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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。
2 F4 j% }1 [1 u+ i$ i" m# k$ S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。
- k; L6 ^5 M. n+ v; l. m, `3 `
4 B! S9 \$ W0 F6 Z/ Z0 uIPv4 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。 8 g# ~1 S+ X/ }& s0 y; i

4 T/ S9 H& v+ i! R; MIP 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 _8 Z5 z2 K9 r7 `8 |& ]
7 Q" N  n" ?  D, \
  IP 位址 = 網路位元 + 主機位元 - I: p, A. V( Z

! N2 q, |8 J' Q( z. P( W7 K, z( }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。 8 Y$ T* t* J* A. G( r) V! @/ G
' A8 b6 ~& D: e! K( I
  類別 A IP 位址:0NNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH.HHHHHHHH
. R6 N: N. O% ?$ C  a  類別 B IP 位址:10NNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH 8 Y( C9 e9 T) ]' Z* B
  類別 C IP 位址:110NNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH 4 m" v( a! |; R! _9 `! j
  類別 D IP 位址:1110MMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM % f! J# c2 k1 ?, @" K
  類別 E IP 位址:1111RRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR   l7 c& |) O. R9 C! {  w+ C

0 ^  C  _. l. f' |" ^0 V( L5 W. j  N:網路位元 H:主機位元 M:群播位元 R:保留位元
$ u$ b' C% @, ]5 H6 U) M$ Z) f, \7 v, r$ E  K3 V
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。
& B, A, s) K( Q  j2 z# y
) ~& O9 n* b- \$ r% n2 M. ?6 f, V4 ~) W5 |8 H  L' [/ L
類別 A IP 位址 9 C3 ^" B5 f! y: ~
% Z$ [- G/ f& h+ m
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。 ( v& d$ l- z1 h# s; G- g$ Q

+ L2 E0 s% }# J$ W3 p$ G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。 0 N2 i" S8 b( P
9 X* c  ?' P3 R! ?! z1 C
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。 $ M+ W" b3 i' P% D2 {8 H

" m" F5 B# U* a( l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。
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3 c" o) S$ k% l9 N" [# d0 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。
1 x7 C$ T' {& y$ f+ f9 b( u
4 [. O* N6 o6 {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。
$ _6 S6 C! ^1 Z5 u
6 B* N  \- a" Y+ P/ g. ?$ {4 b2 A5 ]! o" b% A  N
類別 B IP 位址
) s' b6 t/ T6 \0 w% w
1 k! s  P" N, m' A  @" Q( V1 V9 I/ Q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)。
% n$ t1 Y- ~' r+ G% Q. @1 s6 W& i) r' b! W6 C
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。   * f8 U; U. k5 ?
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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。
' T+ p! p, d  i# i8 u" [# |3 D& u6 M* I4 @/ @2 W& d, @, W

' m+ h" S  C8 Z- L類別 C IP 位址 % d5 T: C6 R5 X3 [
) d' ?/ M6 T2 h9 A! }. h* y& H
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)。
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" I) }% u2 i/ J1 b1 M  z. K/ V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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  ?+ s& |9 m1 ^/ z0 h& s- h
7 j/ J$ h3 f1 o2 n( e# m  ?$ [1 H類別 D IP 位址
8 Q* v  X- n% c
4 o# }, N" `! o" r) K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。
% b- u$ X  ~+ Z& q9 o7 K3 H+ z2 s
  Z( Z/ Y' V0 L0 K0 r: c# c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。
' S9 K8 g4 T+ ^6 _6 H
, u; x) B4 }4 `& q2 s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。 & j: b# [( _) T# k4 X. M
% n7 E( u2 ]& j) b* w: n1 B# [
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。 ' {: P; N3 |5 B1 R1 S& y2 S
" P8 g7 e) b4 v$ }6 J

0 ?: J' b. o: e7 |類別 E IP 位址 : h  a3 k! U/ r) ]) A9 b- K

$ n+ \$ U& Y. G4 v, [1 C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。
  j6 n  X) S9 u. C; X3 H
  J* h! b7 l* O% \$ z
* r0 `5 p: V& `0 m" S: \網路 ID 指南
3 w% a; ]8 ]1 t" D
' p! j" e6 ^0 l( g5 K1 T7 \) ~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 R( a$ ~* M2 g+ G
7 S! Q% [5 B' p+ t
' N3 s4 V0 t; K$ A3 C' f8 l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。
9 d; U8 y2 d$ J0 H, e% r
& V9 [1 _7 p7 {' }/ g, o; }) n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。 ) r; w9 o4 ?9 @( u; j$ h& Z( \

0 A% U; Z4 A, J+ q% L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。
! d4 m! C6 c: ]) F9 _$ y9 h6 R  p( j# N3 f- V8 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。
4 U4 j& ?, c- B5 W- a& a* V$ \' ~: q. r3 r
      網路 ID 類別範圍 ! D# j  T: H% l) L4 P  _/ d

( P/ {5 |3 P8 i- v  位址類別 第一個網路 ID 最後一個網路 ID % I$ }2 a# s( ~4 m
  ───────────────────────
! ^0 y' \4 }2 \% @) N  類別 A   1.0.0.0   126.0.0.0 & c  p# ?* m6 d
  類別 B   128.0.0.0   191.255.0.0
' e0 W( E9 o; F$ ~+ A" a% q  類別 C   192.0.0.0   223.255.255.0
' G( q" S* m1 h; X5 i# l3 U5 g
6 `2 l3 o" U2 Y% D6 N
! Z% p0 }( f1 H* Z- [5 F/ [9 e0 k主機 ID 指南 : R+ P( N" Z8 _$ J; R
& D- O* e0 }+ Z; }* {/ q4 _
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:
. u) i( E' S6 M4 I$ Y2 ~
% v$ o, i) S, f) O; r8 ~
6 m  p6 U( Z% a) s6 `5 d+ e主機 ID 必須是網路 ID 中的唯一值。 3 e# l" J; }, v! e
& P7 Y4 G2 I8 V( ]9 h
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。
. B" h/ V. B. j1 s9 I% k  @$ Z  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 。
+ H7 E5 m' b, M) e! C' X, ?/ D/ Q6 @4 p3 l7 ]. l
      主機 ID 類別範圍
# ]1 X3 E1 ?  }3 L: g2 ^4 E5 y" Q- M1 B  F6 I% @% e
  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID
3 J: K. c6 I- k% I5 ?" `. }8 P) H  ──────────────────────── . e" O0 ?; Q3 u) G: m
  類別 A   w.0.0.1   w.255.255.254
, ]6 N4 [" }1 o5 x1 k  類別 B   w.x.0.1   w.x.255.254 ' E, t* N& r$ k
  類別 C   w.x.y.1   w.x.y.254
8 X# x4 l- F/ d
) }- d5 c4 J3 d4 ]
4 `" `4 K2 F5 z2 c# Q虛擬 IP 位址指南 : t8 ?: W/ C4 d# R

1 Q; Q8 [( }  X/ \3 m. T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:
0 N/ u$ H% D, V. x
' u& `$ A% R) h" C; P: q  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID 6 y  z/ M4 ^9 A* n) q/ Q/ r0 ]
  ──────────────────────── ) ~4 `' v) L% T% ]( D" q5 w+ Y
  類別 A   10.0.0.1   10.255.255.254
7 w, [( ?* s3 z. M( G  V5 q  類別 B   172.16.0.1   172.31.255.254 $ f  b5 v/ U$ n( E) V( h$ x
  類別 C   192.168.0.1   192.168.255.254 ! K: s$ M. M5 |1 E( v- C' V

3 r) W& a9 y6 a- g+ [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): 5 d' x# ^! Y6 _, q
* V; E1 d& W* P! o, A

+ X5 [0 P3 u; }0 j* p虛擬 IP 位址的路由資訊不能對外散播。 " u$ p$ X+ l5 D! y" A* e0 l) K1 b  R

4 q6 I, M; S0 C0 w, 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。
5 D( v: O: n; o2 n+ ]
0 ~$ }7 u6 b/ R4 y  G& W關於虛擬 IP 位址的參考紀錄(如 DNS),只能限於內部網路使用。
& x" ^5 V3 v6 Q6 N+ N5 T' M% E: O4 l1 s- l' s$ K
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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