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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。 / A+ ?" K6 ]8 G0 f2 O. n
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。
0 S# w6 n: N# t+ w% m) S: A$ N0 ^5 x% [6 H3 G7 S9 ^
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。 0 k8 M  Z) G! K1 R
2 F4 L; _/ M9 K7 ?
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。
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  IP 位址 = 網路位元 + 主機位元
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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。 ! ]9 M( \& T& w' w8 v$ W& [8 l. y4 Z
! v; R6 Y' |3 P8 I
  類別 A IP 位址:0NNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH.HHHHHHHH
( ?2 j& G$ N8 Y# {# `  類別 B IP 位址:10NNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH
! Y$ L% x( X0 w4 T. u  類別 C IP 位址:110NNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH $ M$ O# F; X9 K2 _1 r0 y1 i
  類別 D IP 位址:1110MMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM / W! H4 j+ U# I4 E; Q' d
  類別 E IP 位址:1111RRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR ' h! ?4 X# c8 Y1 w5 p/ n$ A
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  N:網路位元 H:主機位元 M:群播位元 R:保留位元
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  i" g; p) w# u. C+ 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。
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7 o% q8 V3 h1 A4 {2 u4 F+ I類別 A IP 位址 ' W2 c+ x+ ^) Q% b9 w9 f, Z, n
* G! ]/ O  X; c* C
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。
4 {9 @! D; D' f8 [
7 l* a  w% b" }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。 ; U, k( }! h" C. R

& t6 v! J3 ~1 n5 a5 [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。
& u% U* V/ _) h  p9 o9 }3 @
! l# T( _$ N$ p" z' d# ?' d6 T6 G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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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。 ( _# g* {$ Z2 F. |; {7 i! M

3 @6 k' ~6 W. e- P
  V7 m: _* }/ g' L類別 B IP 位址 8 g+ E& e5 i: }7 K/ O
! g( W0 B9 Q' G+ g; m# ^
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)。
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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。   
8 n8 q. V& l5 \, K* c
* l: t( @1 R% A" O2 Q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。 % m3 A) m2 P  W

* S0 l6 p0 s) _! z0 J1 X" h/ D' M: x$ X: f" q3 s
類別 C IP 位址
% D" n& ~" @8 I
3 c; U' K+ `) \7 |- U; i8 L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)。 # V1 v2 n& N) u; X9 {
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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。 ; F+ |3 P" `0 I8 [# U$ p+ ~0 V: G
5 c5 s  L) i+ a3 x; l
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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6 ]/ p& J5 z8 w) ]5 h# W$ s: v7 g# \; z- o$ f
類別 D IP 位址 0 N$ e6 X8 ~3 u/ t8 e! X4 K) A
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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。 % f/ e1 n  J, Z5 B% w
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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。
; T/ P$ O6 f' i# I1 j; ]4 O& D
7 O# ~' b% f* u" e; m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。
* U5 ?: T- d/ r5 n: V! T
) y, I' O: a1 U( z# d1 K; YMicrosoft 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。 8 Q- K: g5 X$ S
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類別 E IP 位址 - `8 j5 Q, g; K) h. b0 u+ y0 z
1 M; v& h5 a8 o  T* u
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 P% {- P, \6 N) X7 d3 T: X! @

3 m* h' D  A8 C
* b3 ~9 a- X, ^. C5 j網路 ID 指南
3 i: C! ?, o/ e! ~1 I0 r0 m# H4 F+ A/ E7 [0 m
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: ) G# y0 F5 q8 G$ Q6 e! m" D

0 d7 C  l. F4 \5 O) ]& M+ m8 m* V9 k2 k% s/ D/ \  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。
; ^3 l# ~6 ^9 t. a
# j, ~9 l0 O# X% g* q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。 * A6 y/ l4 p! a8 [6 ?9 U

5 x4 ]% a" s$ S! `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
9 J" ^5 u4 A2 I8 N9 y8 a% F! R" ^- V
  位址類別 第一個網路 ID 最後一個網路 ID
  n  h5 x2 x! q2 F* ^0 ]  ───────────────────────
7 T+ O6 g7 f- v# q' ^  類別 A   1.0.0.0   126.0.0.0 + H- {6 S1 q4 x2 Y( }
  類別 B   128.0.0.0   191.255.0.0 + T9 I1 D' G7 h
  類別 C   192.0.0.0   223.255.255.0 : _  l3 `/ W! ]4 `1 I

( O1 ]6 V- `) F0 m9 w$ {+ w) a1 y6 b
主機 ID 指南
7 a4 n4 v. d/ n* m  f! |$ n! F6 w
% K# a8 x' i* E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: 4 d6 n9 D2 m9 }( f3 D  v
% P" c5 ]8 w+ V

6 ^# |) W2 r1 g6 _2 H8 o! x: u主機 ID 必須是網路 ID 中的唯一值。
5 e4 [8 C! T7 a, e2 ^$ C1 v. X3 \" ^- [! D/ }& v
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。 ( h- Z) r+ q. ]7 |

  p9 f* g  j) d- L8 W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 。   j2 n2 s+ f& v  E0 x3 I

, w- ~! x9 m  Q- D& [: e      主機 ID 類別範圍
: [+ i& X7 `" |) N. c; [; v: ~: ~$ l( r
  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID & w2 d" i$ U& b  v( q6 K! F
  ──────────────────────── 3 L1 q" F( n+ U
  類別 A   w.0.0.1   w.255.255.254
  ~3 W+ U9 V6 |1 O& W0 ^% E) [6 _  類別 B   w.x.0.1   w.x.255.254 ) B( A( `8 ?. E& v
  類別 C   w.x.y.1   w.x.y.254 8 o$ |' l) q* ?8 a" F

, ~) y5 A1 h, U9 H0 I
) i. m/ c- n9 A% O+ o+ S/ Z虛擬 IP 位址指南 + Y/ K* v, a9 d5 K

, y& R7 Z$ ^8 ?+ S9 K. G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: 5 z$ u3 B5 |% K1 s: O) p
1 O, p3 X& o( G8 e# j2 j9 o& I. _
  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID % M% s1 t  b% Q4 d
  ────────────────────────
0 c' X$ j4 z* q5 z0 G  類別 A   10.0.0.1   10.255.255.254 & R- W$ k" N+ y! o- h
  類別 B   172.16.0.1   172.31.255.254
+ C) |6 ]6 ?0 I$ @0 [  類別 C   192.168.0.1   192.168.255.254 % t; M  ]& _, A, n

' ?7 s' {" A* d$ E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): # M% P# K, i9 G* A1 V1 s9 |

+ O, |; [( L9 F+ i& G; B  f" s
- k3 o: K, h) Q# a) N虛擬 IP 位址的路由資訊不能對外散播。 4 S2 I; J+ W) o. z9 G$ r# L- a

! f; N6 k- p  Y, k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。 % f% y" G  _; D. f: ~6 ?
& [. S3 h9 V6 ~' j4 w5 V
關於虛擬 IP 位址的參考紀錄(如 DNS),只能限於內部網路使用。
9 o% ~8 Q. q4 d. H6 r' N
  p4 P8 Q2 E; ?# p: R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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