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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。
  o* o+ I9 z+ U; s" S; G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。
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3 ~! p8 v, T8 ]- E3 iIPv4 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。 / r! u- B9 @- W. r
1 `/ Q% u- @5 ^/ v( T/ ^' }
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。 ' H5 ^" H) C& h* J7 P2 g. R
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  IP 位址 = 網路位元 + 主機位元 $ `. f, j. ^# E8 M8 m5 e* T
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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。
2 S! F7 M9 E5 ]5 ]) n2 o& D8 V* [: B' b0 \1 l+ @- z
  類別 A IP 位址:0NNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH.HHHHHHHH
) {$ ]" p4 y3 o# W  類別 B IP 位址:10NNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH ) S7 L; s! v2 U2 Q4 A; l" z
  類別 C IP 位址:110NNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH
: v% @7 c4 l! C  L# G+ [  類別 D IP 位址:1110MMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM
$ R: B, z1 I) y4 n1 Z  類別 E IP 位址:1111RRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR
, W% a5 l3 f! d* G4 e3 t. E; c
! r) D$ V1 q% k1 p% G, g  N:網路位元 H:主機位元 M:群播位元 R:保留位元
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+ s' J, i( t$ b2 x" D/ u- Q, W! \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。 8 U4 R0 F1 @4 G" \: _4 w! A' Q# S  b

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: I! ^1 h; i: |類別 A IP 位址
! H& }& c% E+ x7 p+ N. l' c, X1 s! I$ 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。 ) h/ U6 a6 t1 u. n0 L

% B# L  i3 d4 @5 J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。 5 _# p* U' `# u$ p
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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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4 s- q9 _. T) P6 o" J5 W# r; X! ~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。 9 v) v- E9 U! f  I& h& h+ k
  x  h9 k( }7 L* r8 Q: }+ 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。
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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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類別 B IP 位址 2 I* i2 V1 G, `7 {: M8 B

3 W% }* e9 _& 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)。 $ {' c6 t0 I. d/ A# G( g
+ `' O; U! K! U0 J; 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。   
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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。
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類別 C IP 位址 : s0 p& I9 s$ ]$ E4 ]8 ?+ O6 K9 u
* D# _# P3 W% E- F
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)。 " c; b4 t0 |! A

$ c2 F* U- B; `& _- q% M/ ]; `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。
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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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% e7 w. M7 W3 y5 E8 a$ z" R: u" f. H' o5 m8 k8 G0 K) ], K- {$ S
類別 D IP 位址 9 [- P4 ^! J, p+ \

: z; V& [) C# A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。
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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。 & P& j; I; x% }- Q  Z- f; c
+ X5 `. C" W8 v: @
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。 * z8 F; X* L$ z7 ^6 H" U
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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。 + T: S: p' q5 x& |  R0 \

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+ T& @8 \- p+ ?1 q0 M2 A類別 E IP 位址
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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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3 l% N# [: O( P, t6 N7 {/ I+ P網路 ID 指南
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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: + R1 z8 y) u0 z: a+ W+ L& m& }1 K
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" x* }( z; _4 t: z3 ?7 d
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。 & S0 W- g* b) B0 X. H
+ J7 M6 y8 Y% T6 F
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。
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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。
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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。
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      網路 ID 類別範圍
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  位址類別 第一個網路 ID 最後一個網路 ID
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/ F  s7 S5 V" C0 I  類別 A   1.0.0.0   126.0.0.0
. n- ]  u( `& `9 B7 [/ v  類別 B   128.0.0.0   191.255.0.0 0 H4 W$ y% p! y/ N5 m+ Z/ O. q
  類別 C   192.0.0.0   223.255.255.0 ; p7 t+ d* m7 d  U6 {  i) V
: C8 l+ K' K# c, A: R/ Z/ U0 U

$ L/ N5 A0 D" _' F5 K主機 ID 指南
1 j1 U$ w! m$ {/ X, v' [1 O4 d) H4 ~
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:
! k% [# `* S/ K  D, M2 n+ ?" p& m% Z- d
' x4 i- Y# S+ C+ l( L% T
主機 ID 必須是網路 ID 中的唯一值。
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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。
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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 。
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+ Q0 C9 r% ~) _# ^8 O; |* h      主機 ID 類別範圍
# R6 {3 N8 b0 p+ Q" r4 G5 T  N4 @; y( L* b5 H7 f
  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID
$ s6 h$ s/ Q, m. s& M) W. I/ H% n  ──────────────────────── ) f( q; ~; r2 @" c% y
  類別 A   w.0.0.1   w.255.255.254
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  類別 C   w.x.y.1   w.x.y.254
* l1 e  X$ F* @+ K% Z
0 Q& O6 \# x8 M1 P% {" J( V/ B4 A7 k- J7 B" s) J
虛擬 IP 位址指南
. m: k# f4 Z* s) \/ S1 \8 q
5 F$ J% q+ p# ?( x! F+ k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:
) t& W- j+ V/ A) b& Q# c; o
/ g6 I7 ^! X; ?$ B9 }0 X7 N  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID
* f" C, i) n* P0 k; B  ──────────────────────── - D7 p: J7 G& s4 E' i# M
  類別 A   10.0.0.1   10.255.255.254 ) c' o2 X& Y& j
  類別 B   172.16.0.1   172.31.255.254
) b' _# @* t' S  類別 C   192.168.0.1   192.168.255.254
: r" Y9 L5 s# e1 A9 Z; q: z
  m5 y! A4 e+ q% [( N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): 7 W1 i3 M" L7 e& }4 T  c

9 Q' O6 B$ k& i3 V0 ~
1 y. B$ @# n( Z* O" f虛擬 IP 位址的路由資訊不能對外散播。 6 S* U6 R$ V" v& g* J, N
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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。
  `% t/ n) ~; ~' y! m+ g& }6 H2 j$ m( a/ {
關於虛擬 IP 位址的參考紀錄(如 DNS),只能限於內部網路使用。
1 y& W5 P) }* Q0 X
- A$ }2 `% D  `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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