IPv4位址枯竭

随着IPv4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IP地址。4G设备的新规范要求这些设备支持IPv6地址。

自2007年起，宽带互联网的加速推广，使得其在许多市场的渗透率已开始超过50%。[1]相较于拨号上网，这些宽带连接往往始终处于活动状态，而且网关设备（如路由器、宽带调制解调器）很少关闭，运营商无法从客户手中回收IPv4地址，导致了运营商对IPv4地址的需求持续加速。[2]

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。

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年代有些大公司或大学被分配了A类地址块，每个A类地址块包含了超过1600万个IPv4地址，因为下一个较小的分配单元（包含65,536个地址的B类地址块）对于其预期部署来说太小了。许多这些组织或机构继续将公共IP地址用于无法在被外部网络访问的设备，占用了可供公共网络使用的IP地址空间。

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。[6]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。[7]

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。[8] 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。[9]

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）。

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。

RIR	NIR	枯竭日期
APNIC	中国互联网络信息中心（CNNIC）	TBD
	台灣網路資訊中心（TWNIC）	TBD
	日本互联网络信息中心（JPNIC）	TBD
	韩国互联网振兴院（KISA）	TBD
	越南互联网中心（VNNIC）	TBD
	印度互联网名称与号码注册机构（IRINN）	TBD
	印尼互联网运营商组织（APJII）	TBD
LACNIC	.BR信息与协调中心（NIC.BR）	TBD
	墨西哥互联网络信息中心（NIC México）	TBD

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：

• 第一阶段自1994年至2011年，特点是：APNIC的IPv4地址块分配正常；中国大陆获得的IPv4地址块在满足全国互联网宽带接入端口的分配的基础上，尚能留有30%的余量；固定互联网方面，一级运营商（中国电信、联合网通、教育网等）及二级运营商（长城、移动宽带等）都能使用静态或动态NAT为用户分配IPv4公网地址；移动互联网则已经开始应用电信级NAT，但由于移动互联网尚处在2G及功能机时代，应用不多，问题亦不严重。
• 第二阶段自2011年至2017年，特点是：随着APNIC于2011年4月15日达到第一阶段地址枯竭（仅剩一个/8地址块）并限制每个成员单位只能再获得此最后/8地址块中的一个/22地址块（1024个IPv4地址），中国大陆的总IPv4地址数定格在3.3亿；随着3G、4G网络及宽带入户工程的建设以及国民生活水平的提高，互联网宽带接入端口仍以每年数千万的速度增长。结果，二级宽带运营商及三、四线城市全面应用电信级NAT；随着电信级NAT推广，家庭搭建个人网站及电驴等相当依赖公网IP的服务开始式微。
• 第三阶段自2018年起至今，特点是：随着个人网站大量迁移至各种云平台以及互联网用户继续增加，用于普通用户的公网IPv4地址进一步被压缩，结果即使是京沪的一级运营商亦开始采用电信级NAT[10]。同时，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划》，全面开始IPv6部署；但运营商已经习惯靠电信级NAT解决IP地址不足的问题，向IPv6迁移意愿不大。截至2020年年底，中国大陆有IPv4地址3.41亿个（CNNIC持有0.62亿个或18.2%）、IPv6 /32地址块54,593个（CNNIC持有21,065个或38.6%）；对应光纤宽带用户4.54亿户、移动互联网用户9.86亿人。CNNIC的IPv4地址枯竭为时尚早。

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。

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。[11][12][13]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。[14]其它这么做的机构有BBN科技公司以及Interop组织。[15]

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。[16]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。[17]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。[18][19]尽管如此，IP地址市场的实用性和可行性仍存在着争议：

• 创建IPv4地址市场只会在相对较短的时间内延迟 IPv4 地址空间的实际耗尽，因为公共互联网仍处于增长期，IPv4始终会面临地址不足的问题。
• 尽管美国国家科学基金会总法律顾问在一封信函中假定了IP地址所有权[20] ，但ARIN和RIPE NCC的政策文件以及ARIN注册服务协议明确否认了IP地址作为财产的合法所有权的概念。基金会后来表示，该观点并非官方观点，美国商务部随后也发表声明表示“美国USG公司参与制定，并且支持互联网技术社区通过ARIN商定的政策、流程和程序。”[21][22]
• IP地址的即兴交易可能会导致路由表碎片化，使得全局路由表的大小增加，从而导致路由内存资源不足的路由器出现问题。

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。[23]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。[24]