javaEE 初阶 — 关于 IPv4、IPv6 协议、NAT（网络地址转换）、动态分配 IP 地址 的介绍

1. IPv4

在互联网的世界中只有 0 和1 ，所以每个人都有一个由 0 和 1 组成的地址来让别人找到你。
这段由 0 和 1 组成的地址叫 IP 地址，这是互联网的基础资源，可以简单的理解为互联网的土地。

IP 地址是由一串 32 位的二进制数构成，每台设备都需要独立的 IP 地址才能进入互联网。



为了方便阅读和记忆，IP 地址在我们的设备上通常显示为点分十进制。那就是

点分十进制就是使用三个 . 把 32 位 4 字节的数字给分割开，也就是分成 4 个部分，每个部分分别使用 0~255 十进制整数表示。

比如上述的一串二进制数就变成了，192.168.1.255

IPv4 使用简单、可靠。大家互信，但是它有一个致命的缺点：

那就是 数量 是有限的。

IPv4 地址是一个 32 位的二进制数，意味着 IP 地址在逻辑上的最大总数为 2^32-1 个，也就是 4294967295 个。
在互联网发展之初，这是一个天文分数字，但是随着互联网的发展速度越来越快，比如智能手机、计算机、路由器…
互联网发展的速度超乎了所有人的想象，IP 地址被迅速地消耗。

全球有 70 亿人口，但是 IP 地址只有 43 亿个。一旦这些 IP 地址用完，后来者将无法进入互联网。

为了防止 IP 地址耗光，出现了 IPv6。

2. IPv6

IPV6 从根本上解决了 IP 不够用的问题，是使用 16 字节来表示的。

和 IPV4 不同，IPV6 的地址长度扩张到了 128 位，是前者的 4 倍。



上述图片就是一串 IPV6 的地址。

长度增加后原有的点分十进制也不够用了，于是 IPV6 改用十六进制表示。



上述图片就是改用的十六进制表示的。

IPv4 有 43 亿的地址，IPv6 的长度是它的 4 倍，是不是意味着 IPv6 的地址个数也是它的 4 倍，也就是 172 个地址？

答案是不是，IPv6 的地址空间是 2^128-1，IP地址 总数为 3402823… 总之是很多的。
多到可以给地球上的每粒沙子都分配一个 IP 地址。

IPV6 虽然地址个数足够使用，但是当前世界上仍然是 NAT + IPV4 + 动态分配 来进行网络组建的，
真正使用 IPV6 的地方非常少。

这主要是因为 IPV6 不是 IPV4 协议的升级，而是一个全新的协议。
两个协议之间无法兼容，如果要使用 IPV6 ，那全世界的互联网设备都要同步更换硬件设备，更换硬件设备需要花更多的资金。

3. NAT

这个方案的本质是使用一个 IP 代表一批设备，也是可以提高 IP 地址的利用率，只不过要使用端口号来区分不同的设备。

在 NAT 背景下，就把所有的 IP 地址分为两个大类：

1、内网 IP（私有 IP） ：以 10.* 、172.16.* ~ 172.31.* 、192.168.* 开头的都是属于私网。

例如：我的笔记本的 IPV4 地址是 192.168.21.1，这就是一个私网 IP。



2、外网 IP （公网 IP）：除了私网剩下的都是公网。

NAT 要求公网 IP 必须是唯一的，而私网 IP 可以在不同的局域网中重复出现。

如果某个私网里的设备想要访问公网的设备，就需要对应的 NAT 设备（路由器），把 IP 地址进行映射，从而完成网络访问。
反之，公网的设备无法直接访问私网的设备，不同的局域网的私网设备无法直接访问相互访问。

举个例子

每个人相当于是一个独立的 IP 地址，快递员必须要知道这个人的 IP 地址，才能找到这个人。


NAT 技术就是把每个 IP 地址变成一个小区，快递员只需要把包裹交给门卫（相当于是 NAT），
门卫再将包裹交给住户。小区之内就是私网，小区之外就是公网。

打开自己电脑的 cmd 键入 ipconfig，就可以看到自己电脑的 IP 地址，而且这个 IP 地址基本上都是私有 IP。

内网 IP 只要在局域网内部不重复即可，而不同局域网中则是允许重复的。

源 IP 地址就是 192.168.21.2，目的 IP 就是 1.2.3.4。
我的 IP 数据报经过 NAT（运营商路由器）设备之后，此时就会把我的 源 IP 给改了。

此时源 IP 就是 NAT 设备的 IP，61.185.187.142，而目的 IP 还是 1.2.3.4。
站在服务器的视角，看到的我的电脑的 IP 地址就是这个运营商路由器的地址。

当有其他的电脑接入运营商路由器的时候，去访问外部服务器都会被路由器替换成路由器自己的 外网 IP。

因此服务器只能拿到路由器的 IP ，不能拿到我的电脑的内网 IP 。
如果我的电脑不主动和服务器联系，服务器也就不知道我的端口，从而就无法主动找到我的电脑。

只要电脑是经过运营商路由器转发给服务器的，服务器看到的源 IP 就都一样。

如果是多个电脑同时访问同一个服务器，服务器的响应就会先发给路由器，路由器根据这些电脑不同的端口号来区分，决定先发给哪个设备。

NAT 机制能够有效地解决 IP 地址不够用的问题，但是带来的副作用就是网络环境更加的复杂了。

4. 动态分配 IP 地址

动态分配 IP 地址，就是在网络设备使用的时候再分配 IP 地址，不使用的时候就不分配。
这样不仅提高了 IP 地址的利用率，还可以节约有限的资源。

但是这个方案没有从根本上增加 IP 地址，只是提高了利用率，属于治标不治本。