IPv4位址枯竭

IPv4地址枯竭（IPv4 address exhaustion），又称IPv4地址耗尽，为网际网路通讯协定第四版（IPv4）可使用的未核发位址完全用尽的状况。由于IPv4地址长度仅有32位，可供全世界使用的IPv4地址仅有42亿个，而当中又仅有一部分可作为公共地址使用，因此从1980年代晚期开始，IPv4地址耗尽的顾虑便已经进入人们视界中。IPv6的研发及部署，主要就是为了解决这个问题。
IP地址的全球性管理机构为网际网路号码分配局（IANA），其下有五个区域互联网注册管理机构（RIR）。由IANA管理的IPv4位址，已于2011年1月31日完全分派完毕。其他五个区域的可核发位址，除了为迁移IPv6而保留的最后一块/8地址外，也随之陆续用尽：亚太地区在2011年4月15日用尽，为首个用尽IPv4地址的地区；欧洲地区在2012年9月14日分派完毕；拉丁美洲及加勒比海地区为2014年6月10日；北美地区为2014年1月16日；非洲地区为2017年4月21日。
在大块地址块用尽后，五个区域管理机构分别发布了最后一块/8地址的分配政策，随着地址耗尽的进展，政策也在相应变化，主要是限制并逐步减少每个会员的总IPv4地址申请数量以期延缓耗尽时间。IANA也在想尽办法在全球五个区域之间灵活调配剩余可用的较小的零碎的地址块给IPv4续命。然而，北美地区在2015年9月24日，欧洲地区在2019年11月25日，最终还是将所有可用的IPv4地址完全用尽了，同时启动了排队等位政策，只有老会员归还IPv4地址，新会员才能得到相应的IPv4地址。其余三个区域的剩余地址预计到2020年底也将陆续完全用尽。
在理论上，IPv4最多可以提供232=42亿9496万7296个IP位址，IANA及RIR可以用来核发的位址，各有1677万7216个。在1991年11月，互联网工程任务组为了缓解这个问题的发生，首先设立了ROAD组织（Routing and Addressing Group）。1993年，推出了网络地址转换（NAT）与无类别域间路由（CIDR）两个方案。但是这些过渡方案不但皆无法阻止位址枯竭问题的发生，只能减缓它的发生速度，还存在不少譬如打破端到端原则的弊端。因此，转换到IPv6仍然是该枯竭问题的最终解决方案。
地址枯竭原因.
移动设备.
随着IP协议日益成为网络数字通信的事实标准，以及手机等移动设备的处理性能大幅上升，这些移动设备逐渐具备了连接互联网的能力，也因此需要被分配IP地址。4G设备的新规范中要求这类设备支持IPv6地址。
始终在线的连接.
自2007年起，随着宽带互联网的加速推广，宽带在许多市场的渗透率已开始超过50%。相较于拨号上网，这些宽带连接往往始终处于活动状态，并且这些网关设备（如路由器、宽带调制解调器）长时间不关机运行，使得运营商无法从客户手中回收IPv4地址，也导致了运营商对IPv4地址的需求持续加速。
互联网人口大量增加.
1990年，有能力使用互联网的家庭仅限于发达国家中的小部分家庭。仅仅15年后，发达国家中有将近一半的家庭拥有了连接互联网的能力，而发展中国家与地区如中国、印度，以及东南亚也开始布局互联网产业。自2010年代起，亚太地区对地址的需求已经与欧美地区处于同一个数量级，而可使用的IPv4地址却仍旧有限。
地址使用效率低下.
在20世纪80年代获得IP地址的组织或机构，因为最初的分类网络型分配方法不足以反映合理的使用情况，其被分配的地址往往远超实际需要。例如，80年代许多大公司和大学被分配了A类地址块，每个A类地址块包含了超过1600万个IPv4地址，因为下一个分配单元，即包含65,536个地址的B类地址块，对于其预期的部署过小。许多在早期获得过多地址的组织或机构，继续将这些公共IP地址用于无法在被外部网络访问的设备，占据了可供公共网络使用的IP地址空间。
缓解方案.
虽然IPv6为IPv4地址枯竭的实际解决方案，但是许多互联网服务提供商和软件供应商仍处于开始部署IPv6的阶段，因此各种缓解地址枯竭的方案陆续被各方提出：
枯竭进度表.
互联网号码分配局IPv4地址枯竭.
第一层是全球级的，IANA级别的枯竭。2011年1月31日，最后两个未核发的IANA地址块以标准分配程序分配给了亚太区域的互联网注册管理机构APNIC。此后，IANA 仅剩下5个/8大小的预留地址块，而这些地址块也随后在2011年2月3日的一个仪式上被平均分派给每个区域的互联网注册管理机构。自此，IANA彻底耗尽其所拥有的所有地址。
区域互联网注册管理机构IPv4地址枯竭.
第二层是区域级的，即RIR级别的枯竭。这层枯竭发生后，由该区域管理的大洲的运营商通常无法再获得新的IPv4地址块。一般这层枯竭全部发生后的情况视为全球IPv4地址正式完全枯竭。
2011年4月15日，APNIC 成为第一个彻底耗尽 IPv4 地址的区域性互联网注册机构。自此，并非所有需要IPv4地址的人士或机构都将可以申请获得一个IPv4地址，有一部分终端会因电信级NAT等技术的使用，导致其被迫与他人共享同一个IPv4地址。此外，由于地址已经耗尽，在互联网完全过渡至IPv6协议之前，需要端到端连接的特定应用程序将无法在互联网上被普遍使用。然而，由于IPv6主机不能直接与IPv4主机通信，这意味着在这个过渡期间，除了新的IPv6地址之外，每个连接至互联网的主机仍必须具有IPv4访问能力，这导致运营商方面需要推行NAT64等技术以确保用户体验不受影响，这也使得推广难度大大增加。
自各大RIR的IPv4地址枯竭以来，有迹象表明IPv6部署的进度得到了极大的推动。 截止2023年，部分国家如越南、马来西亚、印度、德国、法国已经有超过一半互联网用户支持使用IPv6协议。
APNIC作为负责互联网扩张速度最快的亚太地区的RIR，因为其地址池已于2011年4月14日达到了仅剩一个 "/8" 块的临界水平，是第一个将每个成员的地址分配限制在1024个地址的RIR，并且这些地址的使用被严格规范，仅能用来协助ISP过渡到IPv6（例如用来运营电信级NAT）。
国家互联网注册管理机构IPv4地址枯竭.
第三层是国家/地区级的，NIR级别的枯竭，因国家/地区而异。全球共有9个国家网络中心。这层枯竭发生后，该国运营商通常无法再获得新的IPv4地址块。
中国大陆的IPv4地址枯竭进程.
中国大陆自1994年起接入国际互联网，同年获得首个APNIC划分的地址块：43.224.0.0/11。中国大陆的IPv4地址分配分为三个阶段：
运营商IPv4地址枯竭.
第四层是ISP级的枯竭。这层枯竭发生后，最终用户无法再获得新的IPv4地址。
后枯竭时代的缓解方案.
到了2008年，IPv4地址分配末期以及后枯竭时代的政策规划已然进行。数项推迟IPv4地址短缺以及缓解其效果的提案已被提出：
回收未使用的 IPv4 空间.
在仍然使用分类网络作为分配模型的时代，许多机构或组织被分配给予了大小可观的IP地址块。如今的互联网已转型使用无类别域间路由（CIDR），而互联网号码分配局（IANA）可能会回收这些IP范围并以较小的地址块将这些地址重新分配给其他机构。ARIN、RIPE NCC 和 APNIC 也制定了地址转移策略，以便将这些地址收回，并且将其重新分配。然而，由于对大型网络进行重新编号需要大量的人力和时间成本，因此这类回收行为很有可能会受到相关组织或机构的反对，并且产生法律冲突。值得一提的是，即使这些地址都被回收了，也只能推迟地址枯竭的时间，无法彻底解决该问题。
一些组织和机构已自愿回收并归还大量IP地址。较为知名的例子有斯坦福大学，其在2000年放弃了一块A类IP地址块，从而释放了1600万个IP地址供公共互联网使用。其它这么做的机构有BBN科技公司以及Interop组织。
IP 地址市场.
建立买卖IPv4地址的市场被认为是解决IPv4稀缺问题的一种手段，其允许人们以买卖的形式重新分配IPv4地址。IPv4地址市场的主要好处是它允许买家保持本地网络功能不受干扰，而无需将精力投入尚未成熟的IPv6技术栈中。虽然IPv6的部署已陆续在各地展开，但目前仍处于早期阶段，增加IPv6兼容性需要大量的资源投入，同时需要解决与IPv4不兼容的问题，以及一定的安全和稳定性方面的风险。尽管如此，IP地址市场的实用性和可行性仍存在着争议：
IPv4至IPv6过渡机制.
随着可用公共IPv4地址的耗尽，一些运营商将无法向期客户提供全球可路由的IPv4地址，而客户可能仍然需要访问IPv4互联网上的服务。因此，各方已经开发了多种技术，以允许运营商利用IPv6网络基础设施，向客户提供连接至IPv4互联网的服务。
在IPv4的电信级NAT中，运营商可以在其网络内实施IPv4网络地址转换，并将其网络内的特定私有IPv4地址分配给客户。NAT有效降低了运营商所需的IPv4地址，并有估计认为，使用NAT后的美国运营商所拥有的IP数量，是其为其现有客户提供服务所需的5至10倍。传统的电信级NAT方案（亦称NAT444）好处在于解决IPv4地址不足的同时，又无需客户更新其网关设备便能继续享有IPv4服务，但弊端是客户无法继续使用那些需要公共IP地址的互联网服务，又或者会导致用户的私有地址与运营商使用的私有地址冲突。
为解决传统电信级NAT的问题，NAT64、A+P、双栈精简版等以IPv6网络为基础、IPv4
为服务的"IPv4即服务"（IPv4 as a Service）机制纷纷被提出，但这些机制仍无法解决IPv4用户在NAT下失去端到端连接等问题。