IPv4 快速指南

IPv4 - 概述

这个时代被称为计算机时代。计算机已经显著改变了我们的生活方式。当计算设备连接到其他计算设备时，我们可以以闪电般的速度共享数据和信息。

什么是网络？

在计算机世界中，网络是指通过某种共享介质（可以是有线或无线的）互连的主机集合。计算机网络使主机能够通过介质共享和交换数据和信息。网络可以是跨越办公室的局域网 (LAN)，跨越城市的城域网 (MAN)，也可以是跨越城市和省份的广域网 (WAN)。

计算机网络可以很简单，例如两台 PC 通过一根铜缆连接在一起；也可以复杂到世界上每台计算机都与其他每台计算机连接在一起，这就是互联网。然后，网络将包含越来越多的组件以实现其最终的数据交换目标。以下是计算机网络中涉及的组件的简要说明：

主机 - 主机位于网络的最终端，即主机是信息的来源，另一个主机将是目的地。信息在主机之间端到端流动。主机可以是用户的 PC、互联网服务器、数据库服务器等。
介质 - 如果是有线，则可以是铜缆、光纤电缆和同轴电缆。如果是无线，则可以是免费的无线电频率或某些特殊的无线频段。无线频率也可用于互连远程站点。
集线器 - 集线器是一个多端口中继器，用于连接 LAN 段中的主机。由于吞吐量低，集线器现在很少使用。集线器工作在 OSI 模型的第 1 层（物理层）。
交换机 - 交换机是一个多端口网桥，用于连接 LAN 段中的主机。交换机的速度比集线器快得多，并且以线速运行。交换机工作在第 2 层（数据链路层），但也提供第 3 层（网络层）交换机。
路由器 - 路由器是第 3 层（网络层）设备，它为发送到某个远程目的地的数据/信息做出路由决策。路由器构成了任何互连网络和互联网的核心。
网关 - 软件或软件和硬件的组合，用于在使用不同数据共享协议的网络之间交换数据。
防火墙 - 软件或软件和硬件的组合，用于保护用户数据免受网络/互联网上意外接收者的侵害。

网络中的所有组件最终都服务于主机。

主机寻址

只有当主机能够在网络上识别彼此时，主机之间的通信才能发生。在一个单一的冲突域（其中一个主机在该段上发送的每个数据包都被其他每个主机听到）中，主机可以通过 MAC 地址直接通信。

MAC 地址是工厂编码的 48 位硬件地址，它也可以唯一地识别主机。但是，如果主机想要与远程主机通信（即不在同一网段或逻辑上未连接），则需要某种寻址方式来唯一地标识远程主机。连接到互联网的所有主机都会被分配一个逻辑地址，这个逻辑地址称为互联网协议地址。

IPv4 - OSI 模型

国际标准化组织 (ISO) 为通信系统制定了一个定义明确的模型，称为开放系统互连 (OSI) 模型。这个分层模型是关于一个系统如何使用每一层中定义的各种协议与另一个系统通信的概念化视图。此外，每一层都指定给通信系统的一个定义明确的部分。例如，物理层定义了通信系统的物理特性，即电线、频率、脉冲代码、电压传输等的所有组件。

OSI 模型具有以下七层：

应用层 (Layer-7) - 这是需要在主机之间或主机之间传输数据的用户应用程序所在的位置。例如 - HTTP、文件传输应用程序 (FTP) 和电子邮件等。
表示层 (Layer-6) - 此层有助于理解主机上的一种数据表示形式到其他主机上的本机表示形式。发送方的数据被转换为在线数据（通用标准格式），并在接收方将其转换为接收方的本机表示形式。
会话层 (Layer-5) - 此层提供主机之间的会话管理功能。例如，如果某些主机需要密码验证才能访问，并且提供了凭据，则对于该会话，密码验证将不再发生。此层可以协助同步、对话控制和关键操作管理（例如，在线银行交易）。
传输层 (Layer-4) - 此层提供主机之间的端到端数据传递。此层从上一层获取数据，将其分解成称为段的较小单元，然后将其提供给网络层进行传输。
网络层 (Layer-3) - 此层有助于唯一标识子网以外的主机，并定义数据包将遵循或路由到的路径以到达目的地。
数据链路层 (Layer-2) - 此层从物理层获取原始传输数据（信号、脉冲等），制作数据帧，并将其发送到上层，反之亦然。此层还检查任何传输错误并相应地进行处理。
物理层 (Layer-1) - 此层处理硬件技术和实际的通信机制，例如信号、电压、电缆类型和长度等。

网络层

网络层负责将数据从一台主机传输到另一台主机。它提供了一种为主机分配逻辑地址并使用相同的地址唯一标识它们的方法。网络层从传输层获取数据单元，并将它们切分成称为数据包的较小单元。

网络层定义数据包应遵循的数据路径以到达目的地。路由器在此层工作，并提供将数据路由到其目的地的机制。

IPv4 - TCP/IP 模型

互联网的大部分使用称为互联网协议套件（也称为 TCP/IP 协议套件）的协议套件。此套件是协议的组合，包含许多用于不同目的和需求的不同协议。因为此套件中的两个主要协议是 TCP（传输控制协议）和 IP（互联网协议），所以它通常被称为 TCP/IP 协议套件。此协议套件有其自身的参考模型，它在互联网上遵循该模型。与 OSI 模型相比，此协议模型包含较少的层。

图 - OSI 和 TCP/IP 参考模型的比较描述

此模型与实际的硬件实现无关，即 OSI 模型的物理层。这就是为什么此模型几乎可以在所有底层技术上实现的原因。传输层和互联网层对应于相同的对等层。OSI 模型的所有三层顶层都压缩在 TCP/IP 模型的单个应用程序层中。

互联网协议版本 4 (IPv4)

互联网协议是 TCP/IP 协议套件中的主要协议之一。此协议在 OSI 模型的网络层和 TCP/IP 模型的互联网层工作。因此，此协议负责根据主机的逻辑地址标识主机并在底层网络之间路由数据。

IP 提供了一种通过 IP 寻址方案唯一标识主机的机制。IP 使用尽力而为的交付，即它不能保证数据包将被交付到目标主机，但它将尽最大努力到达目的地。互联网协议版本 4 使用 32 位逻辑地址。

IPv4 - 数据包结构

互联网协议作为第 3 层协议 (OSI) 从第 4 层 (传输) 获取数据段并将其划分为数据包。IP 数据包封装从上层接收到的数据单元并添加到其自己的报头信息。

封装的数据称为 IP 负载。IP 报头包含将数据包交付到另一端所需的所有必要信息。

IP 报头包含许多相关信息，包括版本号，在本例中为 4。其他详细信息如下：

版本 - 使用的互联网协议版本号（例如 IPv4）。
IHL - 互联网报头长度；整个 IP 报头的长度。
DSCP - 区分服务代码点；这是服务类型。
ECN - 显式拥塞通知；它携带有关在路由中看到的拥塞的信息。
总长度 - 整个 IP 数据包的长度（包括 IP 报头和 IP 负载）。
标识 - 如果 IP 数据包在传输过程中被分段，则所有分段都包含相同的标识号。以识别它们所属的原始 IP 数据包。
标志 - 根据网络资源的要求，如果 IP 数据包太大而无法处理，则这些“标志”指示它们是否可以被分段。在这 3 位标志中，MSB 始终设置为“0”。
分段偏移 - 此偏移量指示分段在原始 IP 数据包中的确切位置。
生存时间 (TTL) - 为了避免网络循环，每个数据包都设置了某个 TTL 值，它告诉网络该数据包可以跨越多少个路由器（跳）。在每个跳跃中，其值都会减 1，当值达到零时，数据包将被丢弃。
协议 - 告诉目标主机网络层此数据包属于哪个协议，即下一层协议。例如，ICMP 的协议号为 1，TCP 为 6，UDP 为 17。
报头校验和 - 此字段用于保存整个报头的校验和值，然后用于检查数据包是否无错误地接收。
源地址 - 数据包发送方（或源）的 32 位地址。
目标地址 - 数据包接收方（或目标）的 32 位地址。
选项 - 这是一个可选字段，如果 IHL 的值大于 5，则使用此字段。这些选项可能包含安全、记录路由、时间戳等选项的值。

IPv4 - 地址分配

IPv4 支持三种不同的寻址模式：

单播寻址模式

在此模式下，数据仅发送到一个目标主机。目标地址字段包含目标主机的 32 位 IP 地址。在这里，客户端将数据发送到目标服务器：

广播寻址模式

在此模式下，数据包将发送到网络段中的所有主机。目标地址字段包含一个特殊的广播地址，即255.255.255.255。当主机在网络上看到此数据包时，它将被绑定到处理它。在这里，客户端发送一个数据包，所有服务器都会处理该数据包：

组播寻址模式

此模式是前两种模式的混合，即发送的数据包既不是发往单个主机，也不是发往段上的所有主机。在此数据包中，目标地址包含一个以 224.x.x.x 开头的特殊地址，多个主机可以处理它。

在这里，服务器发送由多个服务器处理的数据包。每个网络都有一个为网络号保留的 IP 地址，该地址代表网络，还有一个为广播地址保留的 IP 地址，该地址代表网络中的所有主机。

分层寻址方案

IPv4 使用分层寻址方案。一个 IP 地址长度为 32 位，被划分为两部分或三部分，如下所示：

单个 IP 地址可以包含有关网络及其子网以及最终主机的的信息。此方案使 IP 地址具有层次结构，其中一个网络可以具有许多子网，而子网又可以具有许多主机。

子网掩码

32 位 IP 地址包含有关主机及其网络的信息。区分两者非常必要。为此，路由器使用子网掩码，其长度与 IP 地址中网络地址的大小相同。子网掩码也是 32 位长。如果将二进制形式的 IP 地址与它的子网掩码进行按位与运算，结果将得到网络地址。例如，假设 IP 地址为 192.168.1.152，子网掩码为 255.255.255.0，则：

这样，子网掩码有助于从 IP 地址中提取网络 ID 和主机。现在可以确定 192.168.1.0 是网络号，192.168.1.152 是该网络上的主机。

二进制表示

位置值法是将二进制数从十进制值转换的最简单形式。IP 地址是 32 位值，分为 4 个八位字节。一个二进制八位字节包含 8 位，每一位的值可以通过八位字节中位值“1”的位置来确定。

位的位值由 2 的幂次方 (位置 – 1) 确定，即第 6 位为 1 的位值是 2^(6-1)，即 2^5，即 32。八位字节的总值通过将位的位值加起来确定。11000000 的值为 128+64 = 192。下表显示了一些示例：

IPv4 - 地址类别

互联网协议层次结构包含几类 IP 地址，以便根据每网络主机的需求在各种情况下有效使用。总的来说，IPv4 寻址系统分为五类 IP 地址。所有五类都由 IP 地址的第一个八位字节标识。

互联网号码分配机构 (IANA) 负责分配 IP 地址。

这里提到的第一个八位字节是最左边的八位字节。八位字节编号如下所示，描绘了 IP 地址的点分十进制表示法：

每类网络数和每类主机数可以通过以下公式得出：

计算主机 IP 地址时，减少 2 个 IP 地址，因为它们不能分配给主机，即网络的第一个 IP 是网络号，最后一个 IP 保留用于广播 IP。

A 类地址

第一个八位字节的第一位始终设置为 0（零）。因此，第一个八位字节的范围为 1-127，即

A 类地址仅包括从 1.x.x.x 到 126.x.x.x 的 IP。IP 范围 127.x.x.x 保留用于环回 IP 地址。

A 类 IP 地址的默认子网掩码为 255.0.0.0，这意味着 A 类寻址可以有 126 个网络 (2⁷-2) 和 16777214 个主机 (2²⁴-2)。

因此，A 类 IP 地址格式为：0NNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH.HHHHHHHH

B 类地址

属于 B 类的 IP 地址的第一个八位字节的前两位设置为 10，即

B 类 IP 地址的范围是从 128.0.x.x 到 191.255.x.x。B 类的默认子网掩码为 255.255.x.x。

B 类有 16384 (2¹⁴) 个网络地址和 65534 (2¹⁶-2) 个主机地址。

B 类 IP 地址格式为：10NNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH.HHHHHHHH

C 类地址

C 类 IP 地址的第一个八位字节的前 3 位设置为 110，即：

C 类 IP 地址的范围是从 192.0.0.x 到 223.255.255.x。C 类的默认子网掩码为 255.255.255.x。

C 类提供 2097152 (2²¹) 个网络地址和 254 (2⁸-2) 个主机地址。

C 类 IP 地址格式为：110NNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH

D 类地址

D 类 IP 地址的第一个八位字节的前四位设置为 1110，范围为：

D 类 IP 地址范围为 224.0.0.0 到 239.255.255.255。D 类保留用于组播。在组播中，数据并非发往特定主机，因此无需从 IP 地址中提取主机地址，并且 D 类没有子网掩码。

E 类地址

此 IP 类仅保留用于研发或研究的实验目的。此类中的 IP 地址范围为 240.0.0.0 到 255.255.255.254。与 D 类一样，此类也没有子网掩码。

IPv4 - 子网划分

每个 IP 类都配备了自己的默认子网掩码，该掩码将该 IP 类限制为具有前缀数量的网络和每个网络前缀数量的主机。基于类的 IP 寻址不提供具有更少主机/网络或每个 IP 类更多网络的任何灵活性。

CIDR 或**无类域间路由**提供了借用 IP 地址主机部分的位并将其用作网络中的网络（称为子网）的灵活性。通过使用子网划分，单个 A 类 IP 地址可用于拥有更小的子网，从而提供更好的网络管理能力。

A 类子网

在 A 类中，只有第一个八位字节用作网络标识符，其余三个八位字节用于分配给主机（即每个网络 16777214 个主机）。为了在 A 类中创建更多子网，从主机部分借用位，并相应地更改子网掩码。

例如，如果从第二个八位字节的主机位借用一个 MSB（最高有效位）并添加到网络地址，它将创建两个子网 (2¹=2)，每个子网有 (2²³-2) 8388606 个主机。

子网掩码会相应更改以反映子网划分。下面列出了所有可能的 A 类子网组合：

在子网划分的情况下，每个子网的第一个和最后一个 IP 地址分别用于子网号和子网广播 IP 地址。因为这两个 IP 地址不能分配给主机，所以不能通过使用超过 30 位作为网络位来实现子网划分，这每个子网提供的可用主机少于两个。

B 类子网

默认情况下，使用基于类的网络，14 位用作网络位，提供 (2¹⁴) 16384 个网络和 (2¹⁶-2) 65534 个主机。B 类 IP 地址可以通过从主机位借用位来以与 A 类地址相同的方式进行子网划分。以下是所有可能的 B 类子网划分组合：

C 类子网

C 类 IP 地址通常分配给非常小的网络，因为它每个网络只能有 254 个主机。以下是所有可能的子网划分 B 类 IP 地址组合的列表：

IPv4 - 可变长子网掩码 (VLSM)

互联网服务提供商可能会面临这样的情况：他们需要根据客户的需求分配不同大小的 IP 子网。一个客户可能需要 3 个 IP 地址的 C 类子网，而另一个客户可能需要 10 个 IP 地址。对于 ISP 来说，将 IP 地址划分为固定大小的子网是不可行的，相反，他们可能希望以最大限度地减少 IP 地址浪费的方式对子网进行子网划分。

例如，管理员拥有 192.168.1.0/24 网络。后缀 /24（读作“斜杠 24”）表示用于网络地址的位数。在此示例中，管理员有三个具有不同主机数量的不同部门。销售部门有 100 台计算机，采购部门有 50 台计算机，会计部门有 25 台计算机，管理部门有 5 台计算机。在 CIDR 中，子网是固定大小的。使用相同的方法，管理员无法满足网络的所有需求。

以下过程显示了如何使用 VLSM 来分配示例中提到的部门 IP 地址。

步骤 1

列出可能的子网。

步骤 2

按降序 (从高到低) 对 IP 需求进行排序。

销售 100
采购 50
会计 25
管理 5

步骤 3

将最高的 IP 范围分配给最高需求，因此让我们将 192.168.1.0 /25 (255.255.255.128) 分配给销售部门。这个网络号为 192.168.1.0 的 IP 子网有 126 个有效的宿主 IP 地址，可以满足销售部门的需求。用于此子网的子网掩码的最后一个八位字节为 10000000。

步骤 4

分配下一个最高的范围，因此让我们将 192.168.1.128 /26 (255.255.255.192) 分配给采购部门。这个网络号为 192.168.1.128 的 IP 子网有 62 个有效的宿主 IP 地址，可以轻松分配给采购部门的所有电脑。使用的子网掩码的最后一个八位字节为 11000000。

步骤 5

分配下一个最高的范围，即会计部门。25 个 IP 的需求可以通过 192.168.1.192 /27 (255.255.255.224) IP 子网来满足，该子网包含 30 个有效的宿主 IP。会计部门的网络号将是 192.168.1.192。子网掩码的最后一个八位字节是 11100000。

步骤 6

将下一个最高的范围分配给管理部门。管理部门只有 5 台计算机。掩码为 255.255.255.248 的 192.168.1.224 /29 子网恰好有 6 个有效的宿主 IP 地址。因此，这可以分配给管理部门。子网掩码的最后一个八位字节将包含 11111000。

通过使用 VLSM，管理员可以以这种方式对 IP 子网进行子网划分，从而最大限度地减少 IP 地址的浪费。即使在为每个部门分配 IP 后，在此示例中，管理员仍然有大量的 IP 地址剩余，如果他使用 CIDR，这是不可能的。

IPv4 - 保留地址

有一些保留的 IPv4 地址空间不能在互联网上使用。这些地址具有特殊用途，不能在本地局域网之外路由。

专用 IP 地址

每个 IP 类（A、B 和 C）都有一些地址保留为专用 IP 地址。这些 IP 可用于网络、校园、公司内部，并且对它们是私有的。这些地址不能在互联网上路由，因此包含这些专用地址的数据包会被路由器丢弃。

为了与外部世界通信，这些 IP 地址必须使用 NAT 过程转换为一些公共 IP 地址，或者可以使用 Web 代理服务器。

创建专用地址的单独范围的唯一目的是控制已经有限的 IPv4 地址池的分配。通过在 LAN 中使用专用地址范围，对 IPv4 地址的需求在全球范围内显著下降。这也帮助推迟了 IPv4 地址耗尽。

使用专用地址范围时，可以根据组织的大小和需求选择 IP 类。较大的组织可以选择 A 类专用 IP 地址范围，而较小的组织可以选择 C 类。这些 IP 地址可以进一步进行子网划分并分配给组织内的部门。

环回 IP 地址

IP 地址范围 127.0.0.0 – 127.255.255.255 保留用于环回，即主机的自地址，也称为本地主机地址。此环回 IP 地址完全由操作系统管理和在操作系统内管理。环回地址使单个系统上的服务器和客户端进程能够相互通信。当一个进程创建一个目的地址为环回地址的数据包时，操作系统会将其循环回自身，而不会干扰网卡。

发送到环回的数据由操作系统转发到操作系统内的虚拟网络接口。此地址主要用于测试目的，例如单机上的客户端-服务器架构。除此之外，如果主机可以成功 ping 通 127.0.0.1 或环回范围内的任何 IP，则意味着机器上的 TCP/IP 软件堆栈已成功加载并正在工作。

链路本地地址

如果主机无法从DHCP服务器获取IP地址，并且也没有手动分配任何IP地址，则主机可以从保留的链路本地地址范围内为自己分配一个IP地址。链路本地地址范围从169.254.0.0到169.254.255.255。

假设一个网络段中的所有系统都配置为从连接到同一网络段的DHCP服务器获取IP地址。如果DHCP服务器不可用，则该段上的任何主机都无法与其他任何主机通信。Windows（98或更高版本）和Mac OS（8.0或更高版本）支持这种链路本地IP地址自配置功能。在没有DHCP服务器的情况下，每台主机都会从上述范围内随机选择一个IP地址，然后通过ARP检查是否有其他主机也配置了相同的IP地址。一旦所有主机都使用相同范围的链路本地地址，它们就可以彼此通信。

当这些IP地址不属于同一物理或逻辑段时，它们无法帮助系统进行通信。这些IP地址也不能路由。

IPv4 - 示例

本章描述网络上使用互联网协议版本4进行实际通信的方式。

网络中的数据包流程

IPv4环境中的所有主机都被分配了唯一的逻辑IP地址。当主机想要向网络上的另一台主机发送一些数据时，它需要目标主机的物理（MAC）地址。为了获取MAC地址，主机广播ARP消息并请求提供MAC地址给目标IP地址的所有者。该段上的所有主机都接收ARP数据包，但只有IP地址与ARP消息中的IP地址匹配的主机才会回复其MAC地址。发送方收到接收站的MAC地址后，数据就会在物理介质上传输。

如果IP地址不属于本地子网，则数据将通过子网网关发送到目标。为了理解数据包流程，我们必须首先了解以下组件：

MAC地址 - 媒体访问控制地址是网络设备的48位工厂硬编码物理地址，可以唯一标识。此地址由设备制造商分配。
地址解析协议 - 地址解析协议用于获取已知IP地址的主机的MAC地址。ARP是一个广播数据包，网络段中的所有主机都会收到它。但是，只有IP地址在ARP中提到的主机才会响应它，提供其MAC地址。
代理服务器 - 要访问互联网，网络使用具有公共IP地址的代理服务器。所有PC都向代理服务器请求互联网上的服务器。代理服务器代表PC向服务器发送请求，当它从服务器收到响应时，代理服务器会将其转发到客户端PC。这是一种控制计算机网络中互联网访问的方法，它有助于实施基于web的策略。
动态主机配置协议 - DHCP是一种服务，通过该服务，主机可以从预定义的地址池中分配IP地址。DHCP服务器还提供必要的信息，例如网关IP、DNS服务器地址、与IP一起分配的租期等。通过使用DHCP服务，网络管理员可以轻松管理IP地址的分配。
域名系统 - 用户很可能不知道他想连接到的远程服务器的IP地址。但他知道分配给它的名称，例如，tutorialpoints.com。当用户键入他想连接到的远程服务器的名称时，屏幕后面的本地主机会发送DNS查询。域名系统是一种获取已知域名主机的IP地址的方法。
网络地址转换 - 计算机网络中的几乎所有PC都被分配了私有IP地址，这些地址在互联网上不可路由。路由器一旦收到带有私有IP地址的IP数据包，就会将其丢弃。为了访问公共私有地址上的服务器，计算机网络使用地址转换服务，该服务在公共地址和私有地址之间进行转换，称为网络地址转换。当PC从专用网络发送IP数据包时，NAT会将私有IP地址更改为公共IP地址，反之亦然。

现在我们可以描述数据包流程了。假设用户想从她的个人电脑访问www.TutorialsPoint.com。她从她的ISP获得互联网连接。系统将采取以下步骤来帮助她到达目标网站。

步骤1 – 获取IP地址（DHCP）

当用户的PC启动时，它会搜索DHCP服务器以获取IP地址。为此，PC发送DHCPDISCOVER广播，子网上的一个或多个DHCP服务器都会收到此广播，并且它们都会响应DHCPOFFER，其中包括所有必要的详细信息，例如IP、子网、网关、DNS等。PC发送DHCPREQUEST数据包以请求提供的IP地址。最后，DHCP发送DHCPACK数据包以告诉PC它可以将IP保留一段时间，这被称为IP租期。

或者，可以手动为PC分配IP地址，而无需借助DHCP服务器。当PC配置好IP地址详细信息后，它就可以与IP启用网络上的其他计算机通信。

步骤2 – DNS查询

当用户打开Web浏览器并键入www.tutorialpoints.com（这是一个域名）并且PC不理解如何使用域名与服务器通信时，PC会向网络发送DNS查询以获取与域名相关的IP地址。预先配置的DNS服务器会使用域名的IP地址响应查询。

步骤3 – ARP请求

PC发现目标IP地址不属于它自己的IP地址范围，它必须将请求转发到网关。在这种情况下，网关可以是路由器或代理服务器。虽然客户端机器知道网关的IP地址，但计算机并不通过IP地址交换数据，而是需要机器的硬件地址，即第2层工厂编码的MAC地址。为了获取网关的MAC地址，客户端PC广播一个ARP请求，内容为“谁拥有这个IP地址？”网关响应ARP查询并发送其MAC地址。收到MAC地址后，PC将数据包发送到网关。

IP数据包同时具有源地址和目标地址，它在逻辑上将主机与远程主机连接起来，而MAC地址帮助单个网络段上的系统传输实际数据。重要的是，源MAC地址和目标MAC地址在互联网上传输时会发生变化（逐段变化），但源IP地址和目标IP地址永远不会改变。

IPv4 - 总结

互联网协议版本4的设计目标是分配大约43亿个地址。在互联网的早期，这被认为是一个非常大的地址空间，无需担心。

互联网用户的突然增长及其广泛使用，成倍地增加了需要真实且唯一的IP才能进行通信的设备数量。逐渐地，几乎每台旨在简化人类生活的数字设备都需要一个IPS，例如手机、汽车和其他电子设备。除了计算机/路由器之外，设备数量的增加增加了对额外IP地址的需求，而这些需求以前并没有考虑。

IPv4的分配由互联网号码分配机构（IANA）在互联网名称与数字地址分配机构（ICANN）的协调下进行全球管理。IANA与区域互联网注册机构（RIR）密切合作，后者负责在其辖区内有效分配IP地址。共有五个这样的RIR。根据IANA的报告，所有IPv4地址块均已分配。为了应对这种情况，正在采取以下措施：

私有IP - 一些IP块被声明为在局域网内私人使用，以便减少对公共IP地址的需求。
NAT - 网络地址转换是一种机制，通过该机制，可以使用一个或几个公共IP地址启用具有私有IP地址的多个PC/主机进行访问。
RIRs收回未使用的公共IP。

互联网协议版本6 (IPv6)

IETF（互联网工程任务组）重新设计了IP地址以减轻IPv4的缺点。新的IP地址是版本6，这是一个128位的地址，通过它可以为地球的每一寸土地分配数百万个IP地址。

如今，大多数运行在互联网上的设备都使用IPv4，在未来几天内将其切换到IPv6是不可能的。IPv6提供了一些机制，使IPv4和IPv6可以共存，除非互联网完全切换到IPv6：

双IP协议栈
隧道（6to4和4to6）
NAT协议转换

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