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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。
9 @; [0 _+ f( O2 H7 R4 k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。 : ?8 h5 V0 _; l
0 X5 c9 ~5 X1 x  z' {1 G
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。 - @5 V0 ^2 g7 m: V
2 R6 q- v3 W, P" E
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。
; |  M! A+ a3 }" ^- e. d8 y- S6 k. q: x, B4 o& a- b7 k4 s8 y; j/ U
  IP 位址 = 網路位元 + 主機位元 , ?+ l- Y+ Q& x+ c- x8 K; |% Z
+ y) @6 \+ d- c  o+ G
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。 1 n* T) E8 M4 {3 w3 v

' r$ b' X+ e% h& n  類別 A IP 位址:0NNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH.HHHHHHHH ) o6 L1 J* `: G" J: Z3 k7 p; o3 r
  類別 B IP 位址:10NNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH ) J2 n  l. |1 t5 I4 [/ d3 l; i/ F
  類別 C IP 位址:110NNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH 7 ^. \$ }, q4 y5 Q
  類別 D IP 位址:1110MMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM ' Q* J+ n% F& {1 Q3 |! u
  類別 E IP 位址:1111RRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR & }' ~4 ^2 s  g0 P0 D" P  M# F
/ e3 w) s; R5 T
  N:網路位元 H:主機位元 M:群播位元 R:保留位元
# X. Z% ^; F8 l4 \  h) v% Y! C& S  }) [0 Y5 x, x
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 \# y1 K3 N( D( }6 y
7 s, J9 N- W  G" O7 [- O
" L- U$ z) w7 M' ?0 [類別 A IP 位址 0 {5 }/ b( K7 W5 r

- z3 T" q" ^& m& u. p" F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。
/ [5 @2 ]  o% j, y8 A  |" b( P- k& _) D: a8 r
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。
% B8 ~7 n7 G# x* Q. }6 E! e) Q4 n6 d" E# 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。 9 b. L5 s( E* S  Q6 Z
( A1 b9 O3 k8 g8 t& C1 k1 m/ f
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。 ( D. H& B! X) g! ~4 x! c
' ?* B8 E: [" r. }+ O+ I
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。
5 z- x, E( ~% _; r
1 o* R5 W- d* O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。
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, m0 o. m- t7 \2 m4 k類別 B IP 位址   ~. o# [( @9 M. ?* N/ X( J) N

# p) f! e. H( W% E% b5 v6 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)。 9 A5 d6 \& z# Q( s) _8 r) n
9 d9 T+ a) [& v# [+ W
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。   
4 [( e, f+ {! _! T5 Z( b5 _! V  ~" C3 V
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。 . t5 l! w. I* k/ p3 D' m
& x$ H! c$ V( ~3 G

6 i, g7 Y% T/ A8 n/ `類別 C IP 位址
) [& c. E& \3 _/ O+ J  W8 j- H- o; f0 Y* [0 Y5 P
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)。 , q) }" [3 }, l
# e9 k. R2 ?% A! X1 c: V( Q
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。 & V6 Y7 t2 R) f* |. O7 L) v: ~

2 F& `( d  Y# B/ d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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' g2 c& b4 W7 m' e
. u$ y7 ~* G9 T7 h類別 D IP 位址 . v0 }7 [, U- `. D/ C+ j

+ }/ D' u( f$ d* l% ~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。 - s9 k( h( A" n* d  O; @5 {
' y; \4 q1 y  `
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。
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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。 6 t! T  I- E9 d/ _) p! A4 O( B
# j, ~7 @( i, N+ W
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。 2 \& L; Z# W$ z2 H
* \8 @6 s, U  M0 Q1 o3 Q
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類別 E IP 位址
1 D- J, D9 p, w' R* A( ^" B* \, N, d1 t
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。
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( z( P' S9 S! h2 w2 Y7 P$ W* N) Z  B4 j/ ?9 J$ ^' A) g  T
網路 ID 指南 3 R& j/ G) A( m, y; G6 |! s
7 W% V% ~+ Y5 x' x  A/ p. @& W$ @0 W; B
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:
+ H1 L" }- x0 @" j# @2 {& r+ I$ A! `1 F: t0 e9 N5 c

: u6 ~% T0 ~; V" n- \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。
8 z! T, \: D: U2 ]$ w/ F: C5 l3 A* t# R8 M: }/ ^2 a
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。
$ I4 B8 X$ j% p- X. J/ a3 l" j1 ~
8 a) X# o$ ?) S; G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。
/ C- [. S8 j; M/ \8 h
- Q4 V6 w4 e) Y9 G& F% O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。 ! ]- H) z% [/ D8 U! f5 j! l; z

4 X2 Y. A3 d8 ^' o      網路 ID 類別範圍 . J  U; f0 W' H6 V6 Z
1 n/ W# b, g) J3 I0 O2 w- p- j
  位址類別 第一個網路 ID 最後一個網路 ID
, `+ d0 Q0 _, A$ e! T1 S6 r  ───────────────────────
+ D* A# R: O; u; R! i. r  類別 A   1.0.0.0   126.0.0.0 3 a! F8 l  {1 w$ ^4 \, j
  類別 B   128.0.0.0   191.255.0.0 : f: ~  P. w8 g3 F7 P4 n9 O
  類別 C   192.0.0.0   223.255.255.0
& T" i3 Z/ e4 g. e$ {. D' G9 |# I: D/ o0 `8 X

8 b, K8 w; t6 \* Y9 @主機 ID 指南
+ X3 s4 p" I1 F- N& ~0 R
  C' W% @2 w" M7 X, A4 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:
5 I! V* R9 J; @9 r" p0 Z- e+ F! }  R( J9 o- s" |# L
0 w( D0 L8 A2 _6 Z. z6 P# v
主機 ID 必須是網路 ID 中的唯一值。
- m. W  s6 w# r4 P. B  a( ]/ r9 K+ d' A/ K) |( {7 O( c
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。
  V! f# }. y3 ?9 x  q) O5 w# Q  m9 y1 X! 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 。 " ]" o! U4 V: v& R3 ^3 S
# S* ^# z, D8 m9 P7 A( U
      主機 ID 類別範圍
- L! v0 m' s5 }+ E
0 O6 g1 u6 h4 R- j- [  v  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID * y" Y4 b; `- H; E/ b! M$ j
  ──────────────────────── - X; _4 ^9 @" Q: ^; i/ C/ E
  類別 A   w.0.0.1   w.255.255.254 + X& C  E" Z8 F( `/ n
  類別 B   w.x.0.1   w.x.255.254
& M7 L- p$ N0 G6 v; R# E* ^  類別 C   w.x.y.1   w.x.y.254
1 k9 d( U* _) [6 [8 s& a8 Z3 L4 z! b
% y% B* @. r, B0 U4 I
虛擬 IP 位址指南
- r. g! x* C- s$ V/ o5 X, e" e# ?2 ]: z7 V+ b" V
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:
- e. |8 ~, E  c% R! _- b+ @$ X  K4 E' a
: J4 }: ?! S9 y* @  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID 3 n, q8 |, Y$ U3 t2 `2 z1 p
  ────────────────────────
, x" d# [) ]$ Z  類別 A   10.0.0.1   10.255.255.254 ! N  W+ Z, L. }8 g* O7 v  N
  類別 B   172.16.0.1   172.31.255.254
0 M! g& l. B4 k! g# u$ c$ D* t  類別 C   192.168.0.1   192.168.255.254
! ~  V5 U) b& X8 s! \9 T, P6 ?& _1 Q/ K
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):
2 v! S7 S" M* R1 y7 w& b* o* a% k8 S* Z: K& `

$ k1 ~2 B4 _  A/ V# ?1 K7 ?虛擬 IP 位址的路由資訊不能對外散播。
  B' E  T6 h: ^3 {3 S  E- l: A2 }/ z! f2 k  q3 M
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。
! g7 i% Z& U6 b9 }; B. o/ X; g* }# g6 t
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$ L$ h& h* Z! `6 v% ]7 d( i1 D" h/ A7 p- t- b" }
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。 , `+ c. K$ M% \" r8 A
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