最近学习了网络的原理，在此做一个学习小结。
要知道为什么会出现IP协议首先必须明白两个概念：1，什么是网络。2，什么是互联网。
什么是网络？我的理解是，在网络中的主机做一个帧的发送，帧不通过路由转发就能到达的主机的集合组成一个网络。简单点就是所有主机都是两两相连的。
什么是互联网？简单一点说就是网络的互连。几个网络联起来，就是互联网。
为了形象表示，用下图来说明区别：
图一表示网络，而图二表示网络互连。他们的区别在哪呢？
图一里面的如果主机1发出帧，需要主机3做出响应，那么2，3，4主机都会收到这个帧。这些主机收到帧后，把帧里面的目标物理地址与本地的物理地址相比较，如果是就做出响应。不是就不做任何答复。这样就只有主机3做出响应。
在图二里面，就完全不一样了。主机1要到达主机3，就不能发送帧，而是要发送IP数据包。因为只有主机2和路由器才收到主机1发的帧，但是路由器并不提供帧的转发。所以路由器和主机2都丢掉了帧，这样主机3就无法收到主机1的呼叫。那么IP数据包怎么就能达到呢？又要引入一个概念，ARP映射，其实就是IP地址和网卡物理地址的绑定。（这里假设10.0代表网络1网络的号，10.1代表网络2的网络号）主机1发往主机3的步骤：（1）,判断主机3是否在同一网络里面。结果不在。（2），找到路由器的IP（一般路由器都设置成了网关）作出ARP映射，就找到了路由器的物理地址。（3）把找到的路由器的物理地址填到帧的首部，把IP数据包放在帧的数据部分，而后发出。（4）路由器收到消息并做出响应。（5）路由器提出IP数据包查找目的IP地址。（6）路由器里面有主机3的IP地址 ，所以能够做出ARP映射，找到主机3的物理地址,。(7)用主机3的物理地址填写帧的首部，把收到IP包放入帧的数据部分。发送帧。注意，这时主机1，2，3，4都能收到路由器发送的帧，但只有主机3才做出响应。这样主机1的消息就能达到主机3了。是不是有点惊奇。我就是这么觉得的。
现在再来看，帧是基于物理线路的，所以必须两两相连才能互发帧。那么Internet为什么不做成网络，而是以互联网的形式出现呢？是不是因为世界上所有的计算机不可能两两相连，所以必须是互联网呢？
答案其实并不是这样！
这里又要引出一个概念：网络的类型。（注意是网络的类型，而不是互联网的类型。网络和网络互联是决然不同的。我原来出现的错误理解经常就是出现在这里）网络可分为：以太网，令牌网，等等（我只记得这两个）。他们都是对帧的发送时间做的规定。 以太网中，主机检测网络是否在闲置状态，如果是就发送帧，如果不是就等待一段时间再检测。而令牌则是对令牌的传递，有令牌的才能发送。这样就避免了冲突。大家风水轮流转，这是个平均主意。
现在再来回答刚才的问题，在Internet里面有很多不同类型的网络，这些不同类型的网络决不可能在一个网络里面。还有另外一个主要原因：如果Internet在一个网络里面，并且假设是以太网。那么Internet上的几十亿个主机都来抢这一个总线。那么，管他什么10M光纤，就算是10MMM光纤都不顶用。这样就出现了网络互连的概念。网络互联，可以让不同的网络自己传递自己的信息。而不干扰其他的网络.。只有某个网络里面的主机要访问另一个网络里面的主机时，才需要跨越网络。
讲完了互联网的概念，就要开始讲讲IP协议了。帧是在网络里面传播的单位，而IP包则是在互联网里面传播的单位。帧是用物理地址做为门牌号码，而IP包则用IP地址作为门牌号码。IP地址是用4个八位组（4个字节）点分来表示，例：10.1.0.11。
那么是不是每个主机的IP地址可以随意设定呢？在互联网里面是不行的，这里又两个原因：一个是二义性，另一个是无法实现传递。当IP可以随意设定的时候来看下面一个图：
主机1如果想要发送数据包给主机3。那么数据包就先发送给路由器1，通过路由器1转发给路由器2，路由器2再发给主机3。这是理想情况，但有个问题。就是路由器1怎么知道把数据包是发给路由器2，而不发给路由器3呢？这里有两种办法：
1． 主机1的IP数据包里面包涵所有到达主机3所经过的路由器IP地址。
2． 路由器1的选路表中包涵要到达主机3所要投递的路由器地址。
这两种办法在小型的局域网中，还是可行的。但是放在Internet中，那将代表Internet的末日到来了。
为了适应Internet的需要，IP地址有了新的解释。IP地址可分为网络段和主机段。IP的网络可分为A,B,C三类。A类中IP的第一个bit为0，用前8位表示网络号。B类中第一个bit为1，第二个为0，用前16位表示网络号。C类中第一个bit为1，第二个为1，用前24位表示网络号。这样路由器在分析IP地址时就先提出前两位bit，判断出应该提出IP中的多少位来表示网络号，然后根据路由表中网络号对应的另一个路由器的IP地址来发送该数据包。再来看和上面类似的图，不过这次的IP地址是按照网络段和主机段来划分的。
现在如果主机1要发送数据包给主机2。首先路由器2受到数据包，并分析目的IP地址2.0.0.2，2.0.0.2是个A类地址，第一个点号前面的代表网络号，得到网络号为2。路由器1的路由表中包涵了网络号为2所要发送的路由器2的IP地址。则路由器1把该数据包发送给路由器2。路由器2收到IP数据包，查找目的IP并分析IP的网络号，发现该网络号和自己的网络号相同，则再分析IP地址的全段。发现和主机2的IP地址一致，就把该数据包发给主机2。
这样，一个数据包的传递就成功了。一切是那么自然。但随着网络的增加（注意是网络的增加，不是主机的增加），又会出现问题。看下图：
在这样的网络中，再来看主机1发送IP数据包给主机2的经过。前几个步骤和上面是一样的，但当数据包到达路由器2后就不同了。路由器2发现已经在本网了，但没有一个和它相连的主机IP号和目的号码一样。这样它就不能再转发了，数据包将被丢掉。那么该怎么办呢？
一般的做法是把主机2和主机6组成的网络作为路由器2所在网络的一个子网。为路由器4分配一个网络号。但在Internet上IP地址中只有一个网络号，并且这个网络号已经分配路由器2中，哪来另一个网络号？这里又出现了一个新的概念，子网掩码。子网掩码和IP地址一样，由32位组成，用点分发表示。在子网掩码中为1的位表示网络号。在图中，路由器2把子网掩码设置为255.255.0.0。这样，使得在路由器2的网络中，网络号又有了新的解释，它是以第二个点号前面的两个字节表示网络号。那么在路由器2就可以为路由器4分配一个网络地址就是2.1。
在这里先提个问题，路由器4的子网掩码是不是也必须设置成255.255.0.0呢？这个问题的答案是否定的。看看数据传递的过程就知道了。当路由器2收到发网本网的IP后，再用子网掩码来找到网络号为2.1。然后在路由表中找到网路号2.1所对应的路由器4的IP地址。这样就会把数据包发给路由器4。路由器4收到数据包后，就会遇到一个问题，路由器4的本网地址是2，还是2.1？答案是2。每个路由器的本地网址的设定都是按照IP地址中规定的网络段来设定的。所以当路由器4收到数据包后，首先按照IP地址的网络分类方法提出IP地址为2.1.0.2的网络号2，发现和本地的网络号相同，然后就提出IP地址的全段，在路由表中查到2.1.0.2地址所对应的主机2。这样就把数据包发给了主机2。
从上个例子中可以得到一个结论：子网掩码并不能增加IP地址的数量，只能增加网络的数量。增加网络的数量优点是明显的，它可以降低网络的负荷并且使得组网更加灵活。但它又有一个很大的缺点：降低了IP地址的可移动性。网络越多，IP地址的可移动性就越差。你不可能把属于一个网络里面的主机移动到另一个网络里面，并且不改变它的IP地址。如果这样做了，那么就永远都接收不到要发给自己的数据包。
还有一个只得一提的问题就是共享IP上网。在Internet中不仅仅只有IP的网络号可以代表一个网络，一个IP地址其实也可以代表一个网络（只不过不是很合法）。在现实生活中，经常都遇到这样的情况。一个ADSL,连上几家用户，共享上网。这里面用到了一个NAT（网络地址转换）技术。这个技术把数据的传递分为两个部分，一个是数据的向内传，另一个是数据的向外传。
当主机1发送一个数据包给服务器时，服务器首先检查目的IP网络段是不是内部网络。如果是就不向外部发送，直接在内部网络查找IP地址进行发送。如果部是外部网络，就向电信发送数据包，但这时要做2个操作：1，在NAT转换表中填入一个记录。NAT转换表中有两列:一列是内Internet上的主机IP地址，另一列是内网的主机IP地址。把主机1的请求的IP填入前一列，把主机1的IP填入后一列。 2，改变IP数据包中源IP的地址，把外部IP地址（219.139.206.157）填入数据包中源IP地址部分。然后发出。
当数据外网的数据传进来时，服务器先检查IP数据包是从哪里发进来的。然后对照NAT转换表找到网内目的IP的地址。再把目的IP的地址填入IP数据包中，发给目的主机。NAT原理就是这样。但其实现并不这么简单，包涵许多控制来维护网络的突发性意外。
这是我对IP协议的一个小结，讲的都是我原来比较困惑的地方。把它放到网络上，希望对一些朋友有点帮助。另外，如果其中有错误的地方，也可以提出来，大家共同进步。下次再写第二篇，小结TCP协议和它对上层应用提供的服务。
