# Internet - IP位址和網路層
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## 一 . IP和MAC網路位址
### (一) . MAC位址的功用
1. MAC位址在乙太網路中：
- 區域網路中的frame傳遞依據。
- 分割碰撞和廣播網路。
2. 但MAC仍有缺點 ：
- MAC位址無法分割廣播網路。
- 只有一個廣播網域，任何一台主機需記憶所有主機的位置。
### (二) . IP的出現
1. IP和MAC的不同 ：
- MAC ： 僅是一串亂碼，沒有意義的。
- 舉例 ： MAC向經緯度，唯一，但只有數值意義。
- IP ： 一串接即化的代碼，可以明確分清楚抽象化的網路。
- 舉例 ： IP像現實生活中的地址，『台北市信義區』，我們可以明確了解地區大概在哪。

2. IP就用於劃分『廣域網路』。

### (三) . 邏輯位址和硬體位址
1. 硬體位址 ： MAC位址，乙太網路用於傳播的依據。
2. 邏輯位址 ： IP位址，網路層以上的協定的依據。
3. 網路層中是只識別IP位址的，而鏈結層和實體層是只識別MAC位址的。
4. 分類的好處 ： IP是為住戶地址，MAC視為人。
- 今天，同一個住戶地址可以一直換人住。
- 當硬體的網卡損壞，只需要換一張，IP位址不變，其他主機仍可以寄給你封包。
- 當要新增一個機器，只需要給機器本身設定IP，其他主機就可以傳送封包給你。

## 二 . 基本的IP概念
### (一) . 網路id和主機id
- IP位址用於分割廣播網域，且IP有階級是的特徵，因此，我們必須先探討IP得階級組成。
1. IP的組成 ： 4bytes，即32位元的組成識別碼。
2. Net ID : IP的一部份，用於表示主機所在的『網域(廣播網域)』。
3. Host ID : IP的一部份，用於表示主機在此網域的位址。
4. 同一個廣播網域的Host的Net ID一定相同，但Host ID不一定相同；相反同樣的Host ID不一定會在同樣的廣播網域中(Net ID不同)。
### (二) . 特殊IP
- 網路中的有些IP是保留作為特殊用途的(如 : 廣播等等)。
1. Net ID相關的特殊IP ：
- Net ID全為0 : 這個廣播網域。
- Net ID全為1 : 任一廣播網域(自身診測用，即127.0.0.0)。
2. Host ID相關的特殊IP ：
- Host ID全為0 : 這個廣播網域下的任何一個主機。
- 在主機位址不確定的時候可以這樣設定。
- Host ID全為1 : 這個廣播網域下的所有主機。
3. 其他特殊IP :
- 全為0 : 任一網路下的任一主機。
- 全為1 : 任何網路下的任何主機(廣播)。
- 127.0.0.1 : 給每一個主機做為自我測試使用。
### (三) . IP的分級
- IP的階層化又可以依照使用的Net ID和Host ID個數做分別。
1. A級IP : Net ID佔去1bytes；Host ID佔去3bytes。
- 開頭 ： 第一個位元為1。
- 可以有的Net個數 ： $2^7-2$。因全部為0的保留給預設路由，全為1的為自身測試。
- 每個Net有的Host個數 ： $2^{14}-2$。因全為0為不確定的主機，全為1為廣播。

Class A : 0xxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx ==> NetI_D 的開頭是 0
          |--net--|---------host------------|

2. B級IP : Net ID佔去2bytes；Host ID佔去2bytes。
- 開頭 ： 前兩個位元為10。
- 可以有的Net個數 ： $2^{14}$。因必有一個1和0，所以沒有全為0或12的時候。
- 每個Net有的Host個數 ： $2^{14}-2$。因全為0為不確定的主機，全為1為廣播。

Class B : 10xxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx ==> NetI_D 的開頭是 10
          |------net-------|------host------|

3. C級IP : Net ID佔去3bytes；Host ID佔去1bytes。
- 開頭 ： 前三個位元為110。
- 可以有的Net個數 ： $2^{22}$。
- 每個Net有的Host個數 ： $2^{8}-2$。因全為0為不確定的主機，全為1為廣播。

Class C : 110xxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx ==> NetI_D 的開頭是 110
          |-----------net-----------|-host--|

### (四) . 私有IP
- 為了因應IP不夠的情況，IP在設定的時候，就已經保留了一部份IP稱為私有IP，提供私有網路的使用。
1. A級網路 : 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255。
2. B級網路 : 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255。
3. C級網路 : 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255。

## 三 . 網路層協定
### (一) . IP封包
1. 封包(package) ： 在網路層的資料最小單位。
2. IP封包 ：
3. IP是網路層最基本的協定，其他基礎的協定都是依據IP開始延伸的。

### (二) . ARP協定
1. 與IP的關係 ： 查詢目標IP位址所對應的MAC位址。
2. 使用時機 ： **當目標IP位址確定跟目前IP的位址處於同一個廣播網路時，但MAC位址不知道時**。
3. 使用流程 ： 由上層給於IP位址時，為了發送封包給鏈結層，需要MAC位址。
- MAC table : 每個主機都有一個table，在記憶體內存放同個廣播網路的IP位址對應MAC位址。
- step 1 : 先查詢在MAC table查詢目標IP有沒有所對應的MAC位址。
- step 2 : 若有，直接用此IP和MAC進行第二和第三層的傳遞。若無，用IP位址進行廣播，發送ARP封包，進行目標IP的MAC查詢。
- step 3 : 找到實際的MAC位址，下船鏈結層進行傳遞。

### (三) .