1.网络层的IP协议包含哪些内容
（1）IP基础知识：
IP作用：实现源主机与目标主机之间的通信，是点对点的通信
IP和MAC的关系：IP属于网络层、MAC属于数据链路层，IP可以实现复杂网络里两个主机的通信，MAC只用于具有直接链路连接的两个设备之间的通信
（2）IP地址相关知识：
IP地址定义：表示每个主机或者路由器网络接口的地址，主要分为IPv4和IPv6，IPv4地址由32个比特位构成，每个字节值用十进制数表示，用.隔开
IP地址分类：分为ABCDE五类，每一类具有不同长度的高位固定值用来表示网络号。同时在分类的基础上会再使用固定的高位值来表示子网号，将网络划分为更小的子网络
无分类的IP地址：为了充分利用iP地址，不再将IP地址分成五类，而是采用在地址后面加上/数字的方式来指明地址高位部分用来表示网络号的位数
公有IP地址和私有IP地址：由于IP地址的数量有限，所以经常出现一个组织的主机数量超过其能申请到的全球IP地址数量的情况。为了解决这个问题IP在设计时保留了一部分地址允许组织内部自己将其作为私有地址使用，不同组织可以重复使用，这种私有地址无法直接与外网的全球IP通信，需要通过使用临时的全球IP地址等方式。
IP地址与路由控制：在复杂的通信网络中选择合适的路由器建立通信路径很重要。小型网络中可以使用人工设置的静态路由表来完成路由选择。在复杂的网络中一般使用动态的路由选择协议，比如基于距离的和基于链路状态的协议。不同的分治系统中间采用边界网关协议来连接。
IP分片与重组：一般网络层所允许的数据长度要大于数据链路层所允许的，所以有时需要对IP数据报进行分片，将其分成满足长度要求的多个IP数据报。
***IPv6基本认识：IPv4只有32位，但IPv6有128位，每16位为一组，使用：隔开
IPv4首部：首部长度、IP数据报总长度、用于IP数据报分片的标识、片偏移等信息、记录IP数据报数据部分协议类型的协议字段、IP数据生存时间、源目标主机IP地址
***IPv6首部：相比IPv4，IPv6采用了固定长度的首部，因此取消了首部检验字段；取消了用于分片的标识、片偏移等字段，因为他只允许分片和重组操作发生在源主机和目标主机；增加了下一个首部字段，其长度固定，代表一个位置用来存放原IPv4地址的可选字段
（3）IP协议相关技术：
DNS域名解析：可以在DNS服务器获得网址对应的服务器的IP地址
ARP协议：可以调用ARP协议获得IP地址对应的MAC地址，本质上是缓存表和广播请求回答
***RARP协议：作用机制与ARP协议相反，就是在已知MAC地址的情况下求IP地址，一般用于将新的设备接入到网络
***DHCP动态获取IP地址：主机在进行通信前需要获取自己的IP地址，主机通过DHCP服务器来获取自己的IP地址
NAT网络地址转换：当使用私有IP地址的主机想要与外网的主机进行通信时，他需要临时借用内部网络边界路由器所具有的全球IP地址。同时，为了保证内部网络的多台主机可以同时使用该公有的全球IP地址，可以使用传输层的端口号来区分内部网络不同的主机。获取IP地址的过程都采用广播信息
ICMP互联网控制报文协议：为了更有效的进行通信，提高交付的成功率。差错报文：路由器会在判断报文发送出现不可达、超时、源点拥挤抑制等错误时，先源主机发送表明错误类型的报文。查询报文：主机可以发送查询指定路由器状态的请求回答报文，接收到的路由器会给主机回复信息。
***IGMP因特网组管理协议：就是用于主机分组的，有些组播消息需要发送给某个特定的主机组。
2.分类IP地址中两种特殊的IP地址
在ABC类IP地址中除网络号和子网号之外的主机号部分
全1表示广播地址，代表该子网络中的所有地址，这和求网络号子网号的子网掩码一样
全0表示该网络的地址，可以用于在路由器的路由表中表示这个网络的下一跳路由器相同
3.D类IP地址的作用：
D类的地址用于给特定的主机组发送多播信息，E类没有投入使用
4.分类IP地址的优点和缺点
由于不同类的IP地址高位0的个数不同，可以快速判断所属的分类
分类的IP地址在使用时还是不够灵活，现实世界一个网络中的主机数量差距很大
5.为什么要分离网络号和主机号
因为当两个主机需要进行通信时，首先需要判断两个主机是否在一个网络中，即具有相同的网络号，如果在就可以直接进行通信。
IP地址的网络地址或者说网络号用于进行路由选择
6.如何进行子网划分
就是将原来的主机号部分再次分成两部分：子网号和子网主机号
7.公有地址管理机构：
ICANN
互联网名称与数字地址分配机构
8.环回地址
计算机上保持着一个用于计算机内部程序之间进行交流的地址，发向这个地址的数据不会被发向互联网
9.数据链路的最大传输单元
MTU表示的数据链路上允许传输的帧最大长度，包含的数据部分之外的头部尾部，不同的数据链路不同
10.IP数据报的重组
就是IP数据报分片的反向操作
11.IPv6的基本认识
128位，每16位为一组，使用：隔开
亮点：IPv6数据报具有固定的首部长度，不需要进行首部检验，提高了传输的速度
IPv6有单播地址、组播地，没有广播地址
12.域名解析的工作流程
1、首先会检查本地缓存中是否含有域名对应的IP地址
2、然后会发出一个DNS请求发送给DNS服务器
3、DNS服务器会依次向根域名服务器、顶级域名服务器、权威服务器来查询IP地址
13.利用DHCP服务器获取IP地址的过程：
主机在进行通信前需要获取自己的IP地址，就是使用DHCP服务器
主机在没有IP地址时，先使用默认的IP地址发送广播信息申请IP，因为它也不知到DHCP服务器的IP地址
DHCP服务器收到后，给出目前可以分配的IP地址等信息，也采用广播消息
主机收到后，选一个合适作为自己的IP地址，并向DHCP服务器发送确认信息
DHCP服务器再返回确认信息，就可以了
整个交互过程中都使用不可靠的UDP广播通信
由于交互是广播通信，所以对于DHCP服务器与申请主机不在一个广播域的情况，需要在每个网络中设置一个中继DHCP服务器
14.缓解IPv4地址耗尽速度的现有方法：
（1）使用无分类的IP地址，对于不同的网络规模可以灵活的设置网络号，提高了IPv4地址的利用
（2）使用私有地址，在组织内部使用私有地址，允许不同组织的私有地址相同，当需要与外网的全球IP地址主机通信时，只需要临时借用一个组织申请的全球IP地址即可
（3）使用128位的IPv6地址来代替IPv4
15.网络地址与端口转换NAPT
由于绝大多数的信息是采用TCP或者UDP协议来通信的，所以可以用客户端的本地端口号来区分不同的内网主机
16.网络地址转换NAT的缺点
外部的公有地址主机无法直接访问内网的主机，因为不知道私有IP地址
保存私有地址与临时公有地址关系的转换表需要保存
解决方法是，使用IPv6地址或者是网络地址转换穿透技术（主机准备一个应用程序来管理记录转换关系，同时对外公开）
17.IGMP因特网组管理协议
用于管理主机组的划分，分配组播地址，实现组播信息（只有一组特殊主机能收到）的信息传递
D类地址就是组播地址
与组成员主机最近的路由器会记录组成员的关系
该路由器会周期性的询问主机是否属于某个组，类似于基于链路状态的路由选择协议会周期性的询问邻居路由器是否正常连接，超时无回复就会标记为故障，路由器会动态更新自己的组关系表
当主机退出组时，会先路由器发送离组报文；路由器会向组内发送查询报文询问这个组内是否还有成员，如果没有，后续将不再给这个组发送消息