APNIC：中國IPv6 突然加速！

文/ Geoff Huston 翻譯：楊望

2018 年12 月30 日，APNIC（亞太互聯網絡信息中心）發布《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，Facebook、Google、Akamai 及APNIC 發布的對于中國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。

為什么中國在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采用達到一定程度，新的市場行為就會出現：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于壓力采用新的服務或產品，因為與現有采用者相比，后采用的人現在處于相對劣勢。IPv6 同樣遵循此規律。

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小），那么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。全球最大的五個互聯網用戶經濟體是中國、印度、美國、巴西和日本，他們總共擁有大約全球51%的互聯網用戶。

雖然我們不知道IPv6 推廣應用的臨界點在哪，但是如果五個互聯網用戶最多的國家都全面采用了IPv6，那么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用戶數占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。

從數據看中國的IPv6 部署

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，真正能讓我們了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于對當前環境的深入了解，還依賴于有足夠數量的數據來執行合理的預測。

讓我們來看看關于中國在IPv6 部署中的一些公開數據。

中國的IPv6 地址

區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。盡管數據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。

圖1 中國IPv6 地址分配數量和BGP 宣告數量（2010-2018）

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字依然具有挑戰性。通過BGP 發布IPv6 地址前綴是部署IPv6 服務的必要前提，但路由系統發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，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%。然而在七年的時間里，路由系統中可見的地址數量已經攀升到已分配地址的90%。盡管未發布的地址數量正在緩慢下降，中國未發布的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于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 年初最后一個大型的IPv4 地址塊部署到網絡中后，中國的IPv4 網絡停止了重大的擴張，但這些網絡中的IPv6部署出現了滯后。中國的IPv6 部署活動僅在2018 年初才有所加強，IPv6 網絡在地址發布方面的主要增長發生在2018 年10 月。

Facebook 的測量

Facebook 發布了一組關于IPv6 部署的測量結果。截至2018年12 月底，Facebook 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據（可從Facebook 上“按國家采用”報告中獲得）。

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后的潛在流量相對較小。

但據報道，Facebook 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 服務的數量高于公司和企業。

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2 所示。

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。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，而后則有所上升。但在Facebook 數據中，我們看到最終年底數據高于年初的水平，而谷歌數據則相反，年底只有3.3%，低于年初的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。

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），并在許多國家/地區運營數據中心。Akamai 發布的“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%。

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。

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3 所示。在這個數據集中，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。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于新加坡，那么如果服務器位于中國境內，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，我們得到了位于中國境內的服務器的幫助，并對位于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于中國境內IPv6 的數據并和國外的數據進行對比。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 中國國內外IPv6 使用數據對比

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 提供的并不是使用單一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，并將這些區域網絡視為一個獨立的網絡，那么就有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。盡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5 所示。

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 部署可能始于2018 年9 月和10 月的測試，然后在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%。

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，隨后在2018 年11 月進行了大規模部署。該網絡當前的部署范圍涵蓋了約1200 萬用戶基數的25%左右。同樣，2018 年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5 IPv6 in AS4538 - CERNET

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。

最后，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，這是一個值得稱贊的成就。

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 數據包并發送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墻和報文過濾程序。防火墻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，那么傳入的IPv6數據包（包括SYN/ACK 相應數據包）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%，也遠高于全球平均水平。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。

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。中國聯通主干網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，統計數字會發生什么變化呢？

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。對于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。

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布的變化。我們可以通過AS網絡來進一步劃分這些測量值。

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。

在過去的幾個月里，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 主干網的網絡中最為明顯。

谷歌和Facebook 發布的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 的統計與我們基于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后一環，那么情況看起來非常令人鼓舞。