Исчерпание IPv4-адресов — израсходование резерва нераспределённых адресов протокола IPv4. Всемирное адресное пространство глобально управляется американской некоммерческой организацией IANA, а также пятью региональными интернет-регистраторами, ответственными за назначение IP-адресов конечным пользователям на определённых территориях, и локальными интернет-регистраторами, такими как интернет-провайдеры.
IPv4 позволяет использовать около 4,22 миллиарда адресов, и часть из них была распределена IANA региональным интернет-регистраторам блоками примерно по 16,8 миллиона адресов (с учётом использования CIDR). Израсходование адресного пространства IPv4 считается проблемой с конца 1980-х годов, когда Интернет начал испытывать резкий рост. В ноябре 1991 года IETF создал ROAD () для разрешения проблемы масштабируемости, вызванной применением метода классовой адресации, который использовался в то времяRFC 4632. Ожидаемое исчерпание адресов стало причиной, из-за которой был создан и принят ряд новых технологий, включая бесклассовую адресацию (CIDR) в 1993 году, NAT и новую версию Internet Protocol, IPv6, в 1998 году.
В феврале 2011 года IANA выделила региональным интернет-регистраторам последние пять оставшихся блоков /8 из своего адресного пространства.
В апреле 2011 года об исчерпании запаса блоков /8 и переходе к механизму распределения «стадии 3» объявило региональное Азиатско-Тихоокеанское агентство APNIC, к 2015 году — все региональные агентства, кроме AfriNIC, а в марте 2017 года объявило об исчерпании запаса блоков /8 и агентство AfriNIC. Таким образом, к 2017 году все региональные регистраторы исчерпали общий запас свободных блоков IPv4-адресов и ввели ограничения на выдачу новых адресов.
В 2015, первым из региональных интернет-регистраторов объявило о полном исчерпании IPv4-адресов ARIN, в 2019 — RIPE NCC, в 2020 — LACNIC. По состоянию на 2025 году эти три агентства могут только перераспределять адреса, причем ожидание блока /24 в RIPE NCC длится более года. Два региональных агентства с запасом свободных адресов, APNIC и AfriNIC, производят распределение блоками не более чем /23.
Переход Интернета на Internet Protocol версии 6 является единственным доступным долговременным решением проблемы исчерпания IPv4-адресов. Несмотря на то, что предсказанное исчерпание адресного пространства IPv4 вступило в заключительную стадию в 2008 году, большинство провайдеров интернет-услуг и разработчиков программного обеспечения к этому времени только начало .
Адресация IPv4 Каждому узлу сети, например, компьютеру или маршрутизатору, присваивается IPv4-адрес, который используется для идентификации этого узла при взаимодействии с другими узлами в той же сети. В принципе, любой компьютер с публичным IPv4-адресом может отправлять данные любому другому компьютеру с IPv4-адресом. Однако IPv6 не имеет обратной совместимости с IPv4, поэтому отправить данные от компьютера только с IPv4-адресом к компьютеру с только IPv6-адресом можно, лишь используя специальные технологии. Стандартным решением является туннелирование. IPv4-адрес имеет длину 4 байта (32 бита), и поэтому протокол Интернета версии 4 позволяет использовать 232 (примерно 4,3 миллиарда) адресов. Однако некоторые большие блоки IPv4-адресов зарезервированы для специальных нужд и недоступны для публичного использования, например адрес «обратной петли» 127/8Запись /8 в бесклассовой адресации означает блок из 16777216(=2(32-8)) адресов; аналогично запись /12 значит 1048576(=2(32-12)) адресов. Блок начинается от адреса, который указывается перед дробью, и далее адреса идут непрерывно., «серые» сети 10/8, 172.16/12, 192.168/16 (это специально зарезервированные адреса).
Структура адреса IPv4 позволяет использовать публично доступные адреса в количестве, недостаточном для того, чтобы обеспечить адрес для каждого связанного с Интернетом устройства или услуги. Эта проблема была частично решена на некоторое время при помощи изменений в системе распределения адресов. Переход от классовой адресации к бесклассовой позволил существенно отсрочить исчерпание адресного пространства IPv4.
Также технология NAT () позволяет интернет-провайдерам маскировать собственные частные сети за одним публично доступным IPv4-адресом маршрутизатора вместо того, чтобы выделять публичные адреса каждому устройству в сети.
Глобальные и частные адреса IPv4
Следует заметить, что, в контексте проблемы исчерпания, существуют два основных вида адресов IPv4 — глобальные и частные.
Глобальные адреса — это адреса, маршрутизация которых осуществляется глобально, по всей планете. Глобальные адреса обязаны быть уникальными, иначе возникает неоднозначность адреса доставки. Пространство глобально маршрутизируемых адресов, действительно, ограничено числом тех значений, которые может принимать 32-битное целое — адрес IPv4. Это число составляет 232 = 4,3 млрд значений.
Частные адреса — это адреса, маршрутизация которых осуществляется только в пределах конкретной частной сети — такой как 192.168/16, 172.16/12 или 10/8. Частные адреса обязаны быть уникальными только в пределах участка сети за устройством NAT. Частную сеть, как правило, образует каждый домашний маршрутизатор.
Проблема исчерпания адресного пространства IPv4 относится только к глобальным адресам, так как количество частных адресов на планете не ограничено.
Факторы исчерпания адресов Хотя основной причиной исчерпания адресного пространства IPv4 является недостаточная проектная мощность инфраструктуры Интернета, в которую не закладывался столь быстрый рост, ряд дополнительных факторов усугубляет эту проблему. Каждый из них связан со спросом на IP-адреса, который не был предусмотрен авторами оригинальной инфраструктуры сети.
Мобильные устройства IPv4 стал стандартом де-факто в цифровой связи, а стоимость вложения дополнительной вычислительной мощности в портативные устройства упала. Поэтому мобильные телефоны стали полноценными интернет-хостами. Новые спецификации устройств 4G требуют использования адресации IPv6.
Постоянные соединения На протяжении 1990-х годов доминирующим способом интернет-соединения являлся коммутируемый удалённый доступ при помощи телефонного модема. Быстрый рост основанных на dial-up сетей увеличил количество используемых адресов и пул присваиваемых IP-адресов был распределён между большим числом пользователей. В 2007 году процент использования широкополосного интернет-доступа начал превышать 50 % на многих рынках. В отличие от коммутируемого доступа, широкополосные соединения чаще всего постоянно активны, и сетевые устройства (маршрутизаторы, широкополосные модемы) редко выключаются. Это приводит к тому, что количество задействованных IP-адресов увеличивается.
Расширение Интернета Существуют сотни миллионов домашних хозяйств в развитых странах мира. В 1990 году интернет-подключение имело только незначительное количество домохозяйств. Всего 15 лет спустя почти половина из них имеет постоянное широкополосное соединение. Большое количество новых пользователей интернета проживает в густонаселённых Китае и Индии, что ещё больше ускоряет исчерпание адресного пространства.
Неэффективное использование адресов Организации, которые получили IP-адреса в 1980-х годах, часто имеют большее количество IP-адресов, чем им реально требуется, поскольку использовавшийся изначально метод классовой адресации предопределяет недостаточно эффективное использование адресного пространства. Например, крупным компаниям или университетам были присвоены адресные блоки класса A, содержащие более 16 миллионов IPv4-адресов, так как предыдущая по размеру единица, блок класса B с 65 536 адресами, являлся слишком малым для предполагаемого количества используемых адресов.
Для локальных интернет-регистраторов (LIR) в RFC 3194 предлагался к использованию параметр HD-ratio, показывающий, насколько эффективно задействовано выделенное IP-пространство. Его реализация затянулась, и сейчас использование этого параметра практически бесполезно.
Виртуализация С расширением технических возможностей, мощности процессоров серверов и улучшения оборудования стало возможным одновременное использование нескольких операционных систем на одном компьютере. Каждая из таких систем требует публичного IP-адреса.
Технологии, уменьшившие скорость исчерпания Ряд технологий уменьшает потребность в IP-адресах: NAT, прокси-серверы и внутрисетевая адресация : Технология NAT () позволяет нескольким компьютерам иметь один внешний IP-адрес. Находящиеся за NAT компьютеры могут подключаться друг к другу, используя внутрисетевые IP-адреса, но извне c такими компьютерами без специальной настройки соединиться невозможно: виртуальный хостинг веб-сайтов с доступом по доменному имени : Несколько сайтов имеют общий IP-адрес, сервер отличает один от другого по доменному имени (поле Host HTTP/1.1): тщательный контроль региональных интернет-регистраторов за присвоением IP-адресов локальным интернет-регистраторам: перераспределение адресного пространства : в первые годы существования Интернета использовалась неэффективная система классовой адресации, и большие блоки IP-адресов, распределённые в те времена, возвращаются в оборот.
Хронология исчерпания
31 января 2011 года последние два незарезервированных IANA блока адресов были выделены APNIC в соответствии со стандартными процедурами выделения адресов региональным интернет-регистраторам. Осталось пять зарезервированных и потому нераспределённых блоков /8 . В соответствии с правилами ICANN, IANA приступила к выделению каждого из этих блоков каждому из региональных интернет-регистраторов после пресс-конференции 3 февраля 2011 года, что привело к окончанию запаса адресов IANA.
Различные самостоятельные адресные блоки, исторически используемые отдельно от региональных интернет-регистраторов, были распределены между региональным интернет-регистраторам в феврале 2011 года.
Технологии замедления исчерпания IPv4-адресов включают в себя совместное использование IPv4-адресов для доступа к IPv4-контенту, введение IPv6 параллельно с использованием IPv4, трансляцию протоколов для доступа к предназначенному для IPv4 и IPv6 контенту и туннелирование для работы с маршрутизаторами, поддерживающими только один протокол. Необходимость раннего начала использования IPv6 после исчерпания адресного пространства IANA является очевидной.
Как следствие исчерпания резерва адресов, требуемые многими приложениями соединения точка-точка не всегда будут доступны в IPv4-Интернете до тех пор, пока IPv6 не будет полностью внедрён. IPv6-хосты не могут напрямую соединяться с IPv4-хостами и должны использовать для взаимодействия специальные сервисы. Это значит, что большинство компьютеров ещё должно иметь IPv4-доступ, например, при помощи , в дополнение к новым IPv6-адресам, что требует больше усилий, чем простая поддержка IPv4. Спрос на IPv6-адреса, как ожидалось, возникнет через три или пять лет.
В начале 2011 года только 5 % компьютеров имели IPv6-соединение, при этом большинство из них использовало такие механизмы перехода, как и туннелирование Teredo. В декабре 2009 года около 0,15 % из двух миллионов наиболее популярных веб-сайтов были доступны по протоколу IPv6. Вопрос усложняет то, что от 0,027 % до 0,12 % посетителей не могут использовать сайты, использующие одновременно IPv4 и IPv6, но значительная часть их (0,27 %) не может взаимодействовать с использующими только IPv4 сайты. Согласно исследованию , на лето 2010 года доля IPv6-трафика составляла менее одной десятой процента.
Региональное исчерпание
На момент исчерпания адресов IANA (февраль 2011) ожидалось, что запас свободных блоков адресов у региональных интернет-регистраторов закончится в течение срока от полугода (APNIC) до пяти лет (AfriNIC). По состоянию на сентябрь 2015 года об исчерпании общего запаса свободных IPv4-адресов и ограничениях на выдачу новых адресов объявили все региональные регистраторы, кроме AfriNIC; ARIN объявил о полном исчерпании свободных IPv4-адресов, а для остальных регистраторов этот момент прогнозируется начиная с 2017 года.