什么是 IPv4？
IPv4（Internet Protocol version 4，互联网协议第 4 版）是互联网协议的第四个版本，也是第一个得到广泛部署的版本。它使用 32 位地址识别网络设备，并在互联网上路由流量。IPv4 地址结构
IPv4 Address Format:
┌─────────┬─────────┬─────────┬─────────┐
│ Octet 1 │ Octet 2 │ Octet 3 │ Octet 4 │
│ 8 bits │ 8 bits │ 8 bits │ 8 bits │
└─────────┴─────────┴─────────┴─────────┘
192 . 0 . 2 . 1
Binary: 11000000.00000000.00000010.00000001
Decimal: 192.0.2.1
Total: 32 bits = 2^32 = 4,294,967,296 addresses
地址类别（历史分类）
| 类别 | 范围 | 默认掩码 | 网络位 | 主机位 | 网络数 |
|---|---|---|---|---|---|
| A | 1.0.0.0 - 126.255.255.255 | 255.0.0.0 | 8 | 24 | 126 |
| B | 128.0.0.0 - 191.255.255.255 | 255.255.0.0 | 16 | 16 | 16,384 |
| C | 192.0.0.0 - 223.255.255.255 | 255.255.255.0 | 24 | 8 | 2,097,152 |
保留地址范围
| 范围 | 用途 |
|---|---|
| 10.0.0.0/8 | 私有网络（A 类） |
| 172.16.0.0/12 | 私有网络（B 类） |
| 192.168.0.0/16 | 私有网络（C 类） |
| 127.0.0.0/8 | 回环地址（localhost） |
| 169.254.0.0/16 | 链路本地地址（APIPA） |
| 192.0.2.0/24 | 文档示例（TEST-NET-1） |
| 0.0.0.0/8 | 当前网络 |
| 255.255.255.255 | 广播地址 |
IPv4 与 IPv6 对比
| 特性 | IPv4 | IPv6 |
|---|---|---|
| 地址大小 | 32 位 | 128 位 |
| 地址格式 | 点分十进制 | 冒号分隔的十六进制 |
| 地址总数 | 约 43 亿 | 约 340 undecillion |
| 示例 | 192.0.2.1 | 2001:db8::1 |
| 是否需要 NAT | 通常需要 | 很少需要 |
| 配置方式 | DHCP/手动 | SLAAC/DHCPv6 |
IPv4 地址耗尽
IPv4 Address Depletion Timeline:
├── 2011: IANA pool exhausted
├── 2011-2015: Regional pools depleted (APNIC, RIPE, ARIN)
├── 2017: LACNIC exhausted
├── 2019: AFRINIC final /8
└── Present: Secondary market, NAT, IPv6 transition
DNS 中的常见用途
| DNS 记录 | 用途 | 示例 |
|---|---|---|
| A 记录 | 将域名映射到 IPv4 | example.com A 192.0.2.1 |
| PTR 记录 | 反向 DNS | 1.2.0.192.in-addr.arpa PTR example.com |
缓解策略
- NAT（网络地址转换）：让多个私有主机共享公共 IP
- CIDR（无类别域间路由）：更高效地分配地址
- IPv6 过渡：双栈、隧道和转换
- 地址市场：转让未使用的地址分配
最佳实践
1. 规划 IPv6：新部署应采用双栈
2. 内部使用私有地址：将公共 IP 保留给边缘服务
3. 记录地址分配：跟踪 IP 使用情况，避免冲突
4. 正确划分子网：高效利用可用地址
5. 同时配置 A 和 AAAA 记录：支持 IPv4 和 IPv6 客户端
IPv4 仍是互联网通信的骨干，而 IPv6 正在逐步普及，以应对地址耗尽问题。