ip address、mac address 的原理

Hello Guys, I’m LukeTseng. 本篇將來介紹 ip-address 跟 mac-address 的原理，若本篇文章有誤，歡迎各位指正，若你也喜歡這篇文章，不妨按下愛心跟追蹤我的個人頁面吧！

IP 位址（Internet Protocol Address）

IP 位址（Internet Protocol Address）是網路層的邏輯位址（Logical Address），用於網際網路上識別和定位設備。

這個 IP 位址基本上可以想像成是你家的地址，這樣想就好。

而邏輯位址是什麼呢？邏輯位址（Logical Address）在電腦網路和作業系統領域裡，泛指「軟體層級」所使用的、非直接對應硬體的位址。

OSI Model and TCP / IP Model

Image Source：https://medium.com/@lagom247/%E7%B6%B2%E8%B7%AF%E6%9E%B6%E6%A7%8B-tcp-ip-%E5%9B%9B%E5%B1%A4%E6%9E%B6%E6%A7%8B-osi%E4%B8%83%E5%B1%A4%E6%9E%B6%E6%A7%8B-e2c92c9cdc32

如圖，邏輯位址所在的地方就在網路層（Network Layer）的部分，而在 TCP/IP 架構裡面是網路互連層（Internet Layer）。

與邏輯位址相對的就是實體位址（Physical Address），實體位址位於實體層（Physical Layer），以及 TCP/IP 架構的網路存取層（Link Layer）。

相對於實體位址，邏輯位址是可以變動的，也就是說你的 IP 位址可能不是唯一的，而實體位址因為一出廠就寫死在硬體裡面，所以幾乎很難去變動、去改它。

回到 IP 位址，有分為 Ipv4 跟 Ipv6，其中 v 是 version 版本的意思。

Ipv4：位址由 32 bit 組成，通常用 4 組的十進位（Decimal）數字去表示，如 192.168.1.100，每一組範圍是 0 ~ 255，也就是 $2^8$ ， 1 個 byte。
Ipv6：用 128 bit 組成，然後用 8 組的十六進位（Hexadecimal）數字表示，每組含 16 位元，用冒號（:）分隔，如 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334 。

而 IP 位址也分為動態 IP 跟靜態 IP：

動態 IP（Dynamic IP）：
- 來源：由 DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol, 動態主機設定協定）伺服器自動分配。
- 租約機制：當裝置連線到網路時會向 DHCP 伺服器提出 IP 請求。DHCP 伺服器在他的 IP 位置池中找出一個目前未被佔用的 IP，臨時分配給這台裝置，並設定租約期限。
- 一旦租約到期、重開機或換網路時，這組 IP 可能會改變，不是每次都一樣。
靜態 IP（Static IP）：
- 來源：必須手動設定在裝置上，設備的 IP 不會自動變動。
- 固定不變：每次連到網路這組 IP 都一樣。適合需要外部連線、長期提供服務的設備，例如伺服器、網路印表機。

MAC 位址（Media Access Control Address）

MAC 位址（Media Access Control Address）又稱為實體位址（Physical Address）或硬體位址（Hardware Address），位於 OSI 模型中資料連接層（Data Link Layer）的位址，在 TCP/IP 模型中位於網路存取層（Link Layer）。

MAC 位址在一開始就被燒錄在網路卡的硬體當中，「理論上」應該是唯一的。

MAC 位址是由 48 bit 所組成，通常是用 6 組的十六進位數字去表示，如 80-C1-6E-F3-E7-6A，前三組表示製造商的代碼，後三組是序號。

Ip vs MAC：

MAC 位址：用於同一區域網路的 device 的識別。假如當電腦要傳輸資料給同 Wi-Fi 網路下的 printer 時，這時候就是會用到 MAC 去找到他。
IP 位址：用於跨網路間的路由（routing）。如當要連上 Google Server 時，資料會經過多個路由器（router），每個 router 會根據 IP 位址去決定下一步要往哪裡傳送。