文/ Geoff Huston 翻譯：楊望

2018 年12 月30 日，APNIC（亞太互聯(lián)網(wǎng)絡信息中心）發(fā)布《中國IPv6 突然加速！》一文。作者圍繞中國在全球IPv6 部署中的重要性，中國的IPv6 部署情況，F(xiàn)acebook、Google、Akamai 及APNIC 發(fā)布的對于中國IPv6 的測量數(shù)據(jù)，中國IPv6 的性能等幾個方面詳細闡述了我國在IPv6 上的加速部署。

為什么中國在IPv6 的故事中如此重要？

我們可以從經(jīng)濟學角度來審視IPv6 的部署過程。一旦一件商品被市場采用達到一定程度，新的市場行為就會出現(xiàn)：后期采用者會受到懲罰。因為他們之前沒有參與到市場引進的產(chǎn)品或服務活動中，很可能不得不額外花費資源來彌補之前沒有參與的損失。一旦市場已經(jīng)達到臨界點，市場上的其他參與者都會迫于壓力采用新的服務或產(chǎn)品，因為與現(xiàn)有采用者相比，后采用的人現(xiàn)在處于相對劣勢。IPv6 同樣遵循此規(guī)律。

如果我們從人的角度來看IPv6 采用的指標（作者按：計算“用戶”而不是連接的設備或流量大?。?，那么我們觀察到人口最多的五個經(jīng)濟體是中國、印度、美國、印度尼西亞和巴西，這五個經(jīng)濟體總共包含大約世界48%的人口。但如果我們觀察每個經(jīng)濟體的網(wǎng)民數(shù)量時，發(fā)現(xiàn)一些變化，那些兒童占人口比率更高、人均國內(nèi)生產(chǎn)總值低的國家，人均互聯(lián)網(wǎng)使用水平可能沒有那些經(jīng)濟水平更高、人口平均年齡更成熟的國家高。全球最大的五個互聯(lián)網(wǎng)用戶經(jīng)濟體是中國、印度、美國、巴西和日本，他們總共擁有大約全球51%的互聯(lián)網(wǎng)用戶。

雖然我們不知道IPv6 推廣應用的臨界點在哪，但是如果五個互聯(lián)網(wǎng)用戶最多的國家都全面采用了IPv6，那么IPv6 的應用必然已經(jīng)達到了推廣的臨界點。

在這五個國家經(jīng)濟體中，印度的IPv6部署數(shù)量最高。印度4.75億的互聯(lián)網(wǎng)用戶中的60%在使用支持IPv6 終端的設備和服務。在美國，2.91 億用戶中有略少于48%的人在使用IPv6。巴西擁有的IPv6 基礎設施服務占1.4 億用戶中的26%，而日本的IPv6用戶數(shù)占1.16 億用戶中的30%。就IPv6 部署而言，中國在這五個經(jīng)濟體中是最低的。

中國14 億總人口中估計有7.41 億網(wǎng)民，如果在中國有廣泛的IPv6 服務部署，那么突破IPv6 的應用臨界點就很容易；但如果這樣一個重要的用戶群體沒有IPv6 服務，也沒有任何可見的IPv6 服務計劃，那么關于IPv6 全面應用的時間點和確定性將朝著不同的方向發(fā)展。

這意味著中國在IPv6 的世界中很重要，這點非常重要。因此，測量中國的IPv6 采用率是當前的重要話題。

從數(shù)據(jù)看中國的IPv6 部署

互聯(lián)網(wǎng)測量一直很具有挑戰(zhàn)性。互聯(lián)網(wǎng)很大程度上是建立在私人公司的平臺上，對網(wǎng)絡的測量分析通?？梢援a(chǎn)生具有競爭力的市場情報。但現(xiàn)狀是，真正能讓我們了解網(wǎng)絡構成的大規(guī)模測量方法非常缺乏。當然，不僅僅是研究人員對這種情況感到沮喪，行業(yè)監(jiān)管和公共政策的制定工作不僅依賴于對當前環(huán)境的深入了解，還依賴于有足夠數(shù)量的數(shù)據(jù)來執(zhí)行合理的預測。

讓我們來看看關于中國在IPv6 部署中的一些公開數(shù)據(jù)。

中國的IPv6 地址

區(qū)域地址注冊中心維護有關IP 地址分配的記錄。在這些記錄中，他們會指定國家名稱，在地址分配記錄中添加兩個字母的國家代碼。盡管數(shù)據(jù)并不完全反映實際地理位置，但地址分配記錄的國家代碼與其公布地址的實際地理位置之間存在很強的相關性。

分配給中國的IPv6 地址塊數(shù)量的記錄如圖1 所示。2011 年至2015 年期間，指定給中國的IPv6 地址塊大部分是在2011 年到2015 年期間分配的。最近的分配記錄分別是2017 年底一塊/21 大小的地址被分配給了中國廣播電視網(wǎng)絡公司CBN，另一塊/20 大小的地址在2018 年分配給了中國石化。

圖1 中國IPv6 地址分配數(shù)量和BGP 宣告數(shù)量（2010-2018）

雖然許多地址分配都發(fā)生在幾年前，但在2017 年底之前，在Internet 域間路由空間中中國發(fā)布的IPv6 地址前綴總量一直很小。2017 年12 月29 日，BGP 發(fā)布地址總量從略低于/24 的IPv6 地址空間水平躍升至/20。2018 年10 月下旬，發(fā)布地址的總量增加了一倍多，略多于/18 的IPv6 地址空間。2018 年底，分配給中國的IPv6 地址空間有略少于一半的地址被BGP 發(fā)布。

這種趨勢與2018 年的IPv6 部署活動保持一致，盡管如何準確解釋這些數(shù)字依然具有挑戰(zhàn)性。通過BGP 發(fā)布IPv6 地址前綴是部署IPv6 服務的必要前提，但路由系統(tǒng)發(fā)布地址與終端用戶和服務使用地址之間可能還存在相當大的時間差。

在2011 年4 月通用地址池耗盡之前的三個月內(nèi)，APNIC 為中國分配了大量的IP 地址塊。這一期間，大約1.3 億個IPv4 地址被分配給中國。而這些地址公布到路由系統(tǒng)中花了更長的時間。在2010 年初，路由系統(tǒng)中分配給中國的大約85%的IPv4 地址是可見的。2010 年5 月，這一比例降至75%。然而在七年的時間里，路由系統(tǒng)中可見的地址數(shù)量已經(jīng)攀升到已分配地址的90%。盡管未發(fā)布的地址數(shù)量正在緩慢下降，中國未發(fā)布的IPv4 地址池總共覆蓋了3200 萬個地址。自2014 年以來，中國通過地址交易進一步增加地址持有量。這些地址交易形成了IPv4 地址凈流入中國的現(xiàn)象。

自2016 年以來，中國的IPv4 地址增長基本上已經(jīng)停止。在中國，任何IPv4 互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模擴張都必須通過各種使用網(wǎng)絡地址轉換手段（NATs）的地址共享形式來實現(xiàn)。不幸的是，在中國或其他任何國家都沒有關于NAT 使用的公開數(shù)據(jù)，不過用戶數(shù)量自身也可以來解釋數(shù)據(jù)問題。我們已知在中國大約有3.01 億個IPv4地址服務7.41 億互聯(lián)網(wǎng)用戶。有些用戶可能擁有多個聯(lián)網(wǎng)設備，而另一些用戶可能通過共享一個設備連接上網(wǎng)，平均估計中國的設備數(shù)量超過10 億個是合理的，這意味著平均IPv4 地址共享率約為3 個設備/IP 地址。

雖然當2016 年初最后一個大型的IPv4 地址塊部署到網(wǎng)絡中后，中國的IPv4 網(wǎng)絡停止了重大的擴張，但這些網(wǎng)絡中的IPv6部署出現(xiàn)了滯后。中國的IPv6 部署活動僅在2018 年初才有所加強，IPv6 網(wǎng)絡在地址發(fā)布方面的主要增長發(fā)生在2018 年10 月。

Facebook 的測量

Facebook 發(fā)布了一組關于IPv6 部署的測量結果。截至2018年12 月底，F(xiàn)acebook 公布了IPv6 流量約占Facebook 總流量的25%，并給出了每個國家的流量數(shù)據(jù)（可從Facebook 上“按國家采用”報告中獲得）。

對這些數(shù)據(jù)有這樣一些觀點。

第一個觀點是，中國的IPv6 流量比例仍然很低，從2018 年年中的0.5%上升到年底的2.5%。

第二個觀點給出了一種可能的解釋，即Facebook 通常不能從中國境內(nèi)訪問（請參見關于此類體驗的賬戶演示）。

中國的Facebook 用戶可能正在使用某種形式的VPN 工具，而使用的VPN 工具可能只能使用IPv4 地址訪問Facebook。

令人好奇的是，在2018 年初的前幾個月里，IPv6 的流量比例下降了2/3，并且一直保持在相對較低的水平，直到2018年8月，這一比例大幅上升到了年底的2.5%。在5 月和7 月出現(xiàn)的突然變化在小數(shù)據(jù)集上更常見，因此有理由推測本報告背后的潛在流量相對較小。

但據(jù)報道，F(xiàn)acebook 在中國并不普遍可用，因此，對2.4%的IPv6 流量的測量可能并不能反映出中國IP 基礎設施的總體情況。

Google 的測量

谷歌也有一個類似的測量頁面。谷歌報告稱，他們的報告反映了“通過IPv6 訪問谷歌的用戶百分比”。

據(jù)谷歌統(tǒng)計，工作日中約22%的全互聯(lián)網(wǎng)用戶使用IPv6 訪問谷歌，而周末的用戶比例則上升到26%。盡管不清楚用戶群體的確切組成，我們可以得出這樣的結論：個人用戶使用IPv6 服務的數(shù)量高于公司和企業(yè)。

谷歌報告了目前每個國家的IPv6 使用率，在12 月底，谷歌報告了在中國約3.37%的用戶使用IPv6 訪問谷歌，如圖2 所示。

雖然谷歌只發(fā)布每日報告，但是Eric Vyncke 將每日測量數(shù)據(jù)組成時間序列。谷歌在中國受歡迎的程度并不清楚，特別要考慮的是谷歌已經(jīng)正式退出中國市場。與Facebook 數(shù)據(jù)一樣，報告的數(shù)據(jù)也出現(xiàn)了一些意想不到的快速變化，如2016 年初的快速上漲和下跌以及2017 年初的快速上漲。2018 年的數(shù)據(jù)模式與Facebook 的數(shù)據(jù)模式一致，在2018 的上半年有所下降，而后則有所上升。但在Facebook 數(shù)據(jù)中，我們看到最終年底數(shù)據(jù)高于年初的水平，而谷歌數(shù)據(jù)則相反，年底只有3.3%，低于年初的4.2%。

完全有可能谷歌數(shù)據(jù)只反映了一小部分中國用戶，因此與Facebook 數(shù)據(jù)一樣，這可能無法反映中國IPv6 部署的全局。

Akamai 的測量

Akamai公司為許多在線服務提供商提供內(nèi)容分發(fā)服務（CDN），并在許多國家/地區(qū)運營數(shù)據(jù)中心。Akamai 發(fā)布的“互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀”報告包括使用IPv6 訪問Akamai 服務的中國用戶比例。根據(jù)他們的報告顯示，到2018 年底，IPv6 使用率為4.6%。

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，截止到2018 年底，中國的IPv6 使用率為4.5%。與Facebook 和谷歌在過去幾年數(shù)據(jù)中的比較表明，Akamai 可能有擁有比使用谷歌和Facebook 更大的測量對象，這也使得2018 年中8%使用率的峰值更加令人好奇。

圖2 谷歌關于中國IPv6 報告

Akamai 并不是唯一報告這種異常變化的公司。CloudFlare公司大約在同時報告了來自AS9898（中國移動廣東分公司）的IPv6 使用量的類似峰值，此峰值可能反映了一個或多個中國網(wǎng)絡對IPv6 的某種短期測試行為。

APNIC 的測量

APNIC 一直在使用在線廣告嵌入的腳本對IPv6 部署情況進行測量。當廣告被傳送到瀏覽器時，一個嵌入的腳本被激活。此腳本指示瀏覽器訪問有IPv4/v6 雙棧地址的URL、僅有IPv4 地址的 URL 和僅有IPv6 地址的 URL 的提取，所有這些URL 都存放在APNIC 維護的服務器上（對中國用戶此服務器位于新加坡）。然后，這些服務器可以根據(jù)運行的腳本測量用戶的IPv6 支持能力。

我們使用服務器的數(shù)據(jù)來計算可以訪問IPv6 地址 URL 的中國用戶數(shù)量。每日總計的時間序列如圖3 所示。在這個數(shù)據(jù)集中，中國目前的IPv6 使用率在7%左右。

圖3 APNIC 中國IPv6 使用率時間序列數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)的總體形狀與Akamai 的數(shù)據(jù)相似，即在2018 年年中之前，數(shù)據(jù)量相對較小，約為1%。2018 年7 月的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了大幅增長，然后從2018 年10 月開始，IPv6 的水平顯著提高，目前約有7%的用戶在使用IPv6。

廣告活動管理有大量的可變因素，因為廣告投放會受其他并發(fā)投放的廣告活動影響，內(nèi)嵌在線廣告的應用程序流行度也會對廣告投放產(chǎn)生影響。結果顯示，每日廣告投放的數(shù)量具有相當大的變化水平。在2015 年底，投放到中國終端的廣告數(shù)量有所增加，從那時起每天的廣告計數(shù)在10 萬到100 多萬之間變化。

此測量的服務器被部署于新加坡，那么如果服務器位于中國境內(nèi)，數(shù)據(jù)是否會有所不同呢？中國境內(nèi)是否有無法與中國境外建立IPv6 連接的更大的用戶群呢？為了回答這個問題，我們得到了位于中國境內(nèi)的服務器的幫助，并對位于中國境內(nèi)的服務器執(zhí)行了相同的URL 測試。這使我們能夠從中國國內(nèi)的有利位置來收集關于中國境內(nèi)IPv6 的數(shù)據(jù)并和國外的數(shù)據(jù)進行對比。比較結果如圖4 所示。

圖中兩條曲線在2018 年10 月底和11 月和12 月之間的差異可能與新加坡的服務器過載有關，這導致了訪問新加坡服務器IPv6 URL 的請求數(shù)量異常下降。這種情況在12 月中得到了解決，此后兩個服務器上的IPv6 測量結果是一致的。同樣有趣的是，本次活動中的兩臺服務器在12 月的最后一周都報告了接近10%的IPv6 使用率，比全球大型廣告活動的測量結果還高出2～3%。

圖4 中國國內(nèi)外IPv6 使用數(shù)據(jù)對比

在國內(nèi)，中國按照線路和其他經(jīng)濟體的不同組織互聯(lián)網(wǎng)服務提供商（ISP）。許多中國的ISP 提供的并不是使用單一AS 號的單一網(wǎng)絡，而是將其網(wǎng)絡管理視圖進一步劃分為不同的區(qū)域網(wǎng)絡，其中的典型是中國聯(lián)通和中國移動。如果我們從自治系統(tǒng)的角度來看待中國，并將這些區(qū)域網(wǎng)絡視為一個獨立的網(wǎng)絡，那么就有32 個用戶規(guī)模在100 萬或以上的網(wǎng)絡，另外還有26 個用戶規(guī)模在10 萬至100 萬用戶之間的網(wǎng)絡，（完整的網(wǎng)絡用戶可以在https：//stats.labs.apnic.net/cgi-bin/v6pop?c=CN 查看）。

這些運營商網(wǎng)絡中，有一個網(wǎng)絡運營商多年來一直支持IPv6，即中國教育和科研計算機網(wǎng)CERNET，AS 4538。盡管可能是測量環(huán)境和網(wǎng)絡本身的變化導致使用率的測量結果有一些變化，CERNET 的IPv6 使用率多年來一直在30%左右，如圖5 所示。

我們觀察到大多數(shù)其他中國ISP 對IPv6 的部署都發(fā)生在最近幾個月，這個結果與地址測量以及Akamai 的觀測數(shù)據(jù)一致。

值得注意的是，中國移動集團內(nèi)部的許多區(qū)域網(wǎng)絡都在進行IPv6 部署。一個很好的例子是CloudFlare 公司在2018 年7 月觀察到的AS9808 網(wǎng)絡（廣東移動）。在這一網(wǎng)絡中，大規(guī)模的IPv6 部署可能始于2018 年9 月和10 月的測試，然后在2018 年11 月進行了更大規(guī)模的部署測試。到2018 年底，該網(wǎng)絡中的IPv6 部署水平約為15%。

同樣的情況在AS56048（中國移動北京分公司）的網(wǎng)絡中也很明顯，他們在2018 年6 月、7 月和8 月進行了3 次IPv6 部署測試，隨后在2018 年11 月進行了大規(guī)模部署。該網(wǎng)絡當前的部署范圍涵蓋了約1200 萬用戶基數(shù)的25%左右。同樣，2018 年11 月和12 月的零點數(shù)據(jù)是測量中人為因素導致的，與網(wǎng)絡中的任何變化無關。

圖5 IPv6 in AS4538 - CERNET

中國移動集團湖南分公司的AS56047 網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)也顯示了相似的趨勢，說明他們也在近期進行了大規(guī)模部署。

最后，中國最大的ISP 中國電信表現(xiàn)如何呢？該網(wǎng)絡是中國最大的用戶網(wǎng)絡，AS4134，估計有3 億用戶。2018 年5 月起該網(wǎng)絡在IPv6 部署上出現(xiàn)了明顯的變化，該變化在2018 年11 月起則再次出現(xiàn)。值得注意的是，即使該網(wǎng)絡只在5%的用戶中部署了IPv6服務，也有超過1500萬用戶，這是一個值得稱贊的成就。

中國IPv6 服務的性能

APNIC 的測量系統(tǒng)還包括兩個進一步的測量：連接故障測量和IPv4/IPv6 往返時延比較測量。

客戶端和服務器之間在打開HTTP 會話訪問URL 時發(fā)送的TCP 三次握手被用來計算連接丟失率。TCP 以客戶端向服務器發(fā)送設置了SYN 標志的TCP 報文開始，服務器用一個設置了SYN和ACK 標志的報文響應，客戶端通過發(fā)送一個設置了ACK 標志的TCP 報文來完成連接。

如果服務器接收到初始的TCP SYN 數(shù)據(jù)包并發(fā)送SYN/ACK響應，但它沒有接收到最終的ACK 報文，則該連接被定義為失敗的連接。這些連接失敗的可能原因是本地防火墻和報文過濾程序。防火墻通常允許所有形式的出站數(shù)據(jù)包，但檢查和過濾入站數(shù)據(jù)包。如果過濾程序僅被配置為IPv4 服務，那么傳入的IPv6數(shù)據(jù)包（包括SYN/ACK 相應數(shù)據(jù)包）將被此類防火墻丟棄。這樣的防火墻配置在嘗試IPv6 連接時會總是失敗，如圖6 所示。

互聯(lián)網(wǎng)的平均IPv6 連接失敗率約為1%，因此即使中國最近的IPv6 連接失敗率降到3%，也遠高于全球平均水平。平均值隱藏了不同網(wǎng)絡連接失敗率的變化，一些中國網(wǎng)絡IPv6 連接失敗率非常高。其中最高的是中國聯(lián)通廣東分公司的AS 134543 網(wǎng)絡，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，該網(wǎng)絡的連接失敗率高達IPv6 連接嘗試的60%。中國最大的網(wǎng)絡ChinaNet(AS 4134)，擁有1500 萬個IPv6客戶端，連接失敗率統(tǒng)計為4%。這意味著有60 萬用戶正在體驗到IPv6 連接丟失，這是一個非常高的失敗率。

另一個測量方法是測量雙棧設備時比較IPv4 和IPv6 不同地址下的連接往返時延。

圖6 中國IPv6 連接失敗率

如果用戶有一個雙棧連接的設備，那么測量腳本將讓用戶先使用IPv4 地址訪問Web 對象，并再次使用IPv6 地址訪問同一物理服務器上的對象。通過查看這兩個協(xié)議中的TCP 握手過程，我們可以在相同的兩個端點之間分別使用IPv4 地址和IPv6 地址進行兩次往返時延測量。從新加坡的APNIC 服務器可以看出，與來自同一端點的IPv4 連接相比，連接到服務器的IPv6 連接平均要長70 毫秒左右的時間。這意味著兩者路由并不對稱，IPv6 路由的路徑與IPv4 路由的路徑不同，尤其是中國到新加坡的路徑，可能會跨越太平洋后再返回新加坡，而對于大多數(shù)ISP 來說，IPv4 路徑可能是一個更短的南北向直連線路。不同的ISP 的IPv6 測量數(shù)據(jù)并不相同，采樣點的平均標準偏差約為80 毫秒。這意味著不同的網(wǎng)絡使用不同的路由配置。與IPv4 路由相比，中國的某些網(wǎng)絡和新加坡在IPv6 上的RTT 性能更好。中國聯(lián)通主干網(wǎng)AS5837 和新加坡之間的IPv6 RTT 數(shù)據(jù)比IPv4 的RTT 快25 毫秒。

當我們在中國境內(nèi)的服務器上查看連接失敗率時，統(tǒng)計數(shù)字會發(fā)生什么變化呢？

出乎意料的是，在中國境內(nèi)服務器上的連接失敗率更高，大約8%的IPv6 連接嘗試沒能成功。對于這種更高的連接失敗率，還沒有好的解釋。

中國的內(nèi)部IPv6 路由管理表現(xiàn)得很好，往返時間的平均差異表明，IPv4 和IPv6 的路由路徑處理大致相同。

訪問失敗率每日數(shù)據(jù)之間的變化表明這些測量值存在一定程度的波動，部分原因可能是路由變化，部分原因可能是每日廣告投放分布的變化。我們可以通過AS網(wǎng)絡來進一步劃分這些測量值。

有三個AS 網(wǎng)絡的IP 連接可能使用了一些更長的外部路徑來訪問中國國內(nèi)的服務器。在其他大多數(shù)情況下，IPv6 提供了更好的RTT 性能。

在過去的幾個月里，我們看到了一些中國的規(guī)模部署IPv6服務的證據(jù)，這在中國移動的區(qū)域網(wǎng)絡和中國ChinaNet 主干網(wǎng)的網(wǎng)絡中最為明顯。

谷歌和Facebook 發(fā)布的IPv6 數(shù)據(jù)似乎只看到了中國IP 基礎設施的一小部分，而使用VPN 訪問這些服務很可能會使這一部分數(shù)據(jù)受到影響。來自Akamai 的統(tǒng)計與我們基于APNIC 廣告的測量計劃中看到的數(shù)據(jù)一致。在中國，IPv6 的使用已經(jīng)發(fā)生了大規(guī)模的變化，從11 月開始，在這些大規(guī)模的服務網(wǎng)絡中，顯示出了很多明顯地向IPv6 遷移的跡象。

如果有人希望中國成為未來幾年推動互聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模IPv6 遷移部署臨界點的最后一環(huán)，那么情況看起來非常令人鼓舞。