IPv6測試研究與實踐

摘要：從IPv6協議測試范圍和測試方法兩個方面對IPv6協議測試進行了研究分析，并從設備、網絡和網站系統等3個方面探討論了IPv6測試的規范和體系。基于近年IPv6測試領域相關成果，介紹了IPv6論壇的測試體系IPv6 Ready和IPv6 Enabled，以及全球在IPv6測試方面的實踐和探索。

關鍵詞： IPv6測試；互操作性；一致性；測試范圍；測試方法

Abstract： In this paper， we discuss the scope and methods of IPv6 protocol testing. We discuss IPv6 testing framework in terms of devices， network， and website testing. We also discuss international studies on IPv6 Ready and IPv6 Enabled and give an overview of global IPv6 testing practice.

Key words： IPv6 testing； interoperability； conformance； scope of testing； method of testing

2011年2月3日，互聯網地址編碼分配機構IANA的報告宣稱全球最后IPv4地址塊已經分配完畢[1]，正式宣告世界范圍內IPv4地址已經枯竭。IPv4地址的缺乏制約和影響了許多發展中國家互聯網的發展速度，采用IPv6協議提升移動互聯網的承載能力、可擴展性和可管控性是當前互聯網領域的主要發展方向。

IPv6在將近15年的發展和部署過程中，與IPv6相關的協議內容涵蓋了IPv6基本協議、IPv6組播、IPv6移動協議、安全與管理協議、物聯網協議、以及IPv6過渡協議等多個部分。IPv6測試也從最初的IPv6基本協議測試，發展到如今對包含多種形式的IPv6終端、IPv6路由交換設備、網絡過渡設備，支撐系統、安全管理系統、互聯網業務應用等多方面為整體的協議、設備、網絡和網站測試體系研究。IPv6測試研究成為新一輪全球互聯網研究的熱點，受到業界廣泛認可，并作為驗證IPv6互聯網領域相關設備、物聯網設備、服務/內容提供商（SP/CP）、運營商對IPv6相關協議及標準的符合程度，檢驗IPv6部署方案是否具備商用水平的關鍵手段。

以IPv6為標志的下一代互聯網測試研究一直受到各國政府的大力支持。早在2005年歐盟啟動Go4it計劃，建設歐盟的下一代互聯網測試平臺[2]。2008年6月，美國國防部宣布啟動IPv6產品認證計劃，政府各部門IT網絡采購需全面滿足USGv6文件和IPv6 Ready測試的設備通過認證確保相關產品能夠滿足國防部的任務要求。日本政府采用了全球IPv6論壇IPv6 Ready標識認證計劃。日本的主要信息終端廠商如索尼、東芝、日立、松下等廠商的產品都支持IPv6，在Phase I中的日本企業超過30%，Phase II中占50%。

本文將從IPv6協議測試入手，討論測試的范圍和方法。然后介紹IPv6測試的規范和體系，其中包含設備、網絡和網站系統等各個方面。最后文章將介紹近些年IPv6測試領域相關的實踐和成果，其中包括IPv6論壇的測試體系IPv6 Ready和IPv6 Enabled，以及在全球領域IPv6測試方面的實踐和探索。

1 IPv6協議測試研究

隨著互聯網飛速發展，網絡規模越來越大，再加上IPv6的廣泛部署和應用，穩定高效的IPv6協議將成為網絡運行安全和穩定的保障。本節將從IPv6協議測試范圍和測試方法兩個方面來對IPv6協議測試進行研究分析。

1.1 IPv6協議測試范圍

因特網工程任務組（IETF）是國際上推動IPv6標準化的主要力量，自1994年以來已經制訂了1 000多項有關IPv6的標準，相關內容涵蓋命名、尋址、路由、演進機制、安全、管理等領域[3]。如今IPv6的核心標準已經完成包括IPv6基本協議、地址結構、數據包頭、鄰居發現機制、地址分配機制等。目前的主要工作集中在IPv4向IPv6過渡、基礎網絡對業務網絡的支撐和適應，以及基礎網絡自身的管理、完善和演進上。雖然IPv6相關協議很多，從國際IPv6論壇Ready Logo認證[4]的測試標準來看IPv6協議測試集中在尋址、路由、移動、安全、管理等核心協議上。IPv6 Ready Logo涉及的IPv6協議和設備如表1所示。

1.2 IPv6協議測試方法

協議測試傳統上來說分為一致性測試、互操作性測試（又稱互通性測試）和性能測試3部分，在IPv6協議測試領域亦如此。就IPv6協議測試而言，全球主要的研究工作集中在IPv6協議的一致性測試方面。對IPv6協議的一致性測試研究又主要集中在協議形式化描述、測試結構、抽樣測試集和測試例生成方法等幾個方面。比如對移動IPv6的協議形式化描述和一致性測試方法[5]，RIPng協議的一致性研究[6]等。也有對自動化測試方法進行的研究，如對鄰居發現協議的自動化測試[7]。

互操作性測試會根據具體協議和測試目的的不同采用不同的方法和手段，一般沒有固定的標準和模式。歐洲電信標準化協會（ETSI）曾經出版過一個IPv6測試框架[8]和一個互操作性測試方法[9]，定義了IPv6協議互操作性的基本概念、單元、流程和形式化描述方法，為IPv6測試的互操作性測試提供一個樣例和模板。在性能測試方面，IETF有一個專門的工作組BMWG在做這方面的標準，比如三層設備的轉發性能測試標準RFC2544。其中關于IPv6性能測試在RFC5180中有相關的描述和規定。

國際上在IPv6測試研究方面比較領先的有日本TAHI項目組、歐洲電信標準化協會（ETSI）、美國New Hampshire大學的IOL實驗室。中國在IPv6協議測試領域研究的工作主要來自中科院計算所的李忠誠教授、清華大學的尹霞教授和北京郵電大學馬嚴教授的研究室。

2 IPv6評測規范和體系研究

制訂IPv6支持度評價指標體系以及相應的測試規范，是衡量設備、網絡、網站系統升級改造是否支撐IPv6的大規模推廣部署，設備是否能夠滿足演進過程中的各種組網需求的關鍵。

2.1 IPv6設備測試

對設備的測試要求如同對協議測試要求，也分功能性測試（包含一致性與互通性）與性能測試，具體測試方法的研究在前面已有具體描述，本節主要作為IPv6評測規范體系的一部分，列舉設備測試所涉及的協議和測試方法。

IPv6設備測試主要包括：制訂IPv6網絡設備（包括終端設備、接入設備、交換設備及路由設備）、IPv4與IPv6網絡互通設備的測試指標和測試規范，以指導對設備的IPv6功能進行驗證，檢查設備是否達到相關RFC要求的功能，及對設備的IPv6相關性能進行測試。設備的IPv6功能和性能測試如表2所示。

2.2 IPv6網絡測試

IPv6網絡測試主要包含基礎網絡和業務支撐系統兩部分。目前，IETF IPPM工作組定義了網絡通用測度框架，涵蓋網絡性能、網絡可用性、網絡擴展性和網絡可靠性等，主要測試指標包括：吞吐量、丟包率、延遲、網絡有效性、服務有效性、鏈路利用率、路徑容量和可用帶寬、資源利用率以及多業務承載能力和服務質量等。根據上述指標的測量，從功能方面要求網絡具備IPv6地址的分配能力，能夠實現IPv4/IPv6混合流量或純IPv6流量的轉發，能夠承載多業務及路由學習；從性能方面，主要是測評網絡IPv6及IPv4/IPv6混合流量模型的吞吐量、丟包率、往返時延以及與過渡技術方案相關的性能指標，包括隧道性能和翻譯性能；從網絡擴展性方面，主要是測評網絡路由規模（包括IPv4/IPv6路由）及路由收斂能力。

IPv6環境下的業務支撐系統要求兼容現有IPv4用戶使用習慣，在IPv6網絡環境中，提供之前IPv4環境下的所有業務支撐和網絡管理功能，相關業務支撐系統具有單獨IPv6域名，實現IPv6的所有業務屬性。業務支撐系統主要包含數據庫系統、數據存儲服務系統、客戶關系管理（CRM）、安全防范系統（SPS）、傳輸服務訪問點（TSAP）、認證計費授權系統、網關系統等幾部分。分別在功能性，可靠性和兼容性等方面有要求，比如域名服務器（DNS）要求能夠支持AAAA格式的查詢報文和響應報文，通過遞歸查詢的方式對用戶的AAAA查詢予以響應；能夠支持AAAA格式的域名記錄，對用戶IPv6網站實現IPv6域名的本地授權解析；支持IPv6單棧環境下響應用戶發起的純IPv6的DNS查詢。

2.3 網站評測

網站IPv6支持度的主要測試指標如表3所示。

3 IPv6測試實踐與成果

3.1 IPv6 Ready和Enabled

從IPv6測試的實踐來說，國際IPv6論壇一直處于領導地位，已經形成以全球IPv6 Ready和IPv6 Enabled為核心的網絡協議測試和網站評測體系。IPv6 Ready Logo測試認證包括一致性測試和互通性測試，其認證主要目的是保障IPv6設備和應用軟件互聯互通能力，為全球IPv6商業部署樹立信心，IPv6 Ready Logo既包括核心網協議認證，也包含CPE路由器認證等，同時也提供DHCPv6、IPsec、SIP、MLDv2、IKEv2、MIPv6、NEMO等擴展協議認證。為了適應IPv6網絡大規模部署，IPv6論壇正籌劃對重要的IPv6過渡協議，如4over6、NAT64、6rd等國際標準在IPv6 Ready的框架下進行開發測試。

IPv6 Enabled Logo認證是由中國團隊（天地互連）主導開發，主要目標是鼓勵更多的應用和服務支持IPv6，并且能提供持續的基于IPv6的服務。IPv6 Enabled Logo參與2011 IPv6 Day活動，為網站提供IPv6支持度測試服務，第2年繼續與ISOC合作，為參加World IPv6 Launch的網站提供IPv6測試服務。IPv6 Enabled Logo的中國團隊同時還積極參與國際項目的合作，協同共建IPv6 Observatory平臺[10]，對全球IPv6網站和網絡的發展，以及IPv6培訓教育情況進行檢測和監控。

根據IPv6論壇顯示的數據，截至2012年11月，全球已發放1320個IPv6 Ready Logo，其中發放IPv6 Ready第一階段認證Logo共有480個，第二階段認證共840個，并且中國廠家的設備測試量占到全球設備測試量的20%。在IPv6 Enabled認證方面，截至2012年12月19日，全球共有1 895個網站獲得全球IPv6 Enabled WWW Logo，其中中國有499個，排名全球第一，是第二名獲得數量的近3倍。全球獲得IPv6可用認證（IPv6 Enabled）的網絡服務提供商（ISP）共有131家，中國共有4家ISP獲得認證。

3.2 IPv6互聯通測試活動

除了對IPv6協議本身的測試，不少研究者把目光投向了基于應用和用戶體驗的活動，使用用戶真實的日常應用來發現IPv6世界中還存在的問題。諾基亞公司在2010年針對用戶體驗，搭建一個純IPv6環境下的網絡來對IPv6網絡，終端和應用進行研究[11]。該研究發現基于Web的大多數應用都能夠正常工作，然而針對一些上層包含IPv4地址的應用，部分防火墻包分片功能，陳舊的通信軟件還未能很好支持IPv6。日本WIDE聯盟在2011～2012年成功舉辦了2次IPv6體驗大會[12]。與諾基亞公司不同，日本WIDE聯盟的IPv6體驗實驗基于IPv6過渡技術，通過還原已知問題的手段，透過用戶面對面調研來反映用戶體驗。同時對一些特定熱點問題如路徑最大傳輸單元（PMTU）和MTU不匹配問題，IPv4 Fallback問題等進行了研究和實驗。

面對IPv6過渡期間的各種技術和方案，為了更好地了解技術的成熟度和產業接受程度，2012年在北京成功舉辦了全球首屆IPv6過渡技術測試大會，對DS-Lite、NAT6、4over6、IVI在內的數10種過渡技術進行互操作性測試。參會的單位大家39家，共61款設備進行了測試。本次IPv6過渡技術測試大會主要從3個方面來進行測試：過渡協議功能性測試、多廠家的互通性測試和端到端業務承載能力測試。本次過渡測試給設備廠商開發IPv6過渡產品很大的驅動力，從協議測試上看僅部分標準成熟的過渡技術具備試商用條件，而大部分協議還在標準化和產業化的初步階段。從廠商設備研發情況看，仍然有很多參測設備為原型產品，還不能滿足商用的需求。本次測試大會主要針對基本功能和互通性測試，測試中發現不同廠商對協議某些地方的理解存在一定的偏差，比如對隧道大包的處理，比如對一些過渡協議中的自動配置協議的支持還不夠好，設備的互通性尚存在一些問題。

4 結束語

由于IPv6過渡進程的深入，IPv6測試不僅僅只停留在協議本身的測試。大量的不同廠家的設備、復雜的網絡以及內容豐富網站應用給IPv6測試帶來了巨大的挑戰。本文總結了以往在IPv6協議測試研究領域相關的工作，從設備測試、網絡測試和網站測試3個方面介紹了IPv6評測規范和體系方面的研究成果，還介紹了IPv6論壇的測試體系IPv6 Ready和IPv6 Enabled，以及全球IPv6測試領域的實踐和探索，為IPv6測試領域關鍵問題和發展趨勢的研究打下基礎。

參考文獻

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[10] ARKKO J， KERANEN A. Experiences from an IPv6-Only Network [S]. RFC6586. 2012.

[11] HAZEYAMA H， HIROMI R， ISHIHARA T. Experiences from IPv6-Only networks with transition technologies in the WIDE camp spring 2012 [R]. IETF draft. 2012.