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[教學] IP 教學

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發表於 1-8-2007 14:27:35 | 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。
, h8 T1 v- H  ]7 Q% T& f% X* u6 e! ?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。 * z/ f# {0 K2 o5 d' r4 q
4 X- E6 d8 M: ~' E6 e7 P
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。 2 U. w  j! ^" u( l: B# a
# r' M! M: N5 T/ n! m; C
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。 % P4 v/ {& C9 g# I* {

/ i+ H! B6 }& x8 ]/ W  IP 位址 = 網路位元 + 主機位元
3 u# a* Y& `# G* Y+ J4 S& r$ w# A2 o: ]: e; H
IPv4 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。   J+ V2 n! o5 N, S3 r5 u$ I
+ t2 P  U+ _6 [; {
  類別 A IP 位址:0NNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH.HHHHHHHH 6 y; l. q* Z9 A
  類別 B IP 位址:10NNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH 8 q- |% G% z$ I5 Y) q; C
  類別 C IP 位址:110NNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH + X4 z' _* g% t
  類別 D IP 位址:1110MMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM
( V. }+ i# g0 n8 {+ \  類別 E IP 位址:1111RRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR 3 Z6 u2 u2 h+ J7 |

% A. D" T# p- o  Z1 k) m5 R  N:網路位元 H:主機位元 M:群播位元 R:保留位元
& m# s2 g" b$ I$ F1 o1 c# x3 y
/ [7 a1 k! a# R: h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。
0 `8 H# Z+ |: [. h# V' m5 t/ C7 u0 C5 ~& x% `# l/ E& D" b
( C# A" z# L( l) U/ x! S
類別 A IP 位址 3 r4 h* h9 L  q8 {

" V' L; n. |5 v  ]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。
1 S* f2 b% T/ [; `) N0 C3 q
7 \* c, Y- |- `! @  `% p* @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。
7 X& I# b" g0 L5 Y* Z/ G" _: T2 u2 ^" L8 ]. U
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。
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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。
- c4 _, s( a0 S) M) r6 M* q' A
  S9 S+ _8 O+ n- o6 _; f7 z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。
3 `+ R0 P+ z6 V% L% g' d3 }0 \. [0 i, P& T% c2 W
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。
. M/ j0 s  [5 {8 B. ?' @) W3 K6 a' Z
6 |' [9 H: I1 W9 y
0 _' @$ g% F: B類別 B IP 位址
# v* V7 ^# g# H. d  V' p- F" l; b7 A# N4 t8 ^" ^
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)。
" |, W3 q/ `) p/ e5 D0 r
* o, O# V. w$ T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 \* O% O) i: P
' Y1 U8 R2 [" n+ r+ Z
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。 - {, J0 @& V- Z2 m2 q
# [1 a8 {7 P' _, d4 w: V- q
& o2 m' J$ E, u4 v
類別 C IP 位址 6 A. J9 R1 i8 @( T# b

6 b" [1 v9 H6 u0 O, 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)。 + i2 Y9 A4 q$ t
' e/ v, X, }5 v' |" p3 g: e5 @  C
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。
. W7 v+ h7 m  w+ C' H( h3 |# J+ u# Y6 }6 ?; V! `- T- V0 ^& r& o
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。
# @5 k# R. a! E" @: S+ a% @# f; Y
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類別 D IP 位址
# q, p2 w* n+ n. Q$ S8 i0 I# q0 C3 c: x
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。 . [/ G0 L; U# B9 y# |0 l

* w$ w: c6 H7 i6 p1 o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。
5 g! z8 c# `0 R3 @( A; a3 E5 D. p5 |' ^
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 Z+ x. P- a& D3 P2 F
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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。 . L" z) S1 Q2 Q' H/ P$ }
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# T: G: ]* b7 N類別 E IP 位址 & b, }- H& Y/ X
, |  K7 Z& @7 @& H# S
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。
5 I6 U5 [  t5 b+ Z. P! f. R2 `- _9 f9 |4 `  P9 M; Q2 v/ v; D
) X) G2 Y2 m# P
網路 ID 指南 3 K0 ^$ t" K% m

0 Q0 ?# P) E5 [( ?$ L' o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: " X9 W, u! H8 Y

" F3 P& p' G+ d8 z: w% c1 n% j- ?0 ~0 `8 l" b
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。
! G# `4 _  k+ R
" Y  M% F* ?- r7 a7 o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。 2 y) F$ G" u( J# ]

7 H4 }7 Q$ H/ J9 d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。 ' ^8 p  S* ]' Y5 S
- u  |3 d  [5 M3 K- Q* }5 l
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。
2 Z+ k" g; Y# n; J' m' K" r
8 W- u6 d( N& D( t      網路 ID 類別範圍 / L1 @: X7 y; l0 Q" E& y! K. ?
- k8 `3 d+ y# S5 T+ T) ^! f9 `4 D3 ?* B
  位址類別 第一個網路 ID 最後一個網路 ID
( g. A6 I* m% i7 r  ─────────────────────── - g. a' m* J: V. M' e
  類別 A   1.0.0.0   126.0.0.0 7 Q6 e- ]  f& h9 d
  類別 B   128.0.0.0   191.255.0.0 1 ?  Q$ z  |4 b1 s
  類別 C   192.0.0.0   223.255.255.0
% T5 e1 h7 ?9 F: G; h# i. [% p
+ O$ b" |% w- y  D1 _! t& q4 X& L  p# s) ^, u/ j
主機 ID 指南 & z) g3 R9 [" C

# }1 z0 d5 T  f2 p  u4 K( p/ W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: . ?- E7 ~  s8 p# s  u% L) M
1 h" @4 r! u7 h5 d2 t8 K+ Y4 J

$ H8 p2 a# D7 o" e& @主機 ID 必須是網路 ID 中的唯一值。 $ e9 ~' ]' A; ~' O4 `
/ O7 B+ e, n8 F% \$ n5 e8 \- g
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。 2 s: E4 x, m: u9 D9 k* C1 b# A# b
6 i( [! ?5 W' e0 K' F
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 。
, J4 h/ U  B# @" M4 S, f7 }% d1 v  j1 ?+ k2 E
      主機 ID 類別範圍 % `  s; C6 @; |: X* f1 f& f
. y. X' y- ^- E2 f. x; _1 b
  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID
+ l( e* Y( V% u5 ~/ r& }! S  ────────────────────────
7 D. S. w' u' r. D  類別 A   w.0.0.1   w.255.255.254
7 t7 u" ^5 ?- P" T5 x' i1 }1 ?  類別 B   w.x.0.1   w.x.255.254
1 t' e1 T# |: J1 i  類別 C   w.x.y.1   w.x.y.254
4 g3 Q% L6 [/ Q$ Q; L
, a+ ~, e. s4 W$ j( Q$ p/ f; r5 P8 f: y4 p7 g; D5 g/ v
虛擬 IP 位址指南 ! d1 z1 I% \- q/ W7 Y) T
- f4 l" ^% K& }' z
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:
' F. H1 m7 p5 N) }3 G0 n$ t. X
& q. z. V6 w# o( j  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID
, d# x. B% C0 q3 X$ Y: V  ────────────────────────
% T4 I/ [2 Y7 T0 ~  類別 A   10.0.0.1   10.255.255.254 % }! h) b9 \( S# r+ A5 T
  類別 B   172.16.0.1   172.31.255.254 8 t  h6 V. h, ^: @0 H3 |) c* l
  類別 C   192.168.0.1   192.168.255.254 + t/ r0 }" ~) W* \

# z4 U# i7 Y2 Z' _1 J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):
* j) e0 C1 K: Z' P3 G1 z1 X# n

1 Z0 }5 r: D+ M+ C  {) D, j虛擬 IP 位址的路由資訊不能對外散播。
  M  p" |2 h$ S: E4 q8 c1 H  T2 b
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。 ( ^3 n3 C' Z! S; y/ M6 |
# B5 s& H: b6 _1 i
關於虛擬 IP 位址的參考紀錄(如 DNS),只能限於內部網路使用。
& ?" t8 V' k& O1 _
( v! ~2 i. I9 A$ c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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