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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。 & c/ l1 C8 w; o4 |/ B- z
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。
. \: D9 T+ i3 p# _$ m( _3 P) @; \8 w5 e
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。
+ P7 _' k3 [- t- e4 ^, B3 b1 E' x+ P' A9 N* Y  }7 V0 _; ?% h
IP 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。 - }/ s# w: Q/ X
$ _* T- n& y5 ]( N  E
  IP 位址 = 網路位元 + 主機位元 3 ?- _5 x" G# g7 D' {

3 @7 w' s3 k  y% A' e! Q9 XIPv4 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。
* H' h2 e  W& R& C/ [9 u. E9 @; v  r: u) c* W. u7 m% I9 F
  類別 A IP 位址:0NNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH.HHHHHHHH ) m" k0 a% X% w3 D: N+ x
  類別 B IP 位址:10NNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH
% B5 ^- i6 C% J' @9 O+ W2 N  類別 C IP 位址:110NNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH " Z- I) s7 v  O$ k/ w
  類別 D IP 位址:1110MMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM
- [8 b: a: V6 D  類別 E IP 位址:1111RRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR $ z* B5 v- j3 M5 |& f! x- J
5 I* X0 m* N2 i9 f) K
  N:網路位元 H:主機位元 M:群播位元 R:保留位元
# ~, O' X  P9 b0 Q
. d2 i8 o- M# R  Q5 g/ c# z3 _6 D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。 . N: Z0 r; C! Y; o- r9 ?3 W0 G

6 B2 V& l* ?* U2 u
; R, y' Z9 F! D* n5 W類別 A IP 位址
+ G! r" C# A6 B$ Y% C) J5 E1 b
* z% }# N' B  G; L: O* J. O9 t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。
/ _$ C7 W, K5 ]5 m) Z
* k  b  h5 F' k; x* S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。
2 O, W4 ~/ B" L' |8 @
3 F& S! W) z# Y* g; a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。
3 c- S  a" [3 C* H- n1 v$ \. X$ }1 }) d. N' s6 @
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。
6 ?9 Y  K; ]) _% }0 ?
9 T6 e% l8 Z$ s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。 , j6 N- d; L" i, d$ n

% t! r. m  m; Q& i% _! I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。 % B- R; Z$ V$ B" i8 Z

; B6 F$ D5 F# z! [% O6 Z$ m5 T! m2 S- G* Z# r3 u
類別 B IP 位址
/ s; b+ o6 l# d1 n" Y1 \2 Q' E
3 X# X1 ~- ^' ~9 e/ G4 s' H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)。
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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。   , J+ v1 P( r( U$ V7 l

7 x4 p! O9 Z) j$ J9 B9 ^: ]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。
9 _$ p: B+ B) |' _" Z7 B2 D4 e
' Y+ B& E( e9 Z
+ z' X; d/ f) U1 t6 \類別 C IP 位址 : |6 n- e, @( d2 j" s( {) s

# S* [4 D: n  |* w& V* `4 N: T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)。 8 |9 n! Q7 K2 W" _: P  m' X
, F2 a: K, d! N; l& s! T
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。 6 s, K8 \0 H7 V" @( v/ q3 a0 J* a8 y
- h6 j" I. N. ?' |1 O' `4 ]* P. `
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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類別 D IP 位址
* G' h( t+ V8 x5 a7 [
% h2 X7 s/ X4 L. ^2 A: g& K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。 $ y, c; K, k- t3 W

& o; x; r6 g) R) z0 @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。
  G" S! k  X. s; r$ Q) B- a% r2 f* I# e# ?
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。 5 ]8 l6 l% T6 t& h2 B: Y

+ r; H9 E3 o0 NMicrosoft 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。
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5 ?# l- L, G- J
類別 E IP 位址 ' T% l7 f: p, u; [1 n) z

( {) b3 t6 M' Z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。   b- H* ~# D3 ]+ a9 C$ S
  z* U- N9 N; F5 ]/ D' k  T- M

1 q; b1 z4 T7 F9 A  G% r網路 ID 指南 4 W6 a8 g# B% F2 z

3 n0 P' ]3 b4 P. U) B" J& `& i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: 7 k4 F2 U3 f2 h* w0 }7 \  \7 G
7 u( _/ z/ P8 W/ N) w0 E
9 \' T1 f" Z9 v! g
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。
  E) r* F9 I9 c! W
8 s2 s% m$ ^  N( P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。 9 m! C4 L9 w/ ~9 O7 R( {, j

& K$ R. W' U) _# g7 y1 \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。 : e- L' l* I7 G3 x) M/ n4 }
1 b1 ?' b- ]1 [$ }
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。 + D# W) _* t  O" ^' v5 o% T
5 l4 W. K2 z3 w+ C
      網路 ID 類別範圍
, q" H5 m+ M; s: L! h6 y: ]+ L: G, P6 R1 t9 F! G6 Z
  位址類別 第一個網路 ID 最後一個網路 ID
- s/ r1 R( R% @  ───────────────────────
& g/ ^7 Q2 C$ h  類別 A   1.0.0.0   126.0.0.0 & y4 E4 f4 V+ O  G6 Z
  類別 B   128.0.0.0   191.255.0.0 * D+ U2 }5 W) Z1 V
  類別 C   192.0.0.0   223.255.255.0 . I- I' l+ W; S& Q) S( P
7 x8 D, ]: E! I& s6 A' J
3 d: ~: Q# U$ H
主機 ID 指南 ) R5 n2 }( ^! h8 ?- R: z% X$ S

' c+ k! E) V/ i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: 2 I; W* s/ I, a0 e
" M+ y" u% ~2 i* T& o
) z, u9 `- W; E0 J1 m
主機 ID 必須是網路 ID 中的唯一值。 4 Y: d- \  I: P4 M
+ ?) s; y  y* j6 o# l# i) P
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。 7 I- @' E; z  T1 J
8 \4 M8 E% p/ Q
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 。 ( X2 f0 l9 z' F; a  \* f
' b- ~; r: b- A
      主機 ID 類別範圍 8 ^9 K  ^, M" |/ f+ Q
. ?# @8 [2 ?5 _1 }
  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID ! W3 W. e& r$ h; H6 \  B& P/ ?: V( O
  ──────────────────────── 5 V! u/ v# `  y8 u2 b' K  |
  類別 A   w.0.0.1   w.255.255.254
# u8 l6 Y' `; b: a. X8 ]  類別 B   w.x.0.1   w.x.255.254 ' z  B4 f5 e! f6 ^& k1 S
  類別 C   w.x.y.1   w.x.y.254
! L" Q. N" N5 ?$ w0 t+ E% z) _
: q+ P, \4 H8 b* q- A6 V  j6 r, b6 M8 u7 f1 v9 H6 d+ b
虛擬 IP 位址指南 1 H5 U; ]" j0 y) v1 @# z. @4 S
1 r) a% f1 m0 F# l8 o
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:
5 k8 x2 o* K6 t: }$ D
1 T4 L0 n2 T, H5 B0 m, N  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID
! g/ Z- m. G9 U: L( b  ──────────────────────── . m( N5 Y" u/ G# T
  類別 A   10.0.0.1   10.255.255.254
* X7 J) ~+ _+ A  類別 B   172.16.0.1   172.31.255.254   J  \# m: [' z! c7 b& w" U
  類別 C   192.168.0.1   192.168.255.254 0 c- j6 W; ~1 g* F$ d0 ~; E8 o# ^

0 G8 \4 m3 ~  Z& ?, |+ ?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):
8 k2 X% l% @  E2 \8 r& s& y" V% o0 n3 k5 L/ n4 z- D
# g/ B) t9 M6 E, W% [+ `/ ]
虛擬 IP 位址的路由資訊不能對外散播。
* b6 @2 Z: `8 e4 H+ V4 B4 N
- ^  c+ h3 @4 D1 ?+ I% T7 ?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。 ; N8 |5 S& v5 k7 S

1 W5 t9 a0 S3 k關於虛擬 IP 位址的參考紀錄(如 DNS),只能限於內部網路使用。 $ x2 Y. H4 W4 @( U0 I# K
; I/ p9 k! H9 l
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。
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