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IP、MAC和端口号——网络通信中确认身份信息的三要素

在茫茫的互联网海洋中,要找到一台计算机非常不容易,有三个要素必须具备,它们分别是 IP 地址、MAC 地址和端口号。

IP地址

IP地址是 Internet Protocol Address 的缩写,译为“网际协议地址”。

目前大部分软件使用 IPv4 地址,但 IPv6 也正在被人们接受,尤其是在教育网中,已经大量使用。

一台计算机可以拥有一个独立的 IP 地址,一个局域网也可以拥有一个独立的 IP 地址(对外就好像只有一台计算机)。对于目前广泛使用 IPv4 地址,它的资源是非常有限的,一台计算机一个 IP 地址是不现实的,往往是一个局域网才拥有一个 IP 地址。

在因特网上进行通信时,必须要知道对方的 IP 地址。实际上数据包中已经附带了 IP 地址,把数据包发送给路由器以后,路由器会根据 IP 地址找到对方的地里位置,完成一次数据的传递。路由器有非常高效和智能的算法,很快就会找到目标计算机。

MAC地址

现实的情况是,一个局域网往往才能拥有一个独立的 IP;换句话说,IP 地址只能定位到一个局域网,无法定位到具体的一台计算机。这可怎么办呀?这样也没法通信啊。

其实,真正能唯一标识一台计算机的是 MAC 地址,每个网卡的 MAC 地址在全世界都是独一无二的。计算机出厂时,MAC 地址已经被写死到网卡里面了(当然通过某些“奇巧淫技”也是可以修改的)。局域网中的路由器/交换机会记录每台计算机的 MAC 地址。
MAC 地址是 Media Access Control Address 的缩写,直译为“媒体访问控制地址”,也称为局域网地址(LAN Address),以太网地址(Ethernet Address)或物理地址(Physical Address)。
数据包中除了会附带对方的 IP 地址,还会附带对方的 MAC 地址,当数据包达到局域网以后,路由器/交换机会根据数据包中的 MAC 地址找到对应的计算机,然后把数据包转交给它,这样就完成了数据的传递。

端口号

有了 IP 地址和 MAC 地址,虽然可以找到目标计算机,但仍然不能进行通信。一台计算机可以同时提供多种网络服务,例如 Web 服务(网站)、FTP 服务(文件传输服务)、SMTP 服务(邮箱服务)等,仅有 IP 地址和 MAC 地址,计算机虽然可以正确接收到数据包,但是却不知道要将数据包交给哪个网络程序来处理,所以通信失败。

为了区分不同的网络程序,计算机会为每个网络程序分配一个独一无二的端口号(Port Number),例如,Web 服务的端口号是 80,FTP 服务的端口号是 21,SMTP 服务的端口号是 25。

端口(Port)是一个虚拟的、逻辑上的概念。可以将端口理解为一道门,数据通过这道门流入流出,每道门有不同的编号,就是端口号。如下图所示: