IP地址、IPv4和IPv6的关系

什么是IP地址?

当我们有一台电脑的时候,能做的事情就会非常有限,当你有两台电脑,你就需要将两台电脑进行相连,让他们进行协同工作,但是当你有三台,甚至更多的的时候,还能通过仅仅网线将他们互联吗?
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可以看到,当主机数量增多后,他们之间的链接关系就会边的非常复杂,为了解决这个问题,相应就产生了交换机

交换机

当网络中引入交换机后,主机和主机之间就不再以点对点的互相连接了,可以将所有的主机都接入交换机,然后某台主机发出的数据先发送到交换机,交换机再将数据发送到需要接收的主机上,那么就会有一个问题,交换机怎知道他要转发给哪台主机呢?这就需要引入IP地址

IP地址

为了让发出的数据知道该往那个主机走,就需要给每台主机设置一个地址,就像我们的快递一样,都需要填写清楚地址,这个地址就是IP地址,然后通过主机加交换机我们就组成了一个小型的局域网
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局域网和广域网

当我们有一个局域网需要和另一个局域网进行互通,我们就可以将两个局域网的交换机连接起来
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当局域网增多后,就会出现之前多台主机互联而关系混乱的结果,解决办法就是在多个局域网中再放置一台交换机,就可以进行局域网之间的有序互联
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随着局域网互联的越来越多,用户也会越来越多,最后所有的人都会接入到这个庞大的网络当中,当你接入这个庞大的网络之后,你就可以访问到这个世界上绝大多数的设备,这个庞大的网络就是广域网
广域网就是一个设备数量超级庞大的局域网,由很多小局域网组成的。
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但是这个大的局域网以及小的广域网该如何建设呢,由谁建设呢?
这个工作就是ISP所作的,即互联网服务提供商,在中国就是常说的三大运营商联通移动电信。

IP地址的组成IPv4和IPv6

IPv4地址是由32位的二进制数组成的,理论上可以提供232个地址,大概就是42.28亿个地址,为了方便记忆,就将8位二进制分为一组,转化为十进制,就成了四部分,每一部分都以0-255组成
由于一部分特殊地址不能随意使用,所以能直接用的就更少了(36.47亿),
并且每个人拥有的设备不止一台,所以想让每台设备都拥有一个独立的IP地址是远远不够的,此时就引入一个新的技术,NAT:网络地址转换
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NAT网络地址转换

假设有五台主机IP地址为192.168.0.1-192.168.0.5,他们通过路由器接入广域网IP地址为6.6.6.6,由于路由器是需要接入广域网并执行NAT,所以路由器在这儿充当的就是网关的角色。
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这时从主机发送出来的数据包通过路由器,就会通过NAT,将192.168.0.x转换为6.6.6.6,再发送到IP地址为8.8.8.8,这就是NAT的作用

NAT的作用:缓解IP地址耗尽的速度
NAT操作过程:
1、接受数据
2、根据转换关系表转换IP,并将转换关系保存到内存
3、转发数据
4、返回数据

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在将数据包发送到8.8.8.8的时候,如果该主机也作为网关,下面可能也挂载很多台其他主机和设备,这样就会有一个问题,6.6.6.6接收的数据会不知道数据是从哪台主机发送出来的,同样8.8.8.8也会不知道将数据发送到下面的哪台主机,返回的数据也会不知道去向,这儿就会有一个新的概念,端口映射
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端口映射

具体的操作就是在IP地址后增加一串端口号,网关会以IP地址+端口号的方式去和外网交互,传输数据的时候就会以增加端口的映射这样就实现了一个IP可以传输不同主机的数据了
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在NAT+端口映射的加持下才使得IPv4继续使用了这么多年

公网IP和私网IP

通过上面的例子就可以得出公网IP和私网IP的区别了,比如上面使用的192.168.0.X就是私网IP,而6.6.6.6以及8.8.8.8就是公网IP。私有IP就是寄宿在公网IP下的IP地址,以快递地址举个例子就是公网IP代表的是某某省某某市某某小区,是一个比较大的且唯一的地址,而私网IP就是具体到门牌号,可能隔壁小区也会有相同的门牌号,但是只要公网IP确定,就不会发错地址。
由于IPv4地址的枯竭,所以申请公网IP变的越来越困难,所以就需要IPv4向IPv6进行升级

IPv6

IPv6由8组四位16进制的数组合而成,理论上可以提供约3.4 x 1038个地址,数量庞大到可以为地球上每一粒沙子标记上自己独立的IP地址,但是由于IPv4和IPv6是两个完全不同协议,就意味着他们两个之间不能够进行直接的互通,必须借助其他设备进行转换和映射,但是可以知道的是现在IPv6已经逐渐发展,迟早有一天,IPv4会被IPv6彻底取代。

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