第 8-3 章 子網路簡介（IP基礎與定址） （CCNA考試重點）

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1 第 8-3 章 子網路簡介（IP基礎與定址） （CCNA考試重點）
Private IP （私用IP） NAT (Network Address Translator) CIDR （ Supernet，超網路) 無等級（不分級）的 IP 位址 不均等切割子網路（VLSM， Variable-Length Subnet Mask ） 聖約翰科大網路位址 資訊網路 第 8-3 章

2 IP位址不足的解決方案 網路位址轉譯（Network Address Translation，NAT）和 私用IP（Private IP）
不分級（無等級）領域間之路徑選擇（Classless Inter-Domain Routing，CIDR） 屬CCNP範圍 可變長度網路遮罩（Variable Length Subnet Mask，VLSM） 第6版IPv6 有較長的IP位址，共128位元 資訊網路 第 8-3 章

3 Private IP （私用IP） 級別 私用IP 範圍 IP總數 1 x 224 個 IP 16 x 216 個 IP 216 個 IP
1 個 Class A ~ 1 x 224 個 IP B級 172.16~31.0.0 16 個 Class B ~ 16 x 216 個 IP C級 256 個 Class C ~ 216 個 IP 資訊網路 第 8-3 章

4 Private IP（私用IP）的使用 私用IP不可以連接到網際網路 在公用的網際網路上，路由器不會對私用位址提供服務 適用時機：
應用程式僅需在一個網路內部連接通訊，不需與外部連接 例如： 銀行使用TCP/IP來連接自動提款機（ATM） 這些ATM並未連接到公用的網路，所以私用的位址很適用 跨行提款、轉帳怎麼辦呢？ 使用私用IP，再配合網路位址轉譯（Network Address Translation，NAT）伺服器，就可連到公用網路上 私用IP的指定方式和一般公用IP一樣 固定IP 從【動態分配IP的伺服器】（DHCP Server）取得 資訊網路 第 8-3 章

5 NAT (Network Address Translator) 技術
1994 年發表，解決 IP 位址不足 傳統NAT（Classic NAT），功能比較單純 現在 NAT依實作與應用可分成 3 類： 靜態 NAT（Static NAT）： 一個私用 IP 位址對應一個固定的合法（公用） IP 位址 私用 IP 位址和合法 IP 位址的數量相同 例如：10 個私用 IP 位址對應 10 個合法 IP 位址 通常為了安全需求會故意這麼做 動態 NAT（Dynamic NAT） NAPT（Network Address Port Translation） 資訊網路 第 8-3 章

6 動態 NAT（Dynamic NAT） 動態 NAT（Dynamic NAT）: 一個私用 IP 位址對應一個不固定的合法 IP 位址
使用環境： 大家都有上網需求， 但很少會同時上網 例如：業務部門的 20 位成員都要上網，但全部到齊且同時上網的機率很低 只給他們 15 個 IP 位址 每位成員的電腦上網時，先向 NAT 主機取得一個對應的合法 IP 位址 此合法 IP 位址並非固定，可能每次拿到的都不一樣 一旦這 15 個合法 IP 位址用盡 後續同樣要求對應合法 IP 位址的電腦便無法上網 資訊網路 第 8-3 章

7 NAPT（Network Address Port Translation）
改良動態的NAT 作法： 記錄連接埠（Port）編號 讓多個私用 IP 位址共用一個合法 IP 位址 不會因為合法 IP 位址不夠而無法上網 目前絕大多數裝置所提供的 NAT 功能都是 NAPT 也被稱為IP 偽裝（IP Masquerade） 資訊網路 第 8-3 章

8 網路位址轉譯（NAT）的運作架構圖 NAT 主機有兩張網路卡： 使用私用 IP 位址的網路卡 使用合法 IP 位址的網路卡 可以是虛擬網路卡
軟體所模擬的網路卡，非實體的網路卡 一般只要一張網路卡就可做到 NAT 功能 例： Windows Vista 建立 ADSL 連線 自動產生 WAN Miniport 網路卡 該網路卡就是軟體模擬網路卡 ISP 配發的合法 IP 位址給 WAN Miniport 網路卡，而非實體的網路卡 啟用Windows Vista 的網際網路連線共用（ICS， Internet Connection Sharing）功能，相當於啟用 NAT 功能 系統內部會做好私用IP 位址與合法 IP 位址之間的轉換工作 資訊網路 第 8-3 章

9 網路位址轉譯（NAT）的運作方式 使用私人 IP 位址的電腦，對外傳送 IP 封包： 從外界接收IP 封包：
資訊網路 第 8-3 章

10 NAT判斷 IP 封包該送給那一台電腦 當許多電腦的私人位址都對應到同一個合法 IP 位址時，NAT如何判斷那個 IP 封包該送給那一台電腦呢？ 藉由用戶端 TCP / UDP 連接埠號碼來判斷 只有使用 TCP / UDP 協定的應用程式才能透過網路位址轉譯與外界連線 資訊網路 第 8-3 章

11 NAT存取Web伺服器的運作圖示 例: 向 Internet 的 Web 伺服器要求網頁資料，說明連接埠在NAT 扮演的腳色
IP 封包含以下資訊： 目的地 IP 位址 = (Web 伺服器) 目的地連接埠 = 80 (Web 伺服器預設的連接埠) 來源 IP 位址 = (用戶端) 來源連接埠 = 5000 (用戶端應用程式自行使用的連接埠) 經由 IP 路由機制此封包會傳送到 NAT 主機 步驟二：NAT 主機收到用戶端的要求 使用NAT 連接埠，對應用戶端的 IP 位址與來源連接埠 即NAT 連接埠為6000，對應到 :5000 產生新封包： 目的地 IP 位址 = (沒變) 目的地連接埠 = 80 (沒變) 來源 IP 位址 = (從用戶端變為 NAT 主機) 來源連接埠 = 6000 (NAT 自行產生，對應用戶端原始的 IP 位址與連接埠) Port=5000 Port=6000 Port=80 資訊網路 第 8-3 章

12 NAT存取Web伺服器的運作說明 步驟三：Web 伺服器傳回網頁資料 步驟四：NAT 主機收到傳回的資料 封包含以下的資訊：
目的地 IP 位址 = (NAT 主機) 目的地連接埠 = 6000 來源 IP 位址 = (Web 伺服器) 來源連接埠 = 80 步驟四：NAT 主機收到傳回的資料 發現目的地連接埠 6000 對應到 的 IP 位址與 5000 這個連接埠 產生新封包，傳送到用戶端： 目的地 IP 位址 = (從 NAT 主機變成用戶端) 目的地連接埠 = 5000 (用戶端應用程式使用的連接埠編號) 來源 IP 位址 = (沒變) 來源連接埠 = 80 (沒變) Port=5000 Port=6000 Port=80 資訊網路 第 8-3 章

13 網路位址轉譯的注意事項 網路位址轉譯使用上的限制： 無法使用某些加密協定 增加伺服器的運算負擔 外界主動存取時，設定較為複雜
IP 封包經過某些加密協定 (如 IPSec) 加密 NAT無法辨識加密過的 IP 封包內容，也就無法處理這些封包的轉譯遞送程序 增加伺服器的運算負擔 網路位址轉譯需持續記錄、追蹤 TCP / UDP 連接埠號碼與特定私人 IP 的對應關係 若許多使用私人 IP 位址的電腦同時連上網路，會消耗伺服器不少的資源 外界主動存取時，設定較為複雜 先前NAT應用皆是內部網路的電腦主動與網際網路上的電腦連線 NAT對出去的封包記下來源位址與連接埠號碼 當網際網路的電腦回覆時，NAT便能將此回覆封包送到正確的主機與連接埠 當網際網路的電腦主動要存取內部網路的電腦 由於沒有記錄可查詢， NAT主機無法判斷該將封包送給誰，便丟棄此封包 資訊網路 第 8-3 章

14 外界主動存取的設定 若要在內部網路架設伺服器，需在NAT主機手動設定轉譯機制
例：Web伺服器 IP 位址是 ，使用TCP 8080 連接埠 NAT 主機設定： 若收到要與 TCP 80 連接埠建立連線的封包，一律轉送到 這部主機的 TCP 8080 連接埠 Port=8080 資訊網路 第 8-3 章

15 無等級（不分級）的 IP 位址 3 種等級 IP 位址分配方式產生一些問題： 解決方法：
最嚴重的是 Class B 的 IP 位址面臨缺貨的危機 Class B 很多位址空間被浪費掉 例如：B 企業需要 1500 個 IP 位址 Class C 位址只能供 256 個 IP 位址 必須分配 Class B 的網路位址給此 B 企業 Class B 可提供 個 IP 位址 多出的 IP 位址無法再分配給其他企業使用，都浪費掉 Class C 使用的數量則僅是緩慢成長 解決方法： Classless Inter-Domain Routing (CIDR) 資訊網路 第 8-3 章

16 CIDR （又稱為超網路， Supernet)
CIDR (Classless Inter-Domain Routing )： 利用無等級 (Classless) 的 IP 位址劃分方式 不分級領域間之路徑選擇 由RFC1519協定所規範，期望短期內暫時解決IP不足的問題 數個 Class C IP 位址合併，分配給原先申請 Class B 的企業 例如：只要分配 6 至 7 個 Class C 的 IP 位址給先前的 B 企業 便可符合其需求，節省1個 Class B 位址空間 如何合併數個 Class C 的 IP 位址： 使用子網路遮罩定義具彈性的網路位址 CIDR又稱為超網路 (Supernet) 與子網路算是一體的兩面，兩者使用相同的觀念與技術，只是在應用上略有不同 注意： TCP/IP不支援合併網路遮罩： 使用時需注意所有相連的路由設備均可使用 並已經啟動無等級（classless）路由協定 資訊網路 第 8-3 章

17 CIDR與子網路的應用差異 CIDR（合併網路）不屬於CCNA考試範圍： CIDR （合併網路）與子網路（分割網路）的差異：
包括在CCNP的ACRC（Advanced Cisco Router Configuration）範圍內 CIDR （合併網路）與子網路（分割網路）的差異： 子網路：分割子網路(Subnet) ： 定義：把一個預設大小的網路分成幾個範圍較小的網路 利用子網路遮罩重新定義較長的網路位址 將現有網路切割成 2、4、8等 2 冪方數子網路 CIDR：合併網路（超網路，Supernet ）： 定義：把幾個預設大小的網路合併成一個較大的網路 利用子網路遮罩重新定義較短的網路位址 將現有 2、4、8等2冪方數網路，合併成一個網路 資訊網路 第 8-3 章

18 合併網路的限制 合併網路 : 透過變更網路位址長度來進行，有以下的限制： 用來合併的 Class C 的網路位址必然是連續的
資訊網路 第 8-3 章

19 CIDR（合併網路）實例一 例： B 企業需要1500 個 IP 位址
數量介於 Class B (65535 個 IP 位址) 與 Class C (255 個 IP 位址) 的範圍 B 企業需 1500 個 IP 位址： 210=1024 < 1500 < 211=2048 主機位址有11位 網路位址有 = 21 Bits CIDR ：分配一個長度為 21 Bits 的網路位址給 B 企業 Class C 預設子網路遮罩為 24位 網路遮罩合併位數為 24-21= 3 將23= 8 個 Class C 的 IP 位址合併，再分配給 B 企業 由 開始到 共 8 個 Class C 位址空間要合併 表示為 /21 資訊網路 第 8-3 章

20 CIDR （合併網路）實例二 例如：某公司需要用到500個IP
由 與 兩個C級網路組成的總數512個IP可滿足需求 但依照預設C級子網路遮罩，這兩個C級網路屬不同網路 無法直接溝通，需使用路由器來轉送 須將這兩個C級網路合併成一個較大網路: 預設C級子網路遮罩/24，預設主機欄位 H = = 8 主機位數 28 = 256 個IP ，不夠用 預設主機欄位向左邊預設網路欄位借ㄧ位 主機欄位 H = = 9 共有 29 = 512個IP，其中可用IP有 = 510個，夠用 新的子網路遮罩變成/23 ＝ 新的C級合併網路範圍： 新子網路遮罩 /23 網路位址 ＝ 廣播位址 ＝ 新的C級合併網路範圍：從 到 新網路表示成 /23 資訊網路 第 8-3 章

21 CIDR的應用情形 CIDR 原先是為合併 Class C 位址所設計，實作上可適用於任何的 IP 位址範圍
例如：ISP 分配長度為 30 Bits 的網路位址給一些只有兩部電腦的個人公司 目前皆是以 CIDR 的方式來劃分 IP 位址範圍 提供CIDR的路由器啟動: 可使用全部的子網路，不必扣除最前及最後兩個子網路 許多專家都預測 IPv4 的 32 Bits 位址空間將於西元 2000 年用盡。所幸新的技術不斷誕生，為 IPv4 爭取更長的壽命 資訊網路 第 8-3 章

22 均等切割子網路 & 不均等切割子網路（VLSM）
均等切割子網路： 先前分割子網路的方法，皆是均等分割成大小相同的子網路 符合RFC1058的網路規範 缺點：造成浪費IP，不符合經濟效益 不均等切割子網路： 又稱可變長度網路遮罩（ Variable-Length Subnet Mask ， VLSM ） 原則：不同的子網路使用不同的網路遮罩 不符合RFC1058的網路規範 不能使用RIP路由協定 EIGRP和OSPF路由協定則可使用 資訊網路 第 8-3 章

23 不均等切割子網路（VLSM）範例一 台北 高雄 新竹 台南 台中 範例一：某公司總部在台北，分公司在新竹、台中、台南及高雄，配置如下圖：
300 60 30 80 100 共需10個子網路： 1. 各地各一個區域網路： 5 個子網路 2. 兩兩互連的 5 個子網路 資訊網路 第 8-3 章

24 不均等切割子網路（VLSM）範例一 －解法一：均等分割子網路
台北 新竹 台中 台南 高雄 300 60 30 80 100 各地配置電腦數不同，使用均等分割子網路 造成IP浪費或不夠分配 連接兩地的網路 : 只需2個IP來指定給連線兩端，中間不需接任何節點，無須IP 例如：以 /20，均等分割處理 ∵ 總部需300個IP， 28 < 300 < 29，H ＝ 9 32 – 9 =23，所以新子網路遮罩為/23 網路由 /20 切為 /23， N＝3，共分為 23 = 8個子網路 但可用子網路只有 8-2=6 個，無法應付10個子網路的需求 要分出10個子網路：23 < 10 < 24，N=4 23 － 4= 19，需要/19的網路，而現有網路為/20，需購買 /19 的網路 但是/19的網路，H=32-19=13，有 2H ＝ 213 = 8192個節點 5×2（5個端點）＋300＋100＋80＋60＋30＝580個IP 實際上公司只要580個IP 卻買一個擁有8192個節點的子網路 且每一子網路可接節點數為 2H＝ 29 = 512個節點，用於5個連線端點上，浪費5×（512-2） 資訊網路 第 8-3 章

25 不均等切割子網路（VLSM）範例一 －解法二：不均等分割子網路
台北 新竹 台中 台南 高雄 300 60 30 80 100 例如：以 /20，不均等分割處理 ∵ 總部需300個IP， 28 < 300 < 29，H ＝ 9 32 – 9 =23，所以子網路遮罩為/23 網路由 /20 切為/23， N＝3，共分為 23 = 8個子網路 可用子網路有 8-2=6 個 每一子網路可接節點數為 2H＝ 29 = 512個節點，1段（512）先給總部用，還剩5段（512） 再將另一段（512），分為4個子網路，亦即再借2位做遮罩，23+2=25，新遮罩為 /25，N=2，可用子網路有 22 -2=2 個， H=32-25= 7，每一子網路可接節點數為 2H＝ 27 = 128個節點 剛好一段給高雄（100），另一段給台南（80），還剩4段（512） 再將另一段（512），分為8個子網路，亦即再借3位做遮罩，23+3=26，新遮罩為 /26 ，N=3，可用子網路有 23 -2=6 個， H=32-26= 6，每一子網路可接節點數為 2H＝ 26 = 64個節點 一段給新竹（60），另一段給台中（30） ，還剩4段（64）可用，另還剩3段（512） ∵連線端點的子網路只需2個IP，所以使用/30的遮罩即可 取一段/26子網路，再借位成/30，N=4，可用子網路有 24 -2=14 個，其中 5 個用於連接兩地的網路 資訊網路 第 8-3 章

26 VLSM 範例一 －解法二：不均等分割子網路圖示
X /20 ，借3位，遮罩為/23 台 北 /23 /23 高 雄 /25 南 /25 /23 新 竹 /26 中 /26 /26 1 2 3 4 5 1= /30 2= /30 3= /30 4= /30 5= /30 資訊網路 第 8-3 章

27 VLSM 範例二 6 範例二：某公司使用6個路由器連接網路，如下圖 1 2 3 4 5 其中，1 ~ 5的路由器各有26個使用者
，使用不均等分割子網路的方法，請賦予各網路IP號碼 1 2 3 4 5 6 共需10個子網路： 1.路由器1~5 ： 5 個子網路 2.路由器6接到其他路由器 :兩兩互連的 5 個子網路 資訊網路 第 8-3 章

28 1 2 3 4 5 6 VLSM範例二 －解答：不均等分割子網路 26個使用者，∵ 24 <26< 25 ，H=5，32-5=27 ，需/27網路遮罩 的預設子網路遮罩為/24，由/24到/27共借 3位 可用子網路23 -2=6個 有5個分別用於1 ~ 5路由器的區域網路（ 26個使用者） 第6個再細分為/30，由/27到/30又借 3位，可用子網路23 -2=6個 有5個分別用於1 ~ 5路由器通往6號路由器的網路 第6個子網路剩下未用 資訊網路 第 8-3 章

29 VLSM範例二 －解答：不均等分割子網路圖示
X /24 ，借3位，遮罩為/27 /27 1= /27 2= /27 3= /27 4= /27 5= /27 1 2 3 4 5 /30 1-6= /30 2-6= /30 3-6= /30 4-6= /30 5-6= /30 /30 資訊網路 第 8-3 章

30 VLSM範例三 H 範例三：A、B、C、D、E、H均為路由器，且各有區域網路的使用者，如下圖
請使用VLSM，且不用CIDR的情況下，推算需多大的網路大小，始可容納全部的需求 A E D C B H 150 100 95 80 120 200 共需11個子網路： 1. 各地各一個區域網路： 6 個子網路 2. 兩兩互連的 5 個子網路 資訊網路 第 8-3 章

31 VLSM範例三 －解法一：不均等分割子網路
A E D C B H 150 100 95 80 120 200 VLSM範例三 －解法一：不均等分割子網路 路由器 H ： 有200個使用者，∵ 27 <200< 28 ，H=8，32-8=24，需/24網路遮罩 路由器 A ： 有100個使用者，∵ 26 <100< 27 ，H=7，32-7=25，需/25網路遮罩 路由器 B ： 有150個使用者，∵ 27<150< 28，H=8，32-8=24，需/24網路遮罩 路由器 C： 有80個使用者，∵ 26 <80< 27 ，H=7，32-7=25，需/25網路遮罩 路由器 D ： 有120個使用者，∵ 26 <120< 27 ，H=7，32-7=25，需/25網路遮罩 路由器 E ： 有95個使用者，∵ 26 <95< 27 ，H=7，32-7=25，需/25網路遮罩 連接端： 需5條，需/30網路遮罩 P.S. 以最多使用者為準，遮罩用 /24，因為需11條網路 24 -2 = 14，N=4 ，符合此需求，24-4=20，所以需 /20 的網路 資訊網路 第 8-3 章

32 VLSM範例三 －解法一：不均等分割子網路圖示
不用CIDR，需用/20的網路 X /20 ，借4位，遮罩為/24 H A B C D E /24 /30 為何A、C、D、E也用遮罩/24？ 因為若從/24再切為/25，只能多增加2個子網路 且不使用CIDR，首尾兩段不能用，等於白切了! 資訊網路 第 8-3 章

33 VLSM範例三 －解法二：不均等分割子網路＋合併網路
另一解法使用/21的網路，再借4位, 則可分成 24 -2 = 14條子網路，21+4=25，遮罩為/25，主機H=32-25=7，2H= 27 =128 再將其中四個分兩組合併為兩個/24給H和B用 X /21 ，借4位，遮罩為/25 H A B C D E /25 /30 /24 資訊網路 第 8-3 章

34 VLSM 2範例三 －解法三：不均等分割子網路＋CIDR
若使用CIDR（Supernet，超網路）： 可直接使用/21的網路，借3位， 23 = 8條子網路，21+3=24，遮罩/24，H=32-24=8，2H= 28 =256 6 段給A、B、C、D、E、H的區域網路用 1 段再細分，用遮罩/30，亦即再借6位，26 = 64條子網路，給路由器與路由器間的連線使用 資訊網路 第 8-3 章

35 聖約翰網路位址 163.21.x.x  class B 預設子網路遮罩 255.255.0.0 借位切割子網路：
新子網路遮罩 = x.x 被切成 27個子網路 可用子網路為27 – 2 ＝ 128-2=126 主機H=32-23=9，2H= 29 =512 其中資管系分得 x x 資管系的網路位址 資管系的廣播位址 子網路遮罩 預設通訊閘道位址: 可用IP中的 除廣播位址外的最後一個位址 資訊網路 第 8-3 章

36 Summary（一） 已知IP位址和子網路遮罩，應能夠判斷下列資訊： 這個子網路的子網路位址 這個子網路的廣播位址 這個子網路的主機位址範圍
這個子網路遮罩所容許的最大子網路數目 這個子網路的主機數目 子網路位元數和斜線數字的編號 這個子網路編號（即為子網路位址） 資訊網路 第 8-3 章

37 Summary（二） 各級網路的使用情形大致如下： A級位址： 美國國防部，和大型研究機關如史丹福大學，和大型電話公司如AT&T使用
B級位址： 中型規模公司和學術機關如各大學使用 C級位址： 開放供所有其他單位，如.com的公司或個人使用 資訊網路 第 8-3 章

38 Summary（三） 子網路遮罩(Subnet Mask)和IP位址的格式一樣，它們都是32位元，分成4個位元組，而以點式十進位格式表示
32位元的子網路遮罩在網路位元部份全都是1，而在主機位元部份則全都是0 若要建立子網路位址，網路管理者可從原來的主機欄位中借出位元，並將其標示為子網路欄位 借位時最少需借2個位元，最多可借多少位元因網路級別而有所不同，只要最少保留二位元作為主機號碼即可 子網路遮罩和 IP同樣重要 設定網路參數、網路組態時，如果子網路遮罩沒有設對，網路就不通 資訊網路 第 8-3 章

39 網路遮罩 (Netmask)參考網址 有關網路遮罩 (Netmask) 的介紹可以參考下列網址： 資訊網路 第 8-3 章