如今，IP协议有两个版本，分别是IPv4和IPv6，IPv4是目前主要应用的版本。IPv4的IP地址是以4个字节的数字来表示的，比如 127.0.0.1。因此，IPv4所能表示IP地址的个数是2^32次方，也就是42亿多个，看起来这么多个地址好像还够用。但在如今这个科技发达的时代，所需要的IP地址已经远远超过42亿多个了。既然如此，目前应用的主流IP协议仍是IPv4，那么IPv4是如何管理地址，从而处理 地址不够用的问题呢？

IPv4的地址管理有两种方式：动态分配IP 和 NAT地址转换。

1. 动态分配IP地址

动态分配IP，就是 当某一个设备不再接入网络的时候，就将当前设备使用的IP地址动态分配给其它要上网的设备。因此，同一个MAC地址的设备，每次接入互联网的时候，所分配到的IP地址可能是不相同的。

动态分配IP这种方式，提高了IP地址的利用率，但没有增加IP地址的数量，只能暂时缓解地址不够用的情况，不能有力缓解IP地址不够用的问题。

2.NAT地址转换

IP地址分为两大类：公网IP 和 内网IP。

一般  "10.*.*.* " 或 "172.16.*.*" --- "172.31.*.*" 或 "192.168.*.*" 这些格式的IP 都是 内网IP，其它的就都是公网IP。

同一个局域网中，每个设备的内网IP不能重复；不同局域网的两个设备的内网IP可以相同。公网IP是唯一的，不能重复。

同一个局域网（一个公司，一个学校，一个小区都可以是一个局域网），共用一个公网IP即可，一个局域网中可能有成千上万个设备，这些设备共用这一个公网IP就可以了，因为公网IP是唯一的。这样一来，就能节省一定的IP地址。

2.1 NAT地址转换的方式

运营商路由器 会将发起请求的主机的内网IP替换成公网IP，在一些情况下，也会替换源端口号，再将请求发给目的服务器，过程如下图

（1）如果在一个局域网中，一台主机发出了请求，运营商路由器会根据主机的IP，将响应报文返回给主机。

（2）如果在同一个局域网中，有多个主机向服务器发起服务请求，如下图：

运营商路由器收到主机A和主句B发出的服务请求后，会将主机A和主机B的IP都替换成 公网IP，因为内网IP不能在广域网上使用。

运营商路由器会将主机的IP替换信息，源端口号 记录在 映射表中。这样当收到服务器的响应报文时，就可以根据映射表(根据响应报文的 目的端口号 查到要响应的主机)，将相应的响应报文发送给相应的主机了。

（3）如果同一局域网的两台主机，发出的是相同的服务请求，也就是源端口都相同时，运营商路由器则会将两台主机的源端口替换成两个不同的端口，并记录在映射表中。当收到服务器响应报文时，再查看映射表，将响应报文发送给相应的主机。

【总结】

（1）在同一个局域网中，一个主机向目的服务器发起 请求，路由器根据主机IP将响应报文发送给主机。

（2）在同一个局域网中，多个主机向服务器发起 不同的服务请求(源端口号不相同)，路由器根据端口号和主机IP将响应报文发送给相应的主机。

（3）在同一个局域网中，多个主机向服务器发起相同的服务请求(源端口号相同)，路由器会将每个主机的端口号替换成不同的端口号，并将替换信息 记录在 映射表中。最终，路由器会根据主机IP和端口号 将响应报文发送给相应的主机。

由于NAT机制，内网IP可以主动访问外网IP，但外网IP无法主动访问内网IP，因为服务器收到的源IP是公网IP，这也在一定程度上保障了我们设备的安全。

如今，IPv4就是通过动态分配 + NAT地址转换 两种方式的结合，来缓解地址不够用的问题。真正能从根本上解决地址不够用的方法，还得是使用IPv6。