IPv4枯竭時代：從NAT技術到IPv6的演進之路

在這里插入圖片描述

🔍 開發者資源導航 🔍
🏷??博客主頁：?個人主頁
📚?專欄訂閱：?JavaEE全棧專欄

IPv4（Internet Protocol version 4）是互聯網最核心的通信協議之一，自 1981 年正式標準化以來，支撐了全球互聯網近 40 年的發展，但是因為其數量的限制，正在逐步退出歷史的舞臺。

IPv4 因為使用 ?32 位地址，因此其理論最大地址數量為：

$2^{32}=4,294,967,296（約 42.9 億個）$

截止目前為止，IPv4已經全部使用殆盡。

?2011 年 2 月? ?IANA（國際互聯網號碼分配機構）?? 宣布 IPv4 地址池耗盡，最后 5 個 /8 地址塊分配給全球 5 個 RIR（區域互聯網注冊機構）。

?2011 年 4 月? ?APNIC（亞太地區）?? 第一個耗盡 IPv4 地址的 RIR，僅保留少量地址用于過渡。

?2012 年 9 月? ?RIPE NCC（歐洲）?? 宣布 IPv4 地址耗盡。

?2014 年 6 月? ?LACNIC（拉丁美洲）?? 耗盡。

?2015 年 9 月? ?ARIN（北美）?? 耗盡。

而對于這個問題，現在使用的主流解決方法是NAT技術或者升級為IPv6。

NAT技術

NAT（Network Address Translation）是一種 ?IP 地址轉換技術，主要用于解決IPv4 地址短缺?問題，并提高網絡安全性。它的核心功能是 ?將私有 IP 地址映射到公網 IP 地址，使多個設備可以共享一個公網 IP 訪問互聯網。

NAT技術將IPv4地址劃分為兩個部分：

私網IP：10.* && 172.16。*-172.31.* && 192.168.*
公網IP：除了上述的都是

公網和私網的關系可以看做是一個包含關系，同一個局域網的私網IP使用同一個公網IP進行上網，公網的IP是唯一的，而私網的IP在不同的局域網中是可以重復的。

?對于同一個局域網的私網IP他是動態變化的，每次上網時都是公網隨機分配給你一個空閑的IP地址，當然你也可以手動設置成固定的一個值（偶爾可能會被占用）。

私網在訪問網絡時，會先通過公網IP，然后使用公網IP再去訪問網絡。

+-------------------+       +---------------------+       +---------------------+
| 私網設備          |       | NAT 路由器          |       | 互聯網服務器        |
| (192.168.1.100)   | --->  | (公網IP: 203.0.113.1)| --->  | (8.8.8.8)           |
|                   | <---  |                     | <---  |                     |
+-------------------+       +---------------------+       +---------------------+

在NAT路由器中，存在一種映射關系，用于私網和公網之間的轉換，不同的私網在使用公網IP時是通過端口號進行區分的。

?在返回響應時也是如此，根據映射關系替換掉IP地址以及端口號，然后轉發給私網的設備。

除此之外，在NAT背景下網絡通信還有以下規則：

1.同一個局域網下，兩個設備可以互相通信

由于同一個局域下，私網IP地址不存在重復的情況，并不會涉及NAT。

2.公網設備A可以訪問公網設備B

公網也不涉及IP地址沖突。

3.不同局域網下的設備A和設備B不允許互相訪問

NAT機制禁止這樣的訪問方式，這也進一步提高了網絡安全。

4.公網設備A不允許訪問私網設備B

并不是絕對的，可以利用內網穿透的方式進行轉發。

IPv6

IPv6（Internet Protocol version 6）是 IPv4 的升級版本，旨在解決 IPv4 地址枯竭問題，并提供更高效、更安全的網絡通信。

IPv6是128位的地址，可以存儲2^128位地址（約 ?340 萬億億億億），這個數量即使給地球上的每一粒沙子都分配一個地址都夠用。

IPv4和IPv6都是網絡層的協議，但是他們的數據包格式不同。

對比項?	?IPv4?	?IPv6?
?地址長度?	32 位（4 字節）	128 位（16 字節）
?地址表示?	`192.168.1.1`	`2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334`
?源/目標 IP 字段?	各 32 位	各 128 位
?頭部大小?	20-60 字節（可變）	40 字節（固定）

?IPv6數據包格式（部分）

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 版本 (6) | 流量類別 |              流標簽                  |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|        載荷長度      | 下一個頭部 |      跳數限制            |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                       源 IP (128 位)                       |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                     目標 IP (128 位)                       |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

IPv6 仍然使用 IP 協議?（只是版本不同），但 IPv6 通常不需要 NAT，因為它的地址空間足夠大（2^128?個地址），每臺設備都可以有全球唯一的公網 IP。

?IPv4和IPv6兩種協議并不兼容，因此IPv6的普及依舊需要時間。

?截至 2023 年?：全球 IPv6 采用率約 ?40%??（中國、印度超 50%，美國僅 30%）。
舊硬件/軟件可能并不支持 IPv6。

長遠角度來看，IPv6是解決該問題的終極方法，NAT技術可能會減少，但是不會完全消失。

本文來自互聯網用戶投稿，該文觀點僅代表作者本人，不代表本站立場。本站僅提供信息存儲空間服務，不擁有所有權，不承擔相關法律責任。
如若轉載，請注明出處：http://www.pswp.cn/diannao/92280.shtml
繁體地址，請注明出處：http://hk.pswp.cn/diannao/92280.shtml
英文地址，請注明出處：http://en.pswp.cn/diannao/92280.shtml

如若內容造成侵權/違法違規/事實不符，請聯系多彩編程網進行投訴反饋email:809451989@qq.com，一經查實，立即刪除！