在网络层中，最重要的协议就是IP协议，IP协议也有几个特性，重要的有地址管理和路由选择。

1、地址管理

由于IPv4地址为4个字节，所以最多可以支持42亿个地址，但在现在，42亿明显不够用了。这就衍生出下面几个机制。

1）动态分配IP

对于大部分IP地址，并不是一天24小时全在使用，而是会使用一段时间，空闲一段时间，对于这种情况，我们可以将处于空闲状态的IP地址分给其他人使用，这样一个IP地址就可以代表多台设备，可以缓解IP地址不够用的情况。

2）NAT机制

NAT机制，即网络地址转换。将IP地址分为两类：公网IP / 外网IP、私网IP / 内网IP。

通常情况下，10.*.172.16 - 172.31.*，192.168.*为内网IP，剩下的为外网IP。

外网IP是唯一的，同一个局域网内的内网IP不允许重复，不同局域网的内网IP可以重复。

那么对于一个IP地址，在不同的局域网中，就可以为多台设备服务，也可以缓解地址不够用的情况。

NAT机制下的网络通信：

①同一个局域网下，设备A访问设备B：由于同一个局域网下的IP地址不允许重复，所以A与B之间的通信不受影响，与NAT无关；

②公网设备A访问公网设备B：由于公网的IP地址不允许重复，所以A与B之间的通信不受影响，与NAT无关；

③不同局域网下设备A访问设备B：禁止访问；

④局域网设备A访问公网设备B：网络地址映射；

⑤公网设备A访问局域网设备B：禁止访问。

3）引入IPv6

由于IPv4地址是4个字节，IPv6在此基础上增加到16个字节，其能表示的地址数远远大于IPv4，在很长一段时间内都是够用的。

2、路由选择

在网络数据报进行传输的过程中，会经过路由器/交换机，但是每个路由器/交换机只能知道与之相邻的路由器/交换机，那么该数据报是如何经过若干路由器/交换机达到目的设备的呢？

当数据报到达路由器时，就会在“路由表”（表中记录了这个路由器周围设备的IP是什么，同时也记录了每个设备对应的转发口）中进行匹配，如果匹配到了，就会从对应的口转发过去；如果没有匹配到，就会将数据报发送到该路由器的上一级路由器，并由上一级路由器继续匹配并转发，称为“下一跳”。当经过若干次的转发后该数据报就可以到达目的设备。若在转发过程中TTL变为0，就表示转发失败。

3、网段划分

网段划分即表示了IP地址中的哪些部分是网络号，哪些部分是主机号。

子网掩码是32位的整数，其形式为左边全1，右边全0，不会出现0、1交替的情况。全1的部分为网络号，全0的部分为主机号。

4、特殊的IP地址

1）将IP地址的主机地址全部设为0，就代表这个局域网；

2）广播地址：将IP地址中的主机地址全部设为1，会将其收到的数据转发给与之处于同一个局域网的设备；

3）环回IP：127.*，通常为127.0.0.1，无论主句的真实IP是多少，都可以使用这个IP地址。