一篇文章談到了關於 IP 地址的那些事情
2022.05.16
一篇文章談到了關於 IP 地址的那些事情
新設備在沒有 IP 地址的情況下無法訪問 Internet，為了解決這個問題，我們開始採用 IPv6。 IPv6地址的數量是IPv4的96次方的2倍，所以不用擔心地址耗盡的問題。IP地址是每個人都熟悉的術語。以生活為例，IP在互聯網中的作用就像發送消息時的收件人地址和發件人地址。收件人地址可以讓信件正確投遞，發件人地址可以讓收件人收到信件。可以回复。IP地址作為每個Internet設備擁有的唯一地址，本質上是TCP/IP協議族中網絡層的一種協議，也是TCP/IP協議族的核心協議。自 1981 年 Jon Postel 在 RFC791 中首次定義 IP 以來，IP 一直是當今 Internet 技術的基礎。當前全球互聯網使用的協議族是 TCP/IP 協議族。 IPv4 是 Internet 協議 (IP) 的第四個版本。
IP 地址表示
IPv4地址（以下統稱IP地址）是用32位二進制數表示的地址。因此，IPv4 共有 2^32-1 個地址，除了全零地址用於表示無效、未知或不可用的目的地。它通常看起來像這樣：
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011111110000000000000000000000001顯然，直接顯示完整的 32 位 IP 地址既不直觀也不令人難忘。所以為了使用方便，我們將32位二進制數分成8位一組，稱為八位組。每個八位字節在寫入時以點分十進制格式標識。每個八位字節的值是 00000000~11111111（二進制數），十進制數的值是 0~255。這使得 IP 地址如下所示：
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01111111 00000000 00000000 00000001
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並且由於二進制和十進制的轉換非常簡單，只需將二進制數的每一位乘以2的N次方，其中N為對應的位，從低位開始到高位的次方0，和二進制 1的每一位相加的結果就是對應的十進制數。
32 位二進制 IP 地址使用點分十進制標識，除全零外，範圍為 000.000.000.001 到 255.255.255.255。那麼為了進一步優化，例如對於000.000.000.001，在每個八位字節中，高位的0可以不寫出來，也就是0.0.0.1。這樣一步一步的讓IP地址變成了我們現在最熟悉的，比如10.0.0.1和192.168.33.44。
順便說一下，我們在上面的例子中使用的IP地址轉換為點分十進制後，就是眾所周知的本地環回地址。該地址是基金會的內部 IP 地址。主要用於網絡軟件測試和本機進程間通信，無論什麼程序一旦使用環回地址發送數據，協議軟件立即返回，無需任何網絡傳輸。
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127.0.0.1
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IP地址的結構
看到這裡，大家自然會想，除了本地地址，還有其他的IP地址嗎？我沒想到，真的。 IP地址可以分為兩部分：網絡地址和主機地址。
網絡地址：表示主機所在的網絡區域
主機地址：主機在網絡區域的具體邏輯位置
如果我們將IP地址和電話號碼進行類比：在電話號碼0571-81020204中，0571是區號，代表浙江杭州，類似於IP地址的網絡地址部分。 81020204是杭州電話的準確號碼，類似於IP地址的主機地址部分。
當一個IP數據包在網絡中傳輸時，路由器只關心目的IP地址的網絡地址部分，通過識別IP地址的網絡部分對IP數據包進行路由操作。當數據包到達目的網段時，通過IP地址的主機部分查找具體的接收主機。
那麼，對於 IP 地址，哪些位是網絡部分，哪些是主機部分？這個需要根據網絡規模和實際需要來劃分。
IP地址的分類
IP 設計有五類 IP 地址（A、B、C、D、E 類）。常用的IP地址有A、B、C，分別適用於大、中、小型網絡。申請IP地址時，負責管理IP地址的機構會根據申請者要求的網絡規模，分配不同級別的IP地址。
A、B、C類的網絡部分和主機部分的長度不同。網絡地址越短，可以分配的主機地址就越多。
在 A、B、C 類地址中，有一些用作私有地址。私有地址，也稱為私有網絡地址或假地址，是指不在互聯網上使用而只在企業或組織的內網中使用的IP地址。相應地，可以在 Internet 上使用的 IP 地址稱為公共地址或真實地址。私有地址的存在使得局域網中的主機不必分配互聯網上所有可用的地址，從而節省了有限的IP地址資源。
IP 地址的未來
前面我們提到過，IPv4 一共有 2^32-1 個地址。乍一看，這個數字似乎很多，但考慮到每部手機、每台電腦，甚至每台冰箱都會聯網，需要一個 IP 地址，這個數字一下子就不足了。
2011 年 2 月 3 日，IANA（互聯網號碼分配機構）宣布其地址池中的 IPv4 地址已分配完畢。 2011 年 4 月 15 日，亞太互聯網網絡信息中心 (APNIC) 於 2012 年 9 月 14 日為歐洲網絡信息中心 (RIPE NCC) 分配了最後一個 IPv4 塊，並於 2014 年 6 月 10 日為拉丁美洲和加勒比海分配了最後一個 IPv4 塊(LACNIC) 分配了最後一個 IPv4 塊。 2015 年 9 月 24 日為北美分配 IPv4 塊，2019 年 11 月 26 日，歐洲 RIPE NCC 終於用完了存儲。
新設備在沒有 IP 地址的情況下無法訪問 Internet，為了解決這個問題，我們開始採用 IPv6。 IPv6地址的數量是IPv4的96次方的2倍，所以不用擔心地址耗盡的問題。早在1998年，我們就開始了IPv6的相關實驗研究，但擺在我們面前的是一個非常嚴重的問題。也就是說，IPv6和IPv4之間的互通需要專門的技術和設備。為解決這個問題，加快IPv6的部署和應用。工信部指導基礎電信企業完成骨幹網、LTE網絡、城域網的IPv6升級改造，實現全國14個骨幹網直連點的IPv6互聯互通。
數據顯示，截至2021年12月，我國IPv6活躍用戶數已達6.08億，約佔中國網民的60.11%。流量方面，城域網IPv6總流量超過44.77Tbps，佔全網流量9.38%，LTE核心網IPv6總流量超過24.43Tbps，佔全網35.15%交通。