地址空间（address space）表示任何一个计算机实体所占用的内存大小。比如外设、文件、服务器或者一个网络计算机。地址空间包括物理空间以及虚拟空间。

导读(一种存储器抽象：地址空间 物理地址暴露带来的问题)

地址空间的概念(物理存储器和地址空间 IPv6提供无限地址空间)

导读

在计算机中，每个设备以及进程都被分配了一个地址空间。处理器的地址空间由其地址总线以及寄存器决定。地址空间可以分为Flat——表示起始空间位置为0；或者Segmented——表示空间位置由偏移量决定。在某些系统中，可以进行地址空间的类型转换。至于IP地址空间，IPV4协议并没有预见到IP地址的需求量如此之大，32位的地址空间已经无法满足需求了。因此，开发了IPV6协议，支持128位的地址空间。

一种存储器抽象：地址空间

物理地址暴露带来的问题

把物理地址暴露给进程会带来下面几个严重问题。第一，如果用户程序可以寻址内存的每个字节，它们就可以很容易地（故意地或偶然地）破坏操作系统，从而使系统慢慢地停止运行（除非有特殊的硬件进行保护，如IBM 360的锁键模式）。即使在只有一个用户进程运行的情况下，这个问题也是存在的。第二，使用这种模型，想要同时（如果只有一个CPU就轮流执行）运行多个程序是很困难的。在个人计算机上，同时打开几个程序是很常见的（一个文字处理器，一个邮件程序，一个网络浏览器，其中一个当前正在工作，其余的在按下鼠标的时候才会被激活）。在系统中没有对物理内存的抽象的情况下，很难做到上述情景，因此，我们需要其他办法。

地址空间的概念

要保证多个应用程序同时处于内存中并且不互相影响，则需要解决两个问题：保护和重定位。我们来看一个原始的对前者的解决办法，它曾被用在IBM 360上：给内存块标记上一个保护键，并且比较执行进程的键和其访问的每个内存字的保护键。然而，这种方法本身并没有解决后一个问题，虽然这个问题可以通过在程序被装载时重定位程序来解决，但这是一个缓慢且复杂的解决方法。

一个更好的办法是创造一个新的内存抽象：地址空间。就像进程的概念创造了一类抽象的CPU以运行程序一样，地址空间为程序创造了一种抽象的内存。地址空间是一个进程可用于寻址内存的一套地址集合。每个进程都有一个自己的地址空间，并且这个地址空间独立于其他进程的地址空间（除了在一些特殊情况下进程需要共享它们的地址空间外）。

地址空间的概念非常通用，并且在很多场合中出现。比如电话号码，在美国和很多其他国家，一个本地电话号码通常是一个7位的数字。因此，电话号码的地址空间是从0 000 000到9 999 999，虽然一些号码并没有被使用，比如以000开头的号码。随着手机、调制解调器和传真机数量的增长，这个空间变得越来越不够用了，从而导致需要使用更多位数的号码。Pentium的I/O端口的地址空间从0到16 383。IPv4的地址是32位的数字，因此它们的地址空间从0到232-1（也有一些保留数字）。

地址空间可以不是数字的。一套“.com”的互联网域名也是地址空间。这个地址空间是由所有包含2~63个字符并且后面跟着“.com”的字符串组成的，组成这些字符串的字符可以是字母、数字和连字符。到现在你应该已经明白地址空间的概念了。它是很简单的。

物理存储器和地址空间

物理存储器和存储地址空间是两个不同的概念。但是由于这两者有十分密切的关系，而且两者都用B、KB、MB、GB来度量其容量大小，因此容易产生认识上的混淆。初学者弄清这两个不同的概念，有助于进一步认识主存储器和用好主存储器。

物理存储器是指实际存在的具体存储器芯片。如主板上装插的主存条和装载有系统的BIOS的ROM芯片，显示卡上的显示RAM芯片和装载显示BIOS的ROM芯片，以及各种适配卡上的RAM芯片和ROM芯片都是物理存储器。

存储地址空间是指对存储器编码（编码地址）的范围。所谓编码就是对每一个物理存储单元（一个字节）分配一个号码，通常叫作“编址”。分配一个号码给一个存储单元的目的是为了便于找到它，完成数据的读写，这就是所谓的“寻址”（所以，有人也把地址空间称为寻址空间）。

地址空间的大小和物理存储器的大小并不一定相等。举个例子来说明这个问题：某层楼共有17个房间，其编号为801～817。这17个房间是物理的，而其地址空间采用了三位编码，其范围是800～899共100个地址，可见地址空间是大于实际房间数量的。

对于386以上档次的微机，其地址总线为32位，因此地址空间可达2的32次方,即4GB。但实际上我们所配置的物理存储器通常只有1MB、2MB、4MB、8MB、16MB、32MB等，远小于地址空间所允许的范围。

IPv6提供无限地址空间

简单地说，IPv6就是下一代互联网协议。现有的互联网是在IPv4的基础上运行的，随着互联网的迅速发展，IPv4定义的有限地址（IP地址）空间将被耗尽，必将影响互联网的进一步发展。IPv4采用32位地址长度，只有大约43亿个地址，估计在2009～2010年间将被分配完毕。IPv6重新定义地址空间，采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址，保守估计IPv6实际可分配的地址，整个地球每平方米面积上就可分配1000多个地址。

除了地址空间巨大之外，IPv6还具有这几方面的优势：无状态自动配置，网络更加安全，服务质量更好。

无状态自动配置。IPv6的另一个基本特性是它支持无状态和有状态两种地址自动配置的方式，无状态地址自动配置方式是获得地址的关键。在这种方式下，IPv6通过邻居发现机制能为主机自动配置接口地址和缺省路由器信息，使得从互联网到最终用户之间的连接不经过用户干预就能够快速建立起来。

网络更加安全。IPv6要求强制实施因特网安全协议IPSec，并已将其标准化。IPSec支持验证头AH协议、封装安全性载荷ESP协议和密钥交换IKE协议，这3种协议将是未来Internet的安全标准。验证头协议用于保证数据的一致性，封装安全性载荷协议用于保证数据的保密性和数据的一致性。在IPv6包中，AH和ESP都是扩展报头，可以同时使用，也可以单独使用其中一个。IPv6协议内置安全机制，并已经标准化，它支持对企业网的无缝远程访问。

服务质量更好。IPv6能提供不同水平的服务，这主要由于IPv6报头中新增加了字段、业务级别和流标记。有了它们，在传输过程中，中间的各节点就可以识别和分开处理任何IP地址流。尽管对这个流标记的准确应用还没有制定出有关标准，但将来它会用于基于服务级别的新计费系统。IPv6还支持“时时在线”连接，防止服务中断以及提高网络性能方面。

虽然IPv6具有如此多的优点，但也有许多不足之处，从IPv4到IPv6 的演进也是一个逐渐演进的过程，而不是彻底改变的过程。要实现全球IPv6互联，仍需要一段时间。