[博客翻译]2024年的IP地址分配情况


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又到了一年一度的IP地址盘点时间。让我们看看过去12个月里,互联网地址分配发生了什么变化,以及IP地址分配信息如何反映网络本身的演变。

大约在1992年,IETF(互联网工程任务组)通过他们的“水晶球”试图预测互联网将如何发展,并研究这对地址系统的需求。当时预测的联网设备数量与今天我们看到的惊人数字相符。毫无疑问,这些设备数量将继续增长。我们继续增加芯片产量,同时也在不断优化生产流程。但当时我们也预测,唯一能让互联网在如此庞大的设备群中运行的方法是部署一种新的IP协议,这种协议拥有更大的地址空间。正是基于这种推理,IPv6被设计出来,旨在解决硅处理器数量激增的问题。IPv6的庞大地址空间允许我们为每个设备分配一个唯一的公共IPv6地址,无论设备多小,或者部署数量有多大。

然而,尽管互联网以惊人的速度增长,IPv6的部署却进展缓慢。目前还没有迹象表明人们对部署IPv6有紧迫感,也没有共识认为继续依赖IPv4已经不再适用。IPv4互联网的设计容量与实际设备数量之间的巨大差距,主要是因为互联网从对等架构迅速转变为客户端/服务器模式。客户端可以发起与服务器的网络通信,但无法与其他客户端发起通信。网络地址转换器(NAT)非常适合这种客户端/服务器模式,多个客户端共享少量的公共地址,只有在与远程服务器有活动会话时才需要使用地址。NAT使得超过300亿台设备可以挤在大约30亿个IPv4地址中。无法在NAT后工作的应用程序在公共互联网中已经不再有用,因此也不再被使用。

然而,互联网设备数量的不断增长意味着即使NAT也无法永远吸收这些增长压力。NAT通过映射TCP和UDP头部的源端口和目标端口字段,可以将有效地址空间扩展多达32个“额外”位,并实现基于时间的公共地址共享。这两种方法都能有效扩展IPv4地址空间以容纳更多的客户端设备,但它们并不能将地址空间变成无限弹性的资源。这一过程的必然结果是,我们可能会看到IPv4互联网分裂成多个不连接的部分,可能是基于内容分发服务器的各个接入点的服务“锥形”结构,从而放弃全球唯一且一致的地址池的概念。或者,我们可能会看到这些增长压力推动IPv6的进一步部署,互联网中出现仅支持IPv6的元素,以保持网络的整体性和连接性。商业压力正在将网络推向这两个方向,因此未来几年互联网将走向何方尚不明确,但我的个人观点(尽管有些悲观)是网络将高度碎片化。

地址分配数据能否帮助我们揭示更大范围内互联网的变化?让我们看看2024年发生了什么。

2024年的IPv4

尽管到2021年底,区域互联网注册机构(RIR)中剩余的未分配IPv4地址池已经耗尽,旧有的注册分配模式实际上已经结束,但剩余的IPv4地址池的耗尽过程似乎与向IPv6过渡的过程一样漫长。

在今天的互联网中,很难谈论“分配”。仍然有一些交易是从RIR管理的可用地址池中提取地址并分配给网络运营商,但同时也有一些交易是网络之间进行的地址转让,本质上是一种销售。这些地址转让必然涉及注册信息的变更,因此注册机构会以类似于分配或分配的方式记录转让或销售的结果。

如果我们想了解互联网网络运营商使用或可用的IPv4地址空间的总体情况,那么最好的指标可能是已分配和已分配地址的总跨度,以及这一总地址跨度逐年变化的年度变化。

“分配”和“分配”有什么区别?

当网络运营商或子注册机构收到分配时,他们可以进一步将该IP地址空间委托给他们的客户,同时用于自己的内部基础设施。当网络运营商收到分配时,这只能用于他们自己的内部基础设施。[https://help.apnic.net/s/article/Using-address-space]

我个人认为,如今这两个术语之间的区别有些人为,因此从现在开始,我将使用“分配”来描述分配和分配。

在IPv4互联网中,2023年总IPv4分配地址池首次缩减了约40万个地址,年底时约有36.85亿个分配地址。这表示总分配的IPv4公共地址池缩减了约0.01%,而2024年分配地址跨度的增加抵消了这一缩减(表1)。

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024
地址跨度(B) 3.227 3.395 3.483 3.537 3.593 3.624 3.643 3.657 3.657 3.682 3.684 3.685 3.687 3.686
年度变化(M) 241.7 168.0 88.4 53.9 55.9 30.6 19.4 13.2 0.6 24.9 2.2 1.1 1.6 -0.4
相对增长 8.1% 5.2% 2.6% 1.5% 1.6% 0.85% 0.53% 0.36% 0.02% 0.68% 0.06% 0.03% 0.04% -0.01%
表1 - 按年度划分的IPv4分配地址

我们是否已经耗尽了所有可用的IPv4地址来源?地址管理模型是,未分配的地址由互联网号码分配机构(IANA)统一管理,地址块被传递给RIR,然后RIR将这些地址分配给各种终端实体,供其自己使用或进一步分配。然而,IANA在几年前已经耗尽了其可用的地址池,如今IANA在其回收地址注册表中仅持有3个/24地址前缀。由于将这个微小的地址池分成5个相等的153.6个地址块是不可行的,因此这些地址可能会在IANA回收地址注册表中保留一段时间。

也就是说,直到一个或多个RIR将更多从旧的“遗留”分配地址中回收的前缀返回给IANA,IANA才能将地址池均分并分配给5个RIR。这不太可能发生。

还有一些地址被IANA标记为保留用于“特殊用途。这包括为多播使用保留的地址块。在IPv4地址空间注册表的顶部,有一组地址被标记为“未来使用”。这是一个相对较大的地址池,包含268,435,456个地址(旧的“E类”空间),如果IPv4有“未来”,那么这个未来已经到来并过去了。但如何解锁这个空间并将其返回到通用地址池中,目前还没有找到一个普遍可行的解决方案,尽管社区中不时有相关努力出现。

在过去15年左右的时间里,释放E类空间用于公共互联网作为全球可路由的单播地址空间的话题不时被提起。一些互联网草案被发布供IETF考虑,这些草案要么直接提议释放该空间,要么概述了2008年开发这些草案时观察到的各种主机和路由器实现中的障碍

这些提议被搁置,可能是因为当时的主要考虑是,解决这些问题的时间和资源有限,而花费精力“调整”这个IPv4空间以使其通用,只会略微延长剩余IPv4地址池的耗尽时间,而同样的精力如果用于推进IPv6部署,则可能带来更大的收益。

这个话题不时出现在各种邮件列表和博客中(例如https://www.potaroo.net/ispcol/2024-09/2404.html),但讨论往往围绕同一组话题循环,然后再次搁置。

由于IANA不再是地址的来源,我们需要看看RIR的做法,从注册机构的角度了解地址的生命周期。当IP地址空间根据RIR的政策被返还或回收时,通常会被放置在RIR保留池中一段时间,并标记为RIR保留。将返还或回收的地址标记为保留一段时间,可以让各种地址前缀声誉和相关服务(包括路由记录)有时间记录地址前缀的先前状态的终止,然后再进行后续分配。经过这段隔离期(通常是几个月到几年),这些保留空间会被释放以供重新使用。

表2显示了同一14年期间每个RIR的年度分配地址变化记录。有些年份,每个RIR的分配地址池缩小了。这通常是由于RIR之间的地址流动,有些情况下是由于行政变更,有些情况下是RIR之间的地址转让。

2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024
APNIC 119.5 101.0 0.6 1.2 4.6 7.4 6.7 3.2 0.4 10.5 1.7 1.5 0.8 -1.1
RIPE NCC 52.3 40.5 37.8 1.0 33.8 4.7 4.1 3.7 0.3 12.0 0.4 2.5 4.7 6.2
ARIN 27.2 53.8 24.3 19.0 -14.1 2.3 -4.8 -2.3 -0.3 -10.1 -0.9 -1.7 -3.8 -5.5
LACNIC 17.1 13.6 17.3 26.3 18.7 1.2 1.5 1.4 0.1 2.4 1.2 -0.2 -0.3 -0.1
AFRINIC 8.8 9.4 8.5 6.3 12.8 15.0 11.9 7.1 0.2 10.1 -0.2 -0.9 0.2 0.1
总计 224.9 218.3 88.5 53.8 55.8 30.6 19.4 13.1 0.7 24.9 2.2 1.2 1.6 -0.4
表2 – 按RIR划分的IPv4分配地址年度变化(百万)

每个RIR都在耗尽他们最后的IPv4地址池。到2024年底,整个RIR系统中约有460万个地址在可用池中,主要集中在APNIC(360万)和AFRINIC(99万)。约有1020万个地址被标记为保留,其中ARIN持有460万,AFRINIC持有440万。如表3所示,除了AFRINIC,所有RIR的保留池都有所减少,主要减少的是APNIC(170万)和ARIN(60万)。

可用 保留
RIR 2022
APNIC 2,503,424
RIPE NCC -
ARIN 8,448
LACNIC 1,024
AFRINIC 1,403,136
总计 3,916,032
表3 – 2024年12月的IPv4可用和保留池

RIR的IPv4地址分配量按年度显示在图1中,但理解整个RIR系统中“分配”的确切含义是具有挑战性的,因为RIR之间存在一些微妙但重要的差异,特别是在处理IPv4地址转让方面。

在ARIN的情况下,两个ARIN服务的实体之间的转让在概念上被视为两个独立的交易:将地址返还给ARIN注册机构,然后从ARIN进行新的分配。转让日期被记录为RIR发布的记录中的新分配日期。其他RIR以类似于更改已分配地址的指定持有者的方式处理地址转让,在处理转让时,RIR的记录保留转让地址的原始分配日期。当我们查看RIR发布的各个交易记录并按年度收集时,ARIN的收集数据包括当年处理的转让地址量,而其他RIR仅包括当年执行的分配。

为了提供整个系统的视图,有必要使用一种分析方法来补偿RIR记录地址交易方式的差异。在本研究中,分配被定义为注册记录中从保留可用状态到分配状态的转换。这旨在将与处理地址转让相关的各种操作分开,这些操作通常不涉及可见的状态变化,因为转让的地址块在转让期间保持分配状态。这就是用于生成图1的数据从RIR发布的数据中生成的方式,比较每年年底的地址池状态与年初的状态。如果在年初未注册为分配的地址块,则在该年进行分配

图1 – 按年度划分的RIR IPv4地址分配

使用与图1相同的数据分析技术生成的RIR IPv4分配数量按年度显示在图2中。

图2 – 按年度划分的RIR IPv4分配

从这两张图中可以明显看出,近年来IPv4地址分配的平均规模大幅缩小,这与每个RIR的IPv4地址耗尽政策相对应。

IPv4地址转让

RIR允许注册IPv4地址持有者之间的转让,作为一种允许地址二次重新分配的方式,作为将未使用的地址返还给注册机构的替代方案。这是对IPv4地址耗尽问题的回应,其背后的动机是通过地址市场的激励措施鼓励重用闲置或低效使用的地址块,并确保此类地址移动在注册系统中公开记录。

过去11年注册的转让数量如表4所示。转让数量包括RIR间和RIR内的转让。还包括基于并购的转让和其他地址转让的理由。每次转让被视为一次交易,在RIR间转让的情况下,这计入接收RIR的总数。

接收RIR 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024
APNIC 158 180 307 451 840 845 491 533 820 785 745 796 752
RIPE NCC 10 171 1,054 2,836 2,373 2,451 3,775 4,221 4,696 5,742 4,640 4,937 5,215
ARIN 3 22 26 26 68 94 150 141 97 185
LACNIC 2 3 9 17 20 17
AFRINIC 17 27 26 80 58 14 15
总计 168 351 1,361 3,290 3,235 3,322 4,311 4,849 5,639 6,766 5,601 5,864 6,184
表4 - 按年度划分的IPv4地址转让

RIR报告的数字之间的差异很有趣。与地址转让相关的政策似乎没有被AFRINIC和LACNIC服务区域的地址持有者广泛采用,而RIPE NCC服务区域的采用似乎非常热情!

稍微不同的观点是每年转让的地址量(表5)。

接收RIR 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024
APNIC 1.6 2.3 4.1 6.6 8.2 4.9 10.0 4.3 16.6 6.5 3.7 2.7 2.5
RIPE NCC 0.1 2.0 9.6 11.6 9.2 24.6 19.5 26.9 18.2 16.2 36.9 20.8 23.0
ARIN 0.1 0.3 0.2 - 0.3 0.2 0.2 3.1 1.6
LACNIC - - - - 0.0 0.0
AFRINIC 0.2 0.5 1.2 3.4 0.5 0.1 0.1
总计 1.7 4.3 13.7 18.2 17.6 29.6 29.7 31.9 36.2 26.4 44.3 25.3 30.2
表5 – 按年度划分的转让IPv4地址量(百万地址)

这些数字的图表显示在图3和图4中。

图3 – 转让数量:2012 - 2024

图4 – 转让地址量:2012 - 2024

转让地址量在2022年达到顶峰,2023年有所下降。在APNIC的情况下,顶峰出现在2020年,2024年的APNIC转让量与2013年的转让量相当。在RIPE和ARIN区域,地址转让的总量仍在增长,而在APNIC,IPv4地址转让量已大幅减少。

自2012年以来,这些转让日志中列出的地址总量约为3.09亿个地址,相当于18.4个/8,约占37亿个IPv4地址总分配空间的8%。然而,这个数字可能被高估了,因为一些地址块在此期间被多次转让。

转让是否在回收未使用的地址?

这些数据引发了一些关于转让性质的问题。第一个问题是,地址转让是否有效地挖掘了已分配但未公布的公共IPv4地址池,并将这些地址重新投入活跃使用。

人们认为,通过将这些地址货币化,持有这些地址的人可能会被激励将其网络转换为使用私有地址,并转售其持有的公共地址。换句话说,地址市场的开放将为其他未使用的地址资产提供激励,使其进入市场。需要地址的提供者将与有类似需求的其他提供者竞争,竞标购买这些地址。根据传统的市场理论,地址的最有效使用者(这里的“最有效”基于使用地址产生最大收入的能力)将能够设定市场价格。否则未使用的地址将被投入生产性使用,只要需求超过供应,市场的行动就会促进地址的最有效使用。理论上如此。

然而,转让的实际经验并不那么清晰。与地址回收相关的数据尚无定论,因为在2011年至2017年底期间,未公布的地址池保持在48至50个/8之间。从2018年初开始,未公布的地址池有所增加,到2020年初,公共互联网中未公布的地址略低于51个/8。这两年的未公布地址池增加似乎是一个IPv4地址被囤积的时期,尽管仅从这一高级别的汇总数据得出这一结论是高度推测性的。

2021年初,未公布地址池的规模大幅减少。2021年的主要变化是互联网路由系统中宣布了大约7个/8的地址空间,这些地址空间最初分配给美国国防部。到2021年底,AS749发起的IPv4地址比任何其他网络都多,即约2.115亿个地址,相当于/4.34的前缀长度表示法,约占IPv4地址池的5%。在2022年和2023年,未公布地址池的增加趋势恢复。2024年12月12日,亚马逊运营的AS(主要是AS16509)宣布了约8122万个地址(相当于4.8个/8),将未公布地址池的总量降至2000年观察到的水平。

图5 – IPv4未公布地址池规模

自2000年初以来,三个IPv4地址池(分配公布未公布地址池)的总体情况如图6所示。更严格的地址政策的开始与2011年初IANA未分配地址池的耗尽相吻合,自那时以来,RIR一直在耗尽他们的地址池。

图6 – IPv4地址池 2000 - 2024

我们还可以看看2024年,自年初以来这些地址池的变化,如图7所示。到12月12日,公布地址的总跨度减少了约2000万个地址,此时亚马逊的地址范围宣布改变了情况。

图7 – 2024年IPv4地址池变化

相对而言,以总分配IP地址池的比例表示,未公布地址池在2003年初达到总分配地址池的38%,然后在接下来的15年中下降到2018年初的22%。自那时以来,这一比例一直在稳步上升,由于2021年遗留的美国国防部地址空间的公布和2024年12月亚马逊地址的宣布,出现了急剧下降(图8)。

图8 – 未公布地址池规模与总池规模的比率

转让数据指向一个相对迟缓的转让市场。转让交易的数量在增加,但转让地址的总量在大多数RIR中都在下降,除了RIPE NCC(表4和表5)。地址市场似乎并没有有效地清理闲置地址并将其重新部署到路由网络中。然而,与所有其他商品市场一样,商品的市场价格反映了供需平衡以及未来供需预期。过去10年交易的IPv4地址价格如何?

其中一个地址经纪人Hilco Streambank的IPv4.Global发布了交易的历史价格信息(如果所有地址经纪人都这样做,价格信息透明的市场可以比价格信息不透明的市场更高效和公平地运作)。图9使用Hilco Streambank IPv4.Global的交易数据生成地址价格的时间序列。

图9 – IPv4价格时间序列(数据来自[Hilco Streambank IPv4.Global](https://www.potaroo.net/ispcol/2025-01/<<a href=>))

在这个时间序列数据中有几种不同的行为模式。2016年之前的数据反映了交易量相对较低,价格稳定在每地址10美元以下。在接下来的4年中,到2019年初,单位价格翻了一番,小地址块(/24和/23)吸引了溢价。接下来的18个月,价格稳定在每地址20至25美元之间,大地址块和小地址块的交易价格相似。从2020年中到2022年初的18个月中,出现了新的动态,反映了价格的指数级上涨,到2021年底,单位价格上涨到每地址45至60美元。2022年,平均市场价格全年下降,但价格差异增加,年底的交易记录在每地址40至60美元之间。

这一价格下降趋势在2023年持续,到2023年底,IPv4地址的交易价格在每地址26至40美元之间。2024年的地址价格相对稳定,这显示在2023年和2024年每个前缀大小的每月平均单位价格视图中(图10)。

图10 – 2023 - 2024年每月每个前缀的平均单位价格

如果价格反映了供需关系,那么需求似乎比供应增长得更快,2021年的价格上涨反映了某种形式的稀缺溢价。然而,随后的价格下跌表明这种看法是短暂的,2024年恢复了每年2.50美元的平均单位价格变动。

可交易的IPv4地址供应是否在下降?回答这个问题的一种方法是查看转让地址的注册年龄。这些地址主要是最近分配的地址,还是持有者希望实现其未使用资产的内在价值的长期持有的地址?基本问题涉及转让地址的年龄分布,其中地址的年龄反映了自RIR系统首次分配或分配以来的时间。

按年度划分的转让地址的累积年龄分布如图11和图12所示。

在2019年至2021年期间,一部分地址持有者似乎持有最近分配的地址,达到政策规定的最低持有期(约2年),然后在市场上转让这些地址。在之前的年份中,约8%的转让地址是在转让前5年内分配的。2022年,这一数字下降到4%,这可能是由于2022年地址分配量较小,而不是地址持有者行为的变化,而在2023年和2024年,这种行为几乎消失了,这是由于RIR的地址分配量非常小,而不是地址持有者行为的变化。

2020-2024年转让的大部分地址(超过总量的50%)是在15至22年前分配的,即2003年至2010年之间。

图11 – 转让地址的年龄分布

图12显示了转让交易的累积年龄分布,2024年两种分布之间的差异表明,最近的个别分配规模要小得多,但仍然在交易。2024年记录的转让交易中,约20%涉及过去5年内分配的地址前缀,但这些交易仅占2024年转让地址库存的不到2%。约48%的转让地址量是在20年或更早之前分配的,而这些交易仅占2024年记录的转让交易的17%。

图12 – 转让交易的年龄分布

转让过程似乎有几种动机。

一种是当需求超过供应时,价格上涨是不可避免的结果。这可能会激励一些网络运营商提前购买地址,预期进一步的延迟将遇到更高的价格。这一因素也可能激励一些地址持有者推迟出售其地址的决定,因为延迟将提高价格。综合来看,这些动机可能会损害市场流动性,并导致价格上涨的反馈循环。这似乎是2021年的情况。

第二个因素是IPv6的部署。许多应用程序如果可以选择,更倾向于使用IPv6而不是IPv4(所谓的“Happy Eyeballs”协议选择协议)。对于双栈接入网络,这意味着他们使用的服务越多,使用IPv4的流量就越少,IPv4 CG-NAT地址池的消耗压力就越低,从而减少他们对IPv4地址空间的持续需求。这种对额外IPv4地址需求的减少对市场价格有影响。市场价格的下跌激励卖家尽快将其未使用的地址库存推向市场,因为进一步的延迟只会导致价格下降。

这个地址市场的主要特征是对IPv6过渡状态的不确定性,以及对网络进一步增长的不确定性。这种高度的不确定性可能是图9中个别转让交易价格差异很大的原因。然而,这种不确定性在2023年得到了一定程度的解决,需求水平在过去12个月中似乎已经消散。我们是否终于部署了足够的IPv4和IPv6网络基础设施,以应对需求压力?我们是否第一次看到一个市场,目前已经饱和了足够的地址和相关的服务平台基础设施。

转让是否导致地址空间碎片化?

下一个问题是,转让过程是否通过将较大的地址块分割成越来越小的地址块,进一步导致地址空间碎片化。从2012年初到2025年初,RIR的转让注册表中描述了50,942笔交易,其中12,559笔列出了比原始分配块更小的转让地址块。换句话说,约25%的转让隐含地执行了原始分配的碎片化。

这12,559笔导致原始分配碎片化的转让条目来自6,578个原始分配。平均而言,原始分配被分割成2个较小的地址块。这些数据意味着,地址块由于地址转让而被碎片化,但绝对而言,这并不是一个主要问题。截至2024年底,RIR注册表中有246,218个不同的IPv4地址分配记录,12,559个更具体的原始分配地址块条目约占分配地址前缀总池的5.1%。

地址的进出口

下一个问题涉及转让地址的国际流动。让我们看看转让地址量最大的十个经济体,无论其目的地如何(即包括同一经济体内的“国内”转让)(表6),以及接收转让量最大的十个经济体(表7),以及最大的国际地址转让(表8)。我们将使用RIR发布的2024年转让数据作为这些表的基础。

排名 CC 地址 来源经济体
1 US 8,136,704 美国
2 GB 3,013,120 英国
3 PL 2,682,880 波兰
4 RO 1,783,296 罗马尼亚
5 JP 1,739,264 日本
6 DE ,1509,120 德国
7 NL ,1117,184 荷兰
8 AU 1,069,824 澳大利亚
9 IR 975,616 伊朗
10 CH 905,728 瑞士
11 UA 838,016 乌克兰
12 NO 674,304 挪威
13 RU 663,808 俄罗斯联邦
14 IT 525,888 意大利
15 FR 464,000 法国
16 BG 373,760 保加利亚
17 LV 357,632 拉脱维亚
18 DK 256,256 丹麦
19 NZ 250,368 新西兰
20 ES 212,736 西班牙
表6 – 2024年转让IPv4地址量最大的20个国家
排名 CC 地址 目的地经济体
1 GB 7,526,912 英国
2 US 5,853,440 美国
3 PL 2,017,536 波兰
4 DE 1,620,992 德国
5 RO 1,510,656 罗马尼亚
6 NL 962,816 荷兰
7 JP 817,408 日本
8 IR 800,768 伊朗
9 AU 702,720 澳大利亚
10 NO 670,464 挪威
11 SE 643,584 瑞典
12 IT 564,800 意大利
13 RU 537,088 俄罗斯联邦
14 FR 493,952 法国
15 ES 493,568 西班牙
16 UA 397,184 乌克兰
17 BG 357,376 保加利亚
18 LV 354,816 拉脱维亚
19 SG 301,568 新加坡
20 DK 261,888 丹麦
表7 – 2024年接收转让IPv4地址量最大的20个国家

关于这些数据收集有许多注意事项,特别是关于这种基于经济体的地理定位的确切含义。即使我们仅使用RIR注册记录中的国家代码条目,

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