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为什么一台电脑这么多IP地址?

    为什么一台电脑这么多IP地址?电脑中硬件涉及到的地址有两类,分别是IP地址与MAC地址。


    IP地址指的是逻辑地址,并不唯一,可以根据实际情况进行更改;


    MAC地址指的是硬件地址,具有全球唯一性,并不可以进行更改(软件仿冒并不属于更改)。


为什么一台电脑这么多IP地址?


    那么,究竟是什么IP地址呢?电脑为何会需要设置IP地址?


    IP地址是什么?为什么一台电脑这么多IP地址?


    IP地址的定义


    我们先来看看IP地址的定义:


    IP地址指的是互联网协议地址,全称为IP Address。IP地址将会给网络上的设备、主机电脑分配逻辑上的一个标识符,用以区分不同地域的设备。IP地址工作在网络协议中的网络层,MAC地址则工作在数据链路层。


    当前主流使用的是IPv4这个版本,由32位的二进制数组成。通常由四段组成,例如我们比较常见的路由器网关地址192.168.1.1。


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    IP地址的用途


    IP地址主要用于网络设备、服务器、用户终端入网设备的设置。通过IP地址来实现不同设备之间的数据通信,明确需要访问的具体设备。


    例如,运营商的核心路由器、汇聚交换机、接入层设备等均需要设置IP地址;我们接触较多的网站服务器、DNS服务器等也需要设置IP地址;个人电脑、平板、手机也需要通过IP地址实现上网。


    以我个人电脑为例,每个网卡均需要设置一个IP地址。无论是有线网卡、无线网卡,甚至是虚拟机的虚拟网卡均要设置IP地址。


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    IP地址的分类


    IPv4地址在设计之初,仅供实验室进行使用,并未料想会如此的普及。因此,IPv4地址匮乏的事情一直困扰着人们。


    于是出现了公网、私网地址的分类:


    公网地址主要用于互联网核心设备、服务器等广域网的设备进行使用;


    私网地址主要用于局域网设备使用,不同的局域网可以使用相同的私网地址。


    这样,在一定程度上缓解了IP地址不足的问题。这里面就涉及到了NAT地址转换的技术,就不详细展开说明了。


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    IP地址未来的发展趋势


    IPv4地址不足的问题已经相当严重,特别是5G网络发展所产生万物互联的基础,任何智能设备终端均需要IP地址来实现网络的接入。


    IPv6便应运而生,IPv4使用的是32位地址,最多能够使用的地址为2^32;IPv6使用的是64为地址,最多能够使用的地址为2^128。大家不要小看了指数的叠加,IPv6的地址数足够涵盖地球上的所有设备。


    2019年7月,中国IPv6发展论坛会议已经在京召开。国内三大运营商已经在核心设备上启用了IPv6地址,使用的是IPv6与IPv4同时运行的方式,个人用户端并未感受到差异而已。据统计,全国通过IPv6上网的活跃用户已达7亿左右(累计)。


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    二


    一台电脑涉及的IP地址有:本地IP地址、网关IP地址、DNS地址、运营商NAT地址、公网IP地址。通过这些IP地址,我们才能够访问到互联网的某个网站,下文具体说一说。


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    1、IP地址


    电脑的网卡有两种地址:MAC地址和IP地址。其中MAC地址48位,称为物理地址,固化在网卡的ROM中,很难更改,在局域网范围内有效;IP地址32位,成为逻辑地址,需要用户自行配置或者通过DHCP服务器获取。


    2、本地IP地址


    本地IP地址由IP地址、子网掩码、网关IP地址、DNS地址组成。


    IP地址和子网掩码,用于判断IP地址的网络号和主机号。网络号用于标识某个主机属于哪个网络,主机号用于判断某台主机,比如192.168.6.123 255.255.255.0这台主机,网络号为192.168.6.0,主机号为192.168.6.123。


    网关IP地址,每台终端与外界通信,首先需要经过网关IP地址对应的网络设备,相当于访问外网的“大门”,网关IP地址通常是路由器的IP地址,网关地址与本地IP地址属于同一个网段。


    DNS地址,我们通常使用域名访问某个网站,需要将域名转换成IP地址,而DNS服务器可以完成这个转换,DNS地址对应的就是DNS服务器的IP地址。


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    3、NAT地址


    目前,可分配的IPv4地址已经很少,大部分情况是私网IP地址,经过NAT地址转换之后,多个私网IP地址共享一个公网IP地址访问外网。


    由于运营商手中可用的IPv4地址有限,所以现在家里使用的光猫通常只能获取一个运营商的内网地址,而不是公网IP地址。也就是,我们访问一个网站,需要经过两次NAT地址转换,第一次转换到运营商的内部IP地址,第二次运营商IP内部地址转换到公网IP地址,才能访问互联网资源。


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    我们家里的光猫普遍使用了路由模式,自动PPPOE拨号,然后连接无线路由器,那么还要经过一次NAT地址转换,也就是访问互联网资源需要经过3次NAT地址转换。因此,可以将光猫设置为“桥接模式”,减少依次NAT地址转换,提高网络的稳定性和效率。


    以上就是一台电脑、手机等终端访问互联网资源,需要用到的IP地址,可以看到为了应对IPv4地址的紧张,需要经过两次NAT地址转换才能访问互联网,如果光猫设置为路由模式(默认设置),需要3次NAT地址转换。