关于IP地址和一些其他定义
IP地址（Internet Protocol Address）

  1. 定义：IP地址是指互联网协议地址，又译为网际协议地址。IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。
    IPv4地址由4字节组成，每个字节用“.”隔开，例如：“192.168.1.1”

  2. IP地址类型

    1. 公有地址（Public address）由Inter NIC（Internet Network Information Center因特网信息中心）负责。这些IP地址分配给注册并向Inter NIC提出申请的组织机构。通过它直接访问因特网。
    2. 私有地址（Private address）属于非注册地址，专门为组织机构内部使用。 以下列出留用的内部私有地址 A类 10.0.0.0--10.255.255.255 B类 172.16.0.0--172.31.255.255 C类 192.168.0.0--192.168.255.255

  3. IP地址分两个部分
    网络位（ID）-用于区分不同的网络
    主机位（ID）-用于区分同一网络中不同的主机

    说明：最初设计互联网络时，为了便于寻址以及层次化构造网络，每个IP地址包括两个标识码（ID），即网络ID和主机ID。同一个物理网络上的所有主机都使用同一个网络ID，网络上的一个主机（包括网络上工作站，服务器和路由器等）有一个主机ID与其对应。Internet委员会定义了5种IP地址类型以适合不同容量的网络，即A类~E类。

  4. IP地址的分类

    1. A类IP地址：一个A类IP地址是指， 在IP地址的四段号码中，第一段号码为网络号码，剩下的三段号码为本地计算机的号码。如果用二进制表示IP地址的话，A类IP地址就由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”。A类IP地址中网络的标识长度为8位，主机标识的长度为24位，A类网络地址数量较少，有126个网络，每个网络可以容纳主机数达1600多万台。 A类IP地址 地址范围1.0.0.1到127.255.255.254（二进制表示为：00000001 00000000 00000000 00000001 - 01111111 11111111 11111111 11111110）。最后一个是广播地址。
    2. B类IP地址：一个B类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前两段号码为网络号码。如果用二进制表示IP地址的话，B类IP地址就由2字节的网络地址和2字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”。B类IP地址中网络的标识长度为16位，主机标识的长度为16位，B类网络地址适用于中等规模的网络，有16384个网络，每个网络所能容纳的计算机数为6万多台。 B类IP地址地址范围128.0.0.1-191.255.255.254（二进制表示为：10000000 00000000 00000000 00000001----10111111 11111111 11111111 11111110）。 最后一个是广播地址。 B类IP地址的子网掩码为255.255.0.0，每个网络支持的最大主机数为256的2次方-2=65534台。
    3. C类IP地址：一个C类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前三段号码为网络号码，剩下的一段号码为本地计算机的号码。如果用二进制表示IP地址的话，C类IP地址就由3字节的网络地址和1字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。C类IP地址中网络的标识长度为24位，主机标识的长度为8位，C类网络地址数量较多，有209万余个网络。适用于小规模的局域网络，每个网络最多只能包含254台计算机。 C类IP地址范围192.0.0.1-223.255.255.254（二进制表示为: 11000000 00000000 00000000 00000001 - 11011111 11111111 11111111 11111110）。 C类IP地址的子网掩码为255.255.255.0，每个网络支持的最大主机数为256-2=254台
    4. D类IP地址：D类IP地址在历史上被叫做多播地址(multicast address)，即组播地址。在以太网中，多播地址命名了一组应该在这个网络中应用接收到一个分组的站点。多播地址的最高位必须是“1110”，范围从224.0.0.0到239.255.255.255。
    5. 特殊的网址：
      1. 每一个字节都为0的地址（“0.0.0.0”）对应于当前主机
      2. IP地址中的每一个字节都为1的IP地址（“255.255.255.255”）是当前子网的广播地址
      3. IP地址中凡是以“11110”开头的E类IP地址都保留用于将来和实验使用
      4. IP地址中不能以十进制“127”作为开头，该类地址中数字127.0.0.1到127.255.255.255用于回路测试，如：127.0.0.1可以代表本机IP地址，用 "http://127.0.0.1" 就可以测试本机中配置的Web服务器。
      5. 网络位不全为0时，主机位全为0的IP地址代表网络号，不可以使用。
      6. 网络位不全为0时，主机位全为1的IP地址代表当前网络的广播，不可使用。
      7. 形如“169.254.X.X”不可以使用，这是微软注册的IP地址
类别最大网络数IP地址范围单个网段最大主机数私有IP地址范围
A126（2^7-2)1.0.0.1-127.255.255.2541677721410.0.0.0-10.255.255.255
B16384(2^14)128.0.0.0-191.255.255.25565534172.16.0.0-172.31.255.255
C2097152(2^21)192.0.0.0-223.255.255.255254192.168.0.0-192.168.255.255
通信关系

  1. 网间通信（使用路由器-rt）
  2. 网内通信（使用二层交换机-sw）

如何判断两个通信节点的通信关系？ 查看IP地址的网络位是否一致，一致代表同一网段下的主机，是网内通信，不一致则为不同网段下的主机，是网间通信。

子网掩码（subnet mask）

定义：子网掩码又叫网络掩码、地址掩码、子网络遮罩，它是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。

192.168.1.101/24
上面的IP地址后面的24就是子网掩码，一般为了方便辨认我们将它和IP地址连写在一起。

另一种单独写法是：
11111111111111111111111100000000
说明：24个“1”代表前24位是网络位，8个“0”代表后8位是主机位。

十进制写法是：
255.255.255.0

网络的组成

网络 = 通信节点 + 网络设备 + 传输介质

  1. 通信节点：在电信网络中，一个节点是一个连接点，表示一个再分发点（redistribution point）或一个通信端点（一些终端设备）。节点的定义依赖于所提及的网络和协议层。一个物理网络节点是一个连接到网络的有源电子设备，能够通过通信通道发送、接收或转发信息。因此，无源分发点（如配线架或接插板）不是节点。 在网络理论或图论中，术语节点表示网络拓扑中，线相交或分支的点。

  2. 网络设备：网络设备及部件是连接到网络中的物理实体。网络设备的种类繁多，且与日俱增。基本的网络设备有：计算机（无论其为个人电脑或服务器）、集线器、交换机、网桥、路由器、网关、网络接口卡（NIC）、无线接入点（WAP）、打印机和调制解调器、光纤收发器、光缆等。

  3. 网络传输介质是指在网络中传输信息的载体，常用的传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类。不同的传输介质，其特性也各不相同，它们不同的特性对网络中数据通信质量和通信速度有较大影响。

OSI参考模型
定义

开放式系统互联通信参考模型（英语：Open System Interconnection Reference Model，缩写为 OSI），简称为OSI模型（OSI model），一种概念模型，由国际标准化组织提出，一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架。定义于ISO/IEC 7498-1。

OSI模型的七层

  1. 物理层：将数据转换为可通过物理介质传送的电子信号。相当于邮局中的搬运工人。（最底层）
  2. 数据链路层：决定访问网络介质的方式。在此层将数据分帧，并处理流控制。本层指定拓扑结构并提供硬件寻址，相当于邮局中的装拆箱工人。
  3. 网络层：使用权数据路由经过大型网络。相当于邮局中的排序工人。
  4. 传输层：提供终端到终端的可靠连接。相当于公司中跑邮局的送信职员。
  5. 会话层：允许用户使用简单易记的名称建立连接。相当于公司中收寄信、写信封与拆信封的秘书。
  6. 表示层：协商数据交换格式。相当公司中简报老板、替老板写信的助理。
  7. 应用层：用户的应用程序和网络之间的接口。（最顶层）

OSI-Model

图片来自百度百科

TCP/IP参考模型
定义

TCP/IP参考模型是计算机网络的祖父ARPANET和其后继的因特网使用的参考模型。ARPANET是由美国国防部DoD（U.S.Department of Defense）赞助的研究网络。逐渐地它通过租用的电话线连结了数百所大学和政府部门。当无线网络和卫星出现以后，现有的协议在和它们相连的时候出现了问题，所以需要一种新的参考体系结构。这个体系结构在它的两个主要协议出现以后，被称为TCP/IP参考模型（TCP/IP reference model）。

四层协议

  1. 应用层：应用层对应于OSI参考模型的高层，为用户提供所需要的各种服务，例如：FTP、Telnet、DNS、SMTP等。（最顶层）
  2. 传输层：传输层对应于OSI参考模型的传输层，为应用层实体提供端到端的通信功能，保证了数据包的顺序传送及数据的完整性。该层定义了两个主要的协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP)。TCP协议提供的是一种可靠的、通过“三次握手”来连接的数据传输服务；而UDP协议提供的则是不保证可靠的（并不是不可靠）、无连接的数据传输服务。
  3. 网际层（网络层）：网际互联层对应于OSI参考模型的网络层，主要解决主机到主机的通信问题。它所包含的协议设计数据包在整个网络上的逻辑传输。注重重新赋予主机一个IP地址来完成对主机的寻址，它还负责数据包在多种网络中的路由。该层有三个主要协议：网际协议（IP）、互联网组管理协议（IGMP）和互联网控制报文协议（ICMP）。IP协议是网际互联层最重要的协议，它提供的是一个可靠、无连接的数据报传递服务。
  4. 网络接入层（链路层）：网络接入层与OSI参考模型中的物理层和数据链路层相对应。它负责监视数据在主机和网络之间的交换。事实上，TCP/IP本身并未定义该层的协议，而由参与互连的各网络使用自己的物理层和数据链路层协议，然后与TCP/IP的网络接入层进行连接。地址解析协议（ARP）工作在此层，即OSI参考模型的数据链路层。（最底层）

tcp-ip-modleToOSI

OSI和TCP/IP模型对照图-图片来自网络

我们现在应用最普遍的就是TCP/IP模型

应用层的单位是：数据（data）
传输层的单位是：数据段（segment）
网络层的单位是：数据包（packet）
链路层的单位是：数据帧（frame）
物理层的单位是：比特流（bit）
注：如果是TCP/IP五层模型可以包括物理层，不过我们在研究中其物理层一般不做过多考虑，加不加都可以。

在网络中数据如何传输？以浏览网页为例

在模拟器中抓包，可以看到每一层的工作原理。

  1. 请求网站服务器，服务器返回数据，数据从服务器应用程序出来
  2. 数据通过传输层的端口在其前加上传输层的头，头中一般包括本地端口和远程端口信息，此时该数据被称作segment（数据段）
  3. 数据段通过网络层，此时在其前加上网络层的头，头中包括本地IP地址和远程IP地址，此时该数据被称作packet（数据包）
  4. 数据包通过链路层，此时在其前加上链路层的头，头中包括本地网卡的mac地址，和远程设备网卡的mac地址，此时该数据称作frame（数据帧）
  5. 数据帧通过网络设备和传输介质到达远程节点，在传输过程中是以比特流形式，也就是“0”和“1”，此时该数据被称作bit(比特流)

上述过程被称为数据的封装，而数据的解封装是封装的逆过程。

tcp-ip-modle-Working principle

数据的封装过程