趣云笔记
IP地址代表互联网协议（Internet Protocol），是唯一的数字标识符或地址，用于标识TCP/IP网络中的设备，这可以是局域网 ( LAN ) 或互联网。IP地址允许网络中的设备（例如服务器、路由器、交换机和连接到网络的任何其它网络设备）之间进行通信。
IP地址主要作用是在网络中唯一标识和定位设备，它允许设备之间进行数据传输和通信，使得用户可以发送和接收信息、浏览网页、下载文件等。IP地址也用于路由数据包，确保它们正确地传送到目标设备。
在Internet上，IP地址分为公有IP地址和私有IP地址。公有IP地址是全球唯一的，用于直接连接到Internet，并可以被其它设备访问。私有IP地址被用于内部网络，例如家庭网络或企业内部网络，它们在网络范围内是唯一的，但在全球范围内并不可直接访问。
IPv4和IPv6之间的区别
IP地址可以大致分为两类：IPv4和IPv6。
IPv4地址
IPv4 （IP版本4）地址是一个32位数字，分为四个八位字节，每个八位字节由句点或小数点分隔，这通常称为点分十进制格式。每个八位字节由8位组成，共同表示一个字节。
IPv4地址可以进一步分为两部分，第一部分代表网络部分，而其余部分定义主机部分。
网络部分
IP地址的网络部分标识IP地址所属的类别。计算机网络中使用了3种不同的IP地址类别，分别是A类、B类和C类。
在A类网络中，前8位（八位字节）定义网络，而其余24位保留给网络中的主机。
- 公有IP地址范围从1.0.0.0到127.0.0.0。
- 私有IP地址范围从10.0.0.0到10.255.255.255。
地址127.0.0.0到127.255.255.255保留用于环回和其它诊断目的，因此不会分配给网络中的主机。
A类的默认子网掩码是255.0.0.0，前8位用于标识网络，剩余的24位指定给主机。此类用于控制大量主机的网络。它最多产生16,777,214个主机和126个网络。
在B类中，前两个八位字节或16位用于定义网络ID。
- 公有IP地址范围从128.0.0.0到191.255.0.0。
- 私有IP范围是从172.16.0.0到172.31.255.255。
默认子网掩码为255.255.0.0，其中前16位定义网络ID。此类IP通常用于中大型网络，每个网络产生65,534 台主机，总共有16,382个网络。
在C类网络中，前两个网络位设置为1，第三个设置为0，即1 1 0。前三个八位字节的其余21位定义网络ID，最后一个八位字节定义网络编号主机。
因此，C类IP地址产生的网络数量最多，达2,097,150个，每个网络的主机数量最少，为254个主机。
- 公有IP地址范围为192.0.0.0到223.255.255.0。
- 私有IP地址范围是从192.168.0.0到192.168.255.255。
子网掩码是255.255.255.0。C类IP主要用于小型网络，例如家庭网络或小型办公室或企业。
主机部分
IP地址的其余部分是主机部分，它决定了网络中主机的数量。这部分唯一标识网络中的主机。同一网络中的所有主机共享同一网络部分。
例如，以下主机IP地址属于同一网络：
192.168.50.15 192.168.50.100 192.168.50.90
IPv6地址
IPv6地址是一个128位长的字母数字地址，分为八组，每组包含16位。
与IPv4地址一样，它分为两部分：网络部分和主机部分。网络部分构成前64位，用于路由目的。其余64位标识节点上的地址。以下是完整IPv6地址的示例：
fe80:ce00:0000:5029:45ff:0000:211E:469C
这可以进一步缩短如下所示：
fe80:ce00:0:5029:45ff:0:211E:469C
IPv6的开发是为了解决IPv4中地址即将耗尽的问题。众所周知，IPv6包含128位，是IPv4中位数（32位）的四倍。这些额外的位数提供了更多的寻址空间，将补充IPV4提供的地址。
尽管IPv6将在不久的将来取代IPv4寻址，但就目前而言，许多组织和云服务器商家仍在使用并在很大程度上依赖IPv4地址。事实上，现在几乎不需要在你的设备上配置IPv6地址进行网络连接。所以，IPv6取代或逐步淘汰IPv4地址还需要相当长的一段时间。
IPv4会被淘汰吗？
IPv4的发展背景
自1981年RFC 791发布以来，我们一直在使用IPv4地址。当时，计算机又大又贵，而且很少见。IPv4提供了40亿个IP地址，这与计算机的数量相比似乎是一个巨大的数字。不幸的是，IP地址并没有因此被高利用，因为寻址存在差距。例如，一家公司可能有254 ( 2^8-2 ) 个IPv4地址，但只使用其中的25个。
其余229个保留用于将来扩展。由于网络路由流量的方式，这些地址不能被其他任何人使用。因此，在1981年看起来很大的数字在2023年实际上是一个很小的数字。
Internet工程任务组 ( IETF ) 在1990年代初期就认识到了这个问题，并提出了两种解决方案：无类Internet域路由器( CIDR ) 和私有IP地址。
- 在发明CIDR之前，可以获得三种网络大小之一：24位（16,777,214个地址）、20位（1,048,574个地址）和16 位（65,534个地址）。一旦CIDR被发明，就可以将网络拆分为子网，例如，如果你需要5个IP地址，那么ISP将为你提供一个大小为3位的网络，这将为你提供6个IP地址。这样一来，ISP就可以更有效地使用IPv4地址。
- 私有IP地址允许你创建一个网络，网络上的每台机器都可以轻松连接到互联网上的另一台机器，但互联网上的机器很难连接回你的机器。因为你的网络是私有的，并且是隐藏的。更重要的是，网络可能非常大，有16,777,214个地址，这样你可以将你的专用网络划分为更小的网络，以便可以轻松管理自己的地址。或许你现在可能正在使用私有IPv4地址，可以检查你自己的IP地址：如果它在10.0.0.0 – 10.255.255.255或172.16.0.0 – 172.31.255.255或192.168.0.0 – 192.168.255.255范围内，那么你使用的是私有 IP地址。
以上这两个解决方案有助于预防灾难，但它们是权宜之计，具体如下分析：
- IPv4地址的另一个问题是IPv4标头的长度可变。当路由由软件完成时，这是可以接受的。但是现在路由器是用硬件构建的，很难在硬件中处理可变长度的报头。允许数据包遍布全球的大型路由器在处理负载方面遇到了问题。显然，需要一种带有固定长度标头的新方案。
- 与此同时， IPv4地址还有一个问题是，在分配地址时，互联网是美国人发明的，而世界其它地区的IP地址是分散的，所以需要一种方案来允许地址按地理位置聚合，以便路由表可以变得更小。
- 当然，IPv4最后一个问题（这听起来可能令人惊讶）是它很难配置，也很难更改。这对你来说可能并不常见，因为你的路由器会为你处理所有这些细节，但是对于ISP来说可能会让他们抓狂。
因此，以上所有这些问题都考虑到了下一个版本的互联网。
IPv6地址的诞生
IETF于1995年12月公布了下一代 IP，新版本被称为IPv6，因为数字5被错误地分配给了其它东西。
IPv6的一些新功能特性包括：
- 128位地址（3.402823669×10³⁸地址）。
- 逻辑聚合地址的方案。
- 固定长度标题。
- 一种用于自动配置和重新配置网络的协议。
或许我们注意到IPv6的第一件事就是地址数量巨大。为什么这么多？答案是设计者担心IP地址使用效率低下，因此可用地址太多，这样可以在低效分配的情况下能够实现其它目标。因此，如果你想构建自己的IPv6网络，你的ISP很可能会给你一个64位网络（1.844674407×10¹⁹地址），并让你根据自己的喜好对该空间进行子网划分。
IPv6地址聚合
有这么多地址要使用，可以稀疏地分配地址空间，以便有效地路由数据包。因此，你ISP获得了80位的网络空间。在这80位中，16位用于ISP的子网，64位用于客户的网络。因此，ISP可以拥有65,534个网络。
另外，地址分配并不是一成不变的，如果ISP想要更小的网络，它仍可以做到（尽管某些ISP可能会简单地要求另一个80位的空间）。
高48位被进一步划分，使得彼此“接近”的ISP具有相似的网络地址范围，以允许在路由表中聚合网络。
IPv6固定长度标头
IPv4标头具有可变长度，IPv6标头的长度始终固定为40个字节。在IPv4中，额外的选项导致标头的大小增加。在IPv6中，如果需要附加信息，则该附加信息存储在扩展标头中，扩展标头跟随IPv6标头并且通常不由路由器处理，而是由目的地的软件处理。
IPv6标头中的字段之一是流。流是伪随机创建的20位数字，它使路由器更容易路由数据包。如果数据包有流，则路由器可以将该流编号用作表的索引，这样速度很快，而不是进行表查找，速度很慢。此功能使IPv6非常容易路由。
IPv6自动配置
在IPv6地址中，当一台机器第一次启动时，它会检查本地网络以查看是否有任何其它机器正在使用它的地址。如果该地址未被使用，那么机器接下来会在本地网络上寻找IPv6路由器。如果找到路由器，则它会向路由器询问要使用的IPv6地址。现在，机器已设置好并准备好在Internet上进行通信——它有一个自己的IP地址，并且有一个默认路由器。
如果路由器出现故障，则网络上的机器将检测到问题并重复查找IPv6路由器的过程，以找到备用路由器。这在IPv4中实际上很难做到。
同样，如果路由器想要更改其网络上的寻址方案，它也可以。这些机器会不时地查询路由器并自动更改它们的地址。路由器将同时支持旧地址和新地址，直到所有机器都切换到新配置为止。IPv6自动配置不是一个完整的解决方案。为了有效地使用互联网，机器还需要一些其它东西，包括名称服务器、时间服务器，也许还有文件服务器。
所以有dhcp6和dhcp做同样的事情，只是因为机器在可路由状态下启动，一个dhcp守护进程可以服务大量网络。
IPv6会取代IPv4吗？
那么，如果IPv6比IPv4好得多，为什么没有得到更广泛的采用（截至2023年5月，谷歌估计其IPv6流量约占其总流量的38-44%）。
这个问题简单来说就是先有鸡还是先有蛋？因为运行服务器的人希望服务器尽可能广泛可用，这意味着它必须具有IPv4地址。当然，它也可以有一个IPv6地址，但很少有人会使用它，而且你必须稍微更改软件以适应IPv6。此外，许多家庭网络路由器不支持IPv6。
相比之下，所有主要操作系统，包括Windows、OSX和Linux都“开箱即用”地支持IPv6，并且多年来一直如此。操作系统甚至有软件可以允许IPv6数据包在IPv4中“隧道”传输到一个点，在这个点上，IPv6数据包可以从周围的IPv4数据包中删除并在途中发送。
所以，IPv4已经为我们服务了很长时间，但有一些局限性，这些局限性将在不久的将来出现无法克服的问题。而IPv6将通过改变分配地址的策略、改进数据包的路由以及在机器首次加入网络时更容易配置来解决这些问题。
但是，人们对IPv6的接受和使用一直很缓慢，因为改变既困难又昂贵，所以在近几年内IPv4肯定是不会被淘汰的，至于几年还不好说。好消息是所有操作系统都支持IPv6，因此当你准备好进行更改时，你的计算机/服务器将无需费力即可转换为新IPv6地址。
动态 (DHCP) 和静态IP配置
客户端计算机或连接到网络的任何端点设备上的IP分配是使用DHCP协议或静态分配IP地址的手动配置完成的。
DHCP IP地址
DHCP（动态主机配置协议）是一种客户端-服务器协议，它为网络上的客户端系统动态分配IP地址。DHCP服务器，在大多数情况下是路由器，包含一个地址池，它在一段时间内租给网络上的客户端设备。因此，它简化并提高了IP地址的配置效率。租用时间到期后，客户端将获得一个新的IP地址。
默认情况下，大多数系统都配置为使用DHCP协议自动获取IP，这消除了两个设备共享相同IP地址的网络中IP冲突的可能性。
DHCP的缺点是一旦租约到期，IP地址就会改变。如果服务器设置为通过DHCP获取IP，一旦IP地址更改，这将导致网络连接失败问题的出现。所以，这就有了静态IP配置的用武之地。
静态IP地址
在静态IP配置中，IP地址是在客户端系统上手动配置的，尤其是服务器。与动态分配的地址不同，静态配置的IP地址保持不变。
但是，静态配置需要网络管理员做大量工作，他们必须手动登录并配置静态IP以及子网掩码、DNS服务器和网关IP等其他详细信息。此外，他们需要跟踪所有具有静态IP地址的客户端系统。
总结
简单来说，IPv4（Internet Protocol version 4）和IPv6（Internet Protocol version 6）是两种不同的IP地址格式，用于标识和定位计算机网络中的设备。其中：
IPv4地址：
- 使用32位的二进制数字表示。
- 由四个由点分隔的十进制数表示，例如192.168.0.1。
- 全球范围内广泛使用，是当前主要的IP地址版本。
- 总共有约42亿个可用地址，但由于互联网的扩张，IPv4地址已经枯竭，导致了地址短缺问题。
- 需要使用网络地址转换（NAT）来允许多个设备共享一个公共IPv4地址。
IPv6地址：
- 使用128位的二进制数字表示。
- 由八个由冒号分隔的十六进制数表示，例如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。
- 为了解决IPv4地址短缺问题而设计，提供了更大的地址空间。
- 总共有约340万亿亿亿亿个可用地址，可以满足未来互联网的需求。
- 支持更多的功能和安全性，包括内置的身份验证和加密功能。
- IPv6正在逐渐被采用，但目前仍与IPv4共存，需要进行协议转换和兼容性支持。
总体而言，IPv4是广泛使用IP地址版本，但由于地址耗尽问题，IPv6作为其替代方案正在逐渐推广，提供更大的地址空间和更多的功能。而在过渡期间，双协议栈支持和转换技术被用于实现IPv4和IPv6之间的互操作性。
