1. 引言
互联网协议（Internet Protocol，IP）负责将数据包从源设备传输到目标设备。目前主流的 IP 协议有两个版本：IPv4（Internet Protocol Version 4）和 IPv6（Internet Protocol Version 6）。其中，IPv4 是最早被广泛使用的地址格式，而 IPv6 是其继任者，旨在解决 IPv4 在地址数量和路由扩展方面的局限性。
本文将介绍 IP 地址的基本概念、IPv4 和 IPv6 的结构与特点，并进行对比分析。
2. IP 地址简介
IP 地址是互联网中设备的唯一标识符。任何连接到互联网的设备都必须拥有一个 IP 地址，它用于识别设备或网络接口，并定位其在网络中的位置。可以把 IP 地址类比为现实生活中的街道地址，只有知道地址，才能将信息送达目标。
2.1 IP 地址解析
IP 地址是一个数字标签，当设备连接到网络时会被分配一个唯一的 IP 地址。为了便于记忆，互联网使用了 域名系统（DNS），将域名转换为对应的 IP 地址。
例如，当我们在浏览器中输入 http://www.baeldung.com 时，浏览器会向 DNS 服务器查询该域名对应的 IP 地址，然后根据该地址建立连接。
2.2 IP 地址类型
IP 地址的分配方式主要分为两类：
- 静态 IP 地址：手动配置，不会随网络变化而改变。适用于需要固定 IP 的场景，如服务器、远程访问或安全策略配置。
- 动态 IP 地址：由网络自动分配，通常通过 DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）协议完成。动态 IP 可能会随连接变化而变化。
3. IPv4 地址
IPv4 是最早被广泛使用的 IP 地址格式。它最早于 1983 年在 ARPANET 中部署，至今仍占据主导地位。
3.1 IPv4 地址结构
- 使用 32 位地址格式
- 地址总数为
（约 43 亿） - 表示方式为点分十进制（如：172.16.254.1）
下图展示了 IPv4 地址的结构：
每个 8 位（即一个字节）用十进制表示，并用点号分隔，组成完整的 32 位地址。
3.2 分片机制
在数据传输过程中，若数据包大小超过网络的 MTU（Maximum Transmission Unit），则会被分片发送。
- 在 IPv4 中，分片可由发送端或中间路由器完成
- 接收端负责将分片重新组装
4. IPv6 地址
IPv6 是当前最新版本的 IP 协议，也被称为“下一代 IP”（IP next generation，IPng）。虽然其标准化已多年，但普及率仍远不及 IPv4。
4.1 为何需要 IPv6
IPv4 的主要问题包括：
✅ 地址空间有限（仅约 43 亿个地址）
✅ 路由表规模增长迅速，影响网络性能
IPv6 的引入正是为了解决这些问题，提供更充足的地址资源和更高效的路由机制。
4.2 IPv6 地址结构
- 使用 128 位地址格式
- 地址总数为
（约为 3.4 × 10^38） - 表示方式为冒号分隔的十六进制（如：2001:db8:ac10:fe01::1）
下图展示了 IPv6 地址的结构：
IPv6 地址各部分含义如下：
2: 全球单播地址标识001: 地区编号（如 AFRINIC、APNIC、ARIN 等）0DB8: 本地互联网注册机构（LIR）或 ISPAC10: 客户编号FE01: 子网标识0000:0000:0000:0000: 64 位 EUI-64 标识，用于主机接口的唯一标识
⚠️ IPv4 和 IPv6 之间不能直接通信，但可以在同一网络中共存（称为双栈模式），也可以通过隧道技术实现互通。
4.3 分片机制
IPv6 的分片机制与 IPv4 不同：
- 仅由发送端执行分片
- 分片信息作为扩展头部插入数据包中，而不是在主头部中
5. IPv4 与 IPv6 对比
下表总结了 IPv4 和 IPv6 的主要区别：
| 特性 | IPv4 | IPv6 |
|---|---|---|
| 地址长度 | 32 位 | 128 位 |
| 地址格式 | 数字，点分十进制 | 十六进制，冒号分隔 |
| 分片机制 | 发送端和中间路由器均可分片 | 仅发送端分片 |
| 地址配置方式 | 手动或 DHCP | 无状态自动配置（ICMPv6/DHCPv6） |
| 地址数量 | 约 43 亿 | 约 3.4 × 10^38 |
| 安全性 | 需额外配置（如 IPSec） | 内置支持 IPSec |
| 路由效率 | 路由表庞大 | 更高效的路由聚合 |
6. 总结
本文介绍了 IP 地址的基本概念，并详细对比了 IPv4 和 IPv6 的地址结构、分片机制、配置方式等关键特性。
✅ IPv4 虽然广泛使用，但地址资源已接近枯竭
✅ IPv6 提供了几乎无限的地址空间，是未来网络发展的方向
✅ 两者可以共存于同一网络中，过渡方案包括双栈、隧道等
随着互联网的发展，IPv6 的部署将越来越广泛，建议尽早熟悉其使用方式以应对未来的技术挑战。