发表于：2021/5/11 16:21:18
#0楼
【万泉河】IP V4公网地址啥时候枯竭耗光？
IPV4是英语：InternetProtocolversion4 的简写，是IETF组织于1981年9月发布的。
IPv4使用32位（4字节）地址，即我们常见的4个0-255的数字，X.X.X.X来描述。 忽略不计广播地址以及特殊用途浪费掉一些地址，大致来看IP V4总共能容纳的IP总数为255*255*255*255 , 即65535*65535个，大约是42亿个。
这是个天文数字。
在当时来看，全球总人数也不过是几十亿人，电脑当时还是非常罕见的宝贝，所以有那么多地址可以用，感觉简直永远够用。
所以，IETF组织在分配这些网址的时候， 还做了分类。
分成了ABC三类。
其中A类网址，第一个数字用于标识网络ID， 而后面的3个数字，则用于同一网络ID下的不同的设备， 每台设备一个地址。
A类网址下，子网掩码为255.0.0.0，255的意思是需要严格匹配，而0的意思是不需要匹配。当然在0-255之间还有一些值可以用于部分匹配限制，不在咱们关注范围内。
所以，同一个A类网址下的设备，只要第一个数字相同，后面的即便不相同，也是可以直接通讯的。不需要路由和网关辅助转发。
比如1.1.1.1和1.2.2.2的设备，只需要接在同一个交换机下，或者级联的交换机下，就可以通讯。
而B类的网址，则前2个数字为网络ID标识，后2个数字为设备地址，即MASK为255.255.0.0。
道理也和上面类似。
比如B类网址下的128.1.1.1和128.1.2.2的设备，因为MASK的设置，可以直接通讯。而如果不小心设置错了为255.255.255.0，则反而不能通讯。
通常，电脑网卡设置IP时，系统软件会自动判断设置的IP是A,B,C的哪一类，并给自动分配默认的子网掩码MASK。如果没有特殊网络规划，不需要修改。
同理，C类网址是前三个数字为网络ID， 最后一位是设备ID。这之中我们最常遇到的192.168.x.x的网址就是个C类网址。
C类网址下的每个网段最多可以容纳250+个设备，作为一个小型公司的小型网络，通常足够用了。所以我们见得最多的就是C类网址。见得多了， 很多人就养成了习惯。脑子里会固化地认为所有子网掩码都是三个255一个0，不管IP多少，都会手滑一般，自动给输入2个255， 说不定有的人，对系统自动识别的MASK，还会认为错了， 还会特别去给纠正。
然后反而带来了通讯故障。
这是在这里跑题了多讲了这么多的原因。
可以看出来A类B类C类网址的规模是完全不同的，前者分别是后者的256倍。这么规划的初衷是用于针对大中小不同的三类公司。
具体地址分配是：
A类地址第一位必须为0，
B类地址第一位必须为10
C类地址第一位必须为110
Class A 1-126/8（00000001-01111110）特大型网络
Class B 128-191/16（10000000-10111111） 大中型网络
Class C 192-223/24（11000000-11011111） 小型网络
Class D 224-239/8（11100000-11101111） 多播地址
Class E 240-255/8（11110000-11111111） 研究用地址未用于Internet
A类地址分给一些特大型网络，而且因为互联网发端于美国，所以这些地址大部分分给了美国的一些**机构，大型公司，大学，科研机构。换句话说，美国的一些大公司，大学，基本都会分别占据一个A类网址。
比如微软、IBM、AT&T, SUN等这些当年的大公司，都分别占据一个A类公网IP。
通过上面的数字可以看到，126个A类地址，被这样的126个所谓特大公司占据，占掉了整个IP V4几乎一半的江山。而全世界其他的国家地区的所有公司加起来分享另外大约一半的IP地址。
这里面造成了极大的地址浪费。
一个A类网址的容量超过1600万，那些所谓的超大型公司，即便再超级，也不可能用尽这么多的IP。而且都还是公网IP，都是可以在全世界任何角落随时访问的。
所以，在IP V4发布不久，人类就发现了其中的危机。即随着全世界互联网的兴起，到后来的移动互联网，工业物联网发展起来之后，每个设备都要参与到互联网通讯，作为其中最基础的IP地址，很快将面临枯竭的问题。
而这种ABC划分的不合理，加剧了这种危机提前到来。
针对IP地址枯竭的危机，人类又设计了升级版本IPV6，Ipv6是由8个16位的数字表示。相比于原来的V4的4个8位数字，长度上就是原来的4倍。而容量则增大了2的96次方倍，达到了惊人的3.4e+38，这回可是真真正正的天文数字了，号称可以给地球上的每一粒沙子都编上个IP了。
然后替代方案一切就绪，只待东风了，就等IPV4彻底关门了。
关门之后，所有网络产品都将支持IPV6，而我们一方面摩拳擦掌需要准备好IPV6的知识，以面对新技术的使用需求。另一方面，也非常期待，V6普及之后，会带来功能上的令人眩目的变化。
然而，好像却迟迟见不到靴子落地了。
据称，9年前，2012年某月某日，众多国际知名网站已经正式永久支持IPV6访问。
据称，2年前，2019年某月某日，IPV4地址已经正式分配耗尽。
那么IPV6该来了啊，倒是快快来吧！
然而，我们不管是搞工业以太网，还是物联网，所有这些网络产品都仍旧只支持IPV4格式的地址，仍旧是那个只有4个数字的地址可以设置。而V6的地址，连鬼影子都见不到呢！
这多让我们焦虑不安啊！
我们这儿都摩拳擦掌准备使用V6了，各大工控产品厂家，PLC,触摸屏，变频器，都还V6的影子都没有，导致我们现在设计产品只能用V4，这是打算设计完就面临被淘汰吗？
解释这个问题， 先看一个类似的石油枯竭的例子。
早在几十年前，人类一方面在高度依赖石油经济的同时，另一方面也担忧，地球上的石油资源是有限的，终有一天会面临无油可用的地步。如果那一天真的突然来了，垮塌一声，石油断供了。所有汽车轮船飞机就地趴窝， 那人类文明将直接倒退到工业革命之前。那得是怎样的一种世界末日的惨状啊！
其实自有石油枯竭的危机以来，就一直有多种不同的声音。一种如上所述，石油会用完。而另一种声音则是，石油不会一夜之间逐渐用完，而是一个缓慢的逐渐发生的过程。随着石油产量越来越低，其价格会逐渐升高，越来越多的人用不起石油。最后用得起石油的只能是一些特殊的设备。而且随着石油价格升高，人造石油也会越来越有利可图。真到最后一滴矿物石油被挖掘出来的时候，会因为其极度稀缺性， 会成为收藏品，被人类永久收藏。
而事实的发展情况是，近些年石油价格不断升高，原本一些贫油矿区，因为开采成本高，或者品质差，冶炼的成本高，不值得开采的，也都纷纷成为香饽饽。而像页岩油等难度超高的矿种，也随着技术的进步，变得有利可图。并逐渐成为一种新兴产业。另外煤变油，粮食酒精等多种燃料开始供应汽车。而汽车工业本身，电动汽车，氢动力汽车，纷纷以另外一种形式登场亮相，车主们选择电动汽车的动机甚至都不是因为石油危机，而是因为电动汽车的系统性能，自动驾驶，以及人机交互舒适度了。
反而，原本忧心忡忡的石油枯竭的话题，已经越来越少见于报端了。几乎无人关心了。
所以，回到IPV4的话题，同样也存在这样的逻辑。
前面我们讲的IPV4，全部是关于公网IP的问题。而除了公网IP，其实还存在个私网IP的概念。这是大多数同行都知道的。像192.168.x.x等私网IP。这些IP不同内网网络之间可以重复使用，不需要严格的唯一性。那么一些不需要公开到互联网上接受其它设备访问的设备，就可以分配给私网IP。而同时因为有NAT代理上网等功能，这些设备可以正常访问外网。
我们现在所有家庭，都有一个路由器，然后手机电脑等，都是只获得一个类似的192.168的内网网址，借助于路由器的路由功能，所有内网设备共享上网了。而如果是公司网络，还可能有多级内网网络嵌套，最终端的设备，通过多级路由，逐级转发，最终访问到外网。
甚至，我们好多家庭宽带，得到的IP地址也都不是公网IP，也都是内网IP，只不过在整个城区范围内，大家同处于一个大的内部网络。
由此，对网络IP的需求是大大减少了。换个角度，IPV4网络架构的带载容量被极大的提高了。除了需要被公网访问的设备有数量限制之外，那些只是需要主动访问外网，却不需要被外网访问的设备的带载容量，理论上都可以无穷大了。
这其中，最重要的应用技术是NAT。 NAT技术可以实现多层的逐级的由内而外的代理上网访问服务，层数没有限制，导致可扩展的数量也没有了限制。
同时NAT架构也带来了另外一种安全保护。那些处于内网的借助上网的设备从功能上来说，不可能被外网访问，而从安全来说，则天然具备了保护属性。因为外网根本访问不到它，甚至它不主动说话，都不会发现它的存在。所以自然也无法被攻击到。
像微软、西门子那些拥有A类网段的公司，他们的每台电脑未必都是用于做公网服务，反而需要另外假设专用防火墙设备，来进行安全防护。性能上来说，反而不如使用NAT来的安全了。
而像PLC, HMI ,IOT等设备，即便能得到被外网直接访问公网IP，不管是IPV4还是V6，安全性都存在很大的问题。这些模块的性能都很低，不可能如电脑服务器般具备强大的保护功能，或者换句话说，它们现在能支持以太网，就已经相当不容易了。再增加一些安全防护功能，就有些力不从心。
而且，当下最野蛮的攻击方式，都不是非法攻击了，就用简单的合法的访问，瞬间大量的合法访问同时对目标发送请求，轻则导致正常访问链接无法建立，重则CPU不堪重负系统崩溃。即DDOS攻击。
因为DDOS攻击的每一条访问本身都是合法的，所以根本无法防止。所能仰仗的最安全的保护模式反而是NAT。躲在路由器后面，天然安全。
所以，即便现在物联网盛行， 大量的IOT设备，数据需要发送给物联网平台， 运行状态需要被平台能访问到，所采用的也仍然是主动连接的方式。只有客户端主动连接到物联网平台，平台才可以与其交互。
这其中有VPN协议，以及专用的物联网MQTT协议等等。
不管是NAT协议， 还有VPN， MQTT等各种协议，甚至包括私有IP等，都是IPV4协议后来慢慢打补丁，逐渐升级完善的。好多是为了针对IP V4资源枯竭问题应运而生的新技术。这些技术的逐渐完善， 使得原本貌似寿命到期的系统， 又焕发了无限的青春。
所以，要问PLC设备啥时候能支持IPV6, 物联网模块啥时候能支持IPV6，啥时候工业应用会全面转移到V6， 我看基本是没戏。如果有个时间表的话， 我认为会是永远不可能了。IPV4非但不会被IPV6替代，反而会永远存在下去了。而V6即便在缓慢发展，但其增速基本上也很低，可有可无了。
个人观点。
再回到IP公网地址枯竭耗尽的主题，其实也是个伪命题。
因为市场经济。
那些早30年先布局获得了A类网址的公司， 好多现在已经衰败了。那么他们拥有的这些IP基本都是浪费了。只要市场双方达成一致，就有可能以一定的价格转让。甚至可以分批转让， 也没必要一个公司独占。如果说有的公司或机构拥有的IP不缺钱，宁愿闲置也不肯出让，只能还是因为价格不够高。真要和比特币一样涨上个几千倍，谁还能保证他们会不动心？你自己留着也永远用不到，卖给新兴经济体的网络运营商，他们急迫需要，你又可以获得一笔资金，何乐而不为呢！
中国加入互联网的时间晚，原本资源很少，而国家盘子又大，貌似从一些亚非拉穷国，收购了不少公网IP回来，才保证了这么多年的经济发展并没有被IP卡住脖子。
从一个资料上偶然看到的信息，需要辅助验证的，据说现在的A类私有网段10的网址，原来是属于美国一家公司的，后来这家公司破产倒闭，交不起费用了，就把IP网段还给了IETF组织，使得国际标准有机会修改协议，把这个地址永久定义为了私有地址。
以上均为一家之言。有错误之处，万请不吝批评指正。
IPV4是英语：InternetProtocolversion4 的简写，是IETF组织于1981年9月发布的。
IPv4使用32位（4字节）地址，即我们常见的4个0-255的数字，X.X.X.X来描述。 忽略不计广播地址以及特殊用途浪费掉一些地址，大致来看IP V4总共能容纳的IP总数为255*255*255*255 , 即65535*65535个，大约是42亿个。
这是个天文数字。
在当时来看，全球总人数也不过是几十亿人，电脑当时还是非常罕见的宝贝，所以有那么多地址可以用，感觉简直永远够用。
所以，IETF组织在分配这些网址的时候， 还做了分类。
分成了ABC三类。
其中A类网址，第一个数字用于标识网络ID， 而后面的3个数字，则用于同一网络ID下的不同的设备， 每台设备一个地址。
A类网址下，子网掩码为255.0.0.0，255的意思是需要严格匹配，而0的意思是不需要匹配。当然在0-255之间还有一些值可以用于部分匹配限制，不在咱们关注范围内。
所以，同一个A类网址下的设备，只要第一个数字相同，后面的即便不相同，也是可以直接通讯的。不需要路由和网关辅助转发。
比如1.1.1.1和1.2.2.2的设备，只需要接在同一个交换机下，或者级联的交换机下，就可以通讯。
而B类的网址，则前2个数字为网络ID标识，后2个数字为设备地址，即MASK为255.255.0.0。
道理也和上面类似。
比如B类网址下的128.1.1.1和128.1.2.2的设备，因为MASK的设置，可以直接通讯。而如果不小心设置错了为255.255.255.0，则反而不能通讯。
通常，电脑网卡设置IP时，系统软件会自动判断设置的IP是A,B,C的哪一类，并给自动分配默认的子网掩码MASK。如果没有特殊网络规划，不需要修改。
同理，C类网址是前三个数字为网络ID， 最后一位是设备ID。这之中我们最常遇到的192.168.x.x的网址就是个C类网址。
C类网址下的每个网段最多可以容纳250+个设备，作为一个小型公司的小型网络，通常足够用了。所以我们见得最多的就是C类网址。见得多了， 很多人就养成了习惯。脑子里会固化地认为所有子网掩码都是三个255一个0，不管IP多少，都会手滑一般，自动给输入2个255， 说不定有的人，对系统自动识别的MASK，还会认为错了， 还会特别去给纠正。
然后反而带来了通讯故障。
这是在这里跑题了多讲了这么多的原因。
可以看出来A类B类C类网址的规模是完全不同的，前者分别是后者的256倍。这么规划的初衷是用于针对大中小不同的三类公司。
具体地址分配是：
A类地址第一位必须为0，
B类地址第一位必须为10
C类地址第一位必须为110
Class A 1-126/8（00000001-01111110）特大型网络
Class B 128-191/16（10000000-10111111） 大中型网络
Class C 192-223/24（11000000-11011111） 小型网络
Class D 224-239/8（11100000-11101111） 多播地址
Class E 240-255/8（11110000-11111111） 研究用地址未用于Internet
A类地址分给一些特大型网络，而且因为互联网发端于美国，所以这些地址大部分分给了美国的一些**机构，大型公司，大学，科研机构。换句话说，美国的一些大公司，大学，基本都会分别占据一个A类网址。
比如微软、IBM、AT&T, SUN等这些当年的大公司，都分别占据一个A类公网IP。
通过上面的数字可以看到，126个A类地址，被这样的126个所谓特大公司占据，占掉了整个IP V4几乎一半的江山。而全世界其他的国家地区的所有公司加起来分享另外大约一半的IP地址。
这里面造成了极大的地址浪费。
一个A类网址的容量超过1600万，那些所谓的超大型公司，即便再超级，也不可能用尽这么多的IP。而且都还是公网IP，都是可以在全世界任何角落随时访问的。
所以，在IP V4发布不久，人类就发现了其中的危机。即随着全世界互联网的兴起，到后来的移动互联网，工业物联网发展起来之后，每个设备都要参与到互联网通讯，作为其中最基础的IP地址，很快将面临枯竭的问题。
而这种ABC划分的不合理，加剧了这种危机提前到来。
针对IP地址枯竭的危机，人类又设计了升级版本IPV6，Ipv6是由8个16位的数字表示。相比于原来的V4的4个8位数字，长度上就是原来的4倍。而容量则增大了2的96次方倍，达到了惊人的3.4e+38，这回可是真真正正的天文数字了，号称可以给地球上的每一粒沙子都编上个IP了。
然后替代方案一切就绪，只待东风了，就等IPV4彻底关门了。
关门之后，所有网络产品都将支持IPV6，而我们一方面摩拳擦掌需要准备好IPV6的知识，以面对新技术的使用需求。另一方面，也非常期待，V6普及之后，会带来功能上的令人眩目的变化。
然而，好像却迟迟见不到靴子落地了。
据称，9年前，2012年某月某日，众多国际知名网站已经正式永久支持IPV6访问。
据称，2年前，2019年某月某日，IPV4地址已经正式分配耗尽。
那么IPV6该来了啊，倒是快快来吧！
然而，我们不管是搞工业以太网，还是物联网，所有这些网络产品都仍旧只支持IPV4格式的地址，仍旧是那个只有4个数字的地址可以设置。而V6的地址，连鬼影子都见不到呢！
这多让我们焦虑不安啊！
我们这儿都摩拳擦掌准备使用V6了，各大工控产品厂家，PLC,触摸屏，变频器，都还V6的影子都没有，导致我们现在设计产品只能用V4，这是打算设计完就面临被淘汰吗？
解释这个问题， 先看一个类似的石油枯竭的例子。
早在几十年前，人类一方面在高度依赖石油经济的同时，另一方面也担忧，地球上的石油资源是有限的，终有一天会面临无油可用的地步。如果那一天真的突然来了，垮塌一声，石油断供了。所有汽车轮船飞机就地趴窝， 那人类文明将直接倒退到工业革命之前。那得是怎样的一种世界末日的惨状啊！
其实自有石油枯竭的危机以来，就一直有多种不同的声音。一种如上所述，石油会用完。而另一种声音则是，石油不会一夜之间逐渐用完，而是一个缓慢的逐渐发生的过程。随着石油产量越来越低，其价格会逐渐升高，越来越多的人用不起石油。最后用得起石油的只能是一些特殊的设备。而且随着石油价格升高，人造石油也会越来越有利可图。真到最后一滴矿物石油被挖掘出来的时候，会因为其极度稀缺性， 会成为收藏品，被人类永久收藏。
而事实的发展情况是，近些年石油价格不断升高，原本一些贫油矿区，因为开采成本高，或者品质差，冶炼的成本高，不值得开采的，也都纷纷成为香饽饽。而像页岩油等难度超高的矿种，也随着技术的进步，变得有利可图。并逐渐成为一种新兴产业。另外煤变油，粮食酒精等多种燃料开始供应汽车。而汽车工业本身，电动汽车，氢动力汽车，纷纷以另外一种形式登场亮相，车主们选择电动汽车的动机甚至都不是因为石油危机，而是因为电动汽车的系统性能，自动驾驶，以及人机交互舒适度了。
反而，原本忧心忡忡的石油枯竭的话题，已经越来越少见于报端了。几乎无人关心了。
所以，回到IPV4的话题，同样也存在这样的逻辑。
前面我们讲的IPV4，全部是关于公网IP的问题。而除了公网IP，其实还存在个私网IP的概念。这是大多数同行都知道的。像192.168.x.x等私网IP。这些IP不同内网网络之间可以重复使用，不需要严格的唯一性。那么一些不需要公开到互联网上接受其它设备访问的设备，就可以分配给私网IP。而同时因为有NAT代理上网等功能，这些设备可以正常访问外网。
我们现在所有家庭，都有一个路由器，然后手机电脑等，都是只获得一个类似的192.168的内网网址，借助于路由器的路由功能，所有内网设备共享上网了。而如果是公司网络，还可能有多级内网网络嵌套，最终端的设备，通过多级路由，逐级转发，最终访问到外网。
甚至，我们好多家庭宽带，得到的IP地址也都不是公网IP，也都是内网IP，只不过在整个城区范围内，大家同处于一个大的内部网络。
由此，对网络IP的需求是大大减少了。换个角度，IPV4网络架构的带载容量被极大的提高了。除了需要被公网访问的设备有数量限制之外，那些只是需要主动访问外网，却不需要被外网访问的设备的带载容量，理论上都可以无穷大了。
这其中，最重要的应用技术是NAT。 NAT技术可以实现多层的逐级的由内而外的代理上网访问服务，层数没有限制，导致可扩展的数量也没有了限制。
同时NAT架构也带来了另外一种安全保护。那些处于内网的借助上网的设备从功能上来说，不可能被外网访问，而从安全来说，则天然具备了保护属性。因为外网根本访问不到它，甚至它不主动说话，都不会发现它的存在。所以自然也无法被攻击到。
像微软、西门子那些拥有A类网段的公司，他们的每台电脑未必都是用于做公网服务，反而需要另外假设专用防火墙设备，来进行安全防护。性能上来说，反而不如使用NAT来的安全了。
而像PLC, HMI ,IOT等设备，即便能得到被外网直接访问公网IP，不管是IPV4还是V6，安全性都存在很大的问题。这些模块的性能都很低，不可能如电脑服务器般具备强大的保护功能，或者换句话说，它们现在能支持以太网，就已经相当不容易了。再增加一些安全防护功能，就有些力不从心。
而且，当下最野蛮的攻击方式，都不是非法攻击了，就用简单的合法的访问，瞬间大量的合法访问同时对目标发送请求，轻则导致正常访问链接无法建立，重则CPU不堪重负系统崩溃。即DDOS攻击。
因为DDOS攻击的每一条访问本身都是合法的，所以根本无法防止。所能仰仗的最安全的保护模式反而是NAT。躲在路由器后面，天然安全。
所以，即便现在物联网盛行， 大量的IOT设备，数据需要发送给物联网平台， 运行状态需要被平台能访问到，所采用的也仍然是主动连接的方式。只有客户端主动连接到物联网平台，平台才可以与其交互。
这其中有VPN协议，以及专用的物联网MQTT协议等等。
不管是NAT协议， 还有VPN， MQTT等各种协议，甚至包括私有IP等，都是IPV4协议后来慢慢打补丁，逐渐升级完善的。好多是为了针对IP V4资源枯竭问题应运而生的新技术。这些技术的逐渐完善， 使得原本貌似寿命到期的系统， 又焕发了无限的青春。
所以，要问PLC设备啥时候能支持IPV6, 物联网模块啥时候能支持IPV6，啥时候工业应用会全面转移到V6， 我看基本是没戏。如果有个时间表的话， 我认为会是永远不可能了。IPV4非但不会被IPV6替代，反而会永远存在下去了。而V6即便在缓慢发展，但其增速基本上也很低，可有可无了。
个人观点。
再回到IP公网地址枯竭耗尽的主题，其实也是个伪命题。
因为市场经济。
那些早30年先布局获得了A类网址的公司， 好多现在已经衰败了。那么他们拥有的这些IP基本都是浪费了。只要市场双方达成一致，就有可能以一定的价格转让。甚至可以分批转让， 也没必要一个公司独占。如果说有的公司或机构拥有的IP不缺钱，宁愿闲置也不肯出让，只能还是因为价格不够高。真要和比特币一样涨上个几千倍，谁还能保证他们会不动心？你自己留着也永远用不到，卖给新兴经济体的网络运营商，他们急迫需要，你又可以获得一笔资金，何乐而不为呢！
中国加入互联网的时间晚，原本资源很少，而国家盘子又大，貌似从一些亚非拉穷国，收购了不少公网IP回来，才保证了这么多年的经济发展并没有被IP卡住脖子。
从一个资料上偶然看到的信息，需要辅助验证的，据说现在的A类私有网段10的网址，原来是属于美国一家公司的，后来这家公司破产倒闭，交不起费用了，就把IP网段还给了IETF组织，使得国际标准有机会修改协议，把这个地址永久定义为了私有地址。
以上均为一家之言。有错误之处，万请不吝批评指正。
PLC标准化编程