IPv4位址枯竭

IPv4地址枯竭可使用的未核發位址完全用盡的狀況。由於IPv4地址長度僅有32位，可供全世界使用的IPv4地址僅有42億個，而當中又僅有一部分可作為公共地址使用，因此從1980年代晚期開始，IPv4地址耗盡的顧慮便已經進入人們視界中。IPv6的研發及部署，主要就是為瞭解決這個問題。IP地址的全球性管理機構為網際網路號碼分配局。由IANA管理的IPv4位址，已於2011年1月31日完全分派完畢。其他五個區域的可核發位址，除了為遷移IPv6而保留的最後一塊/8地址外，也隨之陸續用盡：亞太地區在2011年4月15日用盡，為首個用盡IPv4地址的地區；歐洲地區在2012年9月14日分派完畢；拉丁美洲及加勒比海地區為2014年6月10日；北美地區為2014年1月16日；非洲地區為2017年4月21日。在大塊地址塊用盡後，五個區域管理機構分別釋出了最後一塊/8地址的分配政策，隨著地址耗盡的進展，政策也在相應變化，主要是限制並逐步減少每個會員的總IPv4地址申請數量以期延緩耗盡時間。IANA也在想盡辦法在全球五個區域之間靈活調配剩餘可用的較小的零碎的地址塊給IPv4續命。然而，北美地區在2015年9月24日，歐洲地區在2019年11月25日，最終還是將所有可用的IPv4地址完全用盡了，同時啟動了排隊等位政策，只有老會員歸還IPv4地址，新會員才能得到相應的IPv4地址。其餘三個區域的剩餘地址預計到2020年底也將陸續完全用盡。在理論上，IPv4最多可以提供232=42億9496萬7296個IP位址，IANA及RIR可以用來核發的位址，各有1677萬7216個。在1991年11月，網際網路工程任務組為了緩解這個問題的發生，首先設立了ROAD組織兩個方案。但是這些過渡方案不但皆無法阻止位址枯竭問題的發生，只能減緩它的發生速度，還存在不少譬如打破端到端原則的弊端。因此，轉換到IPv6仍然是該枯竭問題的最終解決方案。地址枯竭原因.移動裝置.隨著IPv4日益成為網路數字通訊的事實標準，以及手機等移動裝置的處理效能大幅上升，這些移動裝置逐漸具備了連線網際網路的能力，也因此需要IP地址。4G裝置的新規範要求這些裝置支援IPv6地址。始終線上的連線.自2007年起，寬頻網際網路的加速推廣，使得其在許多市場的滲透率已開始超過50%。相較於撥號上網，這些寬頻連線往往始終處於活動狀態，而且閘道器裝置很少關閉，運營商無法從客戶手中回收IPv4地址，導致了運營商對IPv4地址的需求持續加速。網際網路人口大量增加.1990年，有能力使用網際網路的家庭僅限於發達國家中的小部分家庭。僅僅15年後，發達國家中有將近一半的家庭擁有了連線網際網路的能力，而發展中國家與地區如中國、印度，以及東南亞也開始佈局網際網路產業。自2010年代起，亞太地區對地址的需求已經與歐美地區處於同一個數量級，而可使用的IPv4地址卻仍舊有限。地址使用效率低下.在20世紀80年代獲得IP地址的組織或機構，因為最初的分類網路型分配方法不足以反映合理的使用情況，其被分配的地址往往遠超實際需要。例如，80年代有些大公司或大學被分配了A類地址塊，每個A類地址塊包含了超過1600萬個IPv4地址，因為下一個較小的分配單元對於其預期部署來說太小了。許多這些組織或機構繼續將公共IP地址用於無法在被外部網路訪問的裝置，佔用了可供公共網路使用的IP地址空間。緩解方案.雖然IPv6為IPv4地址枯竭的實際解決方案，但是許多網際網路服務提供商和軟體供應商仍處於開始部署IPv6的階段，因此各種緩解地址枯竭的方案陸續被各方提出：枯竭進度表.網際網路號碼分配局IPv4地址枯竭.第一層是全球級的，IANA級別的枯竭。2011年1月31日，最後兩個未核發的 IANA 地址塊以標準分配程式分配給了亞太區域的網際網路註冊管理機構 APNIC。此後，IANA 僅剩下5個"/8"大小的預留地址塊，而這些地址塊也隨後在2011年2月3日的一個儀式上被平均分派給每個區域的網際網路註冊管理機構。自此，IANA 徹底消耗其所擁有的所有地址。區域網際網路註冊管理機構IPv4地址枯竭.第二層是區域級的，即RIR級別的枯竭。這層枯竭發生後，由該區域管理的大洲的運營商通常無法再獲得新的IPv4地址塊。一般這層枯竭全部發生後的情況視為全球IPv4地址正式完全枯竭。2011年4月15日，APNIC 成為第一個徹底耗盡 IPv4 地址的區域性網際網路註冊機構。自此，並非所有需要IPv4地址的人士或機構都將可以申請獲得一個IPv4地址，有一部分終端會因電信級NAT等技術的使用，導致其被迫與他人共享同一個IPv4地址。此外，由於地址已經耗盡，在網際網路完全過渡至IPv6協議之前，需要端到端連線的特定應用程式將無法在網際網路上被普遍使用。然而，由於IPv6主機不能直接與IPv4主機通訊，這意味著在這個過渡期間，除了新的IPv6地址之外，每個連線至網際網路的主機仍必須具有IPv4訪問能力，這導致運營商方面需要推行NAT64等技術以確保使用者體驗不受影響，這也使得推廣難度大大增加。自各大RIR的IPv4地址枯竭以來，有跡象表明IPv6部署的進度得到了極大的推動。 截止2023年，部分國家如越南、馬來西亞、印度、德國、法國已經有超過一半網際網路使用者支援使用IPv6協議。APNIC作為負責網際網路擴張速度最快的亞太地區的RIR，因為其地址池已於2011年4月14日達到了僅剩一個 "/8" 塊的臨界水平，是第一個將每個成員的地址分配限制在1024個地址的RIR，並且這些地址的使用被嚴格規範，僅能用來協助ISP過渡到IPv6。國家網際網路註冊管理機構IPv4地址枯竭.第三層是國家/地區級的，NIR級別的枯竭，因國家/地區而異。全球共有9個國家網路中心。這層枯竭發生後，該國運營商通常無法再獲得新的IPv4地址塊。中國大陸的IPv4地址枯竭程序.中國大陸自1994年起接入國際網際網路，同年獲得首個APNIC劃分的地址塊：43.224.0.0/11。中國大陸的IPv4地址分配分為三個階段：運營商IPv4地址枯竭.第四層是ISP級的枯竭。這層枯竭發生後，終端使用者無法再獲得新的IPv4地址。後枯竭時代的緩解方案.到了2008年，IPv4地址分配末期以及後枯竭時代的政策規劃已然進行。數項推遲IPv4地址短缺以及緩解其效果的提案已被提出：回收未使用的 IPv4 空間.在仍然使用分類網路作為分配模型的時代，許多機構或組織被分配給予了大小可觀的IP地址塊。如今的網際網路已轉型使用無類別域間路由可能會回收這些IP範圍並以較小的地址塊將這些地址重新分配給其他機構。ARIN、RIPE NCC 和 APNIC 也制定了地址轉移策略，以便將這些地址收回，並且將其重新分配。然而，由於對大型網路進行重新編號需要大量的人力和時間成本，因此這類回收行為很有可能會受到相關組織或機構的反對，並且產生法律衝突。值得一提的是，即使這些地址都被回收了，也只能推遲地址枯竭的時間，無法徹底解決該問題。一些組織和機構已自願回收並歸還大量IP地址。較為知名的例子有斯坦福大學，其在2000年放棄了一塊A類IP地址塊，從而釋放了1600萬個IP地址供公共網際網路使用。其它這麼做的機構有BBN科技公司以及Interop組織。IP 地址市場.建立買賣IPv4地址的市場被認為是解決IPv4稀缺問題的一種手段，其允許人們以買賣的形式重新分配IPv4地址。IPv4地址市場的主要好處是它允許買家保持本地網路功能不受干擾，而無需將精力投入尚未成熟的IPv6技術棧中。雖然IPv6的部署已陸續在各地展開，但目前仍處於早期階段，增加IPv6相容性需要大量的資源投入，同時需要解決與IPv4不相容的問題，以及一定的安全和穩定性方面的風險。儘管如此，IP地址市場的實用性和可行性仍存在著爭議：IPv4至IPv6過渡機制.隨著可用公共IPv4地址的耗盡，一些運營商將無法向期客戶提供全球可路由的IPv4地址，而客戶可能仍然需要訪問IPv4網際網路上的服務。因此，各方已經開發了多種技術，以允許運營商利用IPv6網路基礎設施，向客戶提供連線至IPv4網際網路的服務。在IPv4的電信級NAT中，運營商可以在其網路內實施IPv4網路地址轉換，並將其網路內的特定私有IPv4地址分配給客戶。NAT有效降低了運營商所需的IPv4地址，並有估計認為，使用NAT後的美國運營商所擁有的IP數量，是其為其現有客戶提供服務所需的5至10倍。傳統的電信級NAT方案好處在於解決IPv4地址不足的同時，又無需客戶更新其閘道器裝置便能繼續享有IPv4服務，但弊端是客戶無法繼續使用那些需要公共IP地址的網際網路服務，又或者會導致使用者的私有地址與運營商使用的私有地址衝突。為解決傳統電信級NAT的問題，NAT64、A+P、雙棧精簡版等以IPv6網路為基礎、IPv4為服務的"IPv4即服務"機制紛紛被提出，但這些機制仍無法解決IPv4使用者在NAT下失去端到端連線等問題。