IPv4 位址耗盡的問題愈來愈嚴重，繼亞太區、歐洲、拉丁美洲等地區的 IP 位址相繼用盡後，從北美地區的 IPv4 用盡倒數計畫中，也看到 IPv4 地址即將用盡，由於 IPv4 轉換到 IPv6 位址過渡需要時間，因此所有單位應該提早準備部署 IPv6 位址。到底什麼是 IPv4 和 IPv6 位址？它和另一個常會聽到的 MAC 位址又有什麼不同？IPv4 位址會用盡，那 MAC 位址會不會用盡呢？
什麼是 IP 位址（Internet Protocol）？
IP 位址又稱為「軟體位址（Software address）」或「邏輯位址（Logical address）」，是由網路號碼分配機構（Internet Assigned Numbers Authority，IANA）制定。
全世界所有能夠連接網際網路的「節點（Node）」都需要 IP 位址，資料封包傳送到網際網路必須指定 IP 位址才能夠協助電腦查詢 MAC 位址，最後才能夠順利傳送到接收端。這裡所謂的節點（Node）包括路由器（Router）、閘道器（Gateway）等網路電信設備，甚至各種用戶設備，不論是有線或無線，只要想連結網路就需要 IP 位址。
目前使用的 IP 版本為第四版（IPv4：IP version 4），IP 位址使用十進位其格式為「140.112.66.88」，如圖一所示，轉換成二進位總共有32位元（bit），相當於 4 位元組（Byte），總共可以提供 232（大約 43 億）個位址。
▲ IPv4 位址的格式。
由於能夠連接網際網路的節點（Node）都需要 IP 位址，顯然 43 億個位址是不夠用的，更何況這 43 億個位址有許多是保留做為測試、廣播等特別用途，一般裝置不能拿來做為傳送資料封包使用。
IP 位址就好像傳統郵件寄件人與收件人的「公司名稱」，大家回想一下，假設寄件人與收件人都是公司，全世界每間公司的名稱理論上應該是唯一的，否則郵差一不小心就會送錯地方囉！咦～看到這裡有沒有覺得怪怪的，以前不是都聽人家說 IP 位址是「門牌地址」嗎？怎麼變成「公司名稱」了呢？別急別急，繼續看下去吧！
另一個 MAC 位址又是什麼？
這個 MAC 可不是時下流行的蘋果電腦（Mac），而是媒體存取控制位址（Media Access Control，MAC ）又稱為「硬體位址（Hardware address）」或「實體位址（Physical address）」，是由美國電子電機工程師學會（Institute of Electronic and Electrical Engineer，IEEE）制定。
電腦所使用的每張網路卡在出廠時都會在唯讀記憶體（Read Only Memory，ROM）中燒錄唯一的 MAC 位址，MAC 位址總共 6 位元組（Byte），前面位元組是生產網路卡的廠商代碼，後面 3 位元組是這張網路卡的編號，所以全世界所使用的每一張網路卡的 MAC 位址都不同，也因為這個特性，許多金融業的線上交易為了確保網路安全，可以讀取使用者電腦的 MAC 位址註冊，這樣至少可以確定用戶端的電腦是那一台，減少怪客（Cracker）入侵的機會。
圖二為智慧型手機內建 Wi-Fi 與藍牙網卡的 MAC 位址，大家可以到電腦網路卡資訊中找到所屬裝置的 MAC 位址，在 iPhone 下則可以透過「設定→一般→關於本機」查詢自己手機的 MAC 位址。
MAC 位址使用十六進位（0123456789ABCDEF）其格式為「00：F8：B9：0B：A1：FB」，轉換成二進位總共有 48 位元（bit），相當於 6 位元組（Byte），總共可以提供248（大約281兆）個位址。
▲ 智慧型手機的 Wi-Fi 與藍牙網卡的 MAC 位址。
由於每張網路卡在出廠時都會燒錄唯一的 MAC 位址，因此 MAC 位址的用量比 IP 位址還大，所幸 281 兆個位址暫時足夠目前所有的有線與無線通訊設備網路卡使用，包括：乙太網路（Ethernet）、無線區域網路（Wi-Fi）、藍牙（Bluetooth）、射頻識別元件（RFID）、近場通訊元件（NFC）等，IEEE 期待 MAC 位址被用盡的時間不會早於 2100 年，但是隨著愈來愈多連網裝置普及，這個時間可能會提前。
在網路的世界裡，為了要將封包傳送到正確的位置，必須在資料封包的表頭（Header）（類似傳統郵件的信封）填入接收端網路卡的 MAC 位址（Destination MAC）與傳送端網路卡的 MAC 位址（Source MAC），大家會不會覺得奇怪，平常在寫 Email 的時候都是填寫收件人的 Email 位址（例如：hightechtw@gmail.com），好像從來沒有填過接收端網路卡的 MAC 位址，別說使用者根本不知道接收端網路卡的 MAC 位址，甚至連自己電腦網路卡的 MAC 位址都太清楚，怎麼填呢？
其實這一切在寄 Email 的時候，MAC 位址是電腦就會自動填好，電腦當然知道自己網路卡的 MAC 位址，至於接收端網路卡的 MAC 位址，電腦必須使用接收端的 IP 位址來查詢，查好以後電腦也會自動填好，再將這個封包傳送出去，不知不覺之中電腦就做了這麼多事，才把 Email 寄給對方囉！
MAC 位址就好像傳統郵件寄件人與收件人的「門牌地址」，大家回想一下，全世界每個人家裡的門牌地址是不是唯一的呢？當然是唯一的，否則郵差怎麼送信呀？既然 IP 位址和 MAC 位址都是唯一的，那為什麼說 IP 位址像「公司名稱」，MAC 位址像「門牌地址」呢？
「IP 位址」和「MAC 位址」有什麼不同？
「IP 位址」是由網管人員手動或伺服器自動設定，是可以改變的，因此好像「公司名稱」；「MAC 位址」燒錄在網路卡的唯讀記憶體（ROM）內，是固定不變的，因此好像「門牌地址」。
假設我們只討論固定不動的桌上型電腦，那電腦（網路卡）買來以後是是固定在某一個地方不移動也不改變，因此 MAC 位址很像門牌地址一樣不移動也不改變；而這台電腦要上網時所使用的 IP 位址是網管人員手動或伺服器自動設定的，是可以改變的，就好像同一個門牌地址（MAC 位址）的房子，由不同的人來開公司，就會有不同的公司名稱（IP 位址）。
許多文章都說 IP 位址是門牌地址，這樣的比喻不完全正確，因為 IP 位址是可以改變的，今天網管人員把它設定給電機系使用，電機系的電腦就用它連接網路；明天把它設定給資工系使用，資工系的電腦就用它連接網路，我們應該很少看過門牌地址可以這樣改來改去的吧！
那麼既然有了 MAC 位址，為什麼還需要 IP 位址呢？經過前面的介紹，大家應該發現 IP 位址的 32 位元數字是有意義的，當我們看到 140.112.66.88，我們會立刻知道這是台大的 IP 位址（140.112.X.X），雖然我不知道這台電腦是誰的，但是它一定是從台大的某個地方連接過來的，而我們卻很難從 MAC 位址知道那是在什麼地方的網路卡，最多只知道是那一家廠商製造的網路卡而已。
對網管人員來說，能夠從 IP 位址簡單地知道網路的相關資訊，也能夠輕易地切割子網路，更能夠隨時改變IP位址，以達到實際網路不同架構的需求，所以IP位址是非常重要的。
私有 IP（Private IP）與真實 IP（Real IP）
目前使用的 IP 版本為第四版（IPv4），總共可以提供 232（大約 43 億）個位址，其實早就不夠用了，科學家發明了所謂的「私有 IP（Private IP）」，才讓 43 億個位址用到現在，那什麼是私有 IP 呢？
- 真實IP（Real IP）：可以在網際網路上使用的 IP 位址，也就是網際網路上的節點（路由器或閘道器）認得的 IP 位址稱為「外部 IP（External IP）」或「真實 IP（Real IP）」。
- 私有 IP（Private IP）：只能在公司或家庭內部私有網路使用的 IP 位址，也就是網際網路上的節點（路由器或閘道器）並不認得的 IP 位址，稱為「內部 IP（Internal IP）」或「私有 IP（Private IP）」。
我們平常使用網路一定是連接到外部的網際網路嗎？有沒有可能只是公司或家庭內部的電腦之間傳送資料而已呢？一般公司通常都有數百台電腦，有時候只是在公司內部傳送資料，何必一定要用真實 IP？更何況真實 IP 是要付費的，如果每台電腦都要使用一個也太浪費了。
當資料封包只是在公司內部的電腦之間傳送的時候，使用私有 IP（內部 IP）就可以了；當封包要傳送到公司外部的網際網路時，再經由一台伺服器指定真實 IP（外部 IP）給這個封包使用，這台可以更改封包 IP 位址的伺服器稱為「網路位址轉譯伺服器（Network Address Translation，NAT server）」，是網路防火牆最重要的成員，不但可以減少真實 IP 的使用量，也可以隔絕公司的內部與外部網路讓公司內部的網路更安全。
由網路位址分配組織（IANA）建議保留給私人網路使用的私有 IP（內部 IP）位址包括三個等級，大家在一般的機關團體常常看到的 IP 位址 192.168.X.X，可用 IP 位址為 192.168.0.0~192.168.255.255，其實就是其中一個等級的私有 IP（內部 IP），只能提供公司內部使用，每一家不同的公司都可以自由地重覆使用這些私有 IP，但是資料封包要傳送到公司外部的網際網路時，必須經由一台 NAT 伺服器指定一個真實 IP（外部 IP）給這個封包使用，這樣網際網路上的節點（路由器或閘道器）才會認得，封包也才能傳送到目的地。
徹底解決 IP 不足的問題：IPv6
雖然公司內部可以使用私有 IP（內部 IP），不需要讓每台連接網路的電腦都擁有一個真實 IP（外部 IP），但是隨著網際網路的發展，一定還是會面臨真實 IP 不夠使用的問題，因此早在 1990 年開始，網際網路工程任務小組（Internet Engineering Task Force，IETF）就開始規劃 IPv6 位址，採用十六進位，其格式為「FEDC：BA98：7654：3210：0000：0000：0000：FEDC」如圖三所示，轉換成二進位總共有 128 位元（bit），相當於 16 位元組（Byte），總共可以提供 2128 個 IP 位址，那麼 2128 到底是多少呢？不必算了，因為那是一個龐大的天文數字。
▲ IPv6 位址的格式。
IPv6 會制定這麼多的 IP 位址，主要是考慮到人類未來所有的電子產品可能都要連接網路，其實就是「物聯網（Internet of Things，IoT）」的概念，包括：智慧型手機、網路冰箱、網路電鍋，甚至網路電視機（可以經由網路傳送電視節目）、網路冷氣機（可以在回家之前先經由網路將冷氣打開）等應用，每一種電子產品都要上網當然就需要更多的 IP 位址。
問題是目前許多的網際網路上的節點（路由器或閘道器）與用戶端設備都不認得 IPv6 位址，而且根據統計，到 2014 年底網路上仍然有 95% 的資料封包是使用 IPv4 位址，現在 IPv4 位址用盡，接下來將會面對一段時間的過渡期，事實上科學家有考慮到這種情況，因此在 IPv6 位址裡定義了相容於 IPv4 位址的格式，讓支援 IPv6 位址的節點可以向下相容於 IPv4 位址，讓兩種不同格式的位址並存，由於 IPv4 轉換到 IPv6 位址需要時間，因此企業應該提早準備部署 IPv6 位址才能跟得上未來的網際網路世界。
（首圖來源：Flickr/Daan Berg CC BY 2.0）
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