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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。
# ?) S+ s8 K6 }. s& L5 V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。
; X; l1 ]% n  [- z
, ~, v" D* {. M& }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。 + y2 v, @( X6 O0 o5 J- b# r* t
* ]9 E0 I/ C5 Q& ~
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。
, W$ P5 }6 ^& R( W
+ K8 j! Z' v7 k  IP 位址 = 網路位元 + 主機位元
3 ?9 ^+ x% @3 U' s, Z8 H/ O$ E: E& u# t: f* V
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。 ) X6 I2 t- W& r4 z: [
3 q( `! [2 q& r8 Q1 f6 C/ r
  類別 A IP 位址:0NNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH.HHHHHHHH , U  M6 T+ g1 s" W9 P
  類別 B IP 位址:10NNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH - x6 b( H* Z  @. v  ?1 ]7 t
  類別 C IP 位址:110NNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH
8 ]& g  C5 B, d' a& n  類別 D IP 位址:1110MMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM
! R, T9 @- V$ m$ N/ l5 f  類別 E IP 位址:1111RRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR 8 g) a5 i( p! q+ S# B
1 q/ c: b( H" x8 l7 _" o* w3 s& _& Z, {
  N:網路位元 H:主機位元 M:群播位元 R:保留位元
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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。 ( R) ^/ X2 J! W# N+ z# f

  P3 E) K9 Z' U  Z1 o5 c0 i  ]3 E& ^/ R" f  u5 B
類別 A IP 位址 1 A! F9 O2 k* l4 p
3 J4 Y9 c% O& y9 |0 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。 1 D: [" }0 M. f8 u2 J

9 P6 H* }* o$ d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。
% X& r6 [+ R* w
, _! k- U; [4 @1 m. v& {  g7 R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。
$ r, \1 h, i2 y) n1 R9 W# }, {4 j! T
8 a, ^1 f2 K+ E0 n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 f, H/ P6 S; W  b! T+ F4 ~4 @3 z: n5 ~; V
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。 3 c% f$ B( l* A0 e" p6 V. P7 l4 q  \- [

3 j# l3 o, E- @$ v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。 ( i- B& O0 o6 f
* D3 I0 t( x3 `
( l8 D3 w7 |0 v3 i$ ~2 f
類別 B IP 位址 * J: b. d- y$ e
0 P( f  @; w# ], |7 X+ p
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)。
& s3 {$ Y$ @* h
, u( b$ |5 q/ R7 Q6 N* ]. d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。 2 t" o/ Z4 }8 p. M; w0 R

) j' c3 ?1 y' {% t6 g  N0 D6 G9 }0 A1 {! s  B
類別 C IP 位址 ) d& [  z& b# K7 N, U' H1 K
) K* B0 r! X" y/ [* L; C
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)。
5 ~& t& A5 A( V2 C( l. M& b/ v7 |. p+ ~/ p
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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' L& b4 m, M7 Y: a& H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。 . z6 P- b% D$ A; X9 |( a: V/ m( w8 }
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% N& \+ @# X0 ^: X類別 D IP 位址 + N% B# U/ T: }0 F+ l

9 P9 k8 G& e9 b* 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。
2 \6 P  D) D5 _2 u. G3 m. Z
$ d2 l- X+ g- v; q, Y% z' c) j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。 * J! Z4 G/ G- [- _
5 W4 X1 F+ B& V5 [, k
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/ r' q$ v& S$ e9 t' e8 y
; l  I9 a9 L: y$ `7 l5 d) P) {
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。
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3 E& n# G2 {1 m% e5 J9 `. l
類別 E IP 位址 $ x3 L2 r  H7 l
1 D( A1 @8 E/ c3 m. q: f
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。 ' x: _' u7 y3 I
! z8 ?6 U9 [' V) z! d

; P% e) W) P# q& I網路 ID 指南
6 |7 c' {# b. r$ |( z, _
- x- a( r( T, ^! [3 j4 o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: & B* U. x- L- g  \+ G' i. @/ ]

/ E4 \* @) g7 H  ~) t  Z/ @
( S- g. P1 ~0 u  f  b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。
" `" g$ q; ~- E3 E' H2 L# g
9 Z% D' ?' T1 ?6 b9 [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 K9 I- i0 r) M% I5 h

1 E+ Q0 b  z7 J: D& f9 \- d9 j" y, |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。
6 U( D% T) Y1 y# }4 R
7 Q! f' v/ O* y1 D! u1 ]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。
; z. l/ o  r* @. t1 X5 d3 U3 w
" q1 O& n, g+ ]! g2 H5 f      網路 ID 類別範圍 - z" {8 e$ P5 R; z# k0 Z
9 i& ?/ Q7 Z9 C$ B$ ~: H/ `0 L
  位址類別 第一個網路 ID 最後一個網路 ID . ~& l/ i( J1 l% Z3 n, X
  ───────────────────────
" b- B9 z. [2 r7 o$ d( i% y7 x) U  類別 A   1.0.0.0   126.0.0.0
% |  O0 W+ E: _, l, ]  類別 B   128.0.0.0   191.255.0.0
' D! F+ o0 L2 S- \4 F  類別 C   192.0.0.0   223.255.255.0 & \* ]: p4 ^: {9 H

; S- D: b/ h& e: V' R; b7 }/ C/ ~$ g/ \) g* U  N" C
主機 ID 指南
4 Q( @2 h0 y: |, i% g9 B
* I1 ]; M/ m8 k  m( S' A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: ; C" Z% _% _5 B3 p2 a

* e& n$ D" K2 U/ c- ^7 S5 t4 j4 h1 Y
主機 ID 必須是網路 ID 中的唯一值。 + w; m4 p+ |8 z; U& g6 p( w& L4 s

1 }2 h: w3 f2 r9 F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。 & ?9 `- a2 O3 y# w! F9 I* A
  @+ U  f6 v& C% [; K
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 。 " G2 A" Z4 D2 f  t3 Y. x7 e0 q

  M5 l2 _) b9 K. N! W$ C2 F      主機 ID 類別範圍
3 Z2 G3 e% x- a$ |, j) M4 h- n8 Q2 W: z) d
  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID + q5 {4 B+ h; G
  ──────────────────────── , V' H" h- T( X7 \0 A
  類別 A   w.0.0.1   w.255.255.254 ; `' Q' Y% w' @
  類別 B   w.x.0.1   w.x.255.254 7 g0 @# S- W& h: ^) x; a+ x9 o
  類別 C   w.x.y.1   w.x.y.254
  g, p9 b* t  k% k5 @5 }8 p' ?0 U" d) W; g% }7 b# \* K8 R
' t. \) K4 y# q( B3 L$ P# l
虛擬 IP 位址指南
1 h7 U+ i5 m1 T1 }. l+ _
- V  B) V0 M) N. p9 U% 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:
, i: P0 q7 R0 B. V# V0 [6 F( L+ E, L
  位址類別 第一個主機 ID 最後一個主機 ID   j  q4 T$ f- c- ~2 f
  ────────────────────────
7 e8 O9 [% L5 ?' a  s& K9 I2 w# C  類別 A   10.0.0.1   10.255.255.254 , _! {  k8 o- Q+ ~5 S1 `& Z. S/ X
  類別 B   172.16.0.1   172.31.255.254 , ]1 g0 o/ ?# N& x
  類別 C   192.168.0.1   192.168.255.254 2 E* C3 ^6 L/ e* l, L
( c" U9 d! s& Z4 x6 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): 0 P  g5 {$ N3 v* g/ R- C- s
/ R. U! c5 Q% A7 W. z& T6 B& I& }

  H) n; n' N" T7 y, E7 }# E虛擬 IP 位址的路由資訊不能對外散播。
. a4 p! @$ p2 Y$ ~0 Y" L" G7 M
6 k6 i% t$ B8 i( W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。
% B" y7 L6 a4 w9 o& F* p  Q
* l  Z- t( 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。
* V4 [, k9 s* S) R. C3 p& Y8 Z6 r, w9 g+ P- L& |, r  r2 Q
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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