IP地址是什么？IPv4、IPv6、公网与私有地址详解

IP 地址是用来标识网络中某台设备的一串数字，其他设备据此向它发送数据。它的作用类似邮政地址：路由器读取每个数据包的目的地址，并一站一站地转发，直到数据包到达。目前使用的有两个版本：IPv4（例如 192.0.2.10）和 IPv6（例如 2001:db8::10）。

IPv4 与 IPv6 的格式

IPv4 地址为 32 位，写成四个以点分隔的 0 到 255 的十进制数，例如 203.0.113.25。每个数字占一个字节，称为一个八位组（octet）。IPv4 共有 2³²，约 43 亿个地址，比全世界的设备数量还少，这就是必须共享地址的原因。

IPv6 地址为 128 位，写成八组以冒号分隔的四位十六进制数：2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0010。有两条规则可以让它变短：

因此上面的地址通常写成 2001:db8::10。IPv6 共有 2¹²⁸ 个地址，足以给每个网络分配非常大的地址块。

公网地址在互联网上是唯一的，（只要没有防火墙阻挡）可以从任何地方访问。私有地址只在局域网内有效。许多家庭和办公网络同时使用相同的私有地址段，因为这些地址永远不会在公共互联网上路由。

RFC 1918 定义了三段私有 IPv4 地址：

你还会遇到的其他特殊 IPv4 地址段：

环回地址，127.0.0.0/8：设备与自己通信。127.0.0.1 即 localhost。IPv6 的环回地址是 ::1。
链路本地地址，169.254.0.0/16：设备通过 DHCP 请求地址却没有得到应答时，会给自己分配这个地址。如果你看到 169.254.x.x，多半是 DHCP 没有正常工作。IPv6 的链路本地地址使用 fe80::/10，每个 IPv6 接口都有一个。
运营商级 NAT（CGNAT），100.64.0.0/10：一段共享地址（RFC 6598），运营商在用户与自己的 NAT 设备之间使用。如果你路由器的 WAN 口地址在这个范围内，说明你没有真正的公网 IPv4 地址。
文档示例地址段：192.0.2.0/24、198.51.100.0/24 和 203.0.113.0/24（IPv6 为 2001:db8::/32）专门保留用于举例，比如本文中的示例。

在 IPv6 中，fc00::/7（实际使用 fd00::/8）的唯一本地地址相当于私有 IPv4 地址段。全球单播地址目前从 2000::/3 开始。

网络地址转换（NAT）让许多私有设备共用一个公网 IPv4 地址。当你地址为 192.168.1.20 的笔记本电脑打开一个网站时，路由器会把源地址替换为自己的公网地址，并在表中记录这条连接，同时用端口号区分不同的连接。回复返回时，路由器再把地址转换回来并交给笔记本电脑。

NAT 有一个副作用：除非你设置端口转发，否则外部主机无法主动向 NAT 后面的设备发起连接。这并不是真正的安全功能，但确实意味着家里的服务默认无法从外部访问。使用 CGNAT 时，运营商会再做一层 NAT，因此在自己的路由器上设置端口转发也没有用。

动态地址是自动分配的，通常通过 DHCP，可能随时间变化。大多数家庭宽带和局域网中的大多数设备使用动态地址。静态地址是手动设置或为某台设备保留的，永远不会改变。服务器、打印机和网络设备通常需要静态地址，因为其他系统依赖它们始终处于同一个位置。

你需要了解两个地址：设备的私有地址，以及网站看到的公网地址。公网地址可以用我们的我的IP地址查询工具查看，它还会显示你是通过 IPv4 还是 IPv6 连接的。

查看设备的私有地址：

如果路由器状态页上显示的地址与在线工具显示的不同，说明你的路由器位于 NAT 或 CGNAT 之后，或者你在使用 VPN 或代理。

IPv6 的设计目的是取代 IPv4，因为旧的地址空间已经耗尽。实际上两者并行运行，称为双栈。许多大型网络、移动运营商和内容提供商都支持 IPv6，但很多小型网站和企业网络仍然只使用 IPv4，所以不能假定 IPv6 在任何地方都可用。

几个实用要点：

如果你想把网络划分成更小的部分，或检查某个地址段能容纳多少台主机，请使用子网计算器。想了解斜杠后面的数字是什么意思，请阅读子网掩码与 CIDR一文。