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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。 5 p0 r* A, y) e; i0 |) 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。
; h" {9 G5 J) |; S+ }/ L2 o' L) D3 z6 _- t
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。 ' x5 L0 v) i' \- e* C

0 b1 p* ?$ N7 gIP 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。
0 {  p& m6 m4 q9 y
/ h, W# ^  @8 `  IP 位址 = 網路位元 + 主機位元
- M3 F! D1 b7 v' A
* T' @/ P& j$ R% J3 h+ S/ Z7 X0 LIPv4 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。
. Q$ K+ i9 u  z, o2 V( H, W
7 B' l# }0 l- v6 N  {  類別 A IP 位址:0NNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH.HHHHHHHH . b- X- n, Z" k
  類別 B IP 位址:10NNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH
* {8 F. z/ }  c1 H% i$ R  類別 C IP 位址:110NNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH ! Z/ y9 k, T8 U+ @: O
  類別 D IP 位址:1110MMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM " d; R* u$ K! @" r
  類別 E IP 位址:1111RRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR : L% {! b4 s' _/ E4 l9 E

0 `- a; S/ R% a8 |' E6 j! X: t5 \  N:網路位元 H:主機位元 M:群播位元 R:保留位元 $ O$ F, l1 d( Z" q' `$ L& C7 L' X6 y

1 O7 O# i* s) r% }3 c4 A" 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。
, \$ C5 e  ?& r" ?6 A+ `* n
% l0 z1 b# q( O: o' a% q# O; s, i( ~* U5 o, X
類別 A IP 位址
0 o& Z" ]9 f6 L, I9 r
. s3 G/ p% S+ K) O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。 - N7 c5 z3 A1 ~7 I2 g8 L
/ P& d# p; A. 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。   Z  Y% l1 }, x+ ~8 R* V

: t9 f: s, N8 N7 t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。 ! b& a; T6 g% V6 ?! U
4 k0 E! n' l3 D8 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。 . ?5 C$ b6 g- i( G
- B6 F  D  q1 M4 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。 ) v1 d4 v9 {# U$ v, U4 J4 d, E

+ g( c" a2 b  J! l* N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。
( f' ]- Z" u8 r) o5 x& n* U6 C5 z$ C+ U

; r. i4 V/ t9 h類別 B IP 位址 % Z! {5 Q' a3 {- V* W
' [8 ~; l# I* V5 t0 q2 b
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)。
& a5 |" H- A; L( F" X" w0 r3 g8 d
( s0 `; r: |: r7 ~4 t2 `; U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。   
* {& m( S! c# b) H6 `+ A0 y
; e& V" x5 u% A3 t. q6 [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。 5 Y% T  m0 {( P% V: H

+ Q+ V2 Q9 N( r2 N- I! U! L
2 |. ^" r- ^+ P3 o7 x類別 C IP 位址
3 E* }3 V/ @7 g' V% [
& l* y7 y$ V7 m$ 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)。
4 ?2 `; I1 F+ @  y) M
$ C; }& P- L2 ^8 x$ F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。
6 `! n1 i" J0 [7 g
; v* M7 k: g/ N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。
& T3 b5 N" U  h+ K* ]& o
) [: o$ q& l2 |9 p' `! [. f: a2 m) N9 E' @. b; A8 G' |5 y) n, X+ d% W/ i
類別 D IP 位址 " A. y" j# {. F9 ]- s1 {

+ C3 m# K6 k/ x7 V& 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。
3 G/ X8 ^5 X7 S4 j, w
( b5 u9 S. R9 R3 z1 ~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。
; z( A* c6 t  B  w8 l
* ?6 v+ ]% M+ K. e9 C% O1 D9 h/ {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。 , K( W& ^2 P) Q6 X
# _& S) y# ?# p0 l$ p1 h; ^
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。 " c9 \" L. r! h7 R5 n8 C- O- ^

3 p, M  s' b# H; K" {; d1 G, ]1 s; _& n
類別 E IP 位址
' ~# X$ ]8 k8 @- v; x& C
( C  q" @" ]% W" {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。
$ t8 I- a) n5 N+ y& a
8 _$ `: b- J7 a) E0 p. V0 K9 P/ S6 R$ {# r
網路 ID 指南   G9 Z; t1 _, U: P3 Z8 _

0 g0 i8 o* O8 K  N# T7 L, I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: + K$ f( Q; Q- {( b+ a
& h( o# q: z# c; s+ {$ q  V: q0 i
$ J; a+ c9 L! m* V3 \7 d( p
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。
% ~! L% H& h& D0 a
* ~$ G$ y) O: @9 R+ R7 r( D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。
9 a2 P7 A  N( |4 c2 |( h! r$ u" U+ ]% W6 k; C1 C6 X0 o( A
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。   Q1 I( `( U3 n; L) l

- N3 A; {9 |! O! B. m+ z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。
- C* C* F+ O6 k; T
, Q8 p. F* k1 {      網路 ID 類別範圍
+ |' \' V! h+ P9 H% W" q
# s/ T1 s& n* P0 Y& X+ |4 r  位址類別 第一個網路 ID 最後一個網路 ID
8 l/ P0 k. y( U- W( |  ───────────────────────
2 t& \9 |5 c, K2 V5 [  類別 A   1.0.0.0   126.0.0.0
4 _, G* ^' }: q8 L9 S% S  類別 B   128.0.0.0   191.255.0.0
) @& l4 j& |; r6 Z+ M7 R: |  _9 S  類別 C   192.0.0.0   223.255.255.0
& J5 e0 e6 k! y/ `0 m
& u6 Q0 m8 Q9 H- V' H& y/ x" w9 W! d
2 h7 A  t! p, V! _% K* r9 Q主機 ID 指南 6 J# d! F9 n) D

( `# ~7 [6 x. x2 b/ ~  a# a6 S$ Z9 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: ) d, Z/ q: L& g7 x& z

, J6 H6 _7 ~# k/ b5 k0 y. \; I) b0 k4 V4 e
主機 ID 必須是網路 ID 中的唯一值。
/ J  a- t0 T* B3 T+ s6 J# Z/ {9 d
8 `" i5 k% l9 @* g. ?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。
1 V, E! h9 b2 w% i# M2 L
. l& S7 t" [5 y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 。 " [8 l" A+ \7 k7 W) e  @. f1 Z4 O

7 s: p4 N6 C" S# Y3 m9 i      主機 ID 類別範圍
! X8 m0 u, J7 N8 v/ v2 X8 x! m0 ~+ E
  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID 7 O6 @* j+ F5 w: d
  ────────────────────────
) J. ?! G6 H, V; ]8 F  類別 A   w.0.0.1   w.255.255.254 ( q* {# k5 l3 q# }# M: X( |" d# ?" r
  類別 B   w.x.0.1   w.x.255.254 , `! s# q! |# O9 |% [5 V
  類別 C   w.x.y.1   w.x.y.254
" T7 D; ~; E1 E( `2 B  o
" N  u+ }% M6 E+ r$ ]8 p/ W3 ~. o  _5 M$ _+ W
虛擬 IP 位址指南
7 v$ r! b9 {! h" _3 y  q" k8 ~8 C5 `- j8 m) A: i
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: , x: [" }8 _1 }$ H* N

" q7 ~; e  t. U; R  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID
$ C7 _4 B5 i6 O! g% i5 f* |! m  ────────────────────────
/ v3 A1 T9 g: C% r' y. V3 {2 L  類別 A   10.0.0.1   10.255.255.254 % v' R$ h& n+ x& t! H
  類別 B   172.16.0.1   172.31.255.254 7 `/ ~! B9 e, U& p( p
  類別 C   192.168.0.1   192.168.255.254 % ^4 m8 F" ]5 J; C* \7 u* n

* u# Z: u6 i& P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): ( G7 h5 u. w# [& B
2 Q! x* u! n6 W" C: v) |  W: g

. |5 [! Y: Y. l4 d$ L1 v虛擬 IP 位址的路由資訊不能對外散播。 4 M/ D; a4 w4 n! O
7 \7 P* l) {( c" p: e) d1 l. w5 Z; r
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。 & J9 [8 ~2 X% J' ^2 |# S- e% w
1 _- G% P9 E9 E3 r! f2 r
關於虛擬 IP 位址的參考紀錄(如 DNS),只能限於內部網路使用。 " d3 s( z0 \" y, R

  h& ]4 ^7 j' t' k# L0 H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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