ISP 过去常常向公司提供 256 个 IP 地址块。现在，ISP 很吝啬，给你（一家公司）5 个。回到那天（2003 年），你家中的每台 PC 和连接的设备都有自己的互联网 IP 地址。现在，cable/DSN/Fios 路由器拥有一个 IP 地址，并为您家中的所有 PC 提供 10.0.0.x 的 IP 地址。总结：ISP 曾经浪费IP 地址，现在他们不再浪费IP 地址了。
老实说，我认为它并没有人们想象的那么糟糕。是的，也许在某些地方，但不是那么多，因为没有足够的地址。这是因为它们都是拥有的。也许是我的位置或什么，但在过去七年左右的时间里，我为一堆中小型企业做过 IT 工作，而你们所谈论的所有事情通常都只是标准设置。除非你有一个糟糕的设备，否则这很容易，或者首先需要对网络进行糟糕的设置。
这很糟糕。以下是我与消费者 ISP 为应对 IPv4 地址短缺所做的第一手经验的示例列表：
所有这些都降低了 ISP 向其客户销售的产品的质量。他们为什么要对客户这样做的唯一合理解释是 IPv4 地址短缺。
IPv4地址的短缺导致地址空间碎片化，具有多个缺点：
如果没有 NAT，我们今天就无法拥有 37 亿个可路由的 IPv4 地址。但是 NAT 是一个脆弱的解决方案，它会给您带来不太可靠的连接和难以调试的问题。NAT 的层数越多，情况就越糟糕。20 年的努力使单层 NAT 大部分工作，但我们已经越过了单层 NAT 足以解决 IPv4 地址短缺的地步。
在我们开始用完 IPv4 地址之前，我们没有（广泛地）使用 NAT。每台连接互联网的计算机都有自己的全球唯一地址。首次引入 NAT 时，它是从为 ISP 的客户提供每个客户使用/拥有的设备 1 个真实地址转变为为 1 个客户提供 1 个真实地址。这解决了一段时间（几年）的问题，而我们应该切换到 IPv6。（大多数情况下）每个人都没有切换到 IPv6，而是等待其他所有人进行切换，因此（大多数情况下）没有人推出 IPv6。现在我们又遇到了同样的问题，但这一次，正在部署第二层 NAT (CGN)，以便 ISP 可以在多个客户之间共享一个真实地址。
如果 NAT 不是很糟糕，IP 地址耗尽并不是什么大问题，包括在最终用户无法控制它的情况下（运营商级 NAT 或 CGN）。
但我认为 NAT 很糟糕，尤其是在最终用户无法控制它的情况下。而且（作为一个从事网络工程/管理但拥有软件工程学位的人）我认为通过部署 NAT 而不是 IPv6，网络管理员已经将解决地址耗尽问题的重心从他们的领域转移到了最终用户身上和应用程序开发人员。
那么（在我看来），为什么 NAT 是一件应该避免的可怕、邪恶的事情？
让我们看看我是否可以公正地解释它破坏了什么（以及它导致的问题，我们已经如此习惯以至于我们甚至没有意识到它可能会更好）：
让我们看看我是否可以解释这些项目。
网络层独立性
ISP 应该只传递第 3 层数据包，而不关心上面的层中的内容。无论您是绕过 TCP、UDP 还是更好/更奇特的东西（可能是 SCTP？甚至是其他一些比 TCP/UDP 更好但由于缺乏 NAT 支持而模糊不清的协议），您的 ISP 不应该关心; 在他们看来，这一切都应该只是数据。
但事实并非如此——当他们实施 NAT 的“第二波”“运营商级”NAT 时，情况并非如此。然后他们必须查看并支持您要使用的第 4 层协议。现在，这实际上意味着您只能使用 TCP 和 UDP。其他协议要么被阻止/丢弃（根据我的经验，绝大多数情况），要么只是转发到使用该协议的 NAT“内部”的最后一个主机（我已经看到了 1 个执行此操作的实现）。即使转发到使用该协议的最后一个主机也不是真正的修复——只要有两个主机使用它，它就会中断。
我想有一些 TCP 和 UDP 的替代协议，由于这个问题，目前尚未测试和未使用。不要误会我的意思，TCP 和 UDP 设计得非常好，令人惊讶的是，它们都能够扩展到我们今天使用互联网的方式。但谁知道我们错过了什么？我读过关于 SCTP 的文章，听起来不错，但从未使用过它，因为 NAT 不切实际。
对等连接
这是一个很大的。实际上，我认为最大的。如果您有两个最终用户，都在他们自己的 NAT 后面，那么无论哪个尝试先连接，另一个用户的 NAT 都会丢弃他们的数据包，连接将不会成功。
这会影响游戏、语音/视频聊天（如 Skype）、托管您自己的服务器等。
有解决方法。问题在于，这些变通办法要么花费开发人员时间、最终用户时间和不便，要么花费服务基础设施成本。而且它们并非万无一失，有时会破裂。（请参阅其他用户对 Skype 遭遇中断的评论。）
一种解决方法是端口转发，您可以在其中对 NAT 设备进行编程以将特定传入端口转发到 NAT 设备后面的特定计算机。有整个网站专门介绍如何为所有不同的 NAT 设备执行此操作。请参阅https://portforward.com/。这通常会花费最终用户的时间和挫败感。
另一种解决方法是为应用程序添加对诸如打孔之类的支持，并维护不在 NAT 后面的服务器基础架构以引入两个 NATed 客户端。这通常会花费开发时间，并使开发人员处于可能维护以前不需要的服务器基础架构的位置。
（还记得我说过部署 NAT 而不是 IPv6 将问题的重心从网络管理员转移到最终用户和应用程序开发人员吗？）
网络资源的一致命名/位置
因为在 NAT 内部和外部使用不同的地址空间，所以 NAT 内部的设备提供的任何服务都有多个地址可以到达它，而正确使用的地址取决于客户端从哪里访问它. （即使在端口转发工作之后，这仍然是一个问题。）
如果您在 NAT 内部有一个 Web 服务器，例如在端口 192.168.0.23 端口 80 上，并且您的 NAT 设备（路由器/网关）的外部地址为 35.72.216.228，并且您为 TCP 端口 80 设置了端口转发，现在您的可以使用 192.168.0.23 端口 80 或 35.72.216.228 端口 80 访问 webserver。您应该使用哪个取决于您是在 NAT 内部还是外部。如果您在 NAT 之外并使用 192.168.0.23 地址，您将无法到达预期的位置。如果您在 NAT 内部，并且使用外部地址 35.72.216.228，如果您的 NAT 实现是支持发夹的高级实现，您可能会到达您想要的位置，但随后为您的请求提供服务的 Web 服务器会将请求视为来自您的 NAT 设备。这意味着所有流量都必须通过 NAT 设备，即使 NAT 后面的网络中存在较短的路径，这意味着 Web 服务器上的日志变得不那么有用，因为它们都将 NAT 设备列为源连接。如果您的 NAT 实现不支持发夹，那么您将无法到达您期望的位置。
一旦使用 DNS，这个问题就会变得更糟。突然之间，如果您希望所有托管在 NAT 后面的东西都能正常工作，您将需要根据谁在询问（AKA 水平分割 DNS，IIRC）对 NAT 内部托管的服务的地址给出不同的答案。呸。
这一切都假设你有一个了解端口转发和发夹 NAT 和水平分割 DNS 的人。最终用户呢？当他们购买消费者路由器和一些 IP 安全摄像头并希望它“正常工作”时，他们有什么机会正确设置这一切？
这导致我：
流量的最佳路由，主机知道他们的真实地址
正如我们所见，即使使用高级发夹式 NAT 流量也不总是通过最佳路径流动。即使在知识渊博的管理员设置服务器并具有发夹 NAT 的情况下也是如此。（当然，水平分割 DNS 可以在网络管理员手中实现内部流量的最佳路由。）
当应用程序开发人员创建像 Dropbox 这样的程序并将其分发给不擅长配置网络设备的最终用户时会发生什么？具体来说，当我将一个 4GB 的文件放入我的共享文件中，然后尝试在下一台计算机上访问时会发生什么？它是直接在机器之间传输，还是我必须等待它通过慢速WAN连接上传到云服务器，然后再等待它通过相同的慢速WAN连接下载？
对于一个简单的实现，它会被上传然后下载，使用 Dropbox 的服务器基础设施，它不在 NAT 之后作为中介。但是如果两台机器只能意识到它们在同一个网络上，那么它们可以直接传输文件更快。因此，对于我们的第一个不那么天真的实现尝试，我们可能会询问操作系统这台机器有哪些 IP(v4) 地址，然后检查在同一 Dropbox 帐户上注册的其他机器。如果和我们在同一个范围内，直接传文件就好了。这可能在很多情况下都有效。但即便如此，也存在一个问题：NAT 之所以有效，是因为我们可以重复使用地址。那么如果 192.168.0.23 地址和 192.168.0. 在同一个Dropbox帐户上注册的42个地址实际上在不同的网络上（比如你的家庭网络和你的工作网络）？现在您必须故障回复到使用 Dropbox 服务器基础架构进行调解。（最后，Dropbox 尝试通过让每个 Dropbox 客户端在本地网络上广播以希望找到其他客户端来解决这个问题。但是这些广播不会穿过您在 NAT 后面可能拥有的任何路由器，这意味着它不是一个完整的解决方案,尤其是在 CGN 的情况下。）
静态 IP
此外，由于第一次短缺（和 NAT 浪潮）发生在许多消费者连接并不总是在连接上（如拨号）时，ISP 可以通过仅在您实际连接时分配公共/外部 IP 地址来更好地利用其地址。这意味着当你连接时，你会得到任何可用的地址，而不是总是得到相同的地址。这使得运行您自己的服务器变得更加困难，并且使开发对等应用程序变得更加困难，因为它们需要处理四处移动而不是固定地址的对等点。
混淆恶意流量来源
因为 NAT 将传出连接重写为好像它们来自 NAT 设备本身一样，所以所有行为，无论好坏，都被整合到一个外部 IP 地址中。我没有看到任何默认记录每个传出连接的 NAT 设备。这意味着默认情况下，过去的恶意流量的来源只能追溯到它经过的 NAT 设备。虽然更多的企业或运营商级设备可以配置为记录每个传出连接，但我还没有看到任何消费者路由器这样做。我当然认为看看 ISP 是否（以及多长时间）在推出 CGN 时会记录所有通过 CGN 建立的 TCP 和 UDP 连接的日志会很有趣。需要此类记录来处理滥用投诉和 DMCA 投诉。
有些人认为 NAT 增加了安全性。如果是这样，它是通过默默无闻的。NAT 强制要求的传入流量的默认丢弃与拥有状态防火墙相同。据我了解，任何能够进行 NAT 所需的连接跟踪的硬件都应该能够运行有状态的防火墙，因此 NAT 在那里并不值得任何分数。
使用第二个连接的协议
FTP 和 SIP (VoIP) 等协议倾向于使用单独的连接来控制控制和实际数据内容。执行此操作的每个协议都必须在它通过的每个 NAT 设备上具有称为 ALG（应用层网关）的辅助软件，或者使用某种中介或打孔解决问题。根据我的经验，ALG 很少更新，并且至少是我处理过的涉及 SIP 的几个问题的原因。每当我听到有人报告说 VoIP 对他们不起作用，因为音频只能以一种方式起作用时，我立即怀疑在某个地方，有一个 NAT 网关丢弃了它无法弄清楚如何处理的 UDP 数据包。
总而言之，NAT 容易崩溃：
在核心，网络堆栈采用的分层方法相对简单而优雅。尝试向刚接触网络的人解释它，他们不可避免地认为他们的家庭网络可能是一个很好的、简单的网络，可以尝试理解。由于外部地址和内部地址之间的混淆，我已经在几个案例中看到了一些关于路由如何工作的非常有趣（过于复杂）的想法。
我怀疑如果没有 NAT，VoIP 将无处不在并与 PSTN 集成，并且从手机或计算机拨打电话将是免费的（您已经付费的互联网除外）。毕竟，当你和我可以打开一个 64K VoIP 流并且它和 PSTN 一样好用时，我为什么还要为电话付费呢？似乎在今天，部署 VoIP 的第一大问题是通过 NAT 设备。
我怀疑如果我们拥有 NAT 中断的端到端连接，我们通常不会意识到许多事情会变得多么简单。人们仍然通过电子邮件（或 Dropbox）自己的文件，因为如果两个客户端位于 NAT 后面时需要调解器的核心问题。
我在其他答案中没有提到的 IPv4 耗尽的一个重要症状是，一些移动服务提供商几年前才开始使用 IPv6。您可能已经使用 IPv6 多年，甚至不知道。移动供应商是互联网游戏的新成员，不一定有大量预先存在的 IPv4 分配可供使用。它们还需要比电缆/DSL/光纤更多的地址，因为您的手机无法与您的其他家庭成员共享公共 IP 地址。
我的猜测是 IaaS 和 PaaS 提供商将是下一个，因为它们的增长与客户的物理地址无关。如果 IaaS 提供商很快以折扣价提供仅 IPv6，我不会感到惊讶。
前一段时间，主要 RIR 的正常分配空间不足。因此，对于大多数提供商而言，IPv4 地址的唯一来源是他们自己的库存和市场。
在某些情况下，最好有一个专用的公共 IPv4 IP，但这不是绝对必要的。还有一堆已分配但当前未在公共互联网上使用的公共 IPv4 地址（它们可能正在专用网络上使用，也可能根本未使用）。最后，有些旧网络的地址分配比他们需要的要松散得多。
三个最大的 RIR 现在允许在其成员之间以及彼此成员之间出售地址。因此，我们在拥有不使用的地址或拥有可以释放的地址的组织与另一方面真正需要更多 IP 地址的组织之间有一个市场。
难以预测的是每个价格点会有多少供需，因此未来市场价格将如何变化。到目前为止，每个 IP 的价格似乎仍然低得惊人。
理想情况下，互联网上的每个主机都应该能够获得一个全局范围的 IP 地址，但是 IPv4 地址耗尽是真实的，事实上ARIN 已经用完了他们的免费池中的地址。
每个人仍然可以正常访问 Internet 服务的原因是网络地址转换 (NAT) 技术允许多个主机共享公共 IP 地址。然而，这并非没有问题。
您已经得到了许多出色的答案，但我想补充一些尚未提及的内容。
是的，IPv4 地址耗尽很糟糕，这取决于您如何衡量它。一些公司仍然拥有大量 IPv4 地址，但我们开始看到运营商级 NAT 等变通方法。
但是当他们转向 IPv6 时，许多答案都是错误的。
以下是可以帮助解决 IPv4 地址短缺的技术列表。每个都有自己的优点和缺点。
IPv6
另一个考虑因素：即使 IPv6 在今天完全流行起来，由于人们将使用很长时间的旧设备（我仍然看到 Windows 2003 服务器和 Windows XP 工作站），逐步淘汰 IPv4 仍需要 20 年左右的时间偶尔！更不用说所有不支持 IPv6 的打印机和相机以及物联网小工具）。
最终，CGNat 是不够的。也许 IPv6 会流行起来，但我们也很有可能最终会看到国家级 NAT，或者类似的东西。
目前，作为一名顾问，我经常不得不向我的客户指出他们暴露在 IPv6 上（通常要感谢 Teredo）。下一个问题总是：“修复它要花多少钱？” 然后“阻止它要花多少钱？如果我们把它关掉，我们会失去什么？” 每次都猜猜会是什么决定。
底线：回答您的问题，是的，IPv4 耗尽是真实的。我们将看到很多应对它的机制。IPv6 可能会或可能不会最终成为等式。
需要明确的是：我并不是说我喜欢这种情况。我希望 IPv6 能够成功（并且我希望看到对 IPv6 的一些改进）。我只是在观察目前的情况。
ISP 过去常常向公司提供 256 个 IP 地址块。现在，ISP 很吝啬，给你（一家公司）5 个。回到那天（2003 年），你家中的每台 PC 和连接的设备都有自己的互联网 IP 地址。现在，cable/DSN/Fios 路由器拥有一个 IP 地址，并为您家中的所有 PC 提供 10.0.0.x 的 IP 地址。总结：ISP 曾经浪费IP 地址，现在他们不再浪费IP 地址了。
NAT 是在 IPv6 是一个想法时发生的事情，在它成为现实之前，IP 地址分配正在成为一个真正的问题（有人记得他们基本上是为了询问而分发 C 类的吗？）同时现实世界需要一个解决方案.
NAT 对于物联网来说是不够的。如果物联网要发生，它将会发生在 IPv6 上。物联网的本质与拨号世界的运作方式更加一致，只是同时连接的设备数量将增加几个数量级。
整个 IPv4 地址问题相当复杂。您可能会发现某些文章报告它已用尽，还有一篇文章谈论大量剩余（从未使用）地址从一方出售给另一方。问题是，为什么那些缺少它们的人（新兴地区和发达国家的农村地区）无法获得这些？
以下是我们不小心冒险进行的一项研究的结果。它利用原始 IPv4 协议 RFC791 和长期保留但几乎未使用的 240/4 地址块将 IPv4 池扩展 256M 倍。我们已经向 IETF 提交了一份名为 EzIP（Easy IPv4 的语音）的提案草案：
https://datatracker.ietf.org/doc/html/draft-chen-ati-adaptive-ipv4-address-space-03
基本上，EzIP 方法不仅可以解决 IPv4 地址短缺问题，还可以在很大程度上缓解网络安全漏洞的根本原因，并为 Internet 开辟新的可能性，所有这些都在 IPv4 域的范围内。事实上，这个方案可以在需要的地方“秘密地”部署到孤立的地区。这些应该可以缓解在相当长的时间内部署 IPv6 的紧迫性，并使 IPv4 地址交易市场失效。
任何想法或评论将不胜感激。
安倍(2018-07-15 17:29)
老实说，我认为它并没有人们想象的那么糟糕。是的，也许在某些地方，但不是那么多，因为没有足够的地址。这是因为它们都是拥有的。也许是我的位置或什么，但在过去七年左右的时间里，我为一堆中小型企业做过 IT 工作，而你们所谈论的所有事情通常都只是标准设置。除非你有一个糟糕的设备，否则这很容易，或者首先需要对网络进行糟糕的设置。
就个人而言，我对 NAT 很好。一般来说，这是一个额外的保护层。至少他们要么必须通过额外的设备，要么找到间接劫持我的连接的方法。就运行服务器而言，这通常不属于和/或被视为违反与您的 ISP 的合同，除非您为此付费。当然你可以做到，他们可能不会打扰你，但他们可以。
端口转发和所有这些并不复杂。现在，也许有些设备不容易配置，但这不是因为 IPv4。它仍然提供最大的兼容性，仅仅是因为它无处不在。
没有人真正需要给自己发电子邮件，并且向 Dropbox 或 Google Drive 或其他一百万个类似的服务发送一些东西并不完全是火箭科学，也不慢，这些天。我的意思是一切都同步。你把它放在一个文件夹里。除非你像我一样书呆子，并且你通过 ssh/sftp 做所有事情（好吧，不是所有事情）。而且，如果您出于某种原因确实想运行自己的服务器，那么云托管很便宜-我有一个专用的虚拟服务器，可以在 ssd 上运行 linux。带宽太快了。它的启动速度比我键入向上箭头并按 Enter 的速度还要快。并且是可扩展的 整个设置每月花费 5 到 10 美元，免费备份，没有电费。
真的不需要对等网络解决方案。即使是现在大多数多用户游戏都设置为通过中间服务器进行交互，所有设置和预配置。另一方面，如果我在这篇文章中所读到的都是真的，那么如果/当 IPv6 起飞时，IT 将会变得拥挤且便宜。甚至手机也正在接近类似光纤的速度。或者至少是电缆。
如果您确实运行内部服务器，并且需要在网络内部或外部使用相同的域名访问它，您总是可以使用基于 linux 的路由器和 dnsmasq 或其他任何东西以及主机中的自定义条目来欺骗它的地址如果您在内部，文件将您重定向到本地地址。
真的，我不认为让每个设备都有自己的地址直接在网络上浮动开放是不可取的。如果有人想在攻击你时掩饰自己，无论如何都会发生。但是，如果您只是坐在那里，在微风中尽情发挥，那么您就是一只坐着的鸭子。不，我会随时使用我的 IPv4 和我的 NAT。但它在那里很好。
无论如何，现在睡着了......可能还有更多话要说，但我明天会检查以防我错过了什么。我敢肯定还有更多。