在现代计算机网络中，每一台联网设备都需要一个地址，就像现实世界中的邮政地址一样，用于收发数据。这个地址就是 IP（Internet Protocol）地址，而 IPv4 是目前最广泛使用的一种协议版本。
一、IPv4 的定义
IPv4（Internet Protocol version 4）是第四版互联网协议，用于为网络中的每一个设备分配一个唯一的地址。它是互联网发展的基石，从上世纪80年代一直沿用至今。
举个例子
一个常见的 IPv4 地址可能是：192.168.1.1，windows用户可以在cmd终端输入`ipconfig /all`，linux系统则可以使用命令：`ifconfig`查看IP地址
这个地址就像设备在网络中的门牌号，用于在网络中识别和通信。
二、IPv4 的结构
IPv4 地址是一个 32 位 的二进制数，通常被表示为 4 个十进制数字，中间用点号（.）分隔，即“点分十进制”格式。
示例
- 二进制：11000000.10101000.00000001.00000001
- 十进制：192.168.1.1
每一部分称为一个“八位字节”（octet），取值范围是 0 到 255。
三、IPv4 的分类
IPv4 地址被划分为多个类别，用于不同的网络规模。
类别 | 地址范围 | 用途 |
A | 0.0.0.0~127.255.255.255 | 大型网络（0.0.0.0为特殊地址，表示本网主机） |
B | 128.0.0.0~191.255.255.255 | 中型网络 |
C | 192.0.0.0~223.255.255.255 | 小型网络 |
D | 224.0.0.0~239.255.255.255 | 多播（Multicast），例如keepalived的多播地址就是224.0.0.18 |
E | 240.0.0.0~255.255.255.255 | 保留，仅作为实验和开发用，其中255.255.255.255为特殊地址，用于定向广播 |
特殊地址说明
- 127.0.0.1：本地回环地址（loopback）
- 192.168.x.x：私有地址，不可在互联网上直接使用
- 169.254.0.0/16：本地链路地址
- 255.255.255.255: 广播地址，例如DHCP请求就是往广播地址发送数据
私有IPv4地址：
名字 | 地址范围 | 地址数量 | 描述 | 最大的CIDR地址块 |
24位块 | 10.0.0.0–10.255.255.255 | 16,777,216 | 一个A类（常用于局域网） | 10.0.0.0/8 |
20位块 | 172.16.0.0–172.31.255.255 | 1,048,576 | 连续的16个B类（常用语虚拟网络） | 172.16.0.0/12 |
16位块 | 192.168.0.0–192.168.255.255 | 65,536 | 连续的256个C类（常用于局域网） | 192.168.0.0/16 |
四、IPv4 的子网划分（CIDR）
由于地址稀缺，IPv4 引入了 CIDR（无类域间路由）方式进行地址划分。CIDR 用斜杠表示子网掩码：
192.168.1.0/24含义是前 24 位为网络号，后 8 位用于主机地址，也可以写成带掩码的格式：192.168.1.0 255.255.255.255
五、IPv4 面临的问题
由于 IPv4 地址空间是有限的（2^3^2 ≈ 42 亿个地址），目前已经出现枯竭，很多国家和组织都在推进 IPv6 的部署。
主要问题：
- 地址资源不足
- 不支持端到端加密
- 配置管理复杂
为缓解问题，IPv4 网络中使用了 NAT（网络地址转换）等技术。
六、总结
IPv4 是每一个网络从业者必须掌握的基础知识。虽然目前 IPv6 正在逐步替代 IPv4，国家也在推广IPV6地址普及，但理解 IPv4 的原理、结构和局限性仍是网络学习的基础。