網路基礎：一個封包的旅程

你在瀏覽器輸入網址按下 Enter，資料並不是「一整包」送出去的——它會被切成很多個封包（packet），像一箱貨拆成好幾個包裹分批寄送。既然是寄包裹，每個包裹上就必須寫「收件地址」和「寄件地址」，這個地址就是 IP 位址。

• IPv4：最常見的格式，4 組 0~255 的數字，例如 192.168.1.10。總共只有約 43 億個（32 bit），早就不夠全世界用了。
• IPv6：為了解決 IPv4 耗盡而生的新格式（128 bit，冒號分隔的十六進位，如 2001:db8::1），數量多到幾乎用不完。考題看到「IPv4 位址不足」的解法之一就是啟用 IPv6。
• 一台機器可以有多個 IP：IP 其實是綁在「網卡」上，一台機器插幾張網卡就能有幾個 IP。AWS 的 ENI（Elastic Network Interface）就是「虛擬網卡」，可以從一台 EC2 拔下來裝到另一台上，IP 跟著網卡走。

• 公有 IP（Public IP）：全世界唯一、登記在冊，任何人從網際網路都能直接找到你。像「登記在政府的正式門牌地址」。數量有限，要跟供應商租。
• 私有 IP（Private IP）：只在「自家內網」有效的地址，像「公司內部的分機號碼」——每家公司都可以有分機 1001，彼此不衝突，但你沒辦法從外面直接撥某家公司的分機。
• RFC 1918 保留網段：國際規範劃了三段位址「永遠只給內網用」，網際網路上不會有人使用：
  ・10.0.0.0/8（空間最大，企業與雲端最愛）
  ・172.16.0.0/12（172.16.x.x ~ 172.31.x.x）
  ・192.168.0.0/16（家用路由器最常見）
• 這就是為什麼 AWS 的 VPC 教學幾乎都用 10.0.0.0/16——VPC 是你的私有網路，理當從私有網段挑一塊來用，而 10.x 空間最大最好切。
• AWS 的三種 IP：
  ・私有 IP：每台 EC2 一定有，VPC 內互相溝通用。
  ・公有 IP：Public Subnet 的 EC2 可以配一個，但停機再開會換一個新的。
  ・Elastic IP：固定不變的公有 IP，租下來就是你的，適合「對外 IP 不能變」的場景。

IP 只能幫封包找到「那台機器」，但一台機器上往往同時跑很多服務——網頁伺服器、資料庫、SSH 遠端登入。封包到門口之後要進哪個房間？靠 Port（埠號）。

• 類比：IP 是大樓地址，Port 是房號。寄給 10.0.1.5:443 的意思是「10.0.1.5 這棟樓的 443 號房」。
• Port 是 0~65535 的數字，知名服務有約定俗成的固定房號：
  ・22 = SSH（遠端登入 Linux）
  ・80 = HTTP（未加密網頁）
  ・443 = HTTPS（加密網頁）
  ・3306 = MySQL、5432 = PostgreSQL、53 = DNS
• 「開放某個 Port」的意思是：防火牆規則允許外面的人連到那個房號。反過來說，沒開的房號就算服務在跑，外面也敲不到門。

封包在網路上旅行時可能會遺失、也可能亂序抵達。TCP 和 UDP 是兩種不同的「寄送策略」，差別在願不願意為可靠性付出速度代價。

• TCP（掛號信）：
  ・寄之前先跟對方「握手」確認在家（建立連線，俗稱三次握手）。
  ・每個封包都要對方「簽收」（ACK），沒簽收就重寄。
  ・亂序抵達會自動排回正確順序。
  ・可靠，但多了來回確認的成本。網頁、API、資料庫連線全都用 TCP——資料少一個 byte 都不行。
• UDP（明信片）：
  ・不握手、不簽收、丟了就丟了，寄了就不管。
  ・快、延遲低，適合「掉一點沒關係、即時性優先」：視訊通話、線上遊戲、直播，以及 DNS 查詢（掉了再問一次就好）。

問題來了：私有 IP 在網際網路上沒人認得（大家都可以用 10.0.1.5，回信要寄給誰？），那 Private Subnet 裡的機器要怎麼下載系統更新？答案是 NAT（Network Address Translation，網路位址轉換）。

• 運作原理：內網機器要出門時，NAT 設備把封包上的「寄件人」從私有 IP 改寫成 NAT 自己的公有 IP，並在小本子記下「這筆對話是 10.0.1.5 發起的」；回信回來時查小本子，轉交回正確的內網機器。
• 類比：全家共用一支市內電話。每個人（私有 IP）都能打出去，接電話的人只看得到「這通來自王家」（公有 IP）；回撥進來時由接線的媽媽（NAT）依通話紀錄轉交。
• 關鍵特性——單向性：內部可以主動打出去，外部卻無法主動打進來——因為小本子只記「由內部發起」的對話，陌生來電查無紀錄就掛掉。所以 NAT 天生自帶一層保護。
• 你家的 WiFi 路由器每天都在做這件事：全家手機電腦都是 192.168.x.x，共用一個電信公司給的公有 IP 上網。

AWS 筆記裡「低延遲」「高吞吐」出現的頻率極高，但這兩個詞常被混用。用高速公路類比一次分清楚：

• Latency（延遲）：一個封包從出發到抵達要多久，單位是毫秒（ms）。像「從家裡開到公司要幾分鐘」——主要取決於距離和路上的關卡數。
• Throughput（吞吐量）：單位時間內能通過多少資料量（如 Mbps、MB/s）。像「這條路一小時能通過幾台車」——取決於車道數（頻寬，bandwidth）。
• 兩者是獨立的：衛星網路頻寬可以很大（一次載很多）但延遲很高（訊號要上太空繞一圈）；市區騎樓小路延遲低但一次過不了幾台車。
• 降低延遲的兩招：① 縮短距離——把內容搬到離使用者近的地方（這就是 CDN 的原理，見基礎篇 ch02）；② 走專用道路——不跟別人擠公共網路（這就是 AWS Direct Connect 專線的賣點）。