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[教學] IP 教學

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發表於 26-12-2006 22:52:01 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
Internet 中所謂的「IP 位址(IP Address)」,就像現實生活中每戶人家都要擁有唯一的地址一樣,傳送者可以根據 IP 位址進行辨識,將資料傳送到唯一目的地位址完成通訊。世界各地的 IP 位址必須具有一致性,才不會導致辨識上的混亂,故必須依循共同的規範才能達成。 : F! E3 k: B8 G4 W5 {8 t) g
目前我們所使用的 IP 位址為第四版 IP 位址,一般稱為 IPv4 位址。為滿足使用上的需求,又陸陸續續發展 IPv5、IPv6,IPv5 是提供給 Stream Protocol 實驗協定使用,而 IPv6 則是 IPv4 的擴充,為因應位址數量不敷使用的問題,在標頭格式也提供動態欄位設定。 1 D' z* N4 `7 z% J% i2 b3 \$ D5 J
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IPv4 位址是由 32 位元所組成,一般以 8 位元為單位(octet)將 32 位元分成四部份,彼此間以 "." 做區隔,例如 "100100011.00001110.01001000.00011100",此即為「加點二進位表示法(dotted binary notation)」,由於二進位表示法太長不易記憶,故通常使用十進位來表示,上述的二進位 IP 位址即可表示成 "163.14.75.28",此即為「加點十進位表示法(dotted decimal notation)」。由於每一部份均由 8 位元所組成,故每個十進位值均介於 0 ~ 255 之間。
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( v; T4 h3 T' ]* H4 g$ k9 s+ IIP 位址主要分為兩部份:網路位元(Network bits)和主機位元(Host bits)。網路位元主要是用來辨識其 IP 位址是屬於哪一個網路系統;而主機位元則是用來辨識其 IP 位址在其所屬的網路系統中是屬於哪一台電腦主機。 : {; H3 W% X: A4 G5 U9 V

: K) Y/ X' H2 v7 ?3 X5 U  IP 位址 = 網路位元 + 主機位元
$ b* h+ ^3 v5 ?
/ j4 J. n; `) s  N. k" W# M, IIPv4 將位址分成 A、B、C、D、E 五類,分別用來表示不同的網路位址種類,各類的位址型態可從左邊固定的位元進行判斷。以下為各類 IP 位址的格式,其中沒有框的位元為固定位元,用以判別位址是屬於哪一類,N 代表網路位元,H 代表主機位元,而 M 和 R 則分別代表 D 類的多點傳送位元(Muticast bits)和 E 類的保留位元(Reserved bits)。類別 A、B、C IP 位址是最常使用的,而類別 D、E IP位址則是提供特殊用途。 $ {4 B" n$ y) a3 i

5 M* a% s7 w2 E& H) Y8 z" u  類別 A IP 位址:0NNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH.HHHHHHHH
, P$ t  B, L2 I! u  類別 B IP 位址:10NNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH
0 R2 _9 A; a- ~! e  類別 C IP 位址:110NNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH
+ p  {, h$ E* l. `6 S  類別 D IP 位址:1110MMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM / z/ h7 [# b$ a8 n
  類別 E IP 位址:1111RRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR ! i: }) e0 i. \9 c
& ]4 E) G! O/ u5 G- Z# x
  N:網路位元 H:主機位元 M:群播位元 R:保留位元
+ |+ r0 X0 a! ~2 N9 t! |! E1 l' ~, p! @: K% N' `
在類別 A、B、C(有網路位元和主機位元)IP 位址中,各含有兩個特殊位址不做主機位址使用。一為將 IP 位址中所有主機位元均設為 "0",即為「網域位址(Domain Address)」,用來判斷 IP 位址之所屬網域;另將所有主機位元值均設為 "1",即為「廣播位址(Broadcast Address)」,用來對所屬網域之所有主機進行廣播。以下將分別對各類型的IP位址設定做詳細的說明。
' B  s7 ^, x, d9 f$ |7 O8 [: n/ E) ^. t  o2 o' X/ U# q9 T

: @0 C" k' r/ d8 d/ X3 {9 `; \$ k- x類別 A IP 位址 8 q  ]/ V5 f# h: g
" H, w. j; }% a( ]
類別 A IP 位址的最左邊位元固定為 "0",後接 7 個網路位元及 24 個主機位元。由於有 7 個網路位元 "0NNNNNNN",故可提供 2^7 = 128 個網路系統,該位元組的十進位則介於 0 ~ 127 之間,其中 0 和 127 兩個網域做特殊用途使用。
3 o: O+ ?7 a9 W2 w/ [4 U2 u" i8 e
, |' H% D* }& u3 h6 q9 w  O除了 "0.0.0.0" 和 "127.0.0.0" 兩個網域外,類別 A IP 位址另外保留網域 "10.0.0.0",提供給企業內網路(Intranet)IP 位址設定。由於 Intranet 彼此間獨立的網路架構,故分別使用 "10.0.0.0" 網域並不會互相衝突。若 Intranet 要與外部的 Internet 連繫,必須透過「網路位址轉譯(Network Address Translation,NAT)」路由器提供一個可辨識使用的 IP 位址與外界溝通。由於各個 Intranet 均可提供以 "10.0.0.0" 為網域的所有主機位址,故可改善 IP 位址不足的現象。
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由上述可知,原本 128 個網路系統,扣掉 0、10、127 三個特殊網域,故實際上可用的網域為 1 ~ 9、11 ~ 126 共 125 個網域。 - d3 S; S  X( R

, A( x  a7 O4 H/ y類別 A IP 位址的 24 個主機位元則可提供 2^24 個主機位址,各位元組的十進位值介於 0 ~ 255 之間,其中將所有主機位元設為 "0",用十進位將 IP 位址表示成 "N.0.0.0" 為網域位址;將所有主機位元設為 "1", 用十進位將 IP 位址表示成 "N.255.255.255" 為廣播位址。故個主機位址扣掉網域位址和廣播位址,實際上可用的主機位址為 2^24 -2 = 16,777,214 個。
# m9 u1 T  C  X; n( Z* X& V5 w) J7 t9 K# o8 T% Y
從上述得知類別 A IP 位址可提供 125 個網域,而各網域可用( 2^24 - 2)個主機位址,故A類位址共可提供約 125 × 16,777,214 = 2,097,151,750 個 IP 位址。類別 A IP 位址已分配給早期參與 Internet 的組織機構使用,所以現在沒有空的類別 A IP 位址以供申請。 % G9 Q) R4 w2 S* {' \' t
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類別 A IP 位址保留 "127.0.0.1" 用來進行「迴路回測(Loopback Testing)」,主要是透過本身主機將訊息送回本身主機,以檢查主機的 TCP / IP 的設定是否正確,所使用的指令為 "ping 127.0.0.1",若 TCP / IP 設定不完整會出現錯誤訊息。 $ Z; ^6 e0 d" _4 \2 ^; f0 ^( u3 q

3 [5 i& m( ]# H" a0 ^
2 _' [9 |/ W5 x! X3 q類別 B IP 位址 " ]% k) x1 ~3 ]0 A  F! ?! r# U/ I" G" l
' U, X* ~+ W) Z7 ?0 ?4 A
類別 B IP 位址的最左邊兩個位元固定為 "10",後接 14 個網路位元及 16 個主機位元。IP 位址的左邊第一個網路位元組 "10NNNNNN" 可提供 2^6 個組合,該位元組的十進位值介於 128 ~ 191 之間,而第二個網路位元組 "NNNNNNNN" 則可提供 2^8 個組合,十進位值介於 0 ~ 255 之間﹔另外,類別 B IP 位址保留 "172.16.0.0 ~ 172.31.255.255" 網域作為企業內網路(Intranet)使用。由此二個網路位元組即可提供 2^14 -8 = 16,376 個網路系統(網域)。 % E# v: X2 C. C
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類別 B IP 位址的 16 個主機位元則可提供 2^16 個主機位址,各位元組的十進位值介於 0 ~ 255 之間,同樣將所有主機位元設為 "0",十進位 IP 位址表示法 "N.N.0.0" 為網域位址;將所有主機位址設為 "1",十進位 IP 位址表示法 "N.N.255.255" 為廣播位址。故個主機位址扣掉網域位址和廣播位址,實際上可用的主機位址有 2^16 - 2 = 65,534 個。類別 B IP 位址也已發送完畢,所以現在沒有空的類別 B IP 位址以供申請。   0 m! ~1 u0 c2 ?1 P* G- n9 H

& C7 t6 l8 C, b, z6 w+ i由上述可知,類別 B IP 位址可提供 2^14 個網域,而各網域可用 65,534 個主機位址,故類別 B IP 位址共可提供約 16,376 × 65,534 = 1,073,184,784 個 IP 位址。
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, N% }- Y8 T& s$ I
類別 C IP 位址
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, m3 _( J% {. N# E4 ?* q類別 C IP 位址的最左邊三個位元固定為 "110",後接 21 個網路位元及 8 個主機位元。IP 位址左邊第一個網路位元組 "110NNNNN" 可提供 2^5 = 32 個組合,該位元組的十進位值介於 192 ~ 223 之間,而第二、三個網路位元組 "NNNNNNNN" 則分別可提供 2^8 = 256 個組合,十進位值介於 0 ~ 255 之間,此三個網路位元組可提供 2^21 = 2,097,152 個網路系統(網域)。 2 X2 w& L9 H/ ]

, u3 l: z6 @' T, P/ A類別 C IP 位址的 8 個主機位元則提供 2^8 = 256 個主機位址,該主機位元組的十進位值介於 0 ~ 255 之間,同樣將所有主機位元設為 "0",十進位表示法 "N.N.N.0" 為網域位址;將所有主機位元設為 "1",十進位表示法 "N.N.N.255" 為廣播位址。故 256 個主機位址扣掉網域位址和廣播位址,實際上可用主機位址有 254 個。 4 R/ Y' [9 c; `
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另外,類別 C IP 位址保留 "192.168.0.0" 網域作為企業內網路(Intranet)使用。由此可知 C 類位址可提供 2,097,152 - 1 = 2,097,151 個網域,而各網域可用 254 個主機位址,故C類位址共可提供約 2,097,151 × 254 = 532,676,354 個 IP 位址。
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- H3 W4 E  w! X4 v( m; ]類別 D IP 位址 ( F* a/ c1 ]. p8 [

& C8 q. D# x; u- @3 r8 R, ^類別 D IP 位址的最左邊四個位元固定為 "1110",後接 28 個群播設定位元。IP 位址的左邊第一群播位元組 "1110MMMM" 可提供 2^4 個組合,十進位介於 224 ~ 239 之間,其他三個群播位元組則分別提供 2^8 個組合,十進位值介於 0 ~ 255 之間,故類別 D IP 位址共可提供 2^28 = 268,435,456 個群播 IP 位址。多點傳送操作並沒有區分網路位元與主機位元。
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  j/ F4 M5 R; _3 E! @/ J$ e所謂「多點傳送(Muticasting)」,或稱「群播」,是指一電腦主機可透過「多點傳送路由器(MRouter;Muticasting Router)」同時對多部主機傳送相同的資料。使用單點傳送(1 對 1)將相同資料送到三台主機,需要傳送三次才能完成;而多點傳送(1 對多)只需傳送一次即可,故多點傳送可以降低在網路上的資訊傳送量。欲進行多點傳送的群組必須擁有一個類別 D IP 位址方可彼此連繫。
0 a! y* v% T& h) ~/ |  F; F( f/ g- }8 p/ Z( S
在類別 D IP 位址中,224.0.0.0 ~ 224.0.0.255(224.0.0.0/24)是保留給區域子網路(local subnet)之用,其封包不會被路由器傳送出去,不論其 TTL 為何﹔而 IP 位址在 224.0.1.0 ~ 238.255.255.255 是為多點傳送正常使用﹔IP 位址在 239.0.0.0 ~ 239.255.255.255(239.0.0.0/8)則是保留給管理用途。
0 B, @1 n4 K6 y+ T3 G) y8 e, k) a- c7 A; h0 F
Microsoft 支援類別 D IP 位址,作為應用程式多點傳送資料至 Internet 上可多點傳送的主機。 ) E3 b; A$ I+ O

3 D: r% F7 G( b0 Q- n: ]/ B
' {( u( b4 v4 C% h- _5 j  K$ X類別 E IP 位址
, B2 _) B0 O& L  E) d% Z2 s
6 W& A0 _: Z/ `1 f/ L1 @類別 E IP 位址最左邊四個位元固定為 "1111",後接 28 個保留位元。IP 位址的左邊第一個保留位元組 "1111RRRR" 之十進位值介 240 ~ 255 之間,類別 E IP 位址和類別 D IP 位址一樣,沒有網路位元和主機位元,共可提供 2^28 = 268,435,456 個 IP 位址。類別 E IP 位址是保留給實驗網路所使用。 ; X3 a+ Q! F( Y
7 b( o4 g4 _5 b' @& {

0 f0 l4 N+ [7 c# M5 x! C& ~4 b3 v網路 ID 指南
1 z0 |1 e/ i, s* F$ c7 K0 F0 h% C$ m1 m
網路 ID 識別位於相同實體網路上的 TCP/IP 主機。位在相同實體網路上的所有主機都必須指派相同的網路 ID,和其它主機通訊。指派網路 ID 時,請遵循以下指南:
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' e) i. p- `$ E' J' H網路位址必須是 IP internet 中的唯一值。如果您計劃以直接路由連線至公用 Internet,網路 ID 必須是 Internet 上的唯一值。如果您不打算連線至公用 Internet,區域網路 ID 必須是您的私有 internet 上的唯一值。 9 H# L- v& A4 J7 H: A5 X

  |8 S, g, t3 {$ p; s網路 ID 不可以數字 127 開頭。類別 A 位址中的數字 127 保留給內部反向迴圈功能使用。 ; i0 U3 E. f% H* d8 v0 U& n2 f
8 Q% r+ j3 f( I0 L0 h
網路 ID 中的所有位元不可設定為 1。網路 ID 中的全部 1 保留作為 IP 廣播位址使用。
; P7 `& b) u" w" A( Z) Z" G4 ~
2 k& d$ C/ u9 ^/ I. |. _網路 ID 中的所有位元不可設定為 0。網路 ID 中的全部 0 是用來表示區域網路上的指定主機,且不會被尋徑。
. F8 p7 S( t8 F0 _' m" Y3 h) ^
  c8 A5 K: s8 k0 E- ]' x' O      網路 ID 類別範圍 $ Y) m/ J- E+ k  R9 ~- s; ]( d
- Q3 T! T. y" z, B0 {6 N6 q
  位址類別 第一個網路 ID 最後一個網路 ID
0 h2 m1 `' V+ e  ─────────────────────── 9 R9 ^9 p2 ?* h
  類別 A   1.0.0.0   126.0.0.0 , Z$ D3 I; P* D, V' X( Q
  類別 B   128.0.0.0   191.255.0.0 - b% o9 _' ]* ]( @8 ^& S" L
  類別 C   192.0.0.0   223.255.255.0
8 G" ^4 M, k% a5 r( i0 D4 o: j# j! U; z$ O
* D+ w% w8 D. D' ?# N8 S8 L! g
主機 ID 指南
/ Q( O) U& o4 ?3 y3 K  k& B" I6 a" x7 y
主機 ID 識別網路中的 TCP/IP 主機。 IP 網路 ID 與 IP 主機 ID 的結合即代表 IP 位址。指派主機 ID 時,請遵循以下指南:
* A& h. K$ ~9 B& x& K9 f/ d5 L1 @9 L7 L. h: c

( h; P4 Z% f+ u主機 ID 必須是網路 ID 中的唯一值。
$ c0 t9 ?9 s4 t2 x4 J. h4 m5 S, d1 A7 p, J5 q
主機 ID 中的所有位元不可設定為 1,因為此主機 ID 保留作為廣播位址,傳送封包至網路上的所有主機。
( K; _# p8 S) \- ]
5 I4 T2 y: k5 b主機 ID 中的所有位元不可設定為 0,因為此主機 ID 保留用來表示 IP 網路 ID 。
% X. X6 X' r  u3 k5 x9 N8 \  j9 g- K! I8 D
      主機 ID 類別範圍
1 I6 |" q( @' x# f+ j
; e, p, {. d3 k" b& G  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID
: Y4 I* D# H. J  j& u; J3 _! L  ────────────────────────
( ~9 z$ N2 w: V8 s  類別 A   w.0.0.1   w.255.255.254
) a7 e/ \, w4 ^6 D& `1 r  類別 B   w.x.0.1   w.x.255.254 7 h3 ?; i2 ^) H$ {+ {" c& |$ \
  類別 C   w.x.y.1   w.x.y.254 9 _$ V* ~" @8 Z& `& R
/ Z# L0 a' s# }: {
' O# _; c: T  J. i; v: @3 L
虛擬 IP 位址指南 9 W# p# l9 T" L# G

" ~, n9 p$ K% g; M( L+ e依據RFC1918:Address Allocation for Private Internets(原為RFC1597),有三個區段的 IP 是作為 Private IP 使用: / @& c. h* v/ m" x2 w7 ?
, U4 g- l3 @, t: `3 r( \
  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID
  B6 ]- N9 t6 l  ──────────────────────── & x6 u  R) m4 ?
  類別 A   10.0.0.1   10.255.255.254
* a- Z2 U, d8 {2 c9 T, ~9 L  類別 B   172.16.0.1   172.31.255.254
' c, y2 x! b. e3 A" [+ d' [  類別 C   192.168.0.1   192.168.255.254
+ k" g7 {" c; c) I- j: x  W0 e2 v! G" w1 X
當使用以上的 IP 位址的時候是有所限制的(此部份引自 Albert_Lu):
; v# p; W" n9 x- Z, W$ T# G1 z7 z5 ]
  O* u6 y( z0 Z# R/ c
虛擬 IP 位址的路由資訊不能對外散播。
: ^8 h  ^' I1 ?5 u2 O5 X# g3 L# V7 d. y/ W3 S
使用虛擬 IP 位址作為來源或目的地址的封包,不能透過 Internet 來轉送。 4 y% _: n5 t" a3 b) \& v  x8 l

* S* a" G% Y$ r7 P0 p2 _0 X# s關於虛擬 IP 位址的參考紀錄(如 DNS),只能限於內部網路使用。
) R" G0 X& g' G/ s7 P) M0 ~
' e8 u8 r- N& E1 N# V由於有以上的限制,當我們使用這些虛擬 IP 位址來設定網路的時候,就無需擔心會和其它也使用相同位址的網路衝突了。
$ W7 ~7 e2 p: E$ p
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