互联网协议 (IP) 对于在各种类型的网络上建立数字通信至关重要。在各种版本中，互联网协议版本 4 (IPv4) 被广泛采用，并成为全球互联网连接的支柱。
IPv4 于 20 世纪 80 年代初开发，推动了无数创新，尽管人们正在逐渐向其继任者 IPv6 过渡，但它仍然是互联网架构的核心。这篇文章深入探讨了 IPv4 的基本原理，探索了它的工作原理、重要性以及向更高级协议的逐步转变。
让我们解释并探索什么是 IPv4：
什么是 IPv4？
互联网协议版本 4（IPv4）是互联网协议的第四个修订版本，也是第一个投入生产的版本。1983 年，该版本在 ARPANET 上的实施标志着数字通信技术的重大进步。IPv4 地址是 32 位数字，允许大约 43 亿个唯一地址。
这种寻址能力足以满足早期的网络需求，但不足以满足当今广泛且不断增长的互联网使用，因此导致了 IPv6 的发展。
IPv4 的工作原理
IPv4 地址通常以点十进制表示法表示，由四个八位字节（或字节）组成，每个八位字节用句点分隔。每个八位字节代表一个十进制数，范围从 0 到 255。例如，IPv4 地址 192.168.1.1 转换为二进制序列 11000000.10101000.00000001.00000001.
IP 地址细分示例：
- 192 = 11000000
- 168 = 10101000
- 1 = 00000001
- 1 = 00000001
IPv4 使用一种称为路由的方法来确定数据包从源到目的地必须遵循的最有效网络路径。互联网上的路由器使用路由表根据每个数据包的目标 IP 地址做出转发决策。
简单路由演示：
想象一个数据包，其目标地址 192.168.1.1路由器检查其路由表以决定是否将数据包直接发送到目的地（如果目的地位于同一网络上）或将其转发到另一个路由器。
IPv4 地址类
IPv4 地址分为五类，以适应不同规模和要求的网络：
- A 类：在 127 个网络上分别支持 1600 万台主机。（例如，
10.0.0.1) - B 类：支持 16,000 个网络上的 65,000 个主机。（例如，
172.16.0.1) - C 类：支持 200 万个网络上的每个网络上的 254 台主机。（例如，
192.168.1.1) - D类：用于多播组。（例如，
224.0.0.1) - E 类：保留用于实验；不在公共网络中使用。（例如，
240.0.0.1)
IPv4 的特点
IPv4 包含几个可实现高效（尽管是基础）互联网功能的功能：
- 子网划分：允许将单个物理网络划分为多个较小的逻辑子网。这提高了路由效率并逻辑地组织网络。
- 地址解析协议 (ARP)：将IP地址映射到本地网络可识别的物理机器地址。
- 尽力而为的交付模式：IPv4 不保证数据包的传送、管理数据包顺序或避免重复传送，而是将这些任务留给更高级别的协议。
限制和挑战
IPv4 最大的限制在于地址空间，随着互联网设备的激增，43 亿个地址已远远不够，因此需要借助网络地址转换（NAT）等技术来暂时缓解地址短缺的问题。
NAT 允许私有网络上的多个设备共享一个公共 IP 地址，这样可以节省地址空间，但会使某些类型的互联网通信（如点对点网络）变得复杂。
过渡到 IPv6
IPv6 旨在取代 IPv4 并解决其局限性。它使用 128 位地址，允许使用几乎无限数量的唯一地址。IPv6 还包括路由和网络自动配置改进，并内置了对加密和验证 IP 数据包的安全协议的支持。
IPv4 现状
尽管 IPv6 已经可用，但由于支持 IPv4 的基础设施庞大，IPv4 仍然很流行。双栈实现等过渡机制允许设备同时支持 IPv4 和 IPv6，从而促进逐步过渡，而不是立即彻底改造。
结论
IPv4 在互联网的发展和扩张中发挥了关键作用。虽然 IPv4 的局限性使得 IPv6 的开发成为必然，但 IPv6 的基本设计和概念仍能继续支持我们当前的数字通信需求。
向 IPv6 的过渡正在进行中，但 IPv4 在可预见的未来仍将是网络通信的关键组成部分。