從資料看中國的IPv6部署

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使用者群體沒有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。

從資料看中國的IPv6部署

網際網路測量一直很具有挑戰性。網際網路很大程度上是建立在私人公司的平臺上，對網路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路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資料來執行合理的預測。

讓我們來看看關於中國在IPv6部署中的一些公開資料。

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，在地址分配記錄中新增兩個字母的國家程式碼。儘管資料並不完全反映實際地理位置，但地址分配記錄的國家程式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路公司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地址字首總量一直很小。2017年12月29日，BGP釋出地址總量從略低於/24的IPv6地址空間水平躍升至/20。2018年10月下旬，釋出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釋出。

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。透過BGP釋出IPv6地址字首是部署IPv6服務的必要前提，但路由系統釋出地址與終端使用者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釋出趨勢(2010-2018)

讓我們將IPv6的資料與中國IPv4地址分配和釋出的記錄進行比較，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(為中國服務的區域網際網路地址註冊中心)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%。儘管未釋出的地址數量正在緩慢下降，中國未釋出的IPv4地址池總共覆蓋了3200萬個地址。自2014年以來，中國透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網際網路的規模擴張都必須透過各種使用網路地址轉換手段(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使用的公開資料，不過使用者數量自身也可以來解釋資料問題。我們已知在中國大約有3.01億個IPv4地址服務7.41億網際網路使用者。有些使用者可能擁有多個聯網裝置，而另一些使用者可能透過共享一個裝置連線上網，平均估計中國的裝置數量超過10億個是合理的，這意味著平均IPv4地址共享率約為3個裝置/IP地址。

雖然當2016年初最後一個大型的IPv4地址塊部署到網路中後，中國的IPv4網路停止了重大的擴張，但這些網路中的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網路在地址釋出方面的主要增長髮生在2018年10月。

2.Facebook的測量

Facebook釋出了一組關於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資料(可從Facebook上“按國家採用”報告中獲得)。2018年的IPv6資料圖如圖3所示。

對這些資料有這樣一些觀點。

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使用者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資料集上更常見，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)

但據報導，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“透過IPv6訪問谷歌的使用者百分比”。據谷歌統計，工作日中約22%的全網際網路使用者使用IPv6訪問谷歌，而週末的使用者比例則上升到26%。儘管不清楚使用者群體的確切組成，我們可以得出這樣的結論：個人使用者使用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%的使用者使用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將每日測量資料組成時間序列，這些資料如圖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資料一樣，報告的資料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年的資料模式與Facebook的資料模式一致，在2018的上半年有所下降，而後則有所上升。但在Facebook資料中，我們看到最終年底資料高於年初的水平，而谷歌資料則相反，年底只有3.3%，低於年初的4.2%。

完全有可能谷歌資料只反映了一小部分中國使用者，因此與Facebook資料一樣，這可能無法反映中國IPv6部署的全域性。

圖5 谷歌關於中國IPv6報告資料的時間序列

4.Akamai的測量

Akamai公司為許多線上服務提供商提供內容分發服務(CDN)，並在許多國家/地區運營資料中心。Akamai釋出的“網際網路現狀”報告包括使用IPv6訪問Akamai服務的中國使用者比例。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

與谷歌資料一樣，Eric Vyncke已經將這些每日測量資料組成時間序列，該資料如圖7所示。

圖7 Akamai關於中國IPv6報告資料的時間序列

此資料與圖1中的IPv6的BGP釋出資料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。根據資料顯示，截止到2018年底，中國的IPv6使用率為4.5%。與Facebook和谷歌在過去幾年資料中的比較表明，Akamai可能有擁有比使用谷歌和Facebook更大的測量物件，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路對IPv6的某種短期測試行為。

5.APNIC的測量

APNIC一直在使用線上廣告嵌入的指令碼對IPv6部署情況進行測量。當廣告被傳送到瀏覽器時，一個嵌入的指令碼被啟用。此指令碼指示瀏覽器訪問有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維護的伺服器上(對中國使用者此伺服器位於新加坡)。然後，這些伺服器可以根據執行的指令碼測量使用者的IPv6支援能力。

我們使用伺服器的資料來計算可以訪問IPv6地址 URL的中國使用者數量。每日總計的時間序列如圖8所示。在這個資料集中，中國目前的IPv6使用率在7%左右。

圖8 APNIC中國IPv6使用率時間序列資料

資料的總體形狀與Akamai的資料相似，即在2018年年中之前，資料量相對較小，約為1%。2018年7月的資料出現了大幅增長，然後從2018年10月開始，IPv6的水平顯著提高，目前約有7%的使用者在使用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，內嵌線上廣告的應用程式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使用率資料上的每日廣告中國投放影響數的時間序列資料。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。

此測量的伺服器被部署於新加坡，那麼如果伺服器位於中國境內，資料是否會有所不同呢?中國境內是否有無法與中國境外建立IPv6連線的更大的使用者群呢?為了回答這個問題，我們得到了位於中國境內的伺服器的幫助，並對位於中國境內的伺服器執行了相同的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的資料並和國外的資料進行對比。

比較結果如圖10所示。

圖10 中國國內外IPv6使用資料對比

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伺服器過載有關，這導致了訪問新加坡伺服器IPv6 URL的請求數量異常下降。這種情況在12月中得到了解決，此後兩個伺服器上的IPv6測量結果是一致的。同樣有趣的是，本次活動中的兩臺伺服器在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網際網路服務提供商(ISP)。許多中國的ISP提供的並不是使用單一AS號的單一網路，而是將其網路管理檢視進一步劃分為不同的區域網路，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，並將這些區域網路視為一個獨立的網路，那麼就有32個使用者規模在100萬或以上的網路，另外還有26個使用者規模在10萬至100萬使用者之間的網路，(完整的網路使用者可以在檢視)。

這些運營商網路中，有一個網路運營商多年來一直支援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路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的觀測資料一致。

值得注意的是，中國移動集團內部的許多區域網路都在進行IPv6部署。一個很好的例子是CloudFlare公司在2018年7月觀察到的AS9808網路(廣東移動)。在這一網路中，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，該網路中的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，與該網路的任何活動無關。

圖12 AS9808的IPv6使用率資料 (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)的網路中也很明顯，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。該網路當前的部署範圍涵蓋了約1200萬使用者基數的25%左右，如圖13所示。同樣，11月和12月的零點資料是測量中人為因素導致的，與網路中的任何變化無關。

圖13 AS56048的IPv6使用率資料 (中國移動北京分公司)

中國移動集團湖南分公司的AS56047網路的資料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使用率資料 (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?該網路是中國最大的使用者網路，AS4134，估計有3億使用者。2018年5月起該網路在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，即使該網路只在5%的使用者中部署了IPv6服務，也有超過1500萬使用者，這是一個值得稱讚的成就，如圖15所示。

圖15 AS4134的IPv6使用率資料(中國電信主幹網)

中國IPv6服務的效能

APNIC的測量系統還包括兩個進一步的測量：連線故障測量和IPv4/IPv6往返時延比較測量。

客戶端和伺服器之間在開啟HTTP會話訪問URL時傳送的TCP三次握手被用來計算連線丟失率。TCP以客戶端向伺服器傳送設定了SYN標誌的TCP報文開始，伺服器用一個設定了SYN和ACK標誌的報文響應，客戶端透過傳送一個設定了ACK標誌的TCP報文來完成連線。

如果伺服器接收到初始的TCP SYN資料包併傳送SYN/ACK響應，但它沒有接收到最終的ACK報文，則該連線被定義為失敗的連線。這些連線失敗的可能原因是本地防火牆和報文過濾程式。防火牆通常允許所有形式的出站資料包，但檢查和過濾入站資料包。如果過濾程式僅被配置為IPv4服務，那麼傳入的IPv6資料包(包括SYN/ACK相應資料包)將被此類防火牆丟棄。這樣的防火牆配置在嘗試IPv6連線時會總是失敗。

圖16 中國IPv6連線失敗率

網際網路的平均IPv6連線失敗率約為1%，因此即使中國最近的IPv6連線失敗率降到3%，也遠高於全球平均水平。平均值隱藏了不同網路連線失敗率的變化，一些中國網路IPv6連線失敗率非常高。其中最高的是中國聯通廣東分公司的AS 134543網路，根據資料統計，該網路的連線失敗率高達IPv6連線嘗試的60%。中國最大的網路ChinaNet(AS 4134)，擁有1500萬個IPv6客戶端，連線失敗率統計為4%。這意味著有60萬使用者正在體驗到IPv6連線丟失，這是一個非常高的失敗率。

另一個測量方法是測量雙棧裝置時比較IPv4和IPv6不同地址下的連線往返時延，如圖17所示。

圖17 中國IPv6/IPv4 RTT比較

如果使用者有一個雙棧連線的裝置，那麼測量指令碼將讓使用者先使用IPv4地址訪問Web物件，並再次使用IPv6地址訪問同一物理伺服器上的物件。透過檢視這兩個協議中的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伺服器可以看出，與來自同一端點的IPv4連線相比，連線到伺服器的IPv6連線平均要長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測量資料並不相同，取樣點的平均標準偏差約為80毫秒。這意味著不同的網路使用不同的路由配置。與IPv4路由相比，中國的某些網路和新加坡在IPv6上的RTT效能更好。中國聯通主幹網AS5837和新加坡之間的IPv6 RTT資料比IPv4的RTT快25毫秒。

當我們在中國境內的伺服器上檢視連線失敗率時，統計數字會發生什麼變化呢?圖18顯示了中國境內伺服器的連線失敗率。

圖18 中國境內IPv6服務連線失敗率

出乎意料的是，在中國境內伺服器上的連線失敗率更高，大約8%的IPv6連線嘗試沒能成功。對於這種更高的連線失敗率，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 中國境內伺服器IPv6/IPv4 RTT效能比較

訪問失敗率每日資料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。我們可以透過AS網路來進一步劃分這些測量值，如圖20所示。

圖20 中國境內伺服器IPv6/IPv4 RTT效能比較(按AS網路劃分)

有三個AS網路的IP連線可能使用了一些更長的外部路徑來訪問中國國內的伺服器。在其他大多數情況下，IPv6提供了更好的RTT效能。

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路和中國ChinaNet主幹網的網路中最為明顯。

谷歌和Facebook釋出的IPv6資料似乎只看到了中國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資料受到影響。來自Akamai的統計與我們基於APNIC廣告的測量計劃中看到的資料一致。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路中，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網際網路大規模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。