什麼是 IPv4？

顧名思義，IPv4 或 Internet 協議版本 4 是 IP 或 Internet 協議的第四個版本。該協議是用於建立和維護 Internet（以及其他一些類似結構的網絡）的核心協議之一。

IP 的原始版本於 1974 年推出。遠早於我們目前所知的互聯網建立。它還作為另一個協議——TCP 的基礎。或傳輸控制協議。與 TCP 不同，TCP 自其構想以來已更新但未進行重大修改，IP 已進行了多次修訂。IPv4 是它的第一個主要版本，並且是迄今為止。儘管如此，在 Internet 上仍使用主要協議。

它有什麼作用？

任何版本的 Internet 協議都負責對傳輸的數據進行分段和重組，並將數據報從主機路由到目的地。更簡單地說，IPv4 將信息分解並將其打包成可以通過網絡傳輸的更小的單元。然後在為收件人將數據放回原處之前這樣做。“數據報”是來回發送的網絡數據包。它們中的每一個都由兩部分組成——標頭和有效載荷。

IP 標頭包含有關源和目標 IP 地址的信息，以及將數據報送到目的地所需的其他元數據。有效負載是正在傳輸的實際數據。將數據分解為數據報以進行傳輸的過程每天進行數十億次。例如，每次用戶訪問互聯網並請求加載網頁時。

為什麼是 IPv4？

1974 年創建的原始 IP 不足以完成最初需要使用它的任務。1981年，IPv4被開發為改進版本。美國國防部採用這個版本作為其所有軍用計算機網絡的標準。因此，不久之後它就成為了現代互聯網的基石。

IPv4 系統中用於地址的格式由四個八位字節數據組成，通常由點分隔。大多數人都熟悉該設計：127.0.255.250 就是這樣一個地址的示例。值得注意的是，IPv4 系統中的 IP 地址與網站 URL 不同——儘管網站內容是通過 IP 協議傳輸的，但 URL 和 IP 地址並不是同義詞。雖然用於加載網站的電話有唯一的 IP 地址，但網站本身沒有——但是，無論數據存儲在什麼計算機上，都有。

限制和下一步

IPv4 的唯一目的是從 A 到 B 獲取數據——它不保證數據交付，也不確保信息在正確的時間以正確的順序交付和組裝。它也不能阻止發送重複的數據包。諸如此類的事情是必要的，但由上層傳輸協議（例如 TCP）負責。IPv4 所做的一切都是採用“盡力而為”的方法將盡可能多的數據傳送到正確的位置。相反，數據完整性等基本方面由其他協議處理。

IPv4 最重要的限制是它使用 32 位地址。回到最初，這不是問題。Internet 已經擴展到地址空間耗盡成為一個問題的地步。32 位尋址系統意味著可能的地址總數為 232。換句話說，只能存在 4294967296 個地址。

其中大約 1800 萬個保留給專用網絡，另外 2.7 億個保留給多播地址——但無論哪種方式，互聯網正在迅速達到這個數字不再足夠的地步。這促使開發了一個後續協議——IPv6。2011年，主地址池正式告罄，只剩下很小的空間可以過渡到IPv6。

IPv6 於 1998 年首次提出，並於 2017 年被批准為互聯網標準，距 2000 年代中期開發人員開始使用它已經很久了。儘管就地址空間而言有所改進（IPv6 使用 128 位數據包，總共有 3.4×1038 個可用地址），但 IPv4 和 IPv6 無法互操作。這意味著他們無法直接相互通信。這也使得完全過渡到 IPv6 變得更加複雜，這也是為什麼如此多的互聯網仍然完全依賴 IPv4 系統的原因。

結論

IPv4 是 Internet 及其前身的基礎協議和尋址方案。然而，像許多老化的協議一樣，它顯示出設計過時的跡象。對於許多協議來說，這是缺乏安全性，而對於 IPv4，則是缺乏可擴展性。雖然它提供的 40 億個地址聽起來可能很多，但在現代世界中許多人擁有不止一台互聯網連接設備，這根本不夠。

儘管存在這種情況，而且轉移到提供巨大地址空間的後繼 IPv6 協議的壓力很大，但從 IPv4 過渡起來相對棘手且緩慢。即使是現在，許多使用 IPv6 的網絡要么使用涉及 IPv4 和 v6 的雙網絡堆棧，要么在內部使用 IPv4 並通過 NAT 將其轉換為 IPv6 公共地址。