Ip地址
Internet 中所谓的「IP 地址(IP Address)」,就像现实生活中每户人家都要拥有唯一的地址一样,传送者可以根据 IP 地址进行辨识,将资料传送到唯一目的地地址完成通讯。世界各地的 IP 地址必须具有一致性,才不会导致辨识上的混乱,故必须依循共同的规范才能达成。
目前我们所使用的 IP 地址为第四版 IP 地址,一般称为 IPv4 地址。为满足使用上的需求,又陆陆续续发展 IPv5、IPv6,IPv5 是提供给 Stream Protocol 实验协议使用,而 IPv6 则是 IPv4 的扩充,为因应地址数量不敷使用的问题,在标头格式也提供动态字段设定。
IPv4 地址是由 32 位所组成,一般以 8 位为单位(octet)将 32 位分成四部份,彼此间以 \".\" 做区隔,例如 \"100100011.00001110.01001000.00011100\",此即为「加点二进制表示法(dotted binary notation)」,由于二进制表示法太长不易记忆,故通常使用十进制来表示,上述的二进制 IP 地址即可表示成 \"163.14.75.28\",此即为「加点十进制表示法(dotted decimal notation)」。由于每一部份均由 8 位所组成,故每个十进制值均介于 0 ~ 255 之间。
IP 地址主要分为两部份:网络位(Network bits)和主机位(Host bits)。网络位主要是用来辨识其 IP 地址是属于哪一个网络系统;而主机位则是用来辨识其 IP 地址在其所属的网络系统中是属于哪一台计算机主机。
IP 地址 = 网络位 + 主机位
IPv4 将地址分成 A、B、C、D、E 五类,分别用来表示不同的网络地址种类,各类的地址型态可从左边固定的位进行判断。以下为各类 IP 地址的格式,其中没有框的位为固定位,用以判别地址是属于哪一类,N 代表网络位,H 代表主机位,而 M 和 R 则分别代表 D 类的多点传送位(Muticast bits)和 E 类的保留位(Reserved bits)。类别 A、B、C IP 地址是最常使用的,而类别 D、E IP地址则是提供特殊用途。
类别 A IP 地址:0NNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH.HHHHHHHH
类别 B IP 地址:10NNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH
类别 C IP 地址:110NNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH
类别 D IP 地址:
1110MMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM.MMMMMMMM
类别 E IP 地址:1111RRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR.RRRRRRRR
N:网络位 H:主机位 M:群播位 R:保留位
在类别 A、B、C(有网络位和主机位)IP 地址中,各含有两个特殊地址不做主机地址使用。一为将 IP 地址中所有主机位均设为 \"0\",即为「网域地址(Domain Address)」,用来判断 IP 地址之所属网域;另将所有主机位值均设为 \"1\",即为「广播地址(Broadcast Address)」,用来对所属网域之所有主机进行广播。以下将分别对各类型的IP地址设定做详细的说明。
类别 A IP 地址
类别 A IP 地址的最左边位固定为 \"0\",后接 7 个网络位及 24 个主机位。由于有 7 个网络位 \"0NNNNNNN\",故可提供 2^7 = 128 个网络系统,该字节的十进制则介于 0 ~ 127 之间,其中 0 和 127 两个网域做特殊用途使用。
除了 \"0.0.0.0\" 和 \"127.0.0.0\" 两个网域外,类别 A IP 地址另外保留网域 \"10.0.0.0\",提供给企业内网络(Intranet)IP 地址设定。由于 Intranet 彼此间独立的网络架构,故分别使用 \"10.0.0.0\" 网域并不会互相冲突。若 Intranet 要与外部的 Internet 连系,必须透过「网络地址转译(Network Address Translation,NAT)」路由器提供一个可辨识使用的 IP 地址与外界沟通。由于各个 Intranet 均可提供以 \"10.0.0.0\" 为网域的所有主机地址,故可改善 IP 地址不足的现象。
由上述可知,原本 128 个网络系统,扣掉 0、10、127 三个特殊网域,故实际上可用的网域为 1 ~ 9、11 ~ 126 共 125 个网域。
类别 A IP 地址的 24 个主机位则可提供 2^24 个主机地址,各字节的十进制值介于 0 ~ 255 之间,其中将所有主机位设为 \"0\",用十进制将 IP 地址表示成 \"N.0.0.0\" 为网域地址;将所有主机位设为 \"1\", 用十进制将 IP 地址表示成 \"N.255.255.255\" 为广播地址。故个主机地址扣掉网域地址和广播地址,实际上可用的主机地址为 2^24 -2 = 16,777,214 个。
从上述得知类别 A IP 地址可提供 125 个网域,而各网域可用( 2^24 - 2)个主机地址,故A类地址共可提供约 125 × 16,777,214 = 2,097,151,750 个 IP 地址。类别 A IP 地址已分配给早期参与 Internet 的组织机构使用,所以现在没有空的类别 A IP 地址以供申请。
类别 A IP 地址保留 \"127.0.0.1\" 用来进行「回路回测(Loopback Testing)」,主要是透过本身主机将讯息送回本身主机,以检查主机的 TCP / IP 的设定是否正确,所使用的指令为 \"ping 127.0.0.1\",若 TCP / IP 设定不完整会出现错误讯息。
类别 B IP 地址
类别 B IP 地址的最左边两个位固定为 \"10\",后接 14 个网络位及 16 个主机位。IP 地址的左边第一个网络字节 \"10NNNNNN\" 可提供 2^6 个组合,该字节的十进制值介于 128 ~ 191 之间,而第二个网络字节 \"NNNNNNNN\" 则可提供 2^8 个组合,十进制值介于 0 ~ 255 之间﹔另外,类别 B IP 地址保留 \"172.16.0.0 ~ 172.31.255.255\" 网域作为企业内网络(Intranet)使用。由此二个网络字节即可提供 2^14 -8 = 16,376 个网络系统(网域)。
类别 B IP 地址的 16 个主机位则可提供 2^16 个主机地址,各字节的十进制值介于 0 ~ 255 之间,同样将所有主机位设为 \"0\",十进制 IP 地址表示法 \"N.N.0.0\" 为网域地址;将所有主机地址设为 \"1\",十进制 IP 地址表示法 \"N.N.255.255\" 为广播地址。故个主机地址扣掉网域地址和广播地址,实际上可用的主机地址有 2^16 - 2 = 65,534 个。类别 B IP 地址也已发送完毕,所以现在没有空的类别 B IP 地址以供申请。
由上述可知,类别 B IP 地址可提供 2^14 个网域,而各网域可用 65,534 个主机地址,故类别 B IP 地址共可提供约 16,376 × 65,534 = 1,073,184,784 个 IP 地址。
类别 C IP 地址
类别 C IP 地址的最左边三个位固定为 \"110\",后接 21 个网络位及 8 个主机位。IP
地址左边第一个网络字节 \"110NNNNN\" 可提供 2^5 = 32 个组合,该字节的十进制值介于 192 ~ 223 之间,而第二、三个网络字节 \"NNNNNNNN\" 则分别可提供 2^8 = 256 个组合,十进制值介于 0 ~ 255 之间,此三个网络字节可提供 2^21 = 2,097,152 个网络系统(网域)。
类别 C IP 地址的 8 个主机位则提供 2^8 = 256 个主机地址,该主机字节的十进制值介于 0 ~ 255 之间,同样将所有主机位设为 \"0\",十进制表示法 \"N.N.N.0\" 为网域地址;将所有主机位设为 \"1\",十进制表示法 \"N.N.N.255\" 为广播地址。故 256 个主机地址扣掉网域地址和广播地址,实际上可用主机地址有 254 个。
另外,类别 C IP 地址保留 \"192.168.0.0\" 网域作为企业内网络(Intranet)使用。由此可知 C 类地址可提供 2,097,152 - 1 = 2,097,151 个网域,而各网域可用 254 个主机地址,故C类地址共可提供约 2,097,151 × 254 = 532,676,354 个 IP 地址。
类别 D IP 地址
类别 D IP 地址的最左边四个位固定为 \"1110\",后接 28 个群播设定位。IP 地址的左边第一群播字节 \"1110MMMM\" 可提供 2^4 个组合,十进制介于 224 ~ 239 之间,其它三个群播字节则分别提供 2^8 个组合,十进制值介于 0 ~ 255 之间,故类别 D IP 地址共可提供 2^28 = 268,435,456 个群播 IP 地址。多点传送操作并没有区分网络位与主机位。
所谓「多点传送(Muticasting)」,或称「群播」,是指一计算机主机可透过「多点传送路由器(MRouter;Muticasting Router)」同时对多部主机传送相同的资料。使用单点传送(1 对 1)将相同资料送到三台主机,需要传送三次才能完成;而多点传送(1 对
多)只需传送一次即可,故多点传送可以降低在网络上的信息传送量。欲进行多点传送的群组必须拥有一个类别 D IP 地址方可彼此连系。
在类别 D IP 地址中,224.0.0.0 ~ 224.0.0.255(224.0.0.0/24)是保留给区域子网络(local subnet)之用,其封包不会被路由器传送出去,不论其 TTL 为何﹔而 IP 地址在 224.0.1.0 ~ 238.255.255.255 是为多点传送正常使用﹔IP 地址在 239.0.0.0 ~ 239.255.255.255(239.0.0.0/8)则是保留给管理用途。
Microsoft 支持类别 D IP 地址,作为应用程序多点传送资料至 Internet 上可多点传送的主机。
类别 E IP 地址
类别 E IP 地址最左边四个位固定为 \"1111\",后接 28 个保留位。IP 地址的左边第一个保留字节 \"1111RRRR\" 之十进制值介 240 ~ 255 之间,类别 E IP 地址和类别 D IP 地址一样,没有网络位和主机位,共可提供 2^28 = 268,435,456 个 IP 地址。类别 E IP 地址是保留给实验网络所使用。
网络 ID 指南
网络 ID 识别位于相同实体网络上的 TCP/IP 主机。位在相同实体网络上的所有主机都必须指派相同的网络 ID,和其它主机通讯。指派网络 ID 时,请遵循以下指南:
网络地址必须是 IP internet 中的唯一值。如果您计划以直接路由联机至公用 Internet,网络 ID 必须是 Internet 上的唯一值。如果您不打算联机至公用 Internet,
局域网络 ID 必须是您的私有 internet 上的唯一值。
网络 ID 不可以数字 127 开头。类别 A 地址中的数字 127 保留给内部反向循环功能使用。
网络 ID 中的所有位不可设定为 1。网络 ID 中的全部 1 保留作为 IP 广播地址使用。
网络 ID 中的所有位不可设定为 0。网络 ID 中的全部 0 是用来表示局域网络上的指定主机,且不会被寻径。
网络 ID 类别范围
地址类别 第一个网络 ID 最后一个网络 ID
───────────────────────
类别 A 1.0.0.0 126.0.0.0
类别 B 128.0.0.0 191.255.0.0
类别 C 192.0.0.0 223.255.255.0
主机 ID 指南
主机 ID 识别网络中的 TCP/IP 主机。 IP 网络 ID 与 IP 主机 ID 的结合即代表 IP
地址。指派主机 ID 时,请遵循以下指南:
主机 ID 必须是网络 ID 中的唯一值。
主机 ID 中的所有位不可设定为 1,因为此主机 ID 保留作为广播地址,传送封包至网络上的所有主机。
主机 ID 中的所有位不可设定为 0,因为此主机 ID 保留用来表示 IP 网络 ID 。
主机 ID 类别范围
地址类别 第一个主机 ID 最后一个主机 ID
────────────────────────
类别 A w.0.0.1 w.255.255.254
类别 B w.x.0.1 w.x.255.254
类别 C w.x.y.1 w.x.y.254
虚拟 IP 地址指南
依据RFC1918:Address Allocation for Private Internets(原为RFC1597),有三个区段的 IP 是作为 Private IP 使用:
地址类别 第一个主机 ID 最后一个主机 ID
────────────────────────
类别 A 10.0.0.1 10.255.255.254
类别 B 172.16.0.1 172.31.255.254
类别 C 192.168.0.1 192.168.255.254
当使用以上的 IP 地址的时候是有所限制的(此部份引自 Albert_Lu):
虚拟 IP 地址的路由信息不能对外散播。
使用虚拟 IP 地址作为来源或目的地址的封包,不能透过 Internet 来转送。
关于虚拟 IP 地址的参考纪录(如 DNS),只能限于内部网络使用。
由于有以上的限制,当我们使用这些虚拟 IP 地址来设定网络的时候,就无需担心会和其它也使用相同地址的网络冲突了。
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