浅谈万物互联时代IP地址需求
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发布时间：2022-10-12 03:31
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时间：2023-10-17 15:13
网际协议IP是TCP／IP的心脏，也是网络层中最重要的协议。 IP层接收由更低层(网络接口层)发来的数据包， 并把该数据包发送到更高层——TCP或UDP层；相反，IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。IP数据包中含有发送它的主机的地址(源地址)和接收它的主机的地址(目的地址)[ [1] ]。
为了实现TCP/IP，网络中的每个设备都需要根据恰当的信息正确地配置。特别是，每个设备都需要分配一个本地的IP地址，以便让网络来认识这个设备。一个IP地址就是一个数字的标签，类似街道门牌号码，用一种“点+地址”的方式表述，每个十进制数字代表一串八个二进制数字——0和1。一个路由器如果要明白需要将哪个数据传输到哪个设备上，就必须用到IP地址。TCP/IP向路由器广播数据，用特定的IP地址来区分数据的接收者。路由器读到IP地址然后转发这个数据到这个地址的计算机上。
连接到今天的互联网上的每个服务器或设备都会被分配一个自己的IP地址。在未来的物联网世界里，每个单一的设备，不管多小，也必须要被分配IP地址。所以产生了由于需要联网的设备数量巨大，很容易超过可用的IP地址数量的问题——至少在当前的IPv4中。IPv4提供了大约43亿的唯一地址，其中的大部分已经被分配给了已有设备。
按照工信部在2010年的预估的5年间，我国IP需求量会增至345亿，包括移动互联网为10亿，物联网预计需求量为100亿，固定互联网为5亿（考虑IP地址33%的利用率）。而再要考虑到2025年，需求的增加将更将随着5G的部署和智能设备的普及而翻倍。尽快普及下一代互联网协议是一种解决方案，IPv6协议理论上扩充到了多达340个100万的11次幂的地址，远远超过所有可能的物联网设备所需要的地址。但是要预测5年后的全球IP地址数量还需要考虑诸多因素。
工程师在过去的十几年间，尝试通过各种办法为IPv4 协议续命延缓 IP 资源耗尽的时间。比如NAT 技术可以很大程度上缓解 IPv4 的地址短缺问题并且能够保护私有内部的网络，提供防火墙的功能；IPv4 与 IPv6 协议完全不兼容，我们需要引入双协议栈、隧道技术或者 NAT64 解决兼容性问题，而应用这些技术也需要额外的成本；通过对资源的细粒度管控，并回收不再使用的 IP 地址，延缓 IP 地址耗尽的时间等。
但是，发展IPv6成为全球公认的下一代互联网解决方案，全球你追我赶普及IPv6的竞争态势正在形成。IPV6是一个网络拓扑的*。不需要二手中转，也不需要P2P打洞，两个物联网的设备之间就可以非常好地自由地通讯。每一个设备也不需要躲在网关后面，就可以升级到网络世界的一等公民。而且因为都是直接IP， Ipv6网络可以降低10~30%的网络延时。在可预见的未来 IPv4 协议也终将被 IPv6 替代。而在接下来的5年，IPv6发展趋势依旧，到2025年，IPv6将占据大部分市场，5G使得万物互联成为可能，预测结果将基于IPv6。
根据APNIC Labs提供的全球IPv6 用户数及IPv6用户普及率的数据（该机构的测量工具对中国数据的测量可能不准确），截至2020年6月，全球IPv6用户数排名前五位的国家/地区依次是印度（3.58亿）、美国（1.43亿）、中国（1.2亿）、巴西（5千万）、日本（4千万）。
在域名系统方面，根据Hurricane Electric提供的数据，截止2020年6月，在全球1511个顶级域中，有1489个支持IPv6，占总量的98.5%，在这1511个顶级域中，有1485个权威服务器支持IPv6，占顶级域总量的98.3%。另外，经测试全球共有至少15114074个拥有AAAA记录的域名，占总域名量的5.9%。在Alexa排名前100万的网站中，共有203197（20.3%）个网址在AAAA记录中提供IPv6地址。同时，全球共有5万1千多个网址可以通过IPv6起始的域名提供IPv6访问。
根据We Are Social的全球数字报告数据，近五年全球联网的网民数量以稳定速度增加，2015年全球网民为34.2亿人；2016年全球网民达到37.7亿人；2017年全球网民达到40.2亿人；2018年全球网民达到43.9亿人；2019年全球网民达到45.4亿人。网民占全世界的总人口数量从46%增长到59%。从增长的趋势上看，全球的网民的增长速度稳定且逐渐增加。
在近五年中，非洲和南亚地区网民的增长数量极为显著，而相比之下，发达国家呈现小的增幅。整体来看，互联网用户并不是均匀的分布在全球各地，在非洲和南亚的大部分地区仍然数量较少。所以虽然发达国家，比如美国，在网民数量上将要达到瓶颈峰值，但是在全球范围，增长的趋势在接下来的5年也将基本保持。随着社会制度的完善，越来越多的老年人使用互联网，也是网民数量增长的一方面，预计2025年网民数量将可能突破60亿。考虑私人联网以移动设备的社交等基本需求为主，以人均一个IP地址作为基数，就至少需要60亿IP地址。
自2008年“智慧地球”提出以来，物联网概念在全球范围内迅速被认可，并成为新一代信息技术的发展方向。如今，物联网连接数量实现爆发式增长，物联网的商业化应用已经占据了整个市场的半壁江山，在物流、交通、建筑、医疗等行业应用已得到发展，但在对智能化要求较高的领域如智慧交通、制造、能源等，仍处于分散的、小规模的状态。
从全球角度出发，物联网产业正处于建立和完善过程中，物联网行业应用仍处于初级阶段，但随着5G、AI、区块链技术的发展，行业将进入加速发展阶段。各国为了抢占新一轮物联网行业的发展先机，纷纷出台*进行战略布局。美国的“SMART物联网法案、欧盟的十四点行动计划、日本的“i-Japan战略”、韩国的“u-Korea”策略规划、新加坡的“下一代I-Hub”计划等都将物联网作为当前发展的重要战略目标。据市场分析公司高德纳（Gartner）估计，2020年全球物联网设备数量达到260亿个，物联网市场规模达1.9万亿美元。
各大机构对全球物联网未来发展的预测如下表：
综合各大机构的预测数据，以全球各国物联网的增长速度，智能设备在2025年可突破750亿，万物互联要每一个智能设备可以拥有一个自己的IP地址，全球对于IP地址的需要也达750亿。
物联网发展技术壁垒可能导致智能设备在普及用户方面受到*而影响智能设备对于IP地址的需求量。根据《2014-2019年中国物联网行业应用领域市场需求与投资预测分析报告》显示，物联网需要多行业、多学科知识和技术的协同配合，物联网企业特别是从事跨越多层产品生产和服务提供的企业，需具备较强的通信技术、信号处理技术、信息处理技术等专业研发能力，还需要拥有较强的底层协议、微操作系统、与硬件紧密结合的嵌入式软件和信息处理应用平台软件开发能力。这样的要求在5年完成也是较大的挑战。
另一方面，NAT可以避免内部IP的频繁修改，可以当做防火墙，保护内部网络，在IPv6快速部署中也有存在的空间，这样对于大量的智能设备而言，可能不需要独立的IP地址。
基于IPv6的下一代互联网，正快速改变现有互联网的面貌与格局，在未来将成为支撑前沿技术和产业快速发展的基石，有力支撑起人工智能、物联网、移动互联网、工业互联网、5G等前沿技术的发展，催生出更多新业态、新应用、新场景，最终惠及到每一个网民。全球产业界已经为快速普及IPv6做好准备。通过之前各项因素的考虑，预计5年之后，全球IP地址的需求量在500亿左右，考虑到IP地址的利用率不是100%，全球IP地址的需求量超过650亿。
[[1]] 叶舟.IPv4向IPv6过渡关键技术研究[D].江苏:扬州大学,2009. DOI:10.7666/d.y1702450.
