IP地址
IP地址共32bit（位），每8位为一组，用点分十进制的方法表示，分为A、B、C、D、E、F五大类和特殊IP地址，其中A、B、C三类较为常用，IP地址由“网络号+主机号”的结构组成。
具体分类
直接广播地址 = 主机号全1的IP地址
子网掩码
子网掩码是一个应用于TCP/IP网络的32位二进制值，每节8位，必须结合IP地址对应使用，子网掩码与ip地址对应，网络号部分为1，主机号部分为0，A类网络缺省子网掩码：255.0.0.0 B类网络缺省子网掩码：255.255.0.0 C类网络缺省子网掩码：255.255.255.0。未做子网划分的ip地址：网络地址＋主机地址 做子网划分后的ip地址：网络地址＋（子网网络地址＋子网主机地址）
将子网掩码和 IP地址按位计算 AND，就可得到网络号，可以用此来判断ip是否在同一网段
CIDR（无类型域间选路）
是一个在Internet上创建附加地址的方法，这些地址提供给服务提供商（ISP），再由ISP分配给客户。CIDR将路由集中起来， 使一个IP地址代表主要骨干提供商服务的几千个IP地址，从而减轻Internet的负担。CIDR采用13～27位可变网络ID，而不是A-B-C类网络ID所用的固定的8、16和24位。以CIDR地址222.80.18.18/25为例，其中“/25”表示其前面地址中的前25位代表网络部分，其余位代表主机部分。
ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）
是用来将IP地址解析为MAC地址的协议。主机或三层网络设备上会维护一张ARP表，用于存储IP地址和MAC地址的映射关系，一般ARP表项包括动态ARP表项和静态ARP表项。
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当需要通信的两台主机处于同一网段时，如上图中的Host_1和Host_3，Host_1要向Host_3发送数据。
首先，Host_1会查找自己本地缓存的ARP表，确定是否包含Host_3对应的ARP表项。如果Host_1在ARP表中找到了Host_3对应的MAC地址，则Host_1直接利用ARP表中的MAC地址，对数据报文进行帧封装，并将数据报文发送给Host_3。如果Host_1在ARP表中找不到Host_3对应的MAC地址，则先缓存该数据报文，并以广播方式发送一个ARP请求报文。如上图中所示，OP字段为1表示该报文为ARP请求报文，ARP请求报文中的源MAC地址和源IP地址为Host_1的MAC地址和IP地址，目的MAC地址为全0的MAC地址，目的IP地址为Host_3的IP地址。
Switch_1收到ARP请求报文后，将该ARP请求报文在同一广播域内转发。
同一广播域内的主机Host_2和Host_3都能接收到该ARP请求报文，但只有被请求的主机（即Host_3）会对该ARP请求报文进行处理。Host_3比较自己的IP地址和ARP请求报文中的目的IP地址，当两者相同时进行如下处理：将ARP请求报文中的源IP地址和源MAC地址（即Host_1的IP地址和MAC地址）存入自己的ARP表中。之后以单播方式发送ARP应答报文给Host_1，ARP应答报文内容如上图中所示，OP字段为2表示该报文为ARP应答报文，源MAC地址和源IP地址为Host_3的MAC地址和IP地址，目的MAC地址和目的IP地址为Host_1的MAC地址和IP地址。
Switch_1收到ARP应答报文后，将该ARP应答报文转发给Host_1。Host_1收到ARP应答报文后，将Host_3的MAC地址加入到自己的ARP表中以用于后续报文的转发，同时将数据报文进行帧封装，并将数据报文发送给Host_3。
当需要通信的两台主机处于不同网段时，如上图中的Host_1和Host_4，Host_1上已经配置缺省网关，Host_1首先会发送ARP请求报文，请求网关Router的IP地址对应的MAC地址。Host_1收到ARP应答报文后，将数据报文封装并发给网关，再由网关将数据报文发送给目的主机Host_4。Host_1学习网关IP地址对应的ARP表项的过程，以及网关设备学习Host_4的IP地址对应的ARP表项的过程与上述同网段主机Host_1和Host_3之间进行ARP地址解析的过程类似，不再赘述。
ICMP（Internet Control Message Protocol，因特网控制报文协议）
是一个差错报告机制，是TCP/IP协议簇中的一个重要子协议，通常被IP层或更高层协议（TCP或UDP）使用，属于网络层协议，主要用于在IP主机和路由器之间传递控制消息，用于报告主机是否可达、路由是否可用等。这些控制消息虽然并不传输用户数据，但是对于收集各种网络信息、诊断和排除各种网络故障以及用户数据的传递具有至关重要的作用。
ICMP的典型应用
IP数据报及其他应用程序通过ICMP报文可以实现多种应用，其中Ping程序和Tracert（Traceroute）程序最为常见。此外，在网络管理和监测中，网络质量分析NQA（Network Quality Analysis）技术更加充分应用了ICMP。
Ping
Ping程序是最常见的用于检测IPv4和IPv6网络设备是否可达的调试手段，它使用ICMP的echo信息来确定：
- 远程设备是否可达；
- 与远程主机通信的来回旅程（round-trip）的延迟；
- 报文包的丢失情况。
Tracert
Tracert程序主要用于查看数据包从源端到目的端的路径信息，从而检查网络连接是否可用。当网络出现故障时，用户可以使用该命令定位故障点。
Tracert利用ICMP超时信息和目的不可达信息来确定从一个主机到网络上其他主机的路由，并显示IP网络中每一跳的延迟（这里的延迟是指：分组从信息源发送到目的地所需的时间，延迟也分为许多的种类——传播延迟、传输延迟、处理延迟、排队延迟等）。
DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol,动态主机配置协议）
是一种网络管理协议，用于集中对用户IP地址进行动态管理和配置。DHCP于1993年10月成为标准协议，其前身是BOOTP协议。DHCP协议由RFC 2131定义，采用客户端/服务器通信模式，由客户端（DHCP Client）向服务器（DHCP Server）提出配置申请，DHCP Server为网络上的每个设备动态分配IP地址、子网掩码、默认网关地址，域名服务器（DNS）地址和其他相关配置参数，以便可以与其他IP网络通信。
无中继场景时DHCP客户端首次接入网络的报文交互示意图
域名系统（英文：Domain Name System，DNS）
是互联网的一项服务。它作为将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人更方便地访问互联网。DNS使用UDP端口53。当前，对于每一级域名长度的限制是63个字符，域名总长度则不能超过253个字符。
GRE VPN（Generic Routing Encapsulation）
即通用路由封装协议，是对某些网络层协议（如IP和IPX）的数据报进行封装，使这些被封装的数据报能够在另一个网络层协议（如IP）中传输。
GRE是VPN（Virtual Private Network）的第三层隧道协议，即在协议层之间采用了一种被称之为Tunnel（隧道）的技术。
NAT
是一种地址转换技术，它可以将IP数据报文头中的IP地址转换为另一个IP地址，并通过转换端口号达到地址重用的目的。NAT作为一种缓解IPv4公网地址枯竭的过渡技术，由于实现简单，得到了广泛应用。
NAPT工作原理
NAPT在进行地址转换的同时还进行端口转换，可以实现多个私网用户共同使用一个公网IP地址上网。NAPT根据端口来区分不同用户，真正做到了地址复用。
工作原理
当Host访问Web Server时，设备的处理过程如下：
设备收到Host发送的报文后查找NAT策略，发现需要对报文进行地址转换。
设备根据源IP Hash算法从NAT地址池中选择一个公网IP地址，替换报文的源IP地址，同时使用新的端口号替换报文的源端口号，并建立会话表，然后将报文发送至Internet。
设备收到Web Server响应Host的报文后，通过查找会话表匹配到步骤2中建立的表项，将报文的目的地址替换为Host的IP地址，将报文的目的端口号替换为原始的端口号，然后将报文发送至Intranet。
NAT Server工作原理
使用NAT Server时，需要先在设备上配置公网地址和私网地址的固定映射关系。配置完成后，设备将会生成Server-Map表项，存放公网地址和私网地址的映射关系。该表项将一直存在除非NAT Server的配置被删除。
NAT service工作原理
内部Server的私网IPv4地址为192.168.1.2/24，对外的公网IPv4地址为1.1.1.10，端口号都为80，它们之间的映射关系在设备上已提前配置好。当Host访问Server时，设备的处理过程如下：
设备收到Internet上用户访问1.1.1.10的报文的首包后，查找并匹配到Server-Map表项，将报文的目的IP地址转换为192.168.1.2。
设备建立会话表，然后将报文发送至Intranet。
设备收到Server响应Host的报文后，通过查找会话表匹配到步骤2中建立的表项，将报文的源地址替换为1.1.1.10，然后将报文发送至Internet。
后续Host继续发送给Server的报文，设备都会直接根据会话表项的记录对其进行转换，而不会再去查找Server-map表项。
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