IPv4地址为何耗尽,又是如何被"续命"的

互联网建立在一个20世纪80年代看起来几乎无限的32位地址空间之上——它究竟是如何被耗尽的,又是靠什么撑到了今天。

IPv4地址到底有多少个

IPv4用32位来表示地址,理论上最多只能生成约43亿个(2的32次方)地址。在互联网早期,这个数字看起来绰绰有余,但考虑到全球人口和设备数量,这远远不够。

地址为何会不够用

智能手机、物联网设备、个人电脑等联网设备数量爆炸式增长是主要原因之一;此外,在互联网早期,部分机构获得了远超实际需要的地址段分配,这也加速了地址的耗尽。

具体是什么时候耗尽的

负责统一管理地址的IANA的备用地址池已于2011年耗尽,此后全球各地区的互联网注册管理机构(如APNIC、RIPE NCC等)的剩余库存也相继告罄。如今,想获得全新的IPv4地址段几乎已不可能。

解决方案一:CIDR(无类别地址分配)

过去按照A、B、C类固定大小分配地址的方式已被CIDR(无类别域间路由)取代,后者可以根据实际需要灵活切分地址段,大幅减少了地址的浪费。

解决方案二:NAT(私有IP共享)

在家庭或企业内部使用私有IP地址,再通过路由器的NAT(网络地址转换)功能,让一个公网IP地址代为处理多台设备的上网请求,从而大幅减少了实际需要的公网IP数量。

解决方案三:CGNAT(运营商级NAT)

当家用路由器的NAT也不够用时,电信运营商推出了CGNAT,将多个用户共同归并到同一个公网IP之下。但这也带来了一个副作用:端口转发功能因此无法正常使用。

根本性的解决方案:IPv6

采用128位地址体系的IPv6提供了近乎无限的地址数量,从根本上解决了耗尽问题。不过为了兼容现有的IPv4设备和服务,两套体系并行使用的过渡期已经持续了很长时间。

IPv4地址交易市场

随着新地址分配几乎不再可能,将闲置IPv4地址段有偿转让给其他机构的交易市场变得十分活跃,如今每个地址都已明码标价,成为可以买卖的资产。

一场谁都没想到会来得这么快的短缺

IPv4诞生于数十年前,当时43亿个地址看起来几乎是无限的。互联网的爆发式增长,以及后来智能手机和联网设备的激增,让这个数字远比最初预想的更早成为实际瓶颈,也由此拉开了从CIDR到IPv6的一系列应对措施的序幕。

靠的不是一次性方案,而是一层层的应对措施

真正让互联网维持运转的,并不是某一个单一的解决方案,而是层层叠加的应对手段:CIDR减少了浪费,NAT让家庭内部能够共享有限的公网地址,CGNAT又在运营商层面进一步扩展了这种共享——正是这些手段争取到的时间,才让IPv6逐渐成长为真正的长期解决方案。

常见问题

IPv4都已经耗尽了,为什么互联网现在还能正常使用?

NAT和CGNAT等技术让数量少得多的公网IPv4地址能够被大量设备共享,而且如今大多数网络都在同时运行IPv4和IPv6,这正是普通用户几乎感受不到地址短缺的原因。

为什么CGNAT有时会导致远程摄像头访问或在线游戏出现问题?

CGNAT会把多个用户归并到同一个共享公网IP之下,这通常意味着单个用户无法设置端口转发来直接接收入站连接——而这恰恰是远程访问家庭摄像头或搭建游戏服务器时常常需要的设置。