IP 位址的組成與分級 - daniel-qa/Network GitHub Wiki

IP 位址的組成與分級

現在我們知道 IP (Internet Protocol) 其實是一種網路封包，而這個封包的表頭最重要的就是那個 32 位元的來源與目標位址！ 為了方便記憶，所以我們也稱這個 32 bits 的數值為 IP 網路位址就是了。因為網路是人類發明的，所以很多概念與郵務系統類似！那這個 IP 其實就類似所謂的『門牌號碼』啦！那麼這個 IP 有哪些重要的地方需要瞭解的呢？底下我們就來談一談吧！

既然 IP 的組成是 32 bits 的數值，也就是由 32 個 0 與 1 組成的一連串數字！那麼當我們思考所有跟 IP 有關的參數時，你就應該要將該參數想成是 32 位元的資料喔！不過，因為人類對於二進位實在是不怎麼熟悉，所以為了順應人們對於十進位的依賴性，因此，就將 32 bits 的 IP 分成四小段，每段含有 8 個 bits ，將 8 個 bits 計算成為十進位，並且每一段中間以小數點隔開，那就成了目前大家所熟悉的 IP 的書寫模樣了。如下所示：

IP 的表示式：
00000000.00000000.00000000.00000000   ==> 0.0.0.0
11111111.11111111.11111111.11111111   ==> 255.255.255.255

所以 IP 最小可以由 0.0.0.0 一直到 255.255.255.255 哩！但在這一串數字中，其實還可以分為兩個部分喔！主要分為 Net_ID(網域號碼)與 Host_ID (主機號碼) 兩部份。我們先以 192.168.0.0 ~ 192.168.0.255 這個 Class C 的網域當作例子來說明好了：

192.168.0.0~192.168.0.255 這個 Class C 的說明：
11000000.10101000.00000000.00000000
11000000.10101000.00000000.11111111
|----------Net_ID---------|-host--|

在上面的範例當中，前面三組數字 (192.168.0) 就是網域號碼，最後面一組數字則稱為主機號碼。

至於同一個網域的定義是『在同一個物理網段內，主機的 IP 具有相同的 Net_ID ，並且具有獨特的 Host_ID』，那麼這些 IP 群就是同一個網域內的 IP 網段啦！

Tips

什麼是物理網段呢？當所有的主機都是使用同一個網路媒體串在一起， 這個時候這些主機在實體裝置上面其實是連線在一起的，
那麼就可以稱為這些主機在同一個物理網段內了！
同時並請注意，同一個物理網段之內，可以依據不同的 IP 的設定，而設定成多個『IP 網段』喔！

上面例子當中的 192.168.0.0, 192.168.0.1, 192.168.0.2, ...., 192.168.0.255 (共 256 個) 這些 IP 就是同一個網域內的 IP 群(同一個網域也稱為同一個網段！)，請注意，同一個 Net_ID 內，不能具有相同的 Host_ID ，否則就會發生 IP 衝突，可能會造成兩部主機都沒有辦法使用網路的問題！

IP 在同一網域的意義

那麼同一個網域該怎麼設定，與將 IP 設定在同一個網域之內有什麼好處呢？

Net_ID 與 Host_ID 的限制：

在同一個網段內，Net_ID 是不變的，而 Host_ID 則是不可重複，此外，Host_ID 在二進位的表示法當中，不可同時為 0 也不可同時為 1 ，因為全為 0 表示整個網段的位址 (Network IP)，而全為 1 則表示為廣播的位址 (Broadcast IP)。

例如上面的例子當中，192.168.0.0 (Host_ID 全部為 0)以及 192.168.0.255 (Host_ID 全部為 1) 不可用來作為網段內主機的 IP 設定，也就是說，這個網段內可用來設定主機的 IP 是由 192.168.0.1 到 192.168.0.254；

在區網內透過 IP 廣播傳遞資料

在同物理網段的主機如果設定相同的網域 IP 範圍 (不可重複)，則這些主機都可以透過 CSMA/CD 的功能直接在區網內用廣播進行網路的連線，亦即可以直接網卡對網卡傳遞資料 (透過 MAC 訊框)；

設定不同區網在同物理網段的情況

在同一個物理網段之內，如果兩部主機設定成不同的 IP 網段，則由於廣播位址的不同，導致無法透過廣播的方式來進行連線。 此時得要透過路由器 (router) 來進行溝通才能將兩個網域連結在一起。

網域的大小當 Host_ID 所佔用的位元越大，亦即 Host_ID 數量越多時，表示同一個網域內可用以設定主機的 IP 數量越多。

所以說，貴單位公司內的電腦群，或者是你宿舍或家裡面的所有電腦，當然都設定在同一個網域內是最方便的，因為如此一來每一部電腦都可以直接透過 MAC 來進行資料的交流，而不必經由 Router (路由器) 來進行封包的轉遞呢！(Router 這部份在第八章才會提及)。

IP 與門牌號碼的聯想

剛接觸到 IP 組成的朋友都很困擾，又分啥網域號碼與主機號碼，煩死了！其實，你不用煩惱啊！使用門牌號碼的概念來想即可。既然 IP 是門牌，那拿我們崑山科技大學的門牌來說好了，我們的門牌是：『台南市永康區大灣路 949 號』，假設整個大灣路是同一個巷弄，那麼我們這個門牌的網域號碼『台南市永康區大灣路』而我的主機號碼就是『 949 號』，那麼整條大灣路上面只要是開頭為『台南市永康區大灣路』的，就是跟我們同一個網域囉！當然啦，門牌號碼不可能有第二個 949 號啊！這樣理解否？

另外，Host_ID 全為 0 與全為 1 (二進位的概念) 時，代表整條巷子的第一個與最後一個門牌，而第一個門牌我們讓他代表整條巷子，所以又稱為 Network IP，就是巷子口那個 XXX 巷的立牌啦！至於最後一個 IP ，則代表巷子尾，亦即本條巷子的最後一個門牌，那就是我們在巷子內廣播時的最後一個 IP ，又稱為 Broadcast IP 的囉。

在我們這個巷子內，我們可以透過大聲公用廣播的方式跟大家溝通訊息，例如前幾年很熱門的張君雅小妹妹的泡麵廣告，在巷子內透過廣播告訴張君雅小妹妹，你阿嬤將泡麵煮好了，趕快回家吃麵去！那如果不是張君雅小妹妹呢？就將該訊息略過啊！這樣有沒有聯想到 CSMA/CD 的概念呢？

那如果你的資料不是要給本巷子內的門牌呢？此時你就得要將資料拿給巷子內的郵局 (路由器)，由郵局幫你傳送，你只要知道巷子內的那間郵局在哪裡即可，其他的就讓郵局自己幫你把信件傳出去即可啊！這就是整個區網與門牌對應的想法！這樣有沒有比較清晰啊？

IP 的分級

你應該要想到一個問題，那就是我的總門牌『台南市永康區大灣路 949 號』中，到哪裡是巷子而到哪裡是門牌？如果到『台南市』是巷子，那麼我的門牌將有好多鄉鎮的組成，如果巷子號碼到『台南市永康區』時，那麼我們的門牌就又少了點。所以說，這個**『巷子』的大小，將會影響到我們主機號碼的數量**！

為了解決這個問題，以及為了 IP 管理與發放註冊的方便性，InterNIC 將整個 IP 網段分為五種等級，每種等級的範圍主要與 IP 那 32 bits 數值的前面幾個位元有關，基本定義如下：

以二進位說明 Network 第一個數字的定義：
Class A : 0xxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx  ==> NetI_D 的開頭是 0
          |--net--|---------host------------|
Class B : 10xxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx  ==> NetI_D 的開頭是 10
          |------net-------|------host------|
Class C : 110xxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx  ==> NetI_D 的開頭是 110
          |-----------net-----------|-host--|
Class D : 1110xxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx  ==> NetI_D 的開頭是 1110
Class E : 1111xxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx  ==> NetI_D 的開頭是 1111

五種分級在十進位的表示：
Class A :   0.xx.xx.xx ~ 127.xx.xx.xx
Class B : 128.xx.xx.xx ~ 191.xx.xx.xx
Class C : 192.xx.xx.xx ~ 223.xx.xx.xx
Class D : 224.xx.xx.xx ~ 239.xx.xx.xx
Class E : 240.xx.xx.xx ~ 255.xx.xx.xx

根據上表的說明，我們可以知道，你只要知道 IP 的第一個十進位數字，就能夠約略瞭解到該 IP 屬於哪一個等級，以及同網域 IP 數量有多少。這也是為啥我們上頭選了 192.168.0.0 這一 IP 網段來說明時，會將巷子定義到第三個數字之故。不過，上表中你只要記憶三種等級，亦即是 Class A, B, C 即可，因為 Class D 是用來作為群播 (multicast) 的特殊功能之用 (最常用在大批電腦的網路還原)，至於 Class E 則是保留沒有使用的網段。因此，能夠用來設定在一般系統上面的，就只有 Class A, B, C 三種等級的 IP囉！