Вычарпанне IPv4-адрасоў — сканчэнне запасу неразмеркаваных адрасоў пратаколу IPv4. Адрасная прастора глабальна кіруецца амерыканскай некамерцыйнай арганізацыяй IANA, а таксама пяццю рэгіянальнымі інтэрнэт-рэгістратарамі, адказнымі за прызначэнне IP-адрасоў канчатковым карыстальнікам на пэўных тэрыторыях, і лакальным інтэрнэт-рэгістратарам, такім як інтэрнэт-правайдары.
IPv4 дазваляе ўжываць каля 4,23 мільярды адрасоў, і частка з іх была размеркавана IANA рэгіянальным інтэрнэт-рэгістратарам блокамі прыкладна па 16,8 мільёнаў адрасоў (з улікам выкарыстання CIDR). У лютым 2011 года IANA выдаткавала рэгіянальным інтэрнэт-рэгістратарам апошнія пяць блокаў /8 з сваёй адраснай прасторы[1][2][3][4]. APNIC з’яўляецца першым рэгіянальным інтэрнэт-рэгістратарам, чые выдаткаваныя IP-адрасы скончыліся[K 1]. Гэта адбылося 15 красавіка 2011 года[5][6][7]. У некаторых кутках свету ўжо скончыліся размеркаваныя IPv4-адрасы, і вычарпанне адрасоў застаўшыхся рэгіянальных інтэрнэт-регістратараў чакаецца напрацягу пяці год[6].
Наступным рэгіянальным рэгістратарам, які спыніў раздачу IPv4-адрасу па патрэбе запытальніка, стаў RIPE NCC. Гэта адбылося 14 верасня 2012 года.
Вычарпанне адраснай прасторы IPv4 лічыцца праблемай, пачынаючы з 1980-х, калі Інтэрнэт пачаў зведваць рэзкі рост. У лістападзе 1991 года IETF стварыў ROAD (англ.: Routing and Addressing Group) для вырашэння праблемы маштабаванасці, выкліканай выкарыстаннем метаду класавай адрасацыі, які ўжываўся ў той час[8][9]. Чаканае вычарпанне стала прычынай, з-за якой быў створаны і прыняты шэраг новых тэхналогій, уключаючы бяскласаваю адрасацыю (CIDR) у 1993 годзе, NAT і новую версію Internet Protocol, IPv6, у 1998 годзе[9].
Пераход Інтэрнэта на Internet Protocol версіі 6 з’яўляецца адзіным даступным доўгачасовым рашэннем праблемы вычарпання IPv4-адрасоў[10]. Нягледзячы на тое, што прадказанае вычарпанне адраснай прасторы IPv4 уступіла з завяршальную стадыю ў 2008 годзе, большасць правайдараў інтэрнэт-паслуг і распрацоўшчыкаў праграмнага забеспячэння толькі пачынаюць укараненне IPv6[11].
Кожнаму вузлу IPv4-сеткі, напрыклад комп’ютару, маршрутызатару ці інтэрнэт-прынтару, надаецца IPv4-адрас, які ўжываецца для ідэнтыфікацыі гэтага вузла дзеля ўзаемадзеяння з іншымі вузламі ў той жа сетцы. У прынцыпе, любы камп’ютар з публічным IPv4-адрасам можа адпраўляць даныя любому іншаму камп’ютару з IPv4-адрасам. Аднак IPv6 не мае зваротнай сумяшчальнасці з IPv4, таму адправіць даныя ад камп’ютара толькі з IPv4 адрасам да камп’ютара з толькі IPv6-адрасам можна толькі ўжываючы спецыяльныя тэхналогіі. Стандартным рашэннем з’яўляецца тунэляванне[12]. IPv4-адрас мае даўжыню 4 байта (32 біта), і таму пратакол Інтэрнэта версіі 4 дазваляе ўжываць 232 (прыкладна 4,3 мільярды) адрасоў. Аднак некаторыя вялікія блокі IPv4-адрасоў зарэзерваваны для спецыяльных патрэб і недаступныя для публічнага выкарыстання, напрыклад адрас «зваротнай пятлі» 127/8[K 2], «шэрыя» сеткі 10/8, 172.16/12, 192.168/16 (гэта спецыяльна зарэзерваваныя адрасы).
Структура адрасу IPv4 дазваляе ўжываць публична даступныя адрасы ў колькасці, недастатковай для таго, каб забяспечыць адрас для кожнай звязанай з Інтэрнэтам прылады ці паслугі. Гэтая праблема была часткова вырашана на нейкі час з дапамогай змен у сістэме размеркавання адрасоў. Пераход ад класавай адрасацыі да бяскласавай дазволіў істотна адцягнуць вычарпанне адраснай прасторы IPv4.
Таксама тэхналогія NAT (англ.: Network Address Translation) дазваляе інтэрнэт-правайдарам маскіраваць уласныя прыватныя сеткі за адным публічна даступным IPv4-адрасам маршрутызатара замест таго, каб выделять выдаткоўваць адрасы кожнай прыладзе ў сетцы.
Хоць асноўнай прычынай вычарпання адраснай прасторы IPv4 з’яўляецца недастатковая праектная моц інфраструктуры Інтэрнэту, у якую не закладаўся столь хуткі рост[13], шэраг дадатковых фактараў пагаршаюць гэту праблему. Кожны з іх звязаны з попытам на IP-адрасы, які не быў прадугледжаны аўтарамі арыгінальнай інфраструктуры сеткі.
Шэраг Тэхналогій памяньшаюць патрэбу ў IP-адрасах[17]:
Host
HTTP/1.1).
Пільны кантроль рэгіянальных інтэрнэт-рэгістратараў за наданнем IP-адрасоў лакальным інтэрнэт-рэгістратарам.
Пераразмеркаванне адраснай прасторыУ першыя гады існавання Інтэрнэта выкарыстоўвалася неэфектыўная сістэма класавай адрасацыі. Вялікія блокі IP-адрасоў, размеркаваныя ў тыя часы, вяртаюцца ў абарот.
Храналогія вычарпання31 студзеня 2011 года апошнія два незарэзерваваных IANA блока адрасоў былі выдаткаваны APNIC у адпаведнасці са стандартнымі працэдурамі выдаткавання адрасоў рэгіянальным інтэрнэт-рэгістратарам. Засталося пяць зарэзерваваных і таму неразмеркаваных блокаў /8[5][18][19]. У адпаведнасці з правіламі ICANN, IANA прыступілп да выдаткавання кожнага з гэтых блокаў кожнаму з рэгіянальных інтэрнэт-рэгістратараў пасля прэс-канферэнцыі 3 лютага 2011 года[20], што прывяло да сканчэння запасу адрасоў IANA[21].
Разнастайныя самастояныя адрасныя блокі, гістарычна ўжывальныя асобна ад рэгіянальных інтэрнэт-рэгістратараў, былі размеркаваны паміж рэгіянальным інтэрнэт-рэгістратарам у лютым 2011 года[22].
APNIC з’яўляецца першым рэгіянальным інтэрнэт-рэгістратарам, якія спыніў вольна выдаткоўваць IPv4 адрасы. Гэта адбылося 15 красавіка 2011 года. З гэтай даты пачаўся перыяд, калі ўжо не кожны лакальны інтэрнэт-рэгістратар (LIR) можа атрымаць IPv4-адрасы ў патрэбнай яму колькасці. Як следства гэтага вычарпання, запатрабаваныя шматлікімі праграмамі злучэнні кропка-кропка не заўсёды будуць даступныя ў IPv4-Інтэрнэце да той пары, пакуль IPv6 будзе цалкам распаўсюджаны. IPv6-хосты не могуць напрамую злучацца з IPv4-хостамі і павінны ўжываць для ўзаемадзеяння спецыяльныя сэрвісы. Гэта значыць, што большасць камп’ютараў таксама павінны мець IPv4-доступ, напрыклад з дапамогай NAT64, у дадатак да новых IPv6-адрасоў, што патрабуе больш намаганняў, чым простая падтрымка IPv4. Попыт на IPv6-адрасы, як чакаецца, узнікне праз тры ці пяць год[23].
На пачатку 2011 года толькі 5 % камп’ютараў мелі IPv6-злучэнне[24], пры гэтімвольшасць з іх выкарыстоўваюць такія механізмы пераходу, як NAT64 і тунэляванне Teredo[25]. У снежні 2009 года каля 0,15 % з двух мільёнаў найбольш папулярных вэб-сайтаў былі даступныя па пратаколу IPv6[26]. Праблему ўскладняе тое, што ад 0,027 % да 0,12 % наведвальнікаў не могуць карыстацца сайтамі, які ўжываюць адначасова IPv4 і IPv6[27][28], але значная доля з іх (0,27 %) не можа ўзаемадзейнічаць з карыстальнікамі толькі IPv4[29]. Згодна даследванню Arbor Networks, на лета 2010 года доля IPv6-трафіку складае менш адной дзясятай працэнта[30].
Тэхналогія запавольвання вычарпання IPv4-адрасоў уключае ў сябя сумеснае ўжыванне IPv4-адрасоў для доступу да IPv4-кантэнту, увядзенне IPv6 паралельна з выкарыстаннем IPv4, трансляцыю пратаколаў для доступу да прызначанага для IPv4 і IPv6 кантэнта і тунэляванне для работы з маршрутызатарам, які падтрымлівае толькі адзін пратакол. Наабходнасць ранняга пачатку ўжывання IPv6 пасля вычарпання адраснай прасторы IANA з’яўляецца відавочнай[31].
APNIC стаў першым рэгіянальным інтэрнэт-рэгістратарам, які абмежаваў выдаткаванне IP-адрасоў колькасцю 1024 кожнаму члену ў сувязі з тым, што 14 красавіка 2011 года запас адрасоў зменшыўся да крытычнай пазнакі — 1 блок /8[5][32][33][34][35][36]. APNIC з’яўляецца рэгіянальным інтэрнэт-рэгістратарам і выдаткоўвае IP-адрасы для абласцей, дзе Інтэрнэт развіваецца вельмі хутка, такіх як Кітай і Індыя.
Вычарпанне запасаў IPv4-адрасоў RIPE NCC, рэгіянальнага інтэрнэт-рэгістратара Еўропы, надышло следам за APNIC. Гэта адбылося 14 верасня 2012 г. Запас адрасоў іншых рэгіянальных інтэрнэт-рэгістратараў, як чакаецца, скончыцца ў тэрмін ад паўгода да некалькіх год[37].
У розных рэгіянальных рэгістратараў стратэгія выдаткавання адрасоў розная[38]. ПАсля вычарпання адраснай прасторы IANA ARIN увялі дадатковыя абмежаванні на запыты адраснай прасторы IPv4[39].
Інтэрнэт-правайдары маюць, як правіла, запас IP-адрасоў для выкарыстання іх кліентамі напрацягу тэрміна ад 6 месяцаў да 2 год, пасля чаго новыя кліенты, які пажадаюць далучыцца да Інтэрнэту, не змогуць атрымаць IP-адрасы і павінны будуць карыстацца NAT ці атрымліваць толькі IPv6-адрасы[40].
З 15 красавіка 2011 года, даты, калі ў APNIC застаўся апошні блок /8, ці з 14 верасня 2012 года, кожны бягучы ці будучы член (гэта значыць уладальнік уліковага запісу ў APNIC ці кліент RIPE NCC) можа атрымаць толькі адзін блок IP-адрасоў памерам у 1024 адрасы (блок /22)[41][42]. Згодна даследванню дынамікі запасаў IPv4-адрасоў «Evolution of the IP pool for each RIR in 2011», апошні блок APNIC /8 скончыўся б напрацягу месяца, калі б гэта абмежаванне не было б уведзена. У блоке /8 16 384 блока /22; згодна правілам APNIC і RIPE NCC, кожны дзейны ці будучы член атрымліве адзін блок /22 з апошняга блока /8, прычым, толькі ў выпадку задавальнення шэрагу крытэрыяў[43]. У цяперашні час APNIC мае каля 3000 членаў і кожны год іх колькасць павялічваецца прыкладна на 300 новых членаў. Такім чынам, апошні блок /22 павінен скончыцца больш чым праз 5 год[42]. У RIPE NCC болей 8000 членаў, і тэрміны вычарпання іх апошняга блока /8 істотна карацей.
1024 адрасы ў блоке /22 могуць ужывацца для падтрымкі NAT44 ці NAT64 для арганізацыі сетці IPv6. Аднак, для новых буйных інтэрнэт-правайдараў ліміт у 1024 адрасы можа апынуцца недастатковым для забеспячэння сувязі з IPv4 з прычыны абмежаванай колькасці даступных партоў для для аднаго IPv4-адраса[44].
24 ліпеня 2013 года галоўны навуковы супрацоўнік APNIC Джэф Х’юстан апублікаваў у сваім блогу ілюстраванае графікамі даследванне, у якім спрагназаваў вычарпанне пула IPv4-адрасоў ARIN «дзесьці ў трэцім квартале 2014 года»[45]. 1 жніўня 2013 года ARIN паведаміла аб рэшце IPv4-адрасоў у 2 сеткі памерам /8[46].
На пачатку 2000-х даваліся розныя меркаванні аб часе поўнага вычарпання IPv4-адрасоў. У 2003 годзе Paul Wilson (дырэктар APNIC), грунтуючыся на бягучых маштабах выкарыстання адраснай прасторы, заявіў, што адрасная прастора скончыцца напрацягу аднаго ці двух дзесяцігоддзяў[47]. У верасні 2005 года ў справаздачы Cisco Systems было выказана меркаванне, што запас даступных адрасоў будзе вычарпаны ў тэрмін ад 4 да 5 год[48]. У апошнія гады перад вычарпаннем запаса размеркаванне IPv4-адрасоў паскорылася, што не было ўлічана ў частцы прагнозаў.
Да 2008 года распрацоўваліся працэдуры для перыяда вычарпання адрасоў і пасля яго[54].
Абмяркоўваліся некалькі прапаноў па змякчэнню праблемы вычарпання адрасоў IPv4.
Перад і ў час перыяда ўжывання класавай мадэлі адрасацыі некаторым арганізацыям былі выдаткаваны велізарныя дыяпазоны IP-адрасоў. Internet Assigned Numbers Authority (IANA) патэнцыйна можа атрымаць назад гэтыя дыяпазоны, пасля чаго раздаць іх меншымі блокамі. У ARIN, RIPE NCC і APNIC існуюць правілы перадачы адрасоў, у адпаведнасці з якімі такія адрасы могуць быць вернутыя з мэтай перадачы пэўнаму атрымальніку[55][56][57]. Аднак гэта можа быць затратна па кошце і часе змены адрасоў на буйной сетцы, адпаведна, закранутя арганізацыі з вялікай верагоднасцю сталі б пярэчыць, што магло б прывесці да судовых спрэчак. Аднак, нават калі б усе такія адрасы былі б вернутыя, гэта толькі трохи адцягнула б дату вычарпання адрасоў.
Аналагічна блокі адрасоў выдадзены арганізацыям, якія болей не існуюць ці нават ніколі не ўжывалі іх. Пільны ўлік IP-адрасоў не вёўся, і выяўленне гэтай інфармацыі можа апынуцца вельми цяжкім.
Некаторыя адрасы, раней зарэзерваваныя IANA, былі пераведзены ў лік даступных. Былі прапановы выкарыстання адрасоў сетак класа E[58][59], але шматлікія аперацыйныя сістэмы і прашыўкі, якія ўжываюцца ў камп’ютарах і маршрутызатарах, не дазваляюць ужыванне такіх адрасоў[48][60][61][62]. З гэтай мэтай не прадугледжвалася публічнага карыстання адрасамі сетак класа E, але замест гэтага прапанавана дазволіць прыватнае ўжыванне для сететак, якім патрабуецца больш адрасоў, чым зараз даступна па RFC 1918.
Некалькі арганізацый вярнулі вялікія блокі IP-адрасоў, у прыватнасці Стэнфардскі ўніверсітэт, які вярнуў адрасы сеткі класа A ў 2000-м годзе, даўшы 16 мільёнаў IP-адрасоў (працэс перанастройкі 56 тысяч адзінак абсталявання заняў два гады[63]), Министерство обороны США, BBN Technologies[64] и Interop[65].
Інтэрнэт-правайдары могуць ужываць тэхналогіі тунэлявання. Калі яны ўжываюць у сваіх сетках трансляцыю адрасоў NAT44 і NAT64, яны могуць выдаткоўваць карыстальнікам прыватныя адрасы IPv4 ці IPv6 і ўжываць меншую колькасць глабальных адрасоў IPv4[66].
Гэты падыход быў паспяхова ўжыты ў некаторых краінах, напрыклад, у Расіі, дзе шматлікія правайдары шырокапалоснага доступу ўжываюць цэнтралізаваны NAT (Carrier-Grade NAT) і прапаноўваюць публічна даступныя адрасы IPv4 за дадатковую плату. Аналагічна Research In Motion (RIM), вытворца BlackBerry, перасылае даныя на цэнтральныя серверы з мэтай шыфроўкі і дэшыфроўкі; вынікам гэтага з’яўляецца змяньшэнне колькасці патрэбных адрасоў IPv4.
Аднак NAT на ўзроўні інтэрнэт-правайдара не маштабуецца. Акрамя таго, трансляцыя адрасоў ужывальна не для ўсіх задач, і ўсё роўна патрабуе даступнасці адрасоў IPv4.
Гэтыя тэхналогіі спатрэбяцца для злучэння сістэм IPv6 з «састарэлымі» сістэмамі IPv4.
Шматлікія тэхналогіі NAT, такія як DMZ, STUN, UPnP, ALG, даступныя, калі NAT-маршрутызатарам валодае карыстальнік, неўжывальныя на ўзроўні интернетінтэрнэт-правайдара.
У якасці эфектыўнага метаду размеркавання адрасоў неаднойчы прапаноўвалася стварэнне рынку адрасоў IPv4, на якім яны маглі б прадавацца і набывацца. Асноўная карысць ад такога рынку палягала б у тым, што адрасы IPv4 заставаліся б даступнымі. У гэтых схем ёсць сур’ёзныя недахопы, з нагоды якіх іх не стали рэалізоўваць: [67]