0110network_basic.htm

鸟哥LINUX 学习课本

IP 实在太重要了，所以我们将他独立出一个小节来继续介绍。当然，底下就独立的来介绍与
IP 相关的一些概念，包含了 Netmask, Broadcast, Gateway 以及网域的概念等等。</ul>

<hr width="100%"><a name="IP"></a><font size="+1" color="#000099">Internet
Protocol, IP 概念</font>
<ul>认识了最底层的网络共享媒体与数据链路层的 ARP 及 MAC 概念之后，接下来要跟大家介绍的就是那个可爱又可恨的网络门牌『<font color="#000066">Internet
Protocol, IP</font>』了，IP 是所有网络的基础，没有了他，您的网络将只是一堆废铁啊！赶紧来认识一下吧！
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<br>
<hr width="100%"><a name="IP_component"></a><font color="#000099">IP 的组成：</font>
<br>　
<br>我们目前在网络上使用的 IP 协议是第四版，也就是被称为<font color="#000066">
IPv4 </font>的一个协定。在这个协议当中，最重要的就是 IP 的组成了。<font color="#000066">IP
主要是由 32 bits 的资料所组成的一组数据</font>，也就是 32 组 0 跟 1 所组成的数据数据，因为只有零跟一，所以
IP 的组成当然就是计算机认识的二进制的表示方式了。不过，因为人类对于二进制实在是不怎么熟悉，所以为了顺应人们对于十进制的依赖性，因此，就将
32 bits 的 IP 分成四小段，每段含有 8 个 bits ，将 8 个 bits 计算成为十进制，并且每一段中间以小数点隔开，那就成了目前大家所熟悉的
IP 的书写模样了。如下所示：
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<table bgcolor="#000000" border="1" cols="1" width="400">
<tbody><tr>
<td><font size="-1" color="#ffffcc" face="SimSun">IP 的表示式：</font>
<br><font size="-1" face="SimSun"><font color="#ffffff">00000000.00000000.00000000.00000000
</font><font color="#ffff00">==&gt;0.0.0.0</font></font>
<br><font size="-1" face="SimSun"><font color="#ffffff">11111111.11111111.11111111.11111111
</font><font color="#ffff00">==&gt;255.255.255.255</font></font></td>
</tr>
</tbody></table>
　
<br>所以 IP 最小可以由 0.0.0.0 一直到 255.255.255.255 哩！事实上， IP 的组成当中，除了以
32 bits 的组成方式来说明外，还具有所谓的『网域』的概念存在。底下就来谈一谈什么是网域吧！
<br>　
<br>
<hr width="100%"><a name="IP_Networking"></a><font color="#000099">网域的概念</font>
<br>　
<br>事实上 IP 的 32 bits 数据中，可以分为 HOST_ID 与 Net_ID 两部份，我们先以
192.168.0.0 ~ 192.168.0.255 这个 C Class 的网域当作例子来说明好了：
<br>　
<table bgcolor="#000000" border="1" cols="1" width="400">
<tbody><tr>
<td><font size="-1" color="#ffffcc" face="SimSun">192.168.0.0~192.168.0.255
这个 C Class 的说明：</font>
<br><font size="-1" color="#ffffff" face="SimSun">11000000.10101000.00000000.00000000</font>
<br><font size="-1" color="#ffffff" face="SimSun">11000000.10101000.00000000.11111111</font>
<br><font size="-1" color="#ffff00" face="SimSun">|----------Net_ID---------|-host--|</font></td>
</tr>
</tbody></table>
　
<br>在 C Class 的范例当中，前面三组数字 (192.168.0) 称为 Net_ID，最后面一组数字则称为
Host_ID。同一个网域当中的定义是『<font color="#000066">在同一个物理网段内，主机的
IP 具有相同的 Net_ID ，并且具有独特的 Host_ID</font>』，那么这些 IP 群就是同一个网域内的
IP 网段啦！ ( <i><font color="#000066">注：什么物理网段呢？举例来说，上图二所有的主机都是使用同一个网络媒体串在一起，这个时候这些主机在实体装置上面其实是联机在一起的，那么就可以称为这些主机在同一个物理网段内了！同时并请注意，同一个物理网段之内，可以依据不同的
IP 的设定，而设定成多个『IP 网段』喔！&#160;</font></i> ) 例如上面例子当中的
192.168.0.1, 192.168.0.2, ...., 192.168.0.255 这些 IP 就是同一个网域内的
IP 群(同一个网域也称为同一个网段！)，请注意，同一个 Net_ID 内，不能具有相同的
Host_ID ，例如上图二当中， PC 1 与 PC 5 不能同时具有 192.168.0.1 这个 IP
，否则就会发生 IP 冲突，可能会造成两部主机都没有办法使用网络的问题！那么同一个网域该怎么设定，与将
IP 设定在同一个网域之内有什么好处呢？
<br>　
<ul>
<li>
<font color="#000066">在同一个网段内，Net_ID 是不变的，而 Host_ID 则是不可重复，此外，
Host_ID 在二进制的表示法当中，不可同时为 0 也不可同时为 1 ，例如上面的例子当中，
192.168.0.0 ( Host_ID 全部为 0 )以及 192.168.0.255 ( Host_ID 全部为 1 )
不可用来作为网段内主机的 IP 设定，也就是说，这个网段内可用来设定主机的
IP 是由 192.168.0.1 到 192.168.0.254；</font></li>

<li>
<font color="#000066">在同一个网域之内，每一部主机都可以藉由<a href="#Networklayer_data_link_logical_broadcast">逻辑广播
( logical broadcast )</a> 取得网域内其它主机的 MAC 对应 IP；</font></li>

<li>
<font color="#000066">由上面的逻辑广播动作取得 MAC 之后(亦即 <a href="#Networklayer_data_link_ARP">ARP</a>
协议)，在同一个网域之内，主机的数据可以直接透过彼此的 NIC ( Network Interface
Card, 网络卡 ) 进行传送；</font></li>

<li>
<font color="#000066">在同一个物理网段之内，如果两部主机设定成不同的 IP
网段，则两部主机无法直接以逻辑广播进行数据的传递 ( 在没有设定特殊 route
规则的情况下 )。</font></li>
</ul>
　
<br>所以说，我们家里的所有计算机当然都设定在同一个网域内是最方便的，因为如此一来每一部计算机都可以直接进行数据的交流，而不必经由
Router ( 路由器 ) 来进行封包的沟通呢！( Router 这部份在后续才会提及！ )。好了，刚刚我们上面说的是
C Class 的网域，那么有没有其它 Class 的网域呢？而且他们又是怎么区分的呢？目前
Internet 将整个 IP 简单的方类成为三个网段，分别设定为所谓的 A, B, C 三个
Class ，他们的分类原则如下：
<br>　
<table bgcolor="#000000" border="1" cols="1" width="500">
<tbody><tr>
<td><font size="-1" color="#ffffcc" face="SimSun">以二进制说明
Network 第一个数字的定义：</font>
<br><font size="-1" face="SimSun"><font color="#ffffff">A Class : 0xxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx　</font><font color="#ffff00">==&gt;开头是
0&#160;</font></font>
<br><font size="-1" color="#ffff00" face="SimSun">　　　　　|--net--|---------host------------|</font>
<br><font size="-1" face="SimSun"><font color="#ffffff">B Class : 10xxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx　</font><font color="#ffff00">==&gt;开头是
10</font></font>
<br><font size="-1" color="#ffff00" face="SimSun">　　　　　|------net-------|------host------|</font>
<br><font size="-1" face="SimSun"><font color="#ffffff">C Class : 110xxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx　</font><font color="#ffff00">==&gt;开头是
110</font></font>
<br><font size="-1" color="#ffff00" face="SimSun">　　　　　|-----------net-----------|-host--|</font>
<br><font size="-1" color="#ffff00" face="SimSun">　</font>
<br><font size="-1" color="#ffffcc" face="SimSun">以十进制说明
Network 的定义：</font>
<br><font size="-1" color="#ffffff" face="SimSun">A Class :&#160;&#160;
0.xx.xx.xx ~ 126.xx.xx.xx</font>
<br><font size="-1" color="#ffffff" face="SimSun">B Class : 128.xx.xx.xx
~ 191.xx.xx.xx</font>
<br><font size="-1" color="#ffffff" face="SimSun">C Class : 192.xx.xx.xx
~ 223.xx.xx.xx</font></td>
</tr>
</tbody></table>
　
<br><a name="IP_Networking_loopback"></a>在上表中，可能您会觉得很奇怪，咦！那个
127.xx.xx.xx 怎么不见了？！他应该也是 A Class 的一段吧？！没错，是不见了，因为这个网段被拿去给操作系统做为<font color="#000066">内部循环网络
( loopback )</font> 之用了！在各个操作系统当中，不管该主机的硬件有没有网络卡，为了让作业确认自己的网络没有问题，所以将
127.xx.xx.xx 这个 A Class 的网段拿到操作系统当中，来做为内部的回路测试！所以啦，这个
127.0.0.1 就不可以用来做为网络网域的设定了。
<br>　
<br>
<hr width="100%"><a name="IP_Netmask"></a><font color="#000099">Netmask
的用途 (效能) 与子网络的切分</font>
<br>　
<br>在上一小节当中提到的 A, B, C 三个层级的网域是由 IP 协定预设分配的，在这样的层级当中，我们可以发现
A Class 可以用于设定计算机主机的 IP 数量 ( Host ) 真的是很多，在同一个 A
Class 的网域内，主机的数量可以达到『 <font color="#000066">256 X 256 X
256 - 2(HostID全为0或1) = 16777214</font>』，不过，这样的设定情况对于一般网络的效能却是不太好的！为什么呢？让我们回到
OSI 七层协议里面的<a href="#Networklayer_physical">共享媒体</a>上面，还记得共享媒体上面主机
A 要发送数据出去的时后，需要先进行『<a href="#Networklayer_physical_broadcast">物理广播</a>』来确认媒体上面没有人在使用吧？而其它的主机在接收到这样的物理广播封包之后，就得要先将手边关于网络的工作停顿下来等主机
A 将动作做完之后，其它的主机才能进行下一次的物理广播。所以如果我们是以
A Class 的架构来架设我们的网络的话，那么当一部主机要传送数据时，其它的所有主机都得要停顿的吶！而且，如此大型的网域内，肯定更容易发生<a href="#Networklayer_physical_collision">封包碰撞
( Collision ) </a>的问题，而且在进行<a href="#Networklayer_data_link_logical_broadcast">逻辑广播</a>的时后，响应的计算机主机数量也实在是太多了！如此一来，整个网络的效能将会变的很糟糕！所以，一般来说，我们最多都仅设定
C Class 做为整个局域网络的架构，其实就连 C Class 也都太大了！不过不打紧，只要记得一个网域内不要超过
30 部以上的主机数量，那样网络的效能就会比较好一点～
<br>　
<br>其实，除了 C Class 之外，我们还是可以继续将网络切的更细的！上个章节我们提到
IP 分为 Net_ID 与 Host_ID，其中 C Class 的 Net_ID 占了 24 bits ，而其实我们还可以将这样的网域切的更细，就是让第一个
Host_ID 被拿来作为 Net_ID ，所以，整个 Net_ID 就有 25 bits ，至于 Host_ID
则减少为 7 bits 。在这样的情况下，原来的一个 C Class 的网域就可以被切分为两个子网域，而每个子网域就有『
<font color="#000066">256/2
- 2 = 126</font> 』个可用的 IP 了！这样一来，在这个网域当中的主机在进行逻辑广播时，响应的主机数量就少了一半，当然对于网络的效能多多少少有点好处的啦！
<br>　
<br>好了，知道了子网络切分的大致情况后，现在要谈的是，那么到底是什么参数来达成子网络的切分呢？呵呵！那就是
Netmask ( 子网掩码 ) 的用途啦！这个 Netmask 是用来定义出网域的最重要的一个参数了！不过他也最难理解了～
@_@。为了帮助大家比较容易记忆住 Netmask 的设定依据，底下我们介绍一个比较容易记忆的方法。同样以
192.168.0.0~192.168.0.255 这个网域为范例好了，如下所示，这个 IP 网段可以分为
Net_ID 与 Host_ID，既然 Net_ID 是不可变的，那就假设他所占据的 bits 已经被用光了
( 全部为 1 )，而 Host_ID 是可变的，就将他想成是保留着 ( 全部为 0 )，所以，
Netmask 的表示就成为：
<br>　
<table bgcolor="#000000" border="1" cols="1" width="400">
<tbody><tr>
<td><font size="-1" color="#ffffcc" face="SimSun">192.168.0.0~192.168.0.255
这个 C Class 的说明：</font>
<br><font size="-1" color="#ffffff" face="SimSun">11000000.10101000.00000000.00000000</font>
<br><font size="-1" color="#ffffff" face="SimSun">11000000.10101000.00000000.11111111</font>
<br><font size="-1" color="#ffff00" face="SimSun">|----------Net_ID---------|-host--|</font>
<br><font size="-1" color="#ffff00" face="SimSun">11111111.11111111.11111111.00000000&#160;
&lt;== Netmask 二进制</font>
<br><font size="-1" color="#ffff00" face="SimSun">&#160; 255&#160;&#160;
.&#160; 255&#160;&#160; .&#160; 255&#160;&#160