前言
本筆記通過記錄 資料包 在網路中的生命履歷來引出一些網路基礎知識，如：
MAC、ARP、IP、子網掩碼、閘道器、集線器、交換機、路由器這些概念都是在鏈路層和網路層。
（這些都不做嚴謹的說明，只是為了更好的瞭解而表達的個人描述）
參考：
- 寫得通俗易懂：如果讓你來設計網路
資料包簡要生命週期
瀏覽本小節的時候遇到疑問點可以可以跳到理解區 check 一下有沒有答案。
資料包：
- 簡單路徑：源主機 -> 目標主機。
- 可能路徑：源主機 -> 交換機A -> 路由器A -> 路由器B -> 交換機B -> 目標主機。
參考圖：
源主機視角：
- 需要知道 本地IP 和 目標IP。
- 通過子網掩碼判斷是否在同一個子網中。
- 同一子網，則直接獲取目標主機的MAC地址，傳送出去。
- 不同子網，獲取預設閘道器的 MAC，把資料包發給預設閘道器裝置。
交換機視角：
- 收到的資料包必須有目標 MAC 地址。
- 通過 MAC 地址表查對映關係。
- 查到了就按照對映關係從我的指定埠發出去。
- 查不到就所有埠都發出去。
路由器視角：
- 收到的資料包必須有目標 IP 地址。
- 通過路由表查對映關係。
- 查到了就按照對映關係從我的指定埠發出去（不在任何一個子網範圍，走其路由器的預設閘道器也是查到了）。
- 查不到則返回一個路由不可達的資料包。
三張表：
- arp 快取表 是不斷通過 arp 協議的請求逐步完善起來的。
- 交換機中的 MAC 地址表，用於對映 MAC 地址和它的埠。
- 路由器中的 路由表 用於對映 IP 地址(段)和它的埠。
理解區
資料包
得先了解 TCP/IP 網路七層級及各級的作用和資料封裝。
- 應用層
- 表示層
- 會話層
- 傳輸層
- 網路層（本節需要了解）
- 資料鏈路層（本節需要了解）
- 物理層
應用層的資料一層一層通過包裝下來，通過物理層的物理裝置發出去，到最終目的主機後，又像扒洋蔥一樣，一層一層扒開，最終到達應用層後的資料和源主機應用層的資料一樣。如圖：
名詞說明：
- IP：主機地址。屬於網路層地址。
- 一般用於源主機和最終目標主機中。
- MAC：裝置地址。屬於資料鏈路層地址。
- 一般用於當前裝置和下一裝置中（不一定是最終裝置）。
- 子網掩碼：用於判斷 IP 處於哪個網段。
- 一般用於比較兩個 IP 是否處於同一個子網中。
- 預設閘道器：
- 若傳送的資料不在本子網，就丟給預設閘道器處理。
- 一般用於與外網通訊。
- 預設閘道器IP一般都設為路由器IP，因為一般都是通過路由器與外網通訊。
- ARP：
- 是一種地址解析協議。根據IP地址來獲取MAC地址的。
- 源主機攜帶IP資料廣播給通過支援ARP裝置連線起來的多主機，若目標IP對於，則該主機返回攜帶MAC資料給源主機。
- 集線器：
- 字面理解即可，如何一臺主機資料發到集線器，都廣播到所有出口。
- 作用在物理層（第一層），不對MAC操作。
- 交換機：
- 比集線器高階，不再是廣播到所有出口，而是隻轉發到目標MAC的出口。
- 作用在資料鏈路層（第二層），參考MAC，只轉發到目標MAC的出口。
- 工作在區域網內。
- 路由器：
- 比交換機高階。
- 具有路由功能。
- 作用在網路層（第三層），參考IP。
- 連線區域網和外網。
MAC
MAC：裝置地址。屬於資料鏈路層地址。
一般用於當前裝置和下一裝置中（不一定是最終裝置）。
IP
IP：主機地址。屬於網路層地址。
- 一般用於源主機和最終目標主機中。
- IP 可參考 李柱明部落格-網路程式設計
子網
子網掩碼 & 判斷是否在同一子網：
IP 與 子網掩碼 做 按位與 ，就可以得出該 IP 的子網網段。
如：
- 子網掩碼：255.255.255.0
- IP-1: 192.168.1.2 & 255.255.255.0 = 192.168.1.0
- IP-2: 192.168.1.123 & 255.255.255.0 = 192.168.1.0
- IP-3: 192.168.2.123 & 255.255.255.0 = 192.168.2.0
- 因為 192.168.1.0 = 192.168.1.0，所以IP-1與IP-2處於同一子網。
- 因為 192.168.1.0 != 192.168.2.0，所以IP-1與IP-3不在同一子網。
在發資料包時，子網的作用：
- 若源IP和目標IP在同一子網：直接獲取目標IP主機的MAC，然後把資料包丟出去。
- 若源IP和目標IP不在同一子網：獲取預設閘道器的 MAC ，然後把資料包丟給預設閘道器那邊。
ARP
ARP：
- 是一種地址解析協議。根據IP地址來獲取MAC地址的。
- 源主機攜帶IP資料廣播給通過支援ARP裝置連線起來的多主機，若目標IP對於，則該主機返回攜帶MAC資料給源主機。如圖：
集線器
字面理解即可，如何一臺主機資料發到集線器，都廣播到所有出口。
作用在物理層（第一層），不對MAC操作。
如圖：
交換機
比集線器高階，不再是廣播到所有出口，而是隻轉發到目標MAC的出口。
作用在資料鏈路層（第二層），參考MAC，只轉發到目標MAC的出口。
工作在區域網內。
交換機連線：
左邊交換機的地址表：
| MAC 地址 | 埠 |
|---|---|
| bb-bb-bb-bb-bb-bb | 1 |
| cc-cc-cc-cc-cc-cc | 3 |
| aa-aa-aa-aa-aa-aa | 4 |
| dd-dd-dd-dd-dd-dd | 5 |
| ee-ee-ee-ee-ee-ee | 6 |
| ff-ff-ff-ff-ff-ff | 6 |
| gg-gg-gg-gg-gg-gg | 6 |
| hh-hh-hh-hh-hh-hh | 6 |
路由器
作用在網路層（第三層），參考IP。
路由器的每一個埠，都有獨立的 MAC 地址。
連線區域網和外網。
轉發時，根據路由錶轉發，實際出口是根據MAC來傳送到下一個裝置。下一個裝置判斷資料包目標IP是否是本裝置，若不是，就又找出下一個MAC地址把資料包丟出去。
