当你在家用手机连上Wi-Fi，打开网页或者刷视频时，数据是怎么从服务器跑到你手机上的？这背后离不开网络层的核心角色——IP协议。它就像是快递系统里的地址系统，确保每一份数据都能送到正确的设备上。
网络层的定位：承上启下的关键
在计算机网络的协议栈中，网络层位于传输层之下、数据链路层之上。它的主要任务是把数据从源主机发送到目标主机，哪怕它们不在同一个局域网里。而实现这个功能的核心，就是IP协议（Internet Protocol）。
你可以把整个协议栈想象成一个邮局系统：应用层写信，传输层封装信封并标上端口号（比如你是寄给收发室还是财务室），而网络层负责填写寄件人和收件人的完整地址——这就是IP地址的作用。
IP协议到底做了什么？
IP协议最核心的功能是寻址和路由。每个联网设备都有一个IP地址，比如常见的192.168.1.100，这就是它在网络中的“门牌号”。当你的电脑要访问百度服务器时，操作系统会通过IP协议将数据包打上目标地址（如202.108.22.5），然后交给路由器一步步转发。
IP协议并不关心数据内容是不是完整、有没有丢包——那是传输层TCP的事。它只管尽力而为地把包送出去，能不能收到，由接收方再反馈。这种“无连接、不可靠”的设计反而让它足够轻量，能适应各种复杂的网络环境。
为什么端口映射离不开IP协议？
在家庭路由器环境下，多个设备共享一个公网IP上网。这时候内网设备各自有私有IP（如192.168.1.101、192.168.1.102），但对外通信都通过NAT（网络地址转换）共用一个公网IP。
当你想让外网访问家里的摄像头或NAS服务，就需要做端口映射。比如把公网IP的5000端口映射到内网192.168.1.101的80端口。这个过程依赖的就是IP协议对目标地址和端口的识别能力。没有准确的IP寻址，路由器根本不知道该把外部请求转给哪台设备。
# 示例：简单的端口映射配置规则
iptables -t nat -A PREROUTING -d 203.0.113.10 --dport 5000 \\
-j DNAT --to-destination 192.168.1.101:80这条规则的意思是：所有发往203.0.113.10:5000的数据包，都被重定向到内网的192.168.1.101:80。整个过程基于IP头部的目标地址字段进行判断和修改。
IPv4与IPv6：地址不够用了怎么办
早期的IPv4使用32位地址，总共约42亿个IP。听起来多，但全球设备早就超过了这个数。这也是为什么现在广泛使用NAT和私有IP的原因之一。而IPv6采用128位地址，几乎可以让地球上每一粒沙子都拥有一个IP，彻底解决地址枯竭问题。
虽然IPv6还没完全普及，但在很多新部署的网络中已经开始启用。它的结构更简洁，路由效率更高，也原生支持更多现代网络需求。