中國下一代互聯網IPv6突然加速！

2018年12月30日，APNIC發佈《中國IPv6突然加速！》的文章。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，Facebook、Google、Akamai及APNIC發佈的對於中國IPv6的測量數據，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。

文/ Geoff Huston 翻譯：楊望

為什麼中國在IPv6的故事中如此重要？

我們可以從經濟學角度來審視IPv6的部署過程。一旦一件商品被市場採用達到一定程度，新的市場行為就會出現：後期採用者會受到懲罰。因為他們之前沒有參與到市場引進的產品或服務活動中，很可能不得不額外花費資源來彌補之前沒有參與的損失。一旦市場已經達到臨界點，市場上的其他參與者都會迫於壓力採用新的服務或產品，因為與現有采用者相比，後採用的人現在處於相對劣勢。IPv6同樣遵循此規律。

如果我們從人的角度來看IPv6採用的指標（作者按：計算“用戶”而不是連接的設備或流量大小），那麼我們觀察到人口最多的五個經濟體是中國、印度、美國、印度尼西亞和巴西，這五個經濟體總共包含大約世界48%的人口。但如果我們觀察每個經濟體的網民數量時，發現一些變化，那些兒童占人口比率更高、人均國內生產總值低的國家，人均互聯網使用水平可能沒有那些經濟水平更高、人口平均年齡更成熟的國家高。

雖然我們不知道IPv6推廣應用的臨界點在哪，但是如果五個互聯網用戶最多的國家都全面採用了IPv6，那麼IPv6的應用必然已經達到了推廣的臨界點。

在這五個國家經濟體中，印度的IPv6部署數量最高。印度4.75億的互聯網用戶中的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於48%的人在使用IPv6。巴西擁有的IPv6基礎設施服務佔1.4億用戶中的26%，而日本的IPv6用戶數佔1.16億用戶中的30%。就IPv6部署而言，中國在這五個經濟體中是最低的。

中國14億總人口中估計有7.41億網民，如果在中國有廣泛的IPv6服務部署，那麼突破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，那麼關於IPv6全面應用的時間點和確定性將朝著不同的方向發展。

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採用率是當前的重要話題。

互聯網測量一直很具有挑戰性。互聯網很大程度上是建立在私人公司的平臺上，對網絡的測量分析通常可以產生具有競爭力的市場情報。但現狀是，真正能讓我們瞭解網絡構成的大規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，行業監管和公共政策的制定工作不僅依賴於對當前環境的深入瞭解，還依賴於有足夠數量的數據來執行合理的預測。

讓我們來看看關於中國在IPv6部署中的一些公開數據。

1.中國的IPv6地址

區域地址註冊中心維護有關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。儘管數據並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佈地址的實際地理位置之間存在很強的相關性。

圖1 中國IPv6地址分配數量和BGP宣告數量（2010-2018）

分配給中國的IPv6地址塊數量的記錄如圖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絡公司CBN，另一塊/20大小的地址在2018年分配給了中國石化。

雖然許多地址分配都發生在幾年前，但在2017年底之前，在Internet域間路由空間中中國發布的IPv6地址前綴總量一直很小。2017年12月29日，BGP發佈地址總量從略低於/24的IPv6地址空間水平躍升至/20。2018年10月下旬，發佈地址的總量增加了一倍多，略多於/18的IPv6地址空間。2018年底，分配給中國的IPv6地址空間有略少於一半的地址被BGP發佈。

這種趨勢與2018年的IPv6部署活動保持一致，儘管如何準確解釋這些數字依然具有挑戰性。通過BGP發佈IPv6地址前綴是部署IPv6服務的必要前提，但路由系統發佈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。

圖2 中國IPv4地址段分配與BGP發佈趨勢（2010-2018）

讓我們將IPv6的數據與中國IPv4地址分配和發佈的記錄進行比較，如圖2所示。在2011年4月通用地址池耗盡之前的三個月內，APNIC（為中國服務的區域互聯網地址註冊中心）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。而這些地址公佈到路由系統中花了更長的時間。在2010年初，路由系統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%。然而在七年的時間裡，路由系統中可見的地址數量已經攀升到已分配地址的90%。儘管未發佈的地址數量正在緩慢下降，中國未發佈的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地址淨流入中國的現象。

自2016年以來，中國的IPv4地址增長基本上已經停止。在中國，任何IPv4互聯網的規模擴張都必須通過各種使用網絡地址轉換手段（NATs）的地址共享形式來實現。不幸的是，在中國或其他任何國家都沒有關於NAT使用的公開數據，不過用戶數量自身也可以來解釋數據問題。我們已知在中國大約有3.01億個IPv4地址服務7.41億互聯網用戶。有些用戶可能擁有多個聯網設備，而另一些用戶可能通過共享一個設備連接上網，平均估計中國的設備數量超過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年初最後一個大型的IPv4地址塊部署到網絡中後，中國的IPv4網絡停止了重大的擴張，但這些網絡中的IPv6部署出現了滯後。如圖1所示，中國的IPv6部署活動僅在2018年初才有所加強，IPv6網絡在地址發佈方面的主要增長髮生在2018年10月。

2.Facebook的測量

Facebook發佈了一組關於IPv6部署的測量結果。截至2018年12月底，Facebook公佈了IPv6流量約佔Facebook總流量的25%，並給出了每個國家的流量數據（可從Facebook上“按國家採用”報告中獲得）。2018年的IPv6數據圖如圖3所示。

對這些數據有這樣一些觀點。

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訪問（請參見關於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年初的前幾個月裡，IPv6的流量比例下降了2/3，並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月出現的突然變化在小數據集上更常見，因此有理由推測本報告背後的潛在流量相對較小。

圖3 中國訪問Facebook的IPv6流量比率（2018）

但據報道，Facebook在中國並不普遍可用，因此，對2.4%的IPv6流量的測量可能並不能反映出中國IP基礎設施的總體情況。

3.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”。

據谷歌統計，工作日中約22%的全互聯網用戶使用IPv6訪問谷歌，而週末的用戶比例則上升到26%。儘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服務的數量高於公司和企業。

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4所示。

圖4 谷歌關於中國IPv6報告

雖然谷歌只發布每日報告，但是Eric Vyncke將每日測量數據組成時間序列，這些數據如圖5所示。谷歌在中國受歡迎的程度並不清楚，特別要考慮的是谷歌已經正式退出中國市場。與Facebook數據一樣，報告的數據也出現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年的數據模式與Facebook的數據模式一致，在2018的上半年有所下降，而後則有所上升。但在Facebook數據中，我們看到最終年底數據高於年初的水平，而谷歌數據則相反，年底只有3.3%，低於年初的4.2%。

完全有可能谷歌數據只反映了一小部分中國用戶，因此與Facebook數據一樣，這可能無法反映中國IPv6部署的全局。

圖5 谷歌關於中國IPv6報告數據的時間序列

4.Akamai的測量

Akamai公司為許多在線服務提供商提供內容分發服務（CDN），並在許多國家/地區運營數據中心。Akamai發佈的“互聯網現狀”報告包括使用IPv6訪問Akamai服務的中國用戶比例。根據他們的報告顯示，到2018年底，IPv6使用率為4.6%，如圖6所示。

圖6 Akamai關於中國IPv6報告

與谷歌數據一樣，Eric Vyncke已經將這些每日測量數據組成時間序列，該數據如圖7所示。

圖7 Akamai關於中國IPv6報告數據的時間序列

此數據與圖1中的IPv6的BGP發佈數據時間序列具有一定的相關性，在2018年都有一個非常顯著的增長變化。根據數據顯示，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據中的比較表明，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。

Akamai並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箇中國網絡對IPv6的某種短期測試行為。

5.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於新加坡）。然後，這些服務器可以根據運行的腳本測量用戶的IPv6支持能力。

我們使用服務器的數據來計算可以訪問IPv6地址 URL的中國用戶數量。每日總計的時間序列如圖8所示。在這個數據集中，中國目前的IPv6使用率在7%左右。

圖8 APNIC中國IPv6使用率時間序列數據

數據的總體形狀與Akamai的數據相似，即在2018年年中之前，數據量相對較小，約為1%。2018年7月的數據出現了大幅增長，然後從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。

　圖9 APNIC中國IPv6測量中的廣告影響計數

廣告活動管理有大量的可變因素，因為廣告投放會受其他併發投放的廣告活動影響，內嵌在線廣告的應用程序流行度也會對廣告投放產生影響。結果顯示，每日廣告投放的數量具有相當大的變化水平，圖9顯示了疊加在中國IPv6使用率數據上的每日廣告中國投放影響數的時間序列數據。在2015年底，投放到中國終端的廣告數量有所增加，從那時起每天的每天的廣告計數在10萬到100多萬之間變化。

此測量的服務器被部署於新加坡，那麼如果服務器位於中國境內，數據是否會有所不同呢？中國境內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，我們得到了位於中國境內的服務器的幫助，並對位於中國境內的服務器執行了相同的URL測試。這使我們能夠從中國國內的有利位置來收集關於中國境內IPv6的數據並和國外的數據進行對比。

比較結果如圖10所示。

圖10 中國國內外IPv6使用數據對比

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的請求數量異常下降。這種情況在12月中得到了解決，此後兩個服務器上的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月的最後一週都報告了接近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%。

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

這些運營商網絡中，有一個網絡運營商多年來一直支持IPv6，即中國教育和科研計算機網CERNET，AS 4538。儘管可能是測量環境和網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11所示。

圖11 IPv6 in AS4538 - CERNET

我們觀察到大多數其他中國ISP對IPv6的部署都發生在最近幾個月，這個結果與地址測量以及Akamai的觀測數據一致。

值得注意的是，中國移動集團內部的許多區域網絡都在進行IPv6部署。一個很好的例子是CloudFlare公司在2018年7月觀察到的AS9808網絡（廣東移動）。在這一網絡中，大規模的IPv6部署可能始於2018年9月和10月的測試，然後在2018年11月進行了更大規模的部署測試。到2018年底，該網絡中的IPv6部署水平約為15%,如圖12所示。

2018年12月5日的峰值是一個測試中的人為因素，與該網絡的任何活動無關。

圖12 AS9808的IPv6使用率數據 （中國移動廣東分公司）

同樣的情況在AS56048（中國移動北京分公司）的網絡中也很明顯，他們在2018年6月、7月和8月進行了3次IPv6部署測試，隨後在2018年11月進行了大規模部署。該網絡當前的部署範圍涵蓋了約1200萬用戶基數的25%左右，如圖13所示。同樣，11月和12月的零點數據是測量中人為因素導致的，與網絡中的任何變化無關。

圖13 AS56048的IPv6使用率數據 （中國移動北京分公司）

中國移動集團湖南分公司的AS56047網絡的數據也顯示了相似的趨勢，說明他們也在近期進行了大規模部署（圖14）。

圖14 AS56047的IPv6使用率數據 （中國移動湖南分公司）

最後，中國最大的ISP中國電信表現如何呢？該網絡是中國最大的用戶網絡，AS4134，估計有3億用戶。2018年5月起該網絡在IPv6部署上出現了明顯的變化，該變化在2018年11月起則再次出現。值得注意的是，即使該網絡只在5%的用戶中部署了IPv6服務，也有超過1500萬用戶，這是一個值得稱讚的成就，如圖15所示。

圖15 AS4134的IPv6使用率數據（中國電信主幹網）

中國IPv6服務的性能

APNIC的測量系統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送設置了SYN標誌的TCP報文開始，服務器用一個設置了SYN和ACK標誌的報文響應，客戶端通過發送一個設置了ACK標誌的TCP報文來完成連接。

如果服務器接收到初始的TCP SYN數據包併發送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牆和報文過濾程序。防火牆通常允許所有形式的出站數據包，但檢查和過濾入站數據包。如果過濾程序僅被配置為IPv4服務，那麼傳入的IPv6數據包（包括SYN/ACK相應數據包）將被此類防火牆丟棄。這樣的防火牆配置在嘗試IPv6連接時會總是失敗。

圖16 中國IPv6連接失敗率

互聯網的平均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%，也遠高於全球平均水平。平均值隱藏了不同網絡連接失敗率的變化，一些中國網絡IPv6連接失敗率非常高。其中最高的是中國聯通廣東分公司的AS 134543網絡，根據數據統計，該網絡的連接失敗率高達IPv6連接嘗試的60%。中國最大的網絡ChinaNet(AS 4134)，擁有1500萬個IPv6客戶端，連接失敗率統計為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，如圖17所示。

圖17 中國IPv6/IPv4 RTT比較

如果用戶有一個雙棧連接的設備，那麼測量腳本將讓用戶先使用IPv4地址訪問Web對象，並再次使用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。這意味著兩者路由並不對稱，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，可能會跨越太平洋後再返回新加坡，而對於大多數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測量數據並不相同，採樣點的平均標準偏差約為80毫秒。這意味著不同的網絡使用不同的路由配置。與IPv4路由相比，中國的某些網絡和新加坡在IPv6上的RTT性能更好。中國聯通主幹網AS5837和新加坡之間的IPv6 RTT數據比IPv4的RTT快25毫秒。

當我們在中國境內的服務器上查看連接失敗率時，統計數字會發生什麼變化呢？圖18顯示了中國境內服務器的連接失敗率。

　圖18 中國境內IPv6服務連接失敗率

出乎意料的是，在中國境內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。對於這種更高的連接失敗率，還沒有好的解釋。

中國的內部IPv6路由管理表現得很好，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，如圖19所示。

圖19 中國境內服務器IPv6/IPv4 RTT性能比較

訪問失敗率每日數據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佈的變化。我們可以通過AS網絡來進一步劃分這些測量值，如圖20所示。

圖20 中國境內服務器IPv6/IPv4 RTT性能比較（按AS網絡劃分）

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

總結

在過去的幾個月裡，我們看到了一些中國的規模部署IPv6服務的證據，這在中國移動的區域網絡和中國ChinaNet主幹網的網絡中最為明顯。

谷歌和Facebook發佈的IPv6數據似乎只看到了中國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據受到影響。來自Akamai的統計與我們基於APNIC廣告的測量計劃中看到的數據一致。在中國，IPv6的使用已經發生了大規模的變化，從11月開始，在這些大規模的服務網絡中，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網大規模IPv6遷移部署臨界點的最後一環，那麼情況看起來非常令人鼓舞。

致謝

感謝CERNET的優秀員工在本測量項目中給予的中國國內服務器測量方面的幫助，並感謝谷歌對APNIC測量項目的持續支持。

（聲明：本文內容來源於APNIC網站，文中觀點僅為APNIC及作者本人觀點。轉載翻譯本文的目的在於傳遞更多信息及用於網絡分享。)

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