📝 IP地址/我的服务器门牌号

什么是IP地址？

IPv4/IPv6简介

IPv4（Internet Protocol version 4）和IPv6（Internet Protocol version 6）是互联网使用的两个版本的互联网协议（IP）

1. IPv4: 使用32位数字，通常分为四个8位的二进制数（字节），每个字节以点分十进制形式表示。例如：192.168.1.1。

2. IPv6: 使用128位数字，分为八组四位十六进制数，每组之间用冒号分隔。例如：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。

介绍剩下的部分之前，先熟悉一下历史吧（可以去看看WIKI）

Internet protocol suite

The Internet protocol suite, commonly known as TCP/IP, is a framework for organizing the set of communication protocols used in the Internet and similar computer networks according to functional criteria. The foundational protocols in the suite are the Transmission Control Protocol (TCP), the User Datagram Protocol (UDP), and the Internet Protocol (IP). Early versions of this networking model were known as the Department of Defense (DoD) model because the research and development were funded by the United States Department of Defense through DARPA.

https://en.wikipedia.org/wiki/Internet_protocol_suite

1. IP的诞生（1970年代）

• 背景: 在20世纪70年代初期，为了实现网络互连，美国国防高级研究计划署（DARPA）开始开发一个名为ARPANET的网络项目。

• TCP/IP的开发: Vinton Cerf和Robert Kahn是TCP/IP协议的主要设计者，他们在1974年发表了一篇开创性的论文，首次详细描述了TCP协议，后来演变成TCP/IP。

2. TCP/IP的推广（1980年代）

• TCP/IP的成熟: 在1980年代，TCP/IP协议继续发展并逐渐成熟，被越来越多的网络采用。

• 标准化: 1983年，ARPANET正式采用TCP/IP协议，这一年被认为是互联网的诞生年。此时，IP地址和域名系统（DNS）成为网络通信的标准。

3. IPv4地址的普及（1990年代）

• 互联网的爆炸性增长: 1990年代见证了互联网的迅速扩张。随着更多的设备和网络加入，IPv4地址开始变得紧张。

• 地址耗尽的担忧: 由于IPv4使用32位地址，导致其理论上只能提供约43亿个唯一地址，这在90年代末开始引起人们对地址耗尽的担忧。

4. IPv6的引入（2000年代）

• IPv6的设计: 面对IPv4地址空间的极限，IPv6被设计出来，使用128位地址，提供几乎无限的地址空间。

• 缓慢的过渡: 尽管IPv6在1998年被标准化，但由于种种原因（包括成本、复杂性和IPv4的嵌入性），其全球部署进展缓慢。

5. 当今的状况（2020年代）

• 共存和过渡: 截至2020年代，IPv4和IPv6在互联网上共存，许多网络同时支持这两种协议。

• 持续的挑战和发展: 尽管IPv6解决了地址空间问题，但全球范围内的过渡仍然面临挑战。同时，互联网技术继续发展，新的协议和网络技术不断出现。

IPv4为什么不够用了

来让我们计算一下IPv4和IPv6的数量

• IPv4地址使用32位二进制数。

• 每个位可以是0或1，因此每个位有2种可能的状态。

• 总的组合数是 232，因为有32个这样的位。

• 开始于：00000000.00000000.00000000.00000000（二进制），等同于0.0.0.0（点分十进制）。

• 结束于：11111111.11111111.11111111.11111111（二进制），等同于255.255.255.255（点分十进制）。

• IPv6地址使用128位二进制数。

• 同样地，每个位有2种可能的状态。

• 总的组合数是 2128。

• 开始于：0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000（二进制表示，以十六进制段展示），通常简写为::（表示一个全零的地址）。

• 结束于：1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111（二进制），或者ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff（十六进制表示）。

NAT（网络地址转换）

由于IPv4地址可能会越来越少，于是我们发明了一个方案。让多个设备共享一个IP。

IPv4地址示例

1. 192.168.1.1

2. 172.16.0.2

3. 10.0.0.1

4. 203.0.113.45

5. 8.8.8.8

NAT比喻

NAT讲解

• 家庭设备：假设你有三个设备：（你现在查到的自己的IP一般就是私有IP地址）
• 笔记本电脑：私有IP地址为 192.168.1.2
• 智能手机：私有IP地址为 192.168.1.3
• 平板电脑：私有IP地址为 192.168.1.4

• 路由器：家庭路由器连接到互联网服务提供商（ISP），拥有一个公共IP地址，比如 203.0.113.5。

• 互联网服务：设备想要访问的外部网站，比如 www.example.com。

NAT过程

1. 出站通信：
• 当你的笔记本电脑尝试访问 www.example.com 时，它会发送一个数据包，源地址是它的私有IP（192.168.1.2）。
• 当这个数据包到达家庭路由器时，NAT功能会介入。路由器更改数据包的源地址，从私有IP（192.168.1.2）更改为路由器的公共IP（203.0.113.5）。
• 路由器还会在NAT表中为这个连接添加一个条目，记录这个数据包是从哪个内部设备发出的。

2. 数据包到达目标：
• 改写过的数据包通过互联网发送到 www.example.com。
• 从 www.example.com 看来，这个数据包就像是直接从公共IP（203.0.113.5）发出的。

3. 返回通信：
• www.example.com 对请求做出响应，发送数据回到公共IP（203.0.113.5）。
• 当这些返回的数据包到达路由器时，路由器检查NAT表，确定这些数据包应该转发给哪个内部设备（在这个例子中是笔记本电脑，私有IP为192.168.1.2）。
• 路由器将数据包的目标地址从公共IP更改为笔记本电脑的私有IP，并将数据包发送到笔记本电脑。

实例：

What Is My IP?

Check the IP address assigned to your device. Show my IP city, state, and country. What Is An IP Address? IPv4, IPv6, public IP explained.

https://www.whatismyip.com/

IPv6

IPv6地址示例

1. 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

2. fe80::1

3. 2607:f8b0:4005:804::200e

4. 2001:4860:4860::8888

5. fd00::1

IPv6在互联网上的运行逻辑

1. 出站通信：
• 假设你的笔记本电脑尝试访问 www.example.com，它会发送一个数据包。与IPv4不同，这里笔记本电脑使用的是全球唯一的IPv6地址，例如 2001:db8:0:1234:0:567:8:1。
• 数据包从笔记本电脑发送出去时，不需要经过NAT处理，因为IPv6地址是全球唯一的，可以直接在互联网上路由。

2. 数据包到达目标：
• 数据包通过互联网直接发送到 www.example.com 的IPv6地址，例如 2001:db8:0:5678:0:9ab:c:3。
• 对 www.example.com 来说，数据包直接来自笔记本电脑的唯一IPv6地址。

3. 返回通信：
• www.example.com 对请求做出响应，发送数据包回到笔记本电脑的IPv6地址 2001:db8:0:1234:0:567:8:1。
• 数据包直接通过互联网路由到笔记本电脑，不需要任何地址转换，因为IPv6地址是在整个互联网中唯一识别的。

IPv4/IPv6一些小知识

IPv4

1.私有IP地址

• 局域网使用：私有IP地址用于局域网（LAN）内部，不被互联网上的路由器转发。这些地址允许在多个网络中重复使用，常见于家庭和办公网络。

• （翻译成人话）你现在电脑上的IP地址就是下面几个范围之内的。这几个范围之内的都是内网IP。而路由器上的公网IP，是这些IP之外的（除开特殊IP）。做出了这些规范才可以更好的去让互联网运作。（防止地址冲突）

• 范围：
• 10.0.0.0 - 10.255.255.255
• 172.16.0.0 - 172.31.255.255
• 192.168.0.0 - 192.168.255.255

2.特殊IP地址和它们的用途（除了回环地址，剩下两个其实不需要太细去理解，了解一下就行了。有些知识后面会讲）

• 回环地址（127.0.0.0 - 127.255.255.255）：用于网络软件测试。127.0.0.1（localhost）是最常用的，它用于指向本机。 本机有一些服务就经常用到这个地址，比如赛博猫咪。

• 广播地址：用于在网络上发送广播消息。IPv4中有两种类型的广播：本地广播（255.255.255.255）和网络广播（网络地址的最后一个地址，如192.168.1.255）。

• APIPA地址（169.254.0.0 - 169.254.255.255）：当DHCP服务器不可用时，设备会自动分配一个APIPA地址。这些地址只用于小范围的网络通信，不能用于互联网。

IPv6

1.回环地址

• 地址：::1 或 0:0:0:0:0:0:0:1

• 用途：类似于IPv4的127.0.0.1，这个地址用于网络软件测试。它用于指向设备自身。

2.链路本地地址

• 地址范围：FE80::/10 （起始于FE80，接着是54个0）

• 用途：用于同一物理网络链路上的设备间通信。这些地址不会被路由到局域网之外。

3. 唯一本地地址（ULA）

• 地址范围：FC00::/7 （包括FC00::/8和FD00::/8）

• 用途：类似于IPv4中的私有地址，用于组织内部网络。它们不应被路由到公共互联网。

4.保留地址

• 地址范围：包括一些特定范围，如2001:DB8::/32（用于文档和示例）

• 用途：特定目的保留，如文档、测试等。

5.NAT

• IPv6也能使用NAT，让设备获得公网IP使得其暴露在公网并不一定是好事。

6.向后兼容性问题

• IPv6与IPv4不直接兼容，这需要过渡技术，如隧道、双栈系统等，以确保平稳过渡。

tips：链路本地地址和唯一本地地址的区别

链路本地地址（Link-Local Address）

• 地址范围：以 FE80::/10 开头。这意味着所有这些地址都以 FE80 开始，接着是54位的零。

• 用途：
• 仅用于同一物理网络链路上的设备间通信。举例来说，如果你的设备（比如电脑、打印机）都连接到同一个路由器，它们可以使用链路本地地址彼此通信。
• 这些地址不会被路由到局域网之外，也就是说，它们不用于更广泛的网络，如整个家庭或公司网络，更不用说互联网了。

• 特点：链路本地地址通常在设备启动网络接口时自动配置，不需要额外的配置或DHCP服务器。

唯一本地地址（ULA）

• 地址范围：以 FC00::/7 开头，这包括了以 FC00::/8 和 FD00::/8 开始的地址。

• 用途：
• 用于组织内部网络，相当于IPv4中的私有地址。这意味着ULA可以用于更大范围的内部网络通信，如整个家庭、公司或校园网络。
• 与链路本地地址不同，ULA可以在组织内的多个网络间路由，但仍然不应该被路由到公共互联网。

• 特点：ULA通常是手动配置或通过网络管理协议分配的，提供了更稳定的内部网络地址。

补充：DNS请求（点击此处返回IPv4/IPv6简介）

1. 查询开始：你（即你的计算机或其他设备）想访问 www.bestpizza.com，但不知道其IP地址。所以，你的设备向DNS服务器发送一个请求，就像你翻开电话簿寻找“Best Pizza”的电话号码。

2. DNS服务器查找：DNS服务器检查它的记录，看看它是否知道 www.bestpizza.com 的IP地址。这就像电话簿中查找披萨店的过程。如果DNS服务器不知道这个地址，它可能会询问其他DNS服务器。

3. 找到答案：一旦DNS服务器找到 www.bestpizza.com 对应的IP地址，它就会把这个信息返回给你的设备。这就好比你在电话簿中找到了“Best Pizza”的电话号码。

4. 连接建立：现在你的设备知道了 www.bestpizza.com 的IP地址，就可以直接通过这个IP地址与服务器连接，就像你拨打电话号码与披萨店联系一样。

🤗 总结归纳