IPv4地址枯竭

IPv4地址枯竭（英语：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。

区域互联网注册机构的划分

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%。^[1]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。^[2]

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^[3]，因此各种缓解地址枯竭的方案陆续被各方提出：

• 网络地址转换（NAT）允许了同一个网络中的多台主机共享同一个IPv4公网地址，而网络中的主机只需被分配私有地址;
• 私有专用网络的划分使得一些网络无需使用公网地址^[4]；
• 虚拟服务器得到推广，在这个模式下单一IP地址可以同时服务多个不同域名的网站；
• 区域互联网注册管理机构（RIR）对本地互联网注册管理机构（LIR）的地址分配进行更严格的控制，避免地址的浪费；
• 对原有的网络重新进行编号和子网划分，以回收一些在互联网早期分类网络时代被分配的大块地址空间，这些空间普遍利用效率不高。^[5]

枯竭进度表

自1995年起，可供分配的IPv4地址数量

各个RIR的IPv4地址分配速度，可见IPv4枯竭以后分配速度急剧下降

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。^[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]

	枯竭日期
IANA	2011年1月31日