IPv4地址枯竭(英語:IPv4 address exhaustion),又稱IPv4地址耗盡,為互聯網通訊協定第四版(IPv4)可使用的未核發地址完全用盡的狀況。由於IPv4地址長度僅有32位元,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爲公共地址使用,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,主要就是為了解決這個問題。

區域互聯網序號產生器構的劃分

IP位址的全球性管理機構為互聯網號碼分配局(IANA),其下有五個區域互聯網註冊管理機構(RIR)。由IANA管理的IPv4位元址,已於2011年1月31日完全分派完畢。其他五個區域的可核發地址,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,爲首個用盡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爲2014年6月10日;北美地區爲2014年1月16日;非洲地區爲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發佈了最後一塊/8地址的分配政策,隨着地址耗盡的進展,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地址,IANA及RIR可以用來核發的地址,各有1677萬7216個。在1991年11月,互聯網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,推出了網絡地址轉換(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地址枯竭問題的發生,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

流動裝置

隨着IP協定日益成為網絡數字通訊的事實標準,以及手機流動裝置的處理效能大幅上升,這些流動裝置逐漸具備了連接互聯網的能力,也因此需要被分配IP位址。4G裝置的新規範中要求這類裝置支援IPv6地址。

始終線上的連接

自2007年起,隨着寬頻互聯網的加速推廣,寬頻在許多市場的滲透率已開始超過50%。[1]相較於撥號上網,這些寬頻連接往往始終處於活動狀態,並且這些閘道器裝置(如路由器、寬頻數據機)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。[2]

互聯網人口大量增加

1990年,有能力使用互聯網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接互聯網的能力,而發展中國家與地區如中國印度,以及東南亞也開始佈局互聯網產業。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位址的組織或機構,因為最初的分類網絡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,因為下一個單位配置,即包含65,536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位址用於無法在被外部網絡訪問的裝置,佔據了可供公共網絡使用的IP位址空間。

緩解方案

雖然IPv6為IPv4地址枯竭的實際解決方案,但是許多互聯網服務供應商和軟件供應商仍處於開始部署IPv6的階段[3],因此各種緩解地址枯竭的方案陸續被各方提出:

  • 網絡地址轉換(NAT)允許了同一個網絡中的多台主機共用同一個IPv4公網地址,而網絡中的主機只需被分配私有地址;
  • 私有專用網絡的劃分使得一些網絡無需使用公網地址[4]
  • 虛擬伺服器得到推廣,在這個模式下單一IP位址可以同時服務多個不同域名的網站;
  • 區域互聯網註冊管理機構(RIR)對本地互聯網註冊管理機構(LIR)的地址分配進行更嚴格的控制,避免地址的浪費;
  • 對原有的網絡重新進行編號和子網絡劃分,以回收一些在互聯網早期分類網絡時代被分配的大塊地址空間,這些空間普遍利用效率不高。[5]

枯竭進度表

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自1995年起,可供分配的IPv4地址數量
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各個RIR的IPv4地址分配速度,可見IPv4枯竭以後分配速度急劇下降

互聯網號碼分配局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互聯網註冊管理機構APNIC。[6]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互聯網註冊管理機構。自此,IANA徹底耗盡其所擁有的所有地址。[7]

More information 枯竭日期, IANA ...
枯竭日期
IANA 2011年1月31日
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後枯竭時代的緩解方案

歷史

參見

參考文獻

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