网络层主要提供寻址，路由的功能。而 IP 协议就是为了实现该功能而设计的。
IP 协议
IP 协议的特性
- 工作在网络层
- 面向无连接的协议
- 具有单独处理包的能力
- 分层的地址
- 不可靠，尽力而为的传送
- 独立的介质（不关心物理层的实现）
- 多版本：IPV4 / IPV6
A 为发送方，B 为接受方
面向连接：A 先和 B 沟通，是否可以接受数据。
面向无连接：无论 B 是否能接受协议，都会发送给 B.
IP 协议的功能
查找 IP 地址，并根据地址转发数据。
需要注意的是，在第一个路由器接受到的数据包大小超过 MTU 时，会将数据包拆分，之后在其他路由器上继续传递，然后在终端上进行重新组装。
IP 地址
每一个设备必须都有一个唯一的地址，并且该地址由两部分组成 网络地址 和 主机地址。对应可以理解成网络位表示一个大致的局域，而主机位表示该区域下具体的设备。举个现实的例子，在发送快递时，网络位表示的就是中国北京，而主机位表示的是具体哪个区，比如朝阳区等等更细致的信息。
IP 地址的分类：
A 类
| 0xxxxxxx (0-126) | xxxxxxxx | xxxxxxxx | xxxxxxxx |
|---|---|---|---|
| 网络位 | 主机位 | 主机位 | 主机位 |
B 类
| 10xxxxxx (128 - 191) | xxxxxxxx | xxxxxxxx | xxxxxxxx |
|---|---|---|---|
| 网络位 | 网络位 | 主机位 | 主机位 |
C 类
| 110xxxxx (192 - 223) | xxxxxxxx | xxxxxxxx | xxxxxxxx |
|---|---|---|---|
| 网络位 | 网络位 | 网络位 | 主机位 |
组播地址：
| 1110xxxx （224-239） | xxxxxxxx | xxxxxxxx | xxxxxxxx |
|---|---|---|---|
| 无要求 | 无要求 | 无要求 | 无要求 |
保留地址（目的是科研等）：
1111 xxxx（240-254）
不能给主机使用的地址，特殊 IP 地址
| 网络号 | 主机号 | 含义 |
|---|---|---|
| 全 0 | 主机号 ID | 本网络上的某个主机 |
| 网络号 ID | 全 1 | 定向广播地址，向网络号内的范围发送广播 |
| 网络号 ID | 全 0 | 某个网络的网络号/网络地址，用于表示范围 |
| 全 1 | 全 1 | 本地网络的广播地址, 接受范围是所有 IP |
| 全 0 | 全 0 | 本网络上的某个主机 |
公有地址：绝大多数的 A，B，C 三类地址是公有地址。
私有地址：不需要申请直接使用，可作为公司的内网地址
10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
192.168.0.0 ~ 192.168.255.255
公有地址是运营商拥有的IP地址。
私有地址是不属于公有地址的，除本机环回口地址外的地址。
私有地址不可以访问公有地址。
子网掩码
子网掩码是一个 32 比特的数字，与 IP 地址一一对应，用来标识 IP 地址中哪些是网络位，哪些是主机位。
具体的方法：子网掩码中的 1 对应 IP 地址中的网络号和子网号，子网掩码中的 0 对应 IP 地址中的主机号
子网划分：借用主机位当成网络位去划分
为什么要进行子网划分：
- 安全性难以保证（通过路由器隔离广播）
- 浪费 IP 地址（通过路由器的端口自定义网络空间）
- 大量的广播帧浪费资源
交换机所连接的网络在同一网段。
冲突域：交换机的每一个端口同时只能选择接受或者发生数据，对应接口之间叫冲突域。
广播域：交换机收到广播帧或者未知的单播帧时会泛洪，广播给对应的所有接口。但广播帧不会过路由器，也就是跨网段。
例一： 某公司有四个部门，分别是 A，B，C，D，每个部门需要 20 个 IP 地址，该公司申请了一个 C 类地址块， 192.168.1.0/24，请给出合理的子网划分方案
按照主机位数划分：一共四个部分，每个部分最多 20 台主机
2^n - 2 >= 20, n = 5
原来的主机位为 8 位，改变后的网络只需要 5 位，所以剩下的 3 位为子网络位,划分后的 8 个网络为：
11000000.10101000.00000001.000|00000：192.168.1.0/27
11000000.10101000.00000001.001|00000：192.168.1.32/27
11000000.10101000.00000001.010|00000：192.168.1.64/27
11000000.10101000.00000001.011|00000：192.168.1.96/27
11000000.10101000.00000001.100|00000：192.168.1.128/27
11000000.10101000.00000001.101|00000：192.168.1.160/27
11000000.10101000.00000001.110|00000：192.168.1.192/27
11000000.10101000.00000001.111|00000：192.168.1.224/27
对于第一个网络来说：
网络地址为： 192.168.1.0/27
可用地址为： 192.168.1.1／27 ～ 192.168.1.30／27
广播地址为： 192.168.1.31/27
例二：某公司，A,B,C,D 四个部门，A 部门需要 100 个 IP 地址，B 部门需要 50 个 IP 地址，C 和 D 部门需要 25 个 IP 地址，现在公司申请了一个 C 类地址块，192.168.2.0/24.请给出合理的子网划分方案？
C 类地址一共能划分 126 主机 > 100 + 50 + 25 + 25, 可以划分
原网络如下：
192.168.2.0/24
11000000.10101000.00000010.00000000
11111111.11111111.11111111.00000000
第一次划分：
根据主机数量进行划分：A 需要 100 个 IP，2^n-2>100 ，n=7，划分后的网络如下：
11000000.10101000.00000010.0|0000000
11111111.11111111.11111111.1|0000000
剩下一个主机位，使该主机位成为新的子网络位
11000000.10101000.00000010.0|0000000：192.168.2.0/25
11000000.10101000.00000010.1|0000000：192.168.2.128/25
拿出第一个网络分给 A，剩下的网络 192.168.2.128/25，继续分配
第二次划分：
B 需要 50 个网络，2^n-2>50 ，n=6，划分后的网络如下：
11000000.10101000.00000010.10|000000
11111111.11111111.11111111.11|000000
又剩下一个主机位，使该主机位成为新的子网络位
11000000.10101000.00000010.10|000000：192.168.2.128/26
11000000.10101000.00000010.11|000000：192.168.2.192/26
拿出第一个网络分给 B，剩下的网络 192.168.2.192/26
，继续分配
第三次划分：
B 需要 25 个网络，2^n-2>25 ，n=5，划分后的网络如下：
11000000.10101000.00000010.110|00000
11000000.10101000.00000010.111|00000
又剩下一个主机位，使该主机位成为新的子网络位
11000000.10101000.00000010.110|00000：192.168.2.192/27
11000000.10101000.00000010.111|00000：192.168.2.224/27
将剩下的两个网络分给 C 和 D
例三：跨网段的划分
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首先确定共需要 8 个网络。每台路由器之间为一个网络（主机数为 2），共 4 个。右边的路由器单独又有一个网络，主机数为 50
然后根据主机数量划分，50 个 IP 地址，2^n-2>50 ，n=6。需要的网络主机位为 6
待划分的网络为：
172.16.32.0/20
10101100.00010000.0010|0000.00000000
11111111.11111111.1111|0000.00000000
由于需要 6 个主机位，所以从原网络中的 12 个主机位中使用 6 个当主机位，剩下的 6 个位置位网络位
10101100.00010000.00100000.00|000000
11111111.11111111.11111111.11|000000
划分后的新网络为：
10101100.00010000.00100000.00|000000：172.16.32.0/26
10101100.00010000.00100000.01|000000：172.16.32.64/26
10101100.00010000.00100000.10|000000：172.16.32.128/26
10101100.00010000.00100000.11|000000：172.16.32.192/26
10101100.00010000.00100001.00|000000：172.16.33.0/26
10101100.00010000.00100001.01|000000：172.16.33.64/26
10101100.00010000.00100001.10|000000：172.16.33.128/26
.....................................................
.....................................................
10101100.00010000.00101111.11|000000：172.16.47.192/26
划分后的网络总数为 2^6 = 64 个网络，每个网络中有 2^6 -2 = 62 个IP
然后从 64 个网络中拿出 4 个给需要 50 台主机的网络，然后再拿出一个网络需要 2 个主机 的 4 个网络
从 64 个网络中拿出一个网络：
10101100.00010000.00100001.00|000000:172.16.33.0/26
该网络有 6 个主机位，而现在每个网络中需要 2 个主机位，2^n-2>=2 ，n=2 所以主机位为 2，新的子网络位为 4
再次划分出的网络为：
10101100.00010000.00100001.000000|00：172.16.33.0/30
10101100.00010000.00100001.000001|00：172.16.33.4/30
10101100.00010000.00100001.000010|00：172.16.33.8/30
10101100.00010000.00100001.000011|00：172.16.33.12/30
10101100.00010000.00100001.000100|00：172.16.33.16/30
.....................................................
.....................................................
10101100.00010000.00100001.001111|00：172.16.33.60/30
共需要 4 个网络，从划分从 16 个网络中取出 4 个
最后余下 59 个 网络，每个网络中有 62 可用的 IP
和 12 个网络，每个网络中有 2 个可用的 IP