IPv4：互联网的"小四"们如何玩转世界

定义

IPv4（Internet Protocol Version 4）是互联网中最常用的一种地址格式，用于标识连接到互联网的设备。它属于IPv4协议族的一部分，用于寻址和路由数据包。

构成

IPv4地址可以分为两部分：网络部分和主机部分。网络部分用于标识这个主机所在的网络，而主机部分用于标识这个主机在该网络中的唯一性。IPv4地址的网络部分和主机部分是根据子网掩码进行划分的。子网掩码指定了网络部分和主机部分的边界。

网络地址：由IPv4地址的高位组成，用于识别设备所连接的网络。根据地址类别，网络地址的位数不同。
- A类地址的网络地址使用8位，如10.0.0.0。
- B类地址的网络地址使用16位，如172.16.0.0。
- C类地址的网络地址使用24位，如192.168.0.0。
主机地址：由IPv4地址的低位组成，用于唯一标识网络中的设备。主机地址的位数取决于剩余的位数。
- A类地址的主机地址使用24位，支持约1677万个主机，如10.0.0.1。
- B类地址的主机地址使用16位，支持约6.55万个主机，如172.16.0.1。
- C类地址的主机地址使用8位，支持约254个主机，如192.168.0.1。
子网掩码：作为一个32位的二进制数，用于划分IPv4地址的网络地址和主机地址。子网掩码的作用是确定哪些位用于网络地址，哪些位用于主机地址。它与IPv4地址进行逻辑AND运算以确定网络部分。例如，255.255.255.0的子网掩码将前24位用作网络地址。

公网IP和私网IP的划分

公网IP：公网IP地址用于直接连接到互联网的设备，用于全球范围内的通信。这些地址需要由互联网服务提供商（ISP）分配，以确保全球唯一性。例如，203.0.113.1是一个公网IP地址。
私网IP：私网IP地址用于内部网络中的设备，在局域网或内部通信中使用，不直接暴露在公共互联网上。私网IP地址范围在以下三个段内：

10.0.0.0至10.255.255.255（A类私网地址）
172.16.0.0至172.31.255.255（B类私网地址）
192.168.0.0至192.168.255.255（C类私网地址）

私网IP地址对于内部网络是唯一的，但在公网中并不唯一。通过网络地址转换（NAT），私网IP可以转换为公网IP，以允许内部设备与互联网进行通信。这种转换允许使用较少的公网IP地址来连接大量的私网设备。

NAT（网络地址转换）

NAT是一种技术，用于在私网和公网之间进行地址转换。它允许多个设备使用单个公网IP地址访问互联网。NAT会维护一个转换表，将私网IP和端口映射到公网IP和端口，以确保适当的数据转发。

举个例子，假设有一个公司内部局域网，使用私网IP地址范围为192.168.0.0/24。所有设备都能够访问互联网，但只有一个公网IP地址。通过使用NAT，路由器将私网IP和端口与公网IP和端口进行映射。当内部设备发送请求时，NAT将转换表中的信息用于正确的数据传输，使得互联网上的服务器能够正确响应数据包，最终实现设备与互联网的通信。