漫话：是时候说说到底什么是IPv4和IPv6了

2019年11月25日，负责英国、欧洲、中东和部分中亚地区互联网资源分配的欧洲网络协调中心(RIPE NCC)宣布，其最后的 IPv4 地址空间储备池在 11 月 25 日 UTC + 1 15:35 完全耗尽，所有 43 亿个 IPv4 地址已分配完毕。

其实，早在20世纪80年代后期开始，全球已经开始意识到这个问题将会发生。IPv6的研发及布署，主要就是为了解决这个问题。

什么是IPv4?

IPv4是Internet Protocol version 4的缩写，中文翻译为互联网通信协议(TCP/IP协议)第四版，通常简称为网际协议版本4。

IPv4使用32位(4字节)地址，因此地址空间中只有4,294,967,296(2^32) 个地址。

IPv4地址可被写作任何表示一个32位整数值的形式，但为了方便人类阅读和分析，它通常被写作点分十进制的形式，即四个字节被分开用十进制写出，中间用点分隔。

所以，通常IPv4地址的地址格式为nnn.nnn.nnn.nnn，如：

192.168.1.255 

192.168.1.255因为在点分十进制的表达形式下，共有4个字节的IP地址被分位四段，每一段就有一个字节，而一个字节有8位，那么，8位能表示的数字范围是 0 - 255。

所以，一个IPv4的地址，格式为nnn.nnn.nnn.nnn，其中 0<=nnn<=255，而每个 n 都是十进制数。可省略前导零。

IPv4报文格式

我们知道，在TCP/IP 五层协议模型中，一次网络请求要先后经过应用层->传输层->网络层->数据链路层->物理层。

而在请求过程中，一个请求数据也会从应用层到物理层经过层层包装，每一层把上一层的数据报文包装后加上一层头部信息之后再传给下一层。

所以，IPv4作为网络层协议，在其报文结构中，同样包含了IP首部和数据部分。

其中，IPv4的首部长度是可变的，范围在20-60字节之间。

首部

IPv4报文的首部包含14个字段，其中13个是必须的，1个是可选的。

上图是一张IPv4报文的首部格式，可以看到，IPv4首部中包含的内容还是很多的，比如版本号，首部长度，标识符，分片偏移，存活时间，协议等。

由于这部分不是本文的重点，这里就不对报文头展开详细介绍了，读者可以参照上图自行学习下。

数据

报文中，除了首部以外，还有一个最重要的部分那就是数据部分，数据字段不是首部的一部分，因此并不被包含在首部检验和中。

前面说过，网络层会把传输层的报文封装成数据，并添加上首部之后传递给链路层。

所以，IPv4的报文中数据部分就是传输层的协议报文内容，如TCP、UDP等。

为什么IPv4会枯竭?

IP地址的全球性管理机构为互联网号码分配局(IANA)，其下有五个局域网际网络注册管理机构(RIR)

在理论上，IPv4最多可以提供2^32 (约42.9亿)个IP地址。不过，一些地址是为特殊用途所保留的，如约1800万个专用网络和约2.7亿个多播地址，同样减少了可在互联网上路由的地址数量。

随着地址不断被分配给终端用户，IPv4地址枯竭问题也在随之产生。

中国是世界上互联网用户数量最多的国家，但人均只有0.45个IPv4地址。在IPv4的环境下，我国用户上网地址需要动态分配，人与地址没有固定的对应关系，用户溯源难，带来互联网安全和监管隐患。

所以，为了解决这个问题，IPv6诞生了。

（编辑：威海站长网）

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