IP 教學

七夜怪客

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。
* t9 @/ A/ |/ R3 D4 ~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。
2 `: `" {. l' g) Q
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。

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。

  IP 位址 ＝ 網路位元 ＋ 主機位元

/ C2 i5 H0 }" @1 c; h$ M, @& `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。
3 f8 E2 @  U- ?5 e4 r
  類別 A IP 位址：0NNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH.HHHHHHHH
  類別 B IP 位址：10NNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH
2 A) z) K$ L/ G2 f$ I  類別 C IP 位址：110NNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH
  類別 D IP 位址：1110MMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM
  類別 E IP 位址：1111RRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR
. e8 S5 C. h+ x! U& m3 b
- ~9 r9 p" f! ?  E6 I; M3 |0 V: P  N：網路位元 H：主機位元 M：群播位元 R：保留位元

: D/ e2 O7 A0 D9 V/ g; b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。
9 d: W! v" u) z4 ?0 h) L
- I9 Z1 s1 u1 q; y- U1 Q5 Q
$ k9 M7 M' |- d' X# B- r類別 A IP 位址

& e; Q/ F9 D9 ~( _$ A* j" |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。
; N9 Y& C& Q# a) V% O0 Z
# S7 g; d" [. P' k# f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。
$ l" s; w1 F5 f4 D
# {4 E( I% U* x. D% \' K& q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。
2 O. A; ^, ]( {/ C; x
( Z; p" i7 i5 C/ _! [8 V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。
' ]) T( G7 X$ n+ 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。
, e6 r: V  g5 J* R
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。
9 m2 `1 p2 ]* C$ x9 N( q
: x& [1 x- m4 q: M  I
& Q1 s# x/ h% R- F, O: w3 x類別 B IP 位址
( c$ U; M4 ~: V% L
. `; Y; O& W6 ?0 c; d0 f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）。
, g# P: u' o% s9 x
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。   
" Q4 Z% y) x2 ]4 U6 X: p! T. x- W' }
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 `& n+ I9 U+ x4 R
6 q6 ^, `$ E; ^; _! l" o類別 C IP 位址
$ J8 B+ _: k, w9 P, x4 a* K
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）。

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。
  z2 M" y# e# S# ^9 r* C9 A
9 d: H4 I3 I$ G7 o' q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。


類別 D IP 位址
& f6 [4 q- w2 h- D/ r: t
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。

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。

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。

/ K7 m8 O! w2 k6 f) Y5 }# j9 xMicrosoft 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。
) d& j, n8 w% f. z: T* w

類別 E IP 位址
# m  i4 v: q' h; |& I* G
" ~9 E. S8 i( Z: I8 a, H) N: \5 k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。

( a6 a: S$ f* m1 ?
( i- a+ \! l, L% N網路 ID 指南
( |& U6 c2 e, I: V! b# A; s3 a
' m. h0 m) D& h8 J* K3 a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：


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。
! d5 W0 F6 d' M9 t$ 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。

% H* B$ R, x- Y3 c3 T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。
6 e2 e& N8 d) a
  Z5 Q) u0 d% C9 [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。
. V) o0 \% D. d6 y  U
      網路 ID 類別範圍

  位址類別 第一個網路 ID 最後一個網路 ID
' j! D% U6 f& j. [5 i  ───────────────────────
/ T5 d) t. {! E: _& X  J9 Q  類別 A   1.0.0.0   126.0.0.0
* j0 F# H) S5 O4 f; x/ u. X  類別 B   128.0.0.0   191.255.0.0
' R+ `/ r  s" R2 l& a8 o! {  類別 C   192.0.0.0   223.255.255.0
8 B2 `4 r& A5 R
# M7 Y- j% h$ M; C
主機 ID 指南

: T6 f' L# p: Q+ c0 B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：
6 S3 P2 S$ w& ?& `! d

/ n, ~; O2 m/ s1 X7 p主機 ID 必須是網路 ID 中的唯一值。

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。
' ], c# T" U% m) C1 s% J
* T7 }# p- f5 H8 U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 。
. r- J# D; w9 M7 z
      主機 ID 類別範圍
$ N! d( w/ C$ X: ~& i- ?9 Z# o
; i+ U( y- f$ Y* c; d! q; w) Q  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID
  ────────────────────────
) g- m8 ~/ [4 ]2 y" l- ]) `, p# l  類別 A   w.0.0.1   w.255.255.254
  類別 B   w.x.0.1   w.x.255.254
  類別 C   w.x.y.1   w.x.y.254

- }% t* @$ y' {; c9 A
+ d; A: W) z1 ~虛擬 IP 位址指南
$ E& T' N  J4 E  }- D& O* E6 U
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：
$ z& f/ ^( M1 w
  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID
  ────────────────────────
1 |, ^- S) h) F. P% ]  類別 A   10.0.0.1   10.255.255.254
7 O5 |  ?* H, q5 ?  類別 B   172.16.0.1   172.31.255.254
  類別 C   192.168.0.1   192.168.255.254

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）：

+ R( N$ ^5 @' L9 Q6 a+ ^8 k% ?3 f
0 M/ ?6 ^' E: L虛擬 IP 位址的路由資訊不能對外散播。
4 Z% d' M  m- e7 k5 U4 q
6 d1 U; Q; r1 w9 i; N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。
( e$ N9 H4 p# k1 q$ a3 X* v; a4 h
關於虛擬 IP 位址的參考紀錄（如 DNS），只能限於內部網路使用。
6 A1 V( m6 R9 ^0 p+ L' q6 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。