2019年11月26日，負責英國、歐洲、中東和部分中亞地區互聯網資源分配的歐洲網絡協調中心（RIPE NCC）正式宣佈：
共計43億個IPV4地址已經全部分配完畢！
關於IPV4地址枯竭的問題，人們對此並不感到意外。因為互聯網一開始只是設計給美國軍方使用的，可能當時誰也沒有想到互聯網發展的速度會如此之快。早在二十世紀初，IPv4地址稀缺的問題便已初現端倪，對此人們也早早的做好了準備措施——第六代網際協議IPV6。但是在二者的過渡工作尚未完成之前，IPV4地址的匱乏和爆炸式增長的入網需求矛盾日益加深。該怎麼解決這個問題呢？
什麼是NAT協議？
NAT(Network Address Translator)，網絡地址翻譯器，也稱網絡地址轉換協議，NAT協議可以將一個由私有IP構成的局域網中所有的計算機，通過一臺具有公網IP和NAT功能的設備來訪問公網公網資源。因為局域網中的設備可以通過很少的公有IP（甚至一個）就能實現網上衝浪，很大程度上節約了地址資源，所以在實際場景中，NAT被應用的極其廣泛。豪不誇張的說，哪裡有網絡，哪裡就有NAT的身影。
私網是無法直接訪問公網的，這是因為用戶的私網地址會被公網的網關直接過濾掉，就算能通過公網網關，其響應包也無法返回正確的源地址。所以在內網的數據包進入公網之前，必須先將其轉換成公有IP。NAT所提供的的就是一種“私到公”的過渡技術。除了翻譯IP地址外，NAT同時還兼具著TCP/UDP端口的翻譯功能，這也是NAT為什麼常常被配置在網關計算機上的原因。那麼，NAT協議究竟是如何實現公私地址轉換的呢？
NAT協議的工作原理
簡單來說，用戶發出一個請求後，NAT設備會檢查該數據包，當它發現這是一個請求外網的數據包時，會進而檢查是否存在映射關係，對源IP地址和端口進行翻譯（修改），同時在映射表中添加新建的IP和端口的映射條目，然後再把修改的數據包轉發出去。如下方邏輯圖所示，左邊部分是內網用戶通過NAT訪問公網的過程，右半部分是公網返回內網的過程（剛好是左邊的逆過程）。
需要注意的是，在此過程中，發起連接請求的內網計算機對NAT設備的“翻譯”過程是一無所知的，並不知道自己的目的地址已經發生了改變。
NAT解決了IP地址枯竭的燃眉之急，因為隨著接入Internet的計算機數量的指數型怎張，IP地址資源也就顯得捉襟見肘。以中國為例，除了中國教育和科研計算機網等少數組織外，普通用戶想要申請整段的C類地址簡直難如登天！即使是哪些擁有著上百臺計算機的大型局域網用戶，能夠申請到的IP地址也不過數十個而已。顯然，如此少的IP地址是根本無法滿足現在的網絡狀況的。
NAT技術的弊端
儘管在表面上看，NAT似乎真的沒有缺點，除了節約公網IP資源外，它還可以保護我們內部網絡的安全。但是，完美無缺的事物是不存在的。在享受了NAT所帶來的便利後，NAT技術的缺陷也逐漸引起了人們的重視。
1.增加了網絡的複雜性
從之前NAT的工作過程的描述中可以看出，內網主機和公網IP之間並沒有建立真正的端對端連接！這就導致該過程無法參與高層網絡的一些協議，比如說非常重要的傳輸層協議——TCP和UDP，體現在實際中，就是某些需要初始化後，從外部網絡建立的鏈接服務會被非正常中斷。你的網絡可能會莫名其妙的斷開，還檢查不出原因。
這就對NAT路由器提出了更高的要求，否則送來的數據包有很大的可能根本無法找到正確的地址。但這又會導致另一個問題：NAT也會使安全協議變的更加複雜，網絡整體結構變得脆弱。
2.NAT違背了網絡分層模型的設計原則
根據OSI七層網絡結構中，明確規定：第N層不容許修改第N+1層的爆頭內容，但NAT報文中卻違背了這一原則。
NAT是一個網絡層的協議，卻再報頭中增添了TCP/UDP首部。這就誕生了一個尷尬的局面：一個配有NAT協議的路由器，邏輯上卻工作在傳輸層（路由器屬於網絡層設備）。
除此之外，在傳統的IP地址結構中，每個IP地址都對應一個網絡連接，Internet的軟件設計也是基於此前提之上，但使用NAT協議的網絡中卻可能存在多個主機使用相同的地址的情況。同時，因為NAT將IP協議從面向無連接變成了面向連接。路由器增加了一項新工作——維護專用IP地址與公用IP地址以及端口號的映射關係，大大增加了路由器的工作負擔。在原先的TCP/IP協議體系中，假設一個路由器出現了故障，只要幾秒收不到應答，就會執行超時重傳處理，重新發送，不會影響整體過程。如果存在NAT路由器，TCP/IP協議過程就會發生變動，Internet將有可能變得非常脆弱。
3.不能處理嵌入式IP地址或端口
由於NAT設備只能修改正常位於IP頭部，它只能翻譯那些正常位於IP首部中的地址信息和TCP/UDP首部中的端口信息。不能翻譯那些嵌入到應用數據部分的IP地址或端口信息。
但在實際中，嵌入式的IP地址或端口是很普遍的。同時，NAT在P2P網絡模式中的表現也令人堪憂。
如果通信雙方都是使用的公網IP，這不會造成什麼問題，但如果那個嵌入式地址和端口是內網的，鏈接就不可能成功建立，這樣就導致了NAT設備後的客戶端網絡應用程序出現連接故障。雖說可以通過NAT編輯器來在一定程度上緩和此類問題，比如WINDOW就針對TCP,FTP等協議做了製作了各自的編輯器，但應用協議實在是太多了，根本不可能面面俱到。即便是使用NAT穿越的手段，依舊解決不了那種NAT設備位於另一個NAT設備之後的情況。
綜上所述，NAT雖然能解決IP地址不足的問題，還能夠有效地避免來自網絡外部的攻擊，但終歸不是長久之計。
深究NAT技術誕生的緣由，正是因為IP地址不足。而IPV6能提供海量的IP地址，正中問題下懷。當然了，也不是說NAT技術在IPV6普及後就沒有存在的意義了。“不使用NAT上網無異於在網上裸奔”，即便是在今後的IPV6場景中，在沒有更加完善的方案解決安全性等諸多問題前，NAT技術在網絡結構中依舊擁有舉足輕重的位置！
閱讀更多 愛思考的奧特曼 的文章
