網路架構大概論3－IP概念、分級與子網路遮罩

希望經過上篇的連續燃燒彈轟炸之後，各位讀者還有力氣接續看完這篇文章。如果讀者上篇沒有把整篇看懂，至少要知道最基礎的網路4層架構，從上層數下來就是應用層、傳輸層、網路層、鏈結層，從下往上數也要背得滾瓜爛熟，不僅有助理解本次內容，對於未來自行架設網路也相當有幫助。

說到自行架設家庭網路，就不能不談到IP，IP活在網路架構第2層，是現今網路的主要架構。如果讀者已有自行裝設家用路由器的經驗，或曾經接觸過192.168.0.1這類的數字，就應該對IP概念略知一二；但筆者相信絕大多數人對於IP還是懵懵懂懂的狀態，曾架設過家庭網路的讀者也可能只知道將IP位址設定在192.168.0.x就會通了，知其然不知其所以然，並不了解為什麼設定這種IP就會通。

IPv4的位址

在此我們就跳過IP版本發展的歷史，直接進入目前世界上使用最廣泛的第四版IP；IPv4定義IP使用32個連續的0或是1來定址，而大家經常把32 bit分組，以1組8 bit轉換為10進位標示。例如00000001 00000010 00000100 00001000經常轉換成1.2.4.8這種表示法，所以說32 bit的IP位址，共有0.0.0.0∼255.255.255.255這麼多的位址可以使用，為2^32個，可分配給約43億個網路設備相互連接，但實際上因為繞送或是其它特殊的保留位置，實際可用的位址約42億個，消失的位址稍後會詳細說明。除此之外1.2.4.8和001.002.004.008這2個指的都是同樣的位址，只不過在實務上會將0省略不寫。

只要裝置想連上網路，每個網路介面都需要1個網路IP位置，如果你的電腦中裝設2張網路介面卡，則2張介面卡均要取得IP為止才能正常運作；同理可證，如果筆電同時擁有無線和有線網路，同樣各需取得IP才能上網。

▲IPv4位址的不同表示法，圖片表示的位址都是對等的

IP位址的組成

為了管理方便，使用上常將32 bit的IP再度拆分，由前方的「網路位址」加上後方的「主機位址」共同組成，此外IPv4更將位址分成5個等級，如以下圖片所示。

▲Class A∼E 5種不同的IP位址等級

Class A∼C的分法比較常見，Class D、E做為特殊保留用途，之後再詳加說明。大家應該會發現，在圖片中的寫法分別出現了0、1、n、x不同的寫法，而這是有其含意的。

Class A∼C有規定其開頭位元數值，Class A為02、Class B為102、Class C為1102，所以只要看到IP位址開頭為0.x.x.x∼127.x.x.x，都是屬於Class A的位址。Class B的位址則是因為10開頭，所以位址128.0.x.x∼191.255.x.x都是Class B的管轄範圍；那Class C呢？就請各位讀者自行算算看了。

各個等級的網路，旗下能夠劃分幾個網路系統也有所規定，Class  A網路除了第一個位元須以0開頭之外，其後7個位元就是網路的位址（圖中n的部分），之後的24個位元就是主機位址。也就是說，Class A能夠擁有128個網路系統，而每個網路系統能夠擁有16777216個位址（圖中x的部分）。Class B則是規定以10開頭，其後14個位元為網路位址，最後16個位元為主機位址，可提供16384個網路，每個網路擁有65536個位址。

至於Class C的網路則是以110開頭，後接21個位元網路位址，再接8個位元主機位址，可提供2097152個網路系統，每個網路系統256個位址。

101010^2

在一連串的數值之後，緊接著「下標的數字」，其意義為表示這串數值使用何種進位算法，例如2進位（2）、8進位（8）、16進位（16）。為避免內文雜亂，本文只在少部分數值加入此種寫法。

保留的IP位址

本文開頭時有說到，部分IP位址會保留做為其它用途，實際上無法分配給主機使用。其中有2種IP位址不可分配給主機使用，分別為主機位址全為0、或是全為1的狀況。

第一種情形，就是主機位址不可全部為0，例如1.0.0.0（Class  A）或是192.168.0.0（Class C）這種狀況，這種位址原本是用來設計將資料封包丟給網路下所有的主機，但現今大多用於識別IP位址所屬網域，所以這種位址不可分配。

第二種情形就是主機位置全部為1的狀況，例如1.255.255.255（Class A）或是192.168.0.255（Class  C），此種IP位址指的是「把資料送給此網路下的所有主機」。如果今天某主機送出的資料封包目的地為192.168.0.255，路由器就會把這份資料封包送給192.168.0.1∼192.168.0.254當中所有的電腦。我們把192.168.0.255這個IP位址稱作「廣播位置」，如同里長伯使用擴音喇叭公告事項般，任何想傳送到這個位址上的資料，都會被送到網路中每一台主機。