半岛夏天
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TCP-IP协议详解(4)IPv4与IPv6地址

IP地址是IP协议的重要组成部分，它可以识别接入互联网中的任意一台设备。在IP接力中，我们已经看到，IP包的头部写有出发地和目的地的IP地址。IP包上携带的IP地址和路由器相配合，最终允许IP包从互联网的一台电脑传送到另一台。

在IP接力中，我们是以IPv4为例说明IP包的格式的。IPv4和IPv6是先后出现的两个IP协议版本。IPv4的地址就是一个32位的0/1序列，比如11000000 00000000 0000000 00000011。为了方便人类记录和阅读，我们通常将32位0/1分成4段8位序列，并用10进制来表示每一段(这样，一段的范围就是0到255)，段与段之间以.分隔。比如上面的地址可以表示成为192.0.0.3。IPv6地址是128位0/1序列，它也按照8位分割，以16进制来记录每一段(使用16进制而不是10进制，这能让写出来的IPv6地址短一些)，段与段之间以:分隔。

IP地址的分配

IP地址的分配是一个政策性的问题。ICANN(the Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)是Internet的中心管理机构。ICANN的IANA(Internet Assigned Numbers Authourity)部门负责将IP地址分配给5个区域性的互联网注册机构(RIR，Reginal Internet Registry)，比如APNIC，它负责亚太地区的IP分配。然后RIR将地址进一步分配给当地的ISP(Internet Service Provider)，比如中国电信和中国网通。ISP再根据自己的情况，将IP地址分配给机构或者直接分配给用户，比如将A类地址分配给一个超大型机构，而将C类地址分配给一个网吧。机构可以进一步在局域网内部分配IP地址给各个主机。(A/B/C类地址请参阅IP接力)

TCP-IP协议详解(4)IPv4与IPv6地址_第1张图片
5个RIR的分管区域


并不是所有的地址都会被分配。一些地址被预留，用于广播、测试、私有网络使用等。这些地址被称为专用地址(special-use address)。你可以查询RFC5735来了解哪些地址是专用地址。

(RFC，Request For Comments。RFC是一系列的技术文档，用于记录Internet相关的技术和协议规定。每一个RFC文件都有一个固定的编号。它们是互联网的一个重要财产。你可以通过http://www.rfc-editor.org/来查找RFC文件)

IPv4地址耗尽

由于IPv4协议的地址为32位，所以它可以提供232, 也就是大约40亿个地址。如果地球人每人一个IP地址的话，IPv4地址已经远远不够。更何况，人均持有的入网设备可能要远多于一个，下图中显示了一个家庭对IP地址的需求，这种需求量已经相当常见了：

TCP-IP协议详解(4)IPv4与IPv6地址_第2张图片
We need more IP address！


下图显示了各大洲RIR的IPv4地址耗尽日期 (IANA已经将所有的IP分配给各个RIR)：

TCP-IP协议详解(4)IPv4与IPv6地址_第3张图片
5个RIR区域的预计耗尽日期


尽管一些技术措施(比如NAT技术，我会在其他文章中深入NAT)减缓了情况的紧急程度，但IPv4地址耗尽的一天终究还是会很快到来。很明显，我们需要更多的IP地址，以满足爆炸式增长的互联网设备对IP地址的需求。

TCP-IP协议详解(4)IPv4与IPv6地址_第4张图片
Too much stuff for IPv4


更长=更好

IPv6协议的地址最重要的改进就是：加长。IPv6的地址为128位。准确的说，IPv4有4,294,967,296个地址，而IPv6有

340,282,366,920,938,463,374,607,431,768,211,456

个地址。这是怎样一个概念呢？我们可以大概计算一下

地球表面积大约为510,067,866,000,000平方米。在一平方厘米(大约是指甲盖大小)的面积内，我们可以有6.67×1016个IP地址！所以在短期的时间内，我们应该不会看到IPv6被用尽的尴尬。(不排除在未来计算机以分子尺寸出现，那么我们就会有IPv6耗尽危机了)

所以，为了解决IPv4地址耗尽危机，这就是结论：

TCP-IP协议详解(4)IPv4与IPv6地址_第5张图片

总结

IPv4地址正在耗尽，而IPv6通过更长的序列提供了更多的IP地址。IPv4向IPv6的迁移正在发生。

阻碍迁移的过程的主要在于IPv4和IPv6格式的不兼容性。老的路由器支持IPv4格式的IP包，但它们无法理解IPv6格式的IP包。所以这一迁移过程必然要伴随者设备的更新。然而，我们的许多互联网资产都是建立在IPv4网络上的，不可能一夜之间停止IPv4网络的服务而整体迁移到IPv6网络中。这一迁移过程注定充满坎坷。


【TCP/IP详解】系列教程

互联网协议入门 1

互联网协议入门 2

TCP-IP协议详解(1)网络协议概观

TCP-IP协议详解(2) 以太网与WiFi协议

TCP-IP协议详解(3) IP/ARP/RIP/BGP协议

TCP-IP协议详解(4)IPv4与IPv6地址

TCP-IP协议详解(5)IP协议详解

TCP-IP协议详解(6) ICMP协议

TCP-IP协议详解(7) UDP协议

TCP-IP协议详解(8) TCP协议与流通信

TCP-IP协议详解(9) TCP连接

TCP-IP协议详解(10) TCP滑窗管理

TCP-IP协议详解(11) TCP重传

TCP-IP协议详解(12) TCP堵塞控制

TCP-IP协议详解(13) DNS协议

TCP-IP协议详解(14) CIDR与NAT

TCP-IP协议详解(15) HTTP协议概览

图解TCP-IP协议

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