IPv4 / IPv6 / DNS

胡益銘

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何謂 IP ? IPv4

地址格式 IANAQoS

缺陷

IPv6 背景與目標 編址 位址表示

DNS 歷史 查詢方式 缺陷

何謂 IP?

IP ，網際協議網路（ Internet Protocol) 的縮寫，是用於報文交換網路的一種面向數據的協議。

數據在 IP 網際網路中傳送時會被封裝為報文或封包。

IP 協議的獨特之處在於：在報文交換網路中主機在傳輸數據之前，無須與先前未曾通信過的目的主機預先建立好一條特定的「通路」。

何謂 IP?

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IPv4

IPv4，是網際網路協議 (Internet Protocol， IP)的第四版，也是第一個被廣泛使用，構成現今網際網路技術的基石 的協議。

IPv4使用32位地址，因此最多可能有4,294,967,296(=232)個地址。

過去IANA把 IP位址分為A,B,C,D,E五大類，其中E類屬於特殊保留位址。

IPv4- 地址格式

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把 32 位的地址分為兩個部分：前面的部分代表網路地址，由 IANA 分配，後面部分代表區域網地址。

為便於使用，常以 XXX.XXX.XXX.XXX 形式表現，每組 XXX 代表小於或等於 255 的 10 進位數。

例如 202.96.155.9 。

IPv4- 地址格式

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隨著網際網路的發展，目前流行的 IPv4 協定已經接近它的功能上限。

IPv4 最致命的兩個缺陷在於：

地址只有 32位， IP 位址空間有限

不支持服務等級（ Quality of Service ， QoS ）的想法，無法管理頻寬和優先順序，故而不能很好的支持現今越來越多的實時的語音和視頻應用。因此 IPv6 浮出海面，用以取代 IPv4 。

IPv4- 缺陷

IPv6

目前 IP 科技可能使用的 IP位址最多可有約 42億個。

驟看可能覺得很難會用盡，但由於早期編碼上的問題，使很多編碼實際上被丟空或不能使用。

加上網際網路的普及，使每個家庭都至少有一部電腦，連同公司的電腦，以及連線每個網路的伺服器，長此下去，專家擔心隨著 Internet的發展，將不夠用。

IPv6

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所以相應的科研組織正在研究 128位元的 IP位址，其 IP位址數量最高可達 3.402823669 × 1038個，地球上的每一粒沙子都可以擁有自己的 IP位址，這種新版的 IP位址科技叫 IPv6

IPv6

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促使 IPv6 形成的主要原因是網路空間的匱乏。 從 1990年開始，網際網路工程任務小組（ Internet Engineering Task Force ，簡稱 IETF）開始規劃 IPv4 的下一代協定，除要解決即將遇到的 IP位址短缺問題外，還要發展更多的擴充功能，為此 IETF小組創建 IPng，以讓後續工作順利進行。

IPv6- 背景與目標

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1994年，各 IPng 領域的代表們於多倫多舉辦的 IETF會議中正式提議 IPv6發展計劃，該提議直到同年的 11月 17日才被認可，並於 1998 年 8月 10日成為 IETF的草案標準。

IPv6 的計劃是建立未來網際網路擴充的基礎，其目標是取代 IPv4 ，預計在 2025年以前 IPv4仍會被支持，以便給新協議的修正留下足夠的時間。

IPv6- 背景與目標

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從 IPv4到 IPv6 最顯著的變化就是網路位址的長度。IPv6 位址的表達形式一般採用 32個十六進位數。

IPv6 中可能的位址有 2128 ≈ 3.4×1038個。也可以想象為 1632 個因為 32 位元位址每位可以取 16個不同的值。

在很多場合， IPv6 位址由兩個邏輯部分組成：一個 64位元的網路前綴和一個 64位元的主機位址，主機位址通常根據物理位址自動生成，叫做 EUI-64（或者 64- 位擴展唯一標識）

IPv6- 編址

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IPv6 位址為 128位元長但通常寫作 8組每組四個十六進位數的形式。例如：

2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344 是一個合法的 IPv6 位址。

如果四個數位都是零，可以被省略。例如：

2001:0db8:85a3:0000:1319:8a2e:0370:7344 等價于 2001:0db8:85a3::1319:8a2e:0370:7344

IPv6- 位址表示

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遵從這些規則，如果因為省略而出現了兩個以上的冒號的話，可以壓縮為一個，但這種零壓縮在位址中只能出現一次。因此：

2001:0DB8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab 200

1:0DB8:0000:0000:0000::1428:57ab 2001:0DB8:0:0:0:0:1428:57ab 2001:0DB8:0::0:1428:57ab 2001:0DB8::1428:57ab

都是合法的位址，並且他們是等價的。 同時前導的零可以省略，因此： 2001:0DB8:02de::0e13 等價于 2001:DB8:2de::e13

IPv6- 位址表示

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Pv4 位址可以很容易的轉化為 IPv6 格式。

舉例來說： 如果 IPv4 的一個位址為 135.75.43.52 它可以被轉化為 0000:0000:0000:0000:0000:0000:874B:2B34 或者 ::874B:2B34 。

IPv6- 位址表示

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網域名稱系統（ Domain Name System 縮寫 DNS， Domain Name 被譯為域名；另外域名伺服器 Domain Name Server 也簡稱為 DNS ）是網際網路的一項核心服務，它作為可以將域名和 IP位址相互對映的一個分佈式資料庫，能夠使人更方便的存取網際網路，而不用去記住能夠被機器直接讀取的 IP數串。

DNS 使用 TCP和 UDP埠 53 。

DNS 最早於 1983年由保羅·莫卡派喬斯（ Paul Mockapetris）發明；原始的科技規範在 882號網際網路標準草案（ RFC 882）中發布。

DNS- 歷史

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1987年發布的第 1034 和 1035號草案修正了 DNS 科技規範，並廢除了之前的第 882 和 883號草案。在此之後對網際網路標準草案的修改基本上沒有涉及到 DNS 科技規範部分的改動。

早期的域名必須以英文句號「 .」結尾 ,當使用者存取 www.wikipedia.org 的 HTTP 服務時必須在址欄中輸入： http://www.wikipedia.org. ，這樣 DNS才能夠進行域名解析。如今 DNS伺服器已經可以自動補上結尾的句號。

DNS- 歷史

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舉一個例子， zh.wikipedia.org 作為一個域名就和 IP位址 208.80.152.2相對應。

DNS就像是一個自動的電話號碼簿，我們可以直接撥打 wikipedia 的名字來代替電話號碼（ IP位址）。

DNS 在我們直接呼叫網站的名字以後就會將像 zh.wikipedia.org一樣便於人類使用的名字轉化成像 208.80.152.2 一樣便於機器識別的 IP位址。

DNS- 查詢方式

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DNS 查詢有兩種方式：遞回 和 迭代。

DNS客戶端設定使用的 DNS伺服器一般都是遞回伺服器，它負責全權處理客戶端的 DNS 查詢請求，直到返回最終結果。而 DNS伺服器之間一般採用迭代查詢方式。

DNS- 查詢方式

資料來源 :維基百科

以查詢 zh.wikipedia.org 為例： 客戶端發送查詢報文“ query zh.wikipedia.org”至 DNS伺服器， DNS伺服器首先檢查自身緩存，如果存在記錄則直接返回結果。

如果記錄老化或不存在，則 DNS伺服器向根域名伺服器發送查詢報文 "query zh.wikipedia.org"，根域名伺服器返回 .org 域的權威域名伺服器位址。

DNS- 查詢方式

資料來源 :維基百科

DNS伺服器向 .org 域的權威域名伺服器發送查詢報文“ query zh.wikipedia.org”，得到 .wikipedia.org域的權威域名伺服器位址。

DNS伺服器向 .wikipedia.org 域的權威域名伺服器發送查詢報文 "query zh.wikipedia.org"，得到主機 zh 的 A記錄，存入自身緩存並返回給客戶端。

DNS- 查詢方式

資料來源 :維基百科

當前對於 DNS系統的控制方式，常常受到指責。最常被攻擊的焦點是壟斷企業或准壟斷企業對 DNS 的濫用，例如 VeriSign公司，以及對於頂級域名的分配。

也有些人宣稱很多 DNS伺服器軟體無法在動態 IP分配上很好的工作，儘管這是某些特定實作的失敗而非協定本身的問題。

此外，一些駭客透過偽造 DNS伺服器將使用者引向錯誤網站，以達到竊取使用者隱私資訊的目的。大約有 68000台這種 DNS伺服器

DNS- 缺陷

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IANA

是英文 Internet Assigned Numbers Authority 的縮寫，即 Internet號碼分配局，是網際網路地址指派機構，是在國際網際網路中使用的 IP位址、域名和許多其它參數的管理機構。

資料來源 :維基百科

QoS 在封包交換網路和計算機網路領域中，流量工程術語服務質量 (英文 Quality of Service ， QoS)指的是網路滿足給定業務合同的機率，或在許多情況下，非正式地用來指分組在網路中兩點間通過的機率。

QoS 是一種控制機制，它提供了針對不同用戶或者不同數據流才用相應不同的優先順序，或者是根據應用程序的要求，保證數據流的性能達到一定的水準。

QoS 的保證對於容量有限的網路來說是十分重要的，特別是對於串流多媒體應用，例如 VoIP( 網路電話 )和 IPTV( 寬頻電視 )等，因為這些應用常常需要固定的傳輸率，對延時也比較敏感。

資料來源 :維基百科