IPv4的地址真的用光了嗎
近期我看到有些文章說(shuō),IPv4的地址已經(jīng)用光了,或者說(shuō),已經(jīng)分配完了。將來(lái)沒(méi)有IPv4的地址可供分配了,所以IPv6進(jìn)入實(shí)質(zhì)性階段。那么,IPv4的地址是否真的用光了、是否已經(jīng)沒(méi)有地址可供分配了?本文將對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行探討。
首先,所謂IPv4地址將要分配完,這是對(duì)管理Internet地址的部門-IANA(The Internet Assigned Numbers Authority,互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字分配機(jī)構(gòu))來(lái)說(shuō),在將來(lái)(預(yù)計(jì)2011年8月份所有地址分配完),已經(jīng)沒(méi)有地址可供分配。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō),IPv4地址已經(jīng)分配完了。
但是,由于運(yùn)營(yíng)商、先期獲得地址的公司或企業(yè),有大量的IPv4地址可供使用,對(duì)于這些公司或企業(yè)來(lái)說(shuō),在很久的一段時(shí)間內(nèi)(可能幾年甚至十幾年的時(shí)間)都不用為IPv4的地址發(fā)愁。從這點(diǎn)來(lái)看,可能許多運(yùn)營(yíng)商會(huì)為IPv4的地址發(fā)愁。但是,這也只是“表面”的問(wèn)題,如果運(yùn)營(yíng)商改進(jìn)地址的分配方式,在未來(lái)的幾年中甚至更長(zhǎng)的時(shí)間中,將不會(huì)為IPv4的地址發(fā)愁。接下來(lái)我們介紹運(yùn)營(yíng)商是怎么管理與分配自己手中的IPv4地址的。
對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō),需要IPv4地址的用戶主要有兩類,一類是為用戶通過(guò)光纖或其他專線接入,并且給這些用戶分配一些固定IP地址;另一類用戶則是不需要獲得固定IP地址、并且只有在連接到Internet時(shí)才臨時(shí)分配一個(gè)IPv4地址,并且在斷開連接后回收這些地址供其他用戶使用。當(dāng)一個(gè)運(yùn)營(yíng)商的IPv4地址總數(shù)已經(jīng)固定并且不再增加,但需要接入Internet的企業(yè)或個(gè)人用戶越來(lái)越多時(shí),運(yùn)營(yíng)商怎樣使用手中的地址,并且能滿足用戶的需要呢?我個(gè)人的觀點(diǎn)是,運(yùn)營(yíng)商并非沒(méi)有IPv4地址,而是由于管理等問(wèn)題,造成了大量的IPv4地址的浪費(fèi),才造成IPv4地址的緊缺。為了說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題,我們通過(guò)幾個(gè)例子進(jìn)行介紹。
1 目前運(yùn)營(yíng)商地址規(guī)劃方法浪費(fèi)了大量的地址
實(shí)例1:
某政府單位,通過(guò)網(wǎng)通10M光纖接入Internet,網(wǎng)通為其分配的IP地址是61.x.y.6,子網(wǎng)掩碼是255.255.255.252,網(wǎng)關(guān)是61.x.y.6。用戶同時(shí)將這個(gè)地址作為其門戶網(wǎng)站的地址(映射TCP的80端口到內(nèi)部的Web服務(wù)器)。
實(shí)例2:某單位,通過(guò)電信光纖接入Internet,電信為其分配的IP地址是219.x.y.2~219.x.y.6,子網(wǎng)掩碼是255.255.255.248,網(wǎng)關(guān)是219.x.y.1。
從這兩個(gè)實(shí)例來(lái)看,網(wǎng)通、電信劃分(規(guī)劃)IPv4地址、管理IPv4地址是沒(méi)有任何問(wèn)題的,目前許多的運(yùn)營(yíng)商,基本上也都是這樣管理與分配IP地址的。但是,在這兩個(gè)實(shí)例中,都浪費(fèi)了大量的地址。
對(duì)于實(shí)例1來(lái)說(shuō),一個(gè)相當(dāng)于C類的地址池(例如本例中的61.x.y.0/24)一共有256個(gè)IP地址,但最多只能為64個(gè)單位提供接入,其浪費(fèi)率是75%,這種網(wǎng)絡(luò)連接方式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。
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圖1 傳統(tǒng)IPv4分配方式
【說(shuō)明】當(dāng)子網(wǎng)掩碼是255.255.255.252時(shí),可以將一個(gè)C類地址劃分為64位子網(wǎng),每個(gè)子網(wǎng)有4個(gè)地址,由于每個(gè)子網(wǎng)的第1個(gè)地址作為網(wǎng)絡(luò)地址、最后1個(gè)地址作為廣播地址不能使用,運(yùn)營(yíng)商一端需要使用1個(gè)地址,這樣只有1個(gè)地址供用戶使用。
對(duì)于實(shí)例2來(lái)說(shuō),一個(gè)相當(dāng)于C類的地址,使用子網(wǎng)掩碼255.255.255.248時(shí),每個(gè)單位有5個(gè)可用地址,可以分配給32個(gè)單位,實(shí)際可用地址是160個(gè),有接近一半的時(shí)候被浪費(fèi)。目前采用255.255.255.248這種子網(wǎng)掩碼的劃分方式,目前決大多數(shù)單位,都是這種情況。
對(duì)于更大一些的單位,可能一次性獲取的IP地址會(huì)多一些,例如,運(yùn)營(yíng)商可能會(huì)劃分28位(子網(wǎng)掩碼255.255.255.240)甚至更大的子網(wǎng),但這樣也會(huì)造成地址的浪費(fèi)。
我想,如果運(yùn)營(yíng)商改變以往用戶的接入方式(以前接入雙方都是通過(guò)“路由器”來(lái)接入的),改為類似現(xiàn)在局域網(wǎng)中的“交換機(jī)”接入方式,或者,仍然用路由器方式接入,但劃分更大的子網(wǎng),例如劃分24位(子網(wǎng)掩碼為255.255.25.0)的子網(wǎng)。這樣的改造同樣適合于現(xiàn)在已經(jīng)有網(wǎng)絡(luò)接入的用戶,在局端進(jìn)行相應(yīng)的修改之后,只要通知企業(yè)用戶更改自己的網(wǎng)關(guān)地址、子網(wǎng)掩碼就可以繼續(xù)使用原來(lái)的地址,而對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō),這樣將節(jié)省大量的地址,用于再分配。在現(xiàn)有數(shù)量的IPv4地址基礎(chǔ)上,可供使用的地址以及節(jié)省的地址將大大增加。改進(jìn)后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示。
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圖2 改進(jìn)方式
改進(jìn)之后可能出現(xiàn)的問(wèn)題有:
(1)由于采用“交換”方式接入,這樣會(huì)導(dǎo)致多個(gè)用戶(如圖2中的用戶1~用戶253)在同一個(gè)子網(wǎng),這樣用戶如果錯(cuò)誤的設(shè)置IP地址,或者盜用IP地址,會(huì)造成地址沖突問(wèn)題。要避免這個(gè)問(wèn)題也比較簡(jiǎn)單,可以在交換機(jī)上采用IP與MAC地址綁定的方法進(jìn)行。
(2)在圖1的網(wǎng)絡(luò)中,每個(gè)用戶屬于一個(gè)網(wǎng)絡(luò),不同的用戶之間是禁止“廣播”的,但改為圖2之后,由于多個(gè)用戶屬于同一個(gè)網(wǎng)絡(luò),用戶之間會(huì)產(chǎn)生廣播流量。同樣,通過(guò)在交換機(jī)上配置策略也能解決。
2 ADSL家庭上網(wǎng)用戶可以使用私網(wǎng)地址
對(duì)于網(wǎng)通、電信等大的運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō),家庭寬帶用戶或者PSTN撥號(hào)用戶,每次獲取的都是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、合法的IP地址。實(shí)際上,對(duì)于這些用戶,完全可以使用私有地址,沒(méi)必要為其分配公網(wǎng)地址。大量寬帶用戶關(guān)心的是上網(wǎng)的速度、下載速度,從來(lái)沒(méi)有人關(guān)心自己使用的是私網(wǎng)地址還是公網(wǎng)地址,因?yàn)槊可儆腥耸褂肁DSL做自己的網(wǎng)站發(fā)布到外面供他人訪問(wèn)。
以前中國(guó)電信(電信沒(méi)有拆分前),163(或169,具體那一個(gè)我記不清了)使用的就是10.0.0.0/8的私網(wǎng)地址。計(jì)算機(jī)
從理論上計(jì)算,每個(gè)IP地址使用TCP或UDP的1~65535個(gè)端口,而每個(gè)用戶瀏覽網(wǎng)頁(yè)、下載時(shí),最多使用200個(gè)以內(nèi)的端口。從這點(diǎn)來(lái)計(jì)算,每個(gè)公網(wǎng)地址大約可以為300個(gè)用戶同時(shí)提供NAPT的服務(wù)。
即使用戶需要使用ADSL對(duì)外提供服務(wù),運(yùn)營(yíng)商也可以為這些用戶提供公網(wǎng)地址,或者提供端口映射服務(wù),這樣相對(duì)于現(xiàn)在使用動(dòng)態(tài)IP來(lái)說(shuō),對(duì)外提供的服務(wù)地址會(huì)固定(為寬帶用戶提供固定的私網(wǎng)地址并在運(yùn)營(yíng)商一般在公網(wǎng)地址做端口映射)。
目前,許多“小”運(yùn)營(yíng)商,為用戶提供的就是私網(wǎng)地址。
3 高校擁有大量的IPv4地址
目前,中國(guó)的大學(xué)擁有大量的IPv4地址,以筆者的高校來(lái)說(shuō),目前擁有16個(gè)C類地址(202.x.192.0/20),雖然每個(gè)教職工上網(wǎng)獲取一個(gè)動(dòng)態(tài)的公網(wǎng)地址,但這些地址已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)中心的路由器上進(jìn)行了限制(只允許訪問(wèn)外面、外面不能訪問(wèn)內(nèi)部),這些地址,從本質(zhì)上來(lái)說(shuō),和使用私網(wǎng)地址沒(méi)有什么區(qū)別。
4 DNS問(wèn)題
即然問(wèn)題說(shuō)到這,我再說(shuō)一下DNS問(wèn)題。一些專家說(shuō),DNS根服務(wù)器都在國(guó)外,對(duì)國(guó)內(nèi)的安全造成影響,將來(lái)一旦戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā),中國(guó)會(huì)受制于人—-—國(guó)外DNS不允許訪問(wèn)了,國(guó)內(nèi)的網(wǎng)站會(huì)全部癱瘓。在我看來(lái),這些也是有點(diǎn)杞人憂天:
不管怎么訪問(wèn)DNS,都要通過(guò)國(guó)內(nèi)大運(yùn)營(yíng)商(電信、移動(dòng)或聯(lián)通)的國(guó)際光纖訪問(wèn)國(guó)外,如果萬(wàn)一國(guó)外的DNS不允許訪問(wèn),我們?cè)趪?guó)際光纖的出口之中,架設(shè)國(guó)內(nèi)的DNS服務(wù)器,或者提前使用DNS緩存的方式,保存DNS服務(wù)器的查詢結(jié)果,完全可以在很短的時(shí)間內(nèi)再建DNS服務(wù)器。要知道,我們?cè)L問(wèn)網(wǎng)站,最終是要換成DNS域名所對(duì)應(yīng)的IP地址,才能訪問(wèn)網(wǎng)站的。只要網(wǎng)站存在國(guó)內(nèi),用DNS不能訪問(wèn)、用IP地址還不能訪問(wèn)嗎?用IP地址不能訪問(wèn)(許多網(wǎng)站只允許DNS名稱訪問(wèn))、我們修改本地的hosts文件、自己創(chuàng)建域名與IP地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系,是肯定可以訪問(wèn)的!
近期我看到有些文章說(shuō),IPv4的地址已經(jīng)用光了,或者說(shuō),已經(jīng)分配完了。將來(lái)沒(méi)有IPv4的地址可供分配了,所以IPv6進(jìn)入實(shí)質(zhì)性階段。那么,IPv4的地址是否真的用光了、是否已經(jīng)沒(méi)有地址可供分配了?本文將對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行探討。
首先,所謂IPv4地址將要分配完,這是對(duì)管理Internet地址的部門-IANA(The Internet Assigned Numbers Authority,互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字分配機(jī)構(gòu))來(lái)說(shuō),在將來(lái)(預(yù)計(jì)2011年8月份所有地址分配完),已經(jīng)沒(méi)有地址可供分配。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō),IPv4地址已經(jīng)分配完了。
但是,由于運(yùn)營(yíng)商、先期獲得地址的公司或企業(yè),有大量的IPv4地址可供使用,對(duì)于這些公司或企業(yè)來(lái)說(shuō),在很久的一段時(shí)間內(nèi)(可能幾年甚至十幾年的時(shí)間)都不用為IPv4的地址發(fā)愁。從這點(diǎn)來(lái)看,可能許多運(yùn)營(yíng)商會(huì)為IPv4的地址發(fā)愁。但是,這也只是“表面”的問(wèn)題,如果運(yùn)營(yíng)商改進(jìn)地址的分配方式,在未來(lái)的幾年中甚至更長(zhǎng)的時(shí)間中,將不會(huì)為IPv4的地址發(fā)愁。接下來(lái)我們介紹運(yùn)營(yíng)商是怎么管理與分配自己手中的IPv4地址的。
對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō),需要IPv4地址的用戶主要有兩類,一類是為用戶通過(guò)光纖或其他專線接入,并且給這些用戶分配一些固定IP地址;另一類用戶則是不需要獲得固定IP地址、并且只有在連接到Internet時(shí)才臨時(shí)分配一個(gè)IPv4地址,并且在斷開連接后回收這些地址供其他用戶使用。當(dāng)一個(gè)運(yùn)營(yíng)商的IPv4地址總數(shù)已經(jīng)固定并且不再增加,但需要接入Internet的企業(yè)或個(gè)人用戶越來(lái)越多時(shí),運(yùn)營(yíng)商怎樣使用手中的地址,并且能滿足用戶的需要呢?我個(gè)人的觀點(diǎn)是,運(yùn)營(yíng)商并非沒(méi)有IPv4地址,而是由于管理等問(wèn)題,造成了大量的IPv4地址的浪費(fèi),才造成IPv4地址的緊缺。為了說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題,我們通過(guò)幾個(gè)例子進(jìn)行介紹。
1 目前運(yùn)營(yíng)商地址規(guī)劃方法浪費(fèi)了大量的地址
實(shí)例1:
某政府單位,通過(guò)網(wǎng)通10M光纖接入Internet,網(wǎng)通為其分配的IP地址是61.x.y.6,子網(wǎng)掩碼是255.255.255.252,網(wǎng)關(guān)是61.x.y.6。用戶同時(shí)將這個(gè)地址作為其門戶網(wǎng)站的地址(映射TCP的80端口到內(nèi)部的Web服務(wù)器)。
實(shí)例2:某單位,通過(guò)電信光纖接入Internet,電信為其分配的IP地址是219.x.y.2~219.x.y.6,子網(wǎng)掩碼是255.255.255.248,網(wǎng)關(guān)是219.x.y.1。
從這兩個(gè)實(shí)例來(lái)看,網(wǎng)通、電信劃分(規(guī)劃)IPv4地址、管理IPv4地址是沒(méi)有任何問(wèn)題的,目前許多的運(yùn)營(yíng)商,基本上也都是這樣管理與分配IP地址的。但是,在這兩個(gè)實(shí)例中,都浪費(fèi)了大量的地址。
對(duì)于實(shí)例1來(lái)說(shuō),一個(gè)相當(dāng)于C類的地址池(例如本例中的61.x.y.0/24)一共有256個(gè)IP地址,但最多只能為64個(gè)單位提供接入,其浪費(fèi)率是75%,這種網(wǎng)絡(luò)連接方式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。
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圖1 傳統(tǒng)IPv4分配方式
【說(shuō)明】當(dāng)子網(wǎng)掩碼是255.255.255.252時(shí),可以將一個(gè)C類地址劃分為64位子網(wǎng),每個(gè)子網(wǎng)有4個(gè)地址,由于每個(gè)子網(wǎng)的第1個(gè)地址作為網(wǎng)絡(luò)地址、最后1個(gè)地址作為廣播地址不能使用,運(yùn)營(yíng)商一端需要使用1個(gè)地址,這樣只有1個(gè)地址供用戶使用。
對(duì)于實(shí)例2來(lái)說(shuō),一個(gè)相當(dāng)于C類的地址,使用子網(wǎng)掩碼255.255.255.248時(shí),每個(gè)單位有5個(gè)可用地址,可以分配給32個(gè)單位,實(shí)際可用地址是160個(gè),有接近一半的時(shí)候被浪費(fèi)。目前采用255.255.255.248這種子網(wǎng)掩碼的劃分方式,目前決大多數(shù)單位,都是這種情況。
對(duì)于更大一些的單位,可能一次性獲取的IP地址會(huì)多一些,例如,運(yùn)營(yíng)商可能會(huì)劃分28位(子網(wǎng)掩碼255.255.255.240)甚至更大的子網(wǎng),但這樣也會(huì)造成地址的浪費(fèi)。
我想,如果運(yùn)營(yíng)商改變以往用戶的接入方式(以前接入雙方都是通過(guò)“路由器”來(lái)接入的),改為類似現(xiàn)在局域網(wǎng)中的“交換機(jī)”接入方式,或者,仍然用路由器方式接入,但劃分更大的子網(wǎng),例如劃分24位(子網(wǎng)掩碼為255.255.25.0)的子網(wǎng)。這樣的改造同樣適合于現(xiàn)在已經(jīng)有網(wǎng)絡(luò)接入的用戶,在局端進(jìn)行相應(yīng)的修改之后,只要通知企業(yè)用戶更改自己的網(wǎng)關(guān)地址、子網(wǎng)掩碼就可以繼續(xù)使用原來(lái)的地址,而對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō),這樣將節(jié)省大量的地址,用于再分配。在現(xiàn)有數(shù)量的IPv4地址基礎(chǔ)上,可供使用的地址以及節(jié)省的地址將大大增加。改進(jìn)后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示。
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圖2 改進(jìn)方式
改進(jìn)之后可能出現(xiàn)的問(wèn)題有:
(1)由于采用“交換”方式接入,這樣會(huì)導(dǎo)致多個(gè)用戶(如圖2中的用戶1~用戶253)在同一個(gè)子網(wǎng),這樣用戶如果錯(cuò)誤的設(shè)置IP地址,或者盜用IP地址,會(huì)造成地址沖突問(wèn)題。要避免這個(gè)問(wèn)題也比較簡(jiǎn)單,可以在交換機(jī)上采用IP與MAC地址綁定的方法進(jìn)行。
(2)在圖1的網(wǎng)絡(luò)中,每個(gè)用戶屬于一個(gè)網(wǎng)絡(luò),不同的用戶之間是禁止“廣播”的,但改為圖2之后,由于多個(gè)用戶屬于同一個(gè)網(wǎng)絡(luò),用戶之間會(huì)產(chǎn)生廣播流量。同樣,通過(guò)在交換機(jī)上配置策略也能解決。
2 ADSL家庭上網(wǎng)用戶可以使用私網(wǎng)地址
對(duì)于網(wǎng)通、電信等大的運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō),家庭寬帶用戶或者PSTN撥號(hào)用戶,每次獲取的都是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、合法的IP地址。實(shí)際上,對(duì)于這些用戶,完全可以使用私有地址,沒(méi)必要為其分配公網(wǎng)地址。大量寬帶用戶關(guān)心的是上網(wǎng)的速度、下載速度,從來(lái)沒(méi)有人關(guān)心自己使用的是私網(wǎng)地址還是公網(wǎng)地址,因?yàn)槊可儆腥耸褂肁DSL做自己的網(wǎng)站發(fā)布到外面供他人訪問(wèn)。
以前中國(guó)電信(電信沒(méi)有拆分前),163(或169,具體那一個(gè)我記不清了)使用的就是10.0.0.0/8的私網(wǎng)地址。計(jì)算機(jī)
從理論上計(jì)算,每個(gè)IP地址使用TCP或UDP的1~65535個(gè)端口,而每個(gè)用戶瀏覽網(wǎng)頁(yè)、下載時(shí),最多使用200個(gè)以內(nèi)的端口。從這點(diǎn)來(lái)計(jì)算,每個(gè)公網(wǎng)地址大約可以為300個(gè)用戶同時(shí)提供NAPT的服務(wù)。
即使用戶需要使用ADSL對(duì)外提供服務(wù),運(yùn)營(yíng)商也可以為這些用戶提供公網(wǎng)地址,或者提供端口映射服務(wù),這樣相對(duì)于現(xiàn)在使用動(dòng)態(tài)IP來(lái)說(shuō),對(duì)外提供的服務(wù)地址會(huì)固定(為寬帶用戶提供固定的私網(wǎng)地址并在運(yùn)營(yíng)商一般在公網(wǎng)地址做端口映射)。
目前,許多“小”運(yùn)營(yíng)商,為用戶提供的就是私網(wǎng)地址。
3 高校擁有大量的IPv4地址
目前,中國(guó)的大學(xué)擁有大量的IPv4地址,以筆者的高校來(lái)說(shuō),目前擁有16個(gè)C類地址(202.x.192.0/20),雖然每個(gè)教職工上網(wǎng)獲取一個(gè)動(dòng)態(tài)的公網(wǎng)地址,但這些地址已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)中心的路由器上進(jìn)行了限制(只允許訪問(wèn)外面、外面不能訪問(wèn)內(nèi)部),這些地址,從本質(zhì)上來(lái)說(shuō),和使用私網(wǎng)地址沒(méi)有什么區(qū)別。
4 DNS問(wèn)題
即然問(wèn)題說(shuō)到這,我再說(shuō)一下DNS問(wèn)題。一些專家說(shuō),DNS根服務(wù)器都在國(guó)外,對(duì)國(guó)內(nèi)的安全造成影響,將來(lái)一旦戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā),中國(guó)會(huì)受制于人—-—國(guó)外DNS不允許訪問(wèn)了,國(guó)內(nèi)的網(wǎng)站會(huì)全部癱瘓。在我看來(lái),這些也是有點(diǎn)杞人憂天:
不管怎么訪問(wèn)DNS,都要通過(guò)國(guó)內(nèi)大運(yùn)營(yíng)商(電信、移動(dòng)或聯(lián)通)的國(guó)際光纖訪問(wèn)國(guó)外,如果萬(wàn)一國(guó)外的DNS不允許訪問(wèn),我們?cè)趪?guó)際光纖的出口之中,架設(shè)國(guó)內(nèi)的DNS服務(wù)器,或者提前使用DNS緩存的方式,保存DNS服務(wù)器的查詢結(jié)果,完全可以在很短的時(shí)間內(nèi)再建DNS服務(wù)器。要知道,我們?cè)L問(wèn)網(wǎng)站,最終是要換成DNS域名所對(duì)應(yīng)的IP地址,才能訪問(wèn)網(wǎng)站的。只要網(wǎng)站存在國(guó)內(nèi),用DNS不能訪問(wèn)、用IP地址還不能訪問(wèn)嗎?用IP地址不能訪問(wèn)(許多網(wǎng)站只允許DNS名稱訪問(wèn))、我們修改本地的hosts文件、自己創(chuàng)建域名與IP地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系,是肯定可以訪問(wèn)的!