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Introduction: IP定址及遶送之基本觀念
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基本主題 OSI網路層協定定義了下列功能 遶送 邏輯定址 遶送協定 其他功能
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網路層功能概述 常見的網路層協定，諸如網際網路協定（IP， Internet Protocol）、Novell網際網路封包交換 （IPX，Internetwork Packet Exchange）或 AppleTalk資料封包傳遞協定（DDP，Datagram Delivery Protocol）。 現今廣泛使用的第三層協定 IP，主要工作是遶送從 來源主機發送的資料（封包）到目的主機。 因為網路必須轉送大量封包，IP遶送程序必須非常簡易。 IP在發送封包之前，不需要做任何的確認或回應動作，使 得IP成為非連接導向的協定。 IP嘗試去傳遞每個封包，但如果路由器或主機的IP程序不 能傳遞封包，則封包被摒棄，因此無錯誤復原的功能。
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目的地在另一個 群組；傳送到附 近的路由器 透過離開的序列 鏈路將資料遶送 到該群組 透過訊框中繼 將資料遶送到 該群組 直接傳送到PC2
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遶送（轉送） PC1的邏輯：發送資 料給在鄰接的路由器。 產生資料的電腦對網 路懂得不多，只知道 如何將資料傳送給某 個鄰接的路由器。
目的地在另一個 群組；傳送到附 近的路由器 透過離開的序列 鏈路將資料遶送 到該群組 PC1的邏輯：發送資 料給在鄰接的路由器。 產生資料的電腦對網 路懂得不多，只知道 如何將資料傳送給某 個鄰接的路由器。 在乙太網路上封裝IP 封包。 圖5-1 遶送邏輯：PC1發送到R1
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R1及R2的傳送邏輯：為資料 跨越網路而進行遶送。
透過離開的序列 鏈路將資料遶送 到該群組 R1及R2的傳送邏輯：為資料 跨越網路而進行遶送。 路由器會根據路徑表 （routing table）項目來比對 封包裡的網路層目的地位址； 只有符合路徑表內的項目，路 由器才會知道如何將封包轉送 到下一站。 R1取出IP封包，並在HDLC上 封裝封包。 R2取出IP封包，並在訊框中繼 上封裝封包。 透過訊框中繼 將資料遶送到 該群組 圖5-2 遶送邏輯：R1發送到R2
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R3的邏輯：傳遞資料到 最後目的地。 取出IP封包，並在乙太 網路上封裝封包。 直接傳送到PC2 圖5-3 遶送邏輯：R3發送到PC2
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網路層 與資料鏈結層 之互動
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IP封包及IP標頭 版本 IHL DS 封包長度 辨識代碼 旗標(3) 分段偏移(13) TTL 協定 標頭檢查碼 來源IP位址
圖5-4 IPv4標頭
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IP標頭欄位摘要 (詳見課本pp.103) 欄位 意義 版本 IP 協定版本。現今大部分網路使用第四版 IHL
IP 標頭長度（IHL，IP Header Length） DS 差異服務（Differentiated Services）欄位。 封包長度 辨識IP封包的整體長度，包括資料 辨識代碼 供IP封包分段程序使用 旗標 IP 封包分段程序使用3個位元之欄位
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欄位 意義 分段偏移 用來協助主機將已分割之封包重組回原始的大小 TTL 存活時間。用來防止遶送迴圈的數值 協定 辨識IP封包資料部分的內容之欄位 標頭檢查碼 用來儲存FCS的值，其目的在判斷在IP標頭內有無任何的錯誤位元 來源IP位址 封包發送者的32位元IP位址 目的地IP位址 封包接收者的32位元IP位址
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IP 定址 某個設備想要利用TCP/IP進行通訊，則其必須要有 一個IP位址。當設備擁有IP位址以及適合的軟硬體 之後，便可發送及接收IP封包，因此可稱為是一個 IP主機（IP host）。 IP位址由32位元的數字組成， 通常寫作以點號區格的十進位數表示法（dotted- decimal notation）。 其中「十進位」是從32位元IP位址的每一個位元組（8 個 位元）以十進位值來表示而來的，此四個十進位數字以 「點號（小數點）」隔開並依序寫出，如 。 每個網路介面使用一個獨一無二的IP位址。
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網路等級 RFC 791定義了IP協定，包括A級、B級、C級、D 級群播（multicast）位址以及E級實驗用 （experimental） 位址。 A級網路有1個位元組長的網路部分；其餘3個位元 組稱為主機部分。 B級網路有2個位元組長的網路部分；其餘2個位元 組留給位址作為主機部分。 C級網路有3個位元組長的網路部分；只剩1個位元 組留作主機部分。
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無子網路切割的IP位址網路和主機部分之大小
* 表示每個網路保留了兩個主機位址(網址位址、廣播位址)
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網域位址 廣播位址
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十進位及二進位的網路編號
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可用有效網路編號 網路 （廣播位址）及 （回送位址）被保留
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IP子網路切割（Subnetting） IP子網路切割取得單一A、B或C級網路並將其分割 為幾個較小的IP位址分組。
等級A、B和C級位址為「分級式位址; Classful address」；子網路位址為「無分級式位址; Classless address」。 IP子網路切割定址使用一種稱為子網路遮罩 （subnet mask）。
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圖 不同網路/子網路之討論數量
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圖 使用子網路
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圖 使用子網路切割的位址格式 (分級式)
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圖 使用子網路切割的位址格式 (無級式)
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IP遶送 來源主機如何選擇並發送封包到何處? 路由器如何選擇路徑來遶送或轉送封包到目的地? 主機遶送 步驟一 步驟二
如果目的地IP地址是跟自己的子網路不同，發送封包到自己預 設閘道(default gateway)。
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圖 主機遶送選擇
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路由器轉送決策及IP路徑表 路由器使用下列邏輯的方式來接收資料鏈結層的訊框 —該訊框將IP封包封裝在內： 步驟一 步驟二 步驟三 步驟四
使用資料鏈結層FCS欄位來確保訊框沒有錯誤，如果發生錯誤，則丟 棄該訊框。 步驟二 假設步驟1沒有被丟棄的訊框，則移除舊的資料鏈結層標頭及標尾， 只留下IP封包。 步驟三 將IP封包的目的地位址與路徑表作比對，並找出相符的路徑。此路 徑辨識路由器的離開介面，或可能是下一站（next-hop）的路由器。 步驟四 將IP封包封裝到新的資料鏈結層標頭及標尾之內，從離開介面傳送 出去，並轉送訊框。
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詳細的轉送邏輯見課本pp.116~118 圖 遶送範例，含IP子網路
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IP遶送協定 遶送協定（routing protocol）是指學習路徑並將這些 路徑放置在路徑表裡；而被遶送的協定（routed protocol）則是定義封包被遶送通過網路的通訊協定類 型。 動態學習並將到達網路上所有子網路路徑加入到路徑表。 如果有多條路徑可到達子網路，則將最佳路徑加入到路 徑表中。 當注意到表內的路徑不再有效時，則從路徑表將它移除。 如果路徑移除後有另一條鄰接路由器之路徑可提供，則 將它加入路徑表。 新增路徑或替換遺失路徑，路徑表都應該要能即時更新。 防止遶送迴圈。
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網路路徑的通告 STEP 1 STEP 2 STEP 3 每個路由器會將每一個直接連接到該路由器的路徑，加入 到其路徑表中。
每個路由器會將其路徑表所有的路徑，包括直接連接的路 徑及從其他路由器所學到的路徑，全部都通告該路由器的 鄰居 STEP 3 路由器從鄰居(一般為下一站的路由器)學到新路徑後，將 其加入到路徑表中。
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詳細邏輯見課本pp.119, 120 圖 路由器R1學到 有關子網路 的資訊
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網路層工具 目的為協助網路層透過網際網路，完成封包端點到 端點之遶送。 工具
位址解析協定（ARP，Address Resolution Protocol） 網域名稱系統（DNS，Domain Name System） 動態主機配置協定（DHCP，Dynamic Host Configuration Protocol） ICMP Echo及ping的命令
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圖 Hannah知道Jessie的名稱，但還需要Jessie的IP位址及MAC位址
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位址解析協定 Address Resolution Protocol (ARP)
主機發出 ARP廣播尋找目的地 IP對應的 MAC位 址，因到一個乙太網路廣播位址，故在區域網路上 的每個人都可以收到它。當目的地主機收到 ARP封 包後，回應 MAC位址給來源端。 如果發送主機與目的地主機不在同一個子網路上， 那麼發送主機的遶送邏輯程序，會將封包轉送到其 預設閘道，並轉而尋找閘道之 MAC位址。 ARP所記得的資訊應保留（暫存）在 ARP快取 （cache）裡，當主機每次要去發送封裝在乙太網 路訊框裡的封包時，會先檢視本身的 ARP快取。如 沒有在 ARP快取內，則發送 ARP廣播尋找。
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圖 ARP程序
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網域名稱系統 Domain Name System (DNS)
DNS伺服器位址能預先知道或由DHCP指派，一旦 辨認出其他電腦的名稱（例如 jessie.example.com），便發送一個DNS請求給 DNS伺服器，要求提供IP位址。DNS回應了位址 （例如 ）。
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圖5-13 DNS請求與回應
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位址指派及Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)
TCP/IP設備的介面可能靜態指派或由DHCP伺服器 分配。伺服器一般使用固定配置的IP位址，能維持 穩定的狀態。 DHCP伺服器擁有每個子網路可用的IP位址之清單； DHCP用戶可發送訊息到DHCP伺服器，申請借用 或租用IP位址，而伺服器會建議一個IP位址；如果 被用戶電腦接受，伺服器會註明該位址不可再指派 給其他的主機，而用戶即可使用該IP位址。
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圖5-15 DHCP取得IP位址之訊息
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ICMP Echo及ping的命令 在安裝網路之後，需要以不靠任何應用程式的方式 來測試基本 IP 連線。測試基本的網路連線，其首 選工具就是ping命令。 ping（Packet Internet Groper）使用網際網路訊 息控制協定（ICMP，Internet Control Message Protocol）發送一個稱為ICMP echo request的請 求訊息給另一個IP位址。擁有該IP位址的電腦則會 回應一個ICMP echo reply。如果網路是通的，說 明你已測試成功該IP網路。
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圖 網路的ping命令
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Traceroute與ICMP 來源端送出一連串的UDP區段給目的端 當第n份資料報抵達第n台路由器時：
第一份的 TTL =1 第二份的 TTL=2，依此類推 使用不太可能有人使用的埠號 當第n份資料報抵達第n台路由器時： 路由器會丟棄該份資料報 接著送出一則ICMP警告訊息給來源端(類別11、代碼 0) 訊息會包含路由器名稱及其IP位址 當 ICMP訊息抵達時，來源端會計算RTT Traceroute會重複這個步驟三次 停止的標準 UDP區段最終會抵達目的端主機 目的端會回送「主機無法到達」的ICMP封包 (類型3、代碼3) 當來源端收到這則ICMP時，就會停止
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