主机的进程端口号可能相同，但是在NAT会对端口号进行转换，保证不同主机不同进程的端口号唯一）
子网划分与子网掩码
分类的IP地址的弱点：
- IP地址空间的利用率有时很低
- 两级IP地址不够灵活
子网划分
主机号不能全0全1
子网掩码
子网掩码就是网络号都是1，主机号都是0，子网掩码与IP地址逐位相与，就得到子网网络地址。
使用子网时分组转发
路由表：
- 目的网络地址
- 目的网络子网掩码
- 下一跳地址
路由器转发分组的算法：
- 提取目的IP地址
- 是否直接交付（把目的IP与每个子网掩码相与，看与子网是否相同）
- 特定主机路由
- 检测路由表中有无路径
- 默认路由 0.0.0.0
- 丢弃，报告转发分组出错
IP无分类编址CIDR
CIDR
无分类域间路由选择CIDR：
1.消除了传统的A类，B类和C类地址以及划分子网的概念，只有网络前缀和主机号
CIDR记法：IP地址后加上“/”，然后写上网络前缀（可以任意长度）的位数。
2.融合子网地址与子网掩码，方便子网划分。
CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块”
比如128.14.35.7/20是某CIDR地址块中的一个地址，那么该地址块最小地址和最大地址分别是？
首先把该CIDR地址写成二进制：
10000000 00001110 00100011 00000111
那么网络号就是10000000 00001110 0010
把主机号位数全部置为0也就是该地址块最小地址：
10000000 00001110 00100000 00000000 也就是128.14.32.0
把主机号位数全部置为1也就是该地址块最大地址：
10000000 00001110 00101111 11111111 也就是128.14.47.255
地址掩码（子网掩码）
以上例子的子网掩码也就是11111111 11111111 11110000 00000000
CIDR --- 构成超网
将多个子网聚合成一个较大的子网，叫做构成超网，或网络聚合
方法：
将网络前缀缩短
CIDR --- 最长前缀匹配
使用CIDR时，查找路由表可能得到几个匹配结果，应选择具有最长网络前缀的路由。前缀越长，地址块越小，路由越具体。
动态IP分配协议 --- DHCP协议
主机如何获得IP地址：
- 静态配置
包括IP地址，子网掩码，默认网关
- 动态配置
由DHCP服务器来分配
DHCP协议：
动态主机配置协议DHCP是应用层协议，使用客户、服务器方式，客户端和服务端通过广播方式进行交互，基于UDP。
DHCP提供即插即用联网的机制，主机可以从服务器动态获取IP地址，子网掩码，默认网关，DNS服务器名称与IP地址，允许地址重用，支持移动用户加入网络，支持在用地址续租。
DHCP过程
- 主机广播DHCP发现报文??试图找到网络中的服务器，服务器获得一个IP地址
- DHCP服务器广播DHCP提供报文?服务器拟分配给主机一个IP地址及相关配置，先到先得
- 主机广播DHCP请求报文?主机向服务器请求提供该IP地址
- DHCP服务器广播DHCP确认报文?正式将IP地址分配给主机
网际控制报文协议 --- ICMP协议
ICMP协议支持主机或路由器：
当分组传送错误后，网络层直接丢弃分组，并发送特定ICMP差错报文。也就是说IP数据报的数据部分就是ICMP报文
ICMP报文类型
ICMP差错报文
- 终点不可达：当路由器或主机不能交付数据报时就向源点发送终点不可达报文。
- 源点抑制：当路由器或主机由于拥塞而丢弃数据报时，就向源点发送源点抑制报文，使源点知道应当把数据报的发送速率放慢。（现在基本不会用）
- 时间超过：当路由器收到生存时间TTL = 0数据报时，除丢弃该数据报外，还要向源点发送时间超过报文。当终点在预先规定的时间内不能收到一个数据报的全部数据报片时，就把已收到的数据报片都丢弃，并向源点发送时间超过报文（应用：Traceroute，跟踪一个分组从源点到终点的路径，使用了ICMP时间超过差错报告报文）
- 参数问题：当路由器或目的主机收到的数据报的首部中有的字段的值不正确时，就丢弃该数据报，并向源点发送参数问题报文。
- 改变路由（重定向）：路由器把改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应将数据报发送给另外的路由器（可通过更好的路由）
ICMP差错报告报文的数据字段：
所有的差错报告报文的数据字段的格式都是一样的，把收到的需要进行差错报告的IP数据报首部以及前八个字节取出来作为ICMP报文的数据字段，再加上ICMP差错报告报文的前八个字节，接下来再加上IP数据报的首部，就构成了一个完整的数据报。
不应发送ICMP差错报文的情况：
- 对ICMP差错报告报文不再发送ICMP差错报告报文。
- 对第一个分片的数据报片的所有后续数据报片都不发送ICMP差错报告报文。
- 对具有组播（区分与广播：广播是一点发送给所有结点，而组播是一点发送给多个结点，而不是所有结点）地址的数据报都不发送ICMP差错报告报文。
- 对具有特殊地址（如127.0.0.0或0.0.0.0）的数据报不发送ICMP差错报告报文。
ICMP询问报文
- 回送请求和回答报文? 主机或路由器向特定目的地址发出的询问，受到此报文的主机必须给源主机或路由器回送回答报文。测试目的站是否可达以及了解其相关状态。（应用：PING，测试两个主机之间的连通性，使用了ICMP回送请求和回答报文）
- 时间戳请求和回答报文? 请某个主机或路由器回答当前的日期和时间。用来进行时钟同步和测量时间。
- 掩码地址请求和回答报文（不再使用）
- 路由器询问和通告报文（不再使用）
IPv6
以上所属的IP编址方式都是IPv4的编址方式，32位的IPv4地址空间已分配殆尽，所有就有CIDR和NAT技术，但是治标不治本。所以可以通过IPv6，从根本上解决地址耗尽问题。同时改进首部格式，实现快速处理/转发数据报，同时支持QoS（QoS --- Quality of Service，服务质量：指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力，是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。）
IPv6数据报格式
- 版本：指明了协议版本，总是6
- 优先级：区分数据报的类别和优先级
- 流标签：“流”是互联网络上从特定源点到特定终点的一系列数据报。所有属于同一个流的数据报都具有同样的流标签。
- 有效载荷长度：
- 下一个首部：标识下一个扩展首部或上层协议首部。每一个扩展首部都有下一个首部（类似链表），所以基本首部也会有下一个首部。
- 跳数限制：相当于IPv4的TTL。
IPv6和IPv4
区别：
- IPv6将地址从32位（4B）扩大到128位（16B），更大的地址空间。
- IPv6将IPv4的校验和字段彻底移除，以减少每跳的处理时间。
- IPv6将IPv4的可选字段移出首部，变成了扩展首部，成为灵活的首部格式，路由器通常不对扩展首部进行检查，大大提高了路由器的处理效率。
- IPv6支持即插即用（即自动配置），不需要DHCP协议。
- IPv6首部长度必须是8B的整数倍，IPv4首部是4B的整数倍。
- IPv6只能在主机处分片，IPv4可以在路由器和主机处分片。
- ICMPv6：附加报文类型，比如“分组过大”
- IPv6支持资源的预分配，支持实时视像等要求，保证一定的带宽和时延的应用。
- IPv6取消了协议字段，改成下一个首部字段。
- IPv6取消了总长度字段，改用了有效载荷长度字段。
- IPv6取消了服务类型字段。
IPv6地址表示形式
一般形式
冒号十六进制记法，比如4BF5:AA12:0216:FEBC:BA5F:039A:BE9A:2170
压缩形式
4BF5:0000:0000:0000:BA5F:039A:000A:2176 ->?4BF5:0:0:0:BA5F:39A:A:2176
零压缩：一连串连续的0可以被一对冒号取代
FF05:0:0:0:0:0:0:B3 -> FF05::B3 （双冒号表示法在一个地址中仅可出现一次）
IP基本地址类型
- 单播：一对一通信? ? 可做源地址 + 目的地址
- 多播：一对多通信? ? 可做目的地址
- 任播：一对多中的一个通信? ? 可做目的地址
IPv6向IPv4过度的策略
双栈协议
双协议栈技术就是指在一台设备上同时启用IPv4协议栈和IPv6协议栈。这样的话，这台设备既能和IPv4网络通信，又能和IPv6网络通信。如果这台设备是一个路由器，那么这台路由器的不同接口上，分别配置了IPv4地址和IPv6地址，并很可能分别连接了IPv4网络和IPv6网络。如果这台设备是一个计算机，那么它将同时拥有IPv4地址和IPv6地址，并具备同时处理这两个协议地址的功能。
隧道技术
通过使用互联网络的基础设施在网络之间传递数据的方式。使用隧道传递的数据（或负载）可以是不同协议的数据帧或包。隧道协议将其他协议的数据帧或包重新封装然后通过隧道发送。