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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。 , W5 g- h5 W* S8 u$ B
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。
' u* ?5 K0 i! N! j+ j3 z
% y' F! _2 Z5 gIPv4 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。
$ ^& y& v. S( i' V3 ~+ ]
. l. N6 T1 d: m/ {0 C" sIP 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。
1 _" A* V" W7 Q0 r4 C+ K9 O
5 K% n+ \  l: P7 I/ V( c' ?  IP 位址 = 網路位元 + 主機位元 . t* ]* k, E6 \9 K4 ]; U  S

+ l' K* s: \# |, J% cIPv4 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。
& o: k4 X8 L( G! N) d: W4 M7 ?( Y2 v+ l0 Z; T  w
  類別 A IP 位址:0NNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH.HHHHHHHH
: |- W! \1 T2 Y) s5 b( M# Y) {  類別 B IP 位址:10NNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH
. H5 [# j4 ~; [% f7 T4 y4 w2 q  類別 C IP 位址:110NNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH
7 f6 v; H  X, h# B, s  類別 D IP 位址:1110MMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM ; e& F& P& W; J! n5 [
  類別 E IP 位址:1111RRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR
  Y: i  U3 X; i- h) ]
+ v/ s& @8 s, K: L  N:網路位元 H:主機位元 M:群播位元 R:保留位元
- U4 S: O- |( y7 U% B, s% r' o, k2 F) s
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。 * m9 c8 a: u2 D- u7 d

& X+ ?& `4 h9 [7 b: z! k/ t  m! P! ^  H
類別 A IP 位址
. M8 f3 m- J& i  ~  I/ q8 }' C3 N; N
( W) e2 i3 U; h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。 / E/ c* e% P4 b" P( x5 m' S

$ W9 b) t4 k2 {4 I# l% `- i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。
( O' K$ F/ X1 O4 @8 `
0 x" F) ^: T- Z3 Z- O$ J% n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。 ( H3 E+ P$ O, b, m  c
! f1 D/ v+ a8 m/ |2 [
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。
8 m( i) k/ m1 [' r/ H
; g. M+ E1 E2 K, ]# b0 K* {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。 7 c4 F4 R3 \/ M1 t

9 h$ v8 f! M  `# E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。 : ^0 I) H: F* d; R) }2 Z

9 S) a6 R% N7 F6 t& u  B' V. q, U1 d
& l2 A. m0 p: o, ^* R/ t- E類別 B IP 位址
2 ?4 ?$ g. Y& T7 C- {# o9 \, A5 k8 l: k
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)。
: `( f$ s8 M  M; P% A! o# U3 l0 d; _$ `2 A+ B. P: g
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。   
5 T$ W- M% q" O6 {
; c0 E. |3 ~# C' B) K' _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。 . k/ m  J) e/ ~: v4 z4 r
3 `$ ?8 |% j0 B6 P/ g

4 i1 Y& w9 `& m: k( X) H9 H類別 C IP 位址
3 w! Z8 H0 s/ @0 a8 V. C6 d( e. |
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)。 ( k6 i0 I+ T8 b0 f& }2 H
! \. o4 t. w: x" K' 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。 / P( F6 y+ K* G& _: s
8 _8 [. ^1 y% Y. T0 R5 C% 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。
+ q$ a2 Q  E5 R$ M8 X6 {* q! [# Z. U7 y* b; F" K9 T

% S5 f/ Z  z5 _類別 D IP 位址 1 T7 \- Z$ v* m8 X
* f; C: D+ H( U: |3 ]" C8 G) i
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。
1 ]! l# l+ u4 y. Y) a( w, d6 }8 _- V
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。 ) I# h" J7 t' u4 `5 K7 l
* g; e! r3 ]0 T( W: y  B
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。
: L# }. j. R! S+ D4 P
: H, o' U0 A/ j9 I" IMicrosoft 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。
( ?/ U: r7 t8 T+ D7 C" K- E& X: k8 t
7 `8 T" Z  Q( K) D9 G/ j3 \& p
類別 E IP 位址   Q7 L! @, C# K) \

2 n8 Z: P5 ?4 e3 X3 s6 D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。 9 z' B7 }/ \; L+ o

8 s5 E/ ]* K8 h7 X/ }4 V
/ R! I( L" G- t網路 ID 指南
& \+ o" a  N# I& X, ^- t
0 m" o* e6 @  E# h% S% |* K; |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:
4 t# ?2 T! N2 D" c5 x& |% z% }) b' ^8 q+ s4 A& \% `- `$ j* m& r' Y
; i0 D: D# C8 T5 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。 & |+ w+ f5 G/ S: F3 B9 f

! B4 s: T# }! o* ^, C4 ?# F; K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 ^! d+ I% T8 u9 X: j

. [$ Y7 W! _2 q) C& v3 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。
3 `4 V0 v) B, B4 T! A' @/ z" i, X( 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。 " ]) H4 I- ], M, e7 m
2 s* r( N8 q- [* g; B2 r
      網路 ID 類別範圍 . e  ^8 c. v1 ~% J' y: w+ z

8 v; D- N9 [. m  U3 V* u7 b! i  位址類別 第一個網路 ID 最後一個網路 ID
5 A: B# G- l; J  f  ───────────────────────
! U9 {. u4 t, j6 E  |3 g4 ]' c  類別 A   1.0.0.0   126.0.0.0 4 G. b+ K# c7 Z1 o1 v
  類別 B   128.0.0.0   191.255.0.0
0 O. b# z' b$ V* i7 j2 y; Q( o  類別 C   192.0.0.0   223.255.255.0
! C* I* y3 }- x
& F/ p7 G7 \! z  R; L& N2 W9 y# p, ]: _# h, e
主機 ID 指南
, b0 e; J/ f& {% @$ C7 Y
! N0 {  Z" M& T. r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: , @8 x6 b- H# A; Q( @9 D0 o
3 ]; o$ c9 V* t" E& q2 K' }/ s

7 b& r9 Y+ Y  X# a8 E主機 ID 必須是網路 ID 中的唯一值。 ; g. S3 t2 t/ C  j8 a

- P6 D/ P" L+ v3 R( n% q# 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。
3 Z. f2 [; m/ [3 v+ i
- p; K# Z* w# V# X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 。 3 _" \* D0 Q% i  ?
  f9 d8 c  W+ C. l+ [
      主機 ID 類別範圍 $ ], W! o. v0 M+ d9 q) i, I) k

1 j$ G0 o  r+ e' l# m  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID
5 @& D1 ]& G" d4 h2 j$ Y8 S/ T  ────────────────────────
# T$ d6 [. S4 D  j) r, k- Y# y  類別 A   w.0.0.1   w.255.255.254 # B6 S! G5 y' N* y' Q
  類別 B   w.x.0.1   w.x.255.254 . d: h+ E( T1 ~& T5 I" ]# [+ {
  類別 C   w.x.y.1   w.x.y.254
% \% A2 L& P/ Z2 V7 ~2 B/ K: w6 L7 }
0 x0 U2 w& C2 `0 P0 T7 w1 x4 o
虛擬 IP 位址指南 2 i* m( P7 }& y% K. o8 ]* v

* j; L: G* C. C1 b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: 9 h8 y$ b* {( R
% \/ B1 f! a& V1 R+ ~  f
  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID 6 y) m; `2 F& J) Z5 {: {6 _' V! v
  ──────────────────────── % n4 r. F( |; ~  D
  類別 A   10.0.0.1   10.255.255.254 ' b/ C- N% L2 d# S; s& i; a
  類別 B   172.16.0.1   172.31.255.254
& O- a; X9 j* o3 h* S* q  類別 C   192.168.0.1   192.168.255.254
: ~# |3 i$ p2 I! y. H. x. G6 b) O, T5 v" {8 {" E! s
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): 4 P  b4 q5 N6 _* w
0 _6 [# H( Q; P8 r5 T) U) ~
7 _2 M" U/ N3 g5 i. [: d" n/ d
虛擬 IP 位址的路由資訊不能對外散播。
/ B7 J3 v: F4 g) U. e
4 E- u% P$ K( W2 E( \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。
+ Q+ a0 ?) ~( d$ l/ @
8 R% k: Q8 @8 N" K/ 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。
* Y$ {  S- b2 y% W
' o  @! r7 J. K8 W8 E/ a: f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。
9 @# O" v; Q( \; `) q  h3 {
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