IPv4 地址枯竭，又稱 IPv4 地址耗盡，為網際網路通訊協定第四版（IPv4）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（IANA），其下有五個區域網際網路註冊管理機構（RIR）。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 23242 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（Routing and Addressing Group）。1993 年，推出了網路地址轉換（NAT）與無類別域間路由（CIDR）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 IP 協議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，也因此需要被分配 IP 地址。4G 裝置的新規範中要求這類裝置支援 IPv6 地址。 始終線上的連線 自 2007 年起，隨著寬頻網際網路的加速推廣，寬頻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，並且這些閘道器裝置（如路由器、寬頻調變解調器）長時間不關機執行，使得運營商無法從客戶手中回收 IPv4 地址，也導致了運營商對 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 年代許多大公司和大學被分配了 A 類地址塊，每個 A 類地址塊包含了超過 1600 萬個 IPv4 地址，因為下一個分配單元，即包含 65536 個地址的 B 類地址塊，對於其預期的部署過小。許多在早期獲得過多地址的組織或機構，繼續將這些公共 IP 地址用於無法在被外部網路訪問的裝置，佔據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： 網路地址轉換（NAT）允許了同一個網路中的多臺主機共享同一個 IPv4 公網地址，而網路中的主機只需被分配私有地址； 私有專用網路的劃分使得一些網路無需使用公網地址； 虛擬伺服器得到推廣，在這個模式下單一 IP 地址可以同時服務多個不同域名的網站； 區域網際網路註冊管理機構（RIR）對本地網際網路註冊管理機構（LIR）的地址分配進行更嚴格的控制，避免地址的浪費； 對原有的網路重新進行編號和子網劃分，以回收一些在網際網路早期分類網路時代被分配的大塊地址空間，這些空間普遍利用效率不高。 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 徹底耗盡其所擁有的所有地址。 枯竭日期 IANA 2011 年 1 月 31 日 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（例如用來運營電信級 NAT）。 RIR 第一階段枯竭日期 第二階段枯竭日期 IPv4 地址庫規模（24） 亞太網際網路絡資訊中心（APNIC） 2011 年 4 月 15 日 預計 2024 年底 13974 歐洲 IP 資源網路協調中心（RIPE NCC） 2012 年 9 月 14 日 2019 年 11 月 25 日 282 美洲網際網路號碼註冊 機構（ARIN） 2014 年 1 月 16 日 2015 年 9 月 24 日 431 拉丁美洲和加勒比地區網際網路絡資訊中心（LACNIC） 2014 年 6 月 10 日 2020 年 8 月 21 日 2496 非洲網際網路絡資訊中心（AfriNIC） 2017 年 4 月 21 日 預計 2027 年底 6527 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。 RIR NIR 枯竭日期 APNIC 中國網際網路絡資訊中心（CNNIC） TBD APNIC 臺灣網路資訊中心（TWNIC） TBD APNIC TBD APNIC TBD APNIC TBD APNIC TBD APNIC TBD LACNIC TBD LACNIC TBD 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：432240011。中國大陸的 IPv4 地址分配分為三個階段： 第一階段自 1994 年至 2011 年，特點是：APNIC 的 IPv4 地址塊分配正常；中國大陸獲得的 IPv4 地址塊在滿足全國網際網路寬頻接入埠的分配的基礎上，尚能留有 30 的餘量；固定網際網路方面，一級運營商（中國電信、聯合網通、教育網等）及二級運營商（長城、移動寬頻等）都能使用靜態或動態 NAT 為使用者分配 IPv4 公網地址；移動網際網路則已經開始應用電信級 NAT，但由於移動網際網路尚處在 2G 及功能機時代，應用不多，問題亦不嚴重。 第二階段自 2011 年至 2017 年，特點是：隨著 APNIC 於 2011 年 4 月 15 日達到第一階段地址枯竭（僅剩一個 8 地址塊）並限制每個成員單位只能再獲得此最後 8 地址塊中的一個 22 地址塊（1024 個 IPv4 地址），中國大陸的總 IPv4 地址數定格在 33 億；隨著 3G、4G 網路及寬頻入戶工程的建設以及國民生活水平的提高，網際網路寬頻接入埠仍以每年數千萬的速度增長。結果，二級寬頻運營商及三、四線城市全面應用電信級 NAT；隨著電信級 NAT 推廣，家庭搭建個人網站及電驢等相當依賴公網 IP 的服務開始式微。 第三階段自 2018 年起至今，特點是：隨著個人網站大量遷移至各種雲平臺以及網際網路使用者繼續增加，用於普通使用者的公網 IPv4 地址進一步被壓縮，結果即使是京滬的一級運營商亦開始採用電信級 NAT。同時，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發《推進網際網路協議第六版（IPv6）規模部署行動計劃》，全面開始 IPv6 部署；但運營商已經習慣靠電信級 NAT 解決 IP 地址不足的問題，向 IPv6 遷移意願不大。截至 2020 年年底，中國大陸有 IPv4 地址 341 億個（CNNIC 持有 062 億個或 182）、IPv6 32 地址塊 54593 個（CNNIC 持有 21065 個或 386）；對應光纖寬頻使用者 454 億戶、移動網際網路使用者 986 億人。CNNIC 的 IPv4 地址枯竭為時尚早。 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（CIDR），而網際網路號碼分配局（IANA）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： 建立 IPv4 地址市場只會在相對較短的時間內延遲 IPv4 地址空間的實際耗盡，因為公共網際網路仍處於增長期，IPv4 始終會面臨地址不足的問題。 儘管美國國家科學基金會總法律顧問在一封信函中假定了 IP 地址所有權 ，但 ARIN 和 RIPE NCC 的政策檔案以及 ARIN 註冊服務協議明確否認了 IP 地址作為財產的合法所有權的概念。基金會後來表示，該觀點並非官方觀點，美國商務部隨後也發表宣告表示 美國 USG 公司參與制定，並且支援網際網路技術社群透過 ARIN 商定的政策、流程和程式。 IP 地址的即興交易可能會導致路由表碎片化，使得全域性路由表的大小增加，從而導致路由記憶體資源不足的路由器出現問題。 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（亦稱 NAT444）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、AP、雙棧精簡版等以 IPv6 網路為基礎、IPv4 為服務的 IPv4 即服務（IPv4 as a Service）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。 歷史 參見 區域網際網路註冊管理機構 參考文獻 Category 網際網路結構 Category 網路定址