技术与标准丨我国IPv6发展现状与问题分析

我国IPv6发展现状与问题分析

葛坚   马丹妮

（中国信息通信研究院技术与标准研究所，北京 100191)

摘要：随着“新基建”的提出，5G、云计算、物联网、工业互联网等信息基础建设对加快推进IPv6规模部署提出了更高的要求。如何结合我国实际网络情况，使IPv6网络更加“好用”，成为一个新的课题。梳理了IPv6发展现状，对目前实际网络情况进行讨论，分析存在的问题和挑战，并给出相应的发展建议。

关键词：IPv6；规模部署；服务质量

1   引言

2017年11月，中共中央办公厅、国务院办公厅联合印发了《推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划》（以下简称《行动计划》），明确提出未来5~10年我国基于IPv6的下一代互联网发展的总体目标、路线图、时间表和重点任务，这是加快推进我国IPv6规模部署、促进互联网演进升级和健康创新发展的行动指南[1]。

《行动计划》发布以来，政府部门、中央企业、基础电信企业、互联网企业、通信设备制造企业、科研机构等积极响应，纷纷制定具体的落地实施方案和工作计划，加快IPv6升级改造，使我国IPv6规模部署工作呈现加速发展态势。

据国家IPv6发展平台统计，截止到2019年年底，我国IPv6活跃用户已经接近3亿[2]。根据中国互联网络信息中心（CNNIC）第45次《中国互联网络发展状况统计报告》显示，我国网民规模为9.04亿[3]，IPv6用户占比已接近30%。

2    以IPv6为基础的下一代互联网将为“新基建”夯实基础

2020年4月20日，国家发展改革委员会首次明确了新型基础设施的范围。新型基础设施是以新发展理念为引领，以技术创新为驱动，以信息网络为基础，面向高质量发展需要，提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系[4]。新型基础设施主要包括3方面内容。

一是信息基础设施，包括以5G、物联网、工业互联网、卫星互联网为代表的通信网络基础设施，以人工智能、云计算、区块链等为代表的新技术基础设施，以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施等。

二是融合基础设施，主要指深度应用互联网、大数据、人工智能等技术，支撑传统基础设施转型升级，进而形成的融合基础设施，如智能交通基础设施、智慧能源基础设施等。

三是创新基础设施，主要指支撑科学研究、技术开发、产品研制的具有公益属性的基础设施，如重大科技基础设施、科教基础设施、产业技术创新基础设施等。

相比传统基建，科技创新、数字化、信息网络这3个要素是所有关于新基建认知中的最大公约数，也是中国下一步经济发展的主要路径。

从人与人之间的连接走向万物互联，所需的元器件整体数量更多，产生的数据更大，对时延等要求也更高。工业互联网、物联网的特性决定了其需要使用大量的IP地址。IPv6使得每一个单元都可以拥有独立的IP地址，使工业互联网和物联网得以落地。因此，IPv6成为支撑信息基础设施的基础。

3   网络基本实现IPv6“可用”

3.1   基础电信企业基本完成网络改造

3.1.1   LTE网络和固定网络IPv6升级改造全面完成

截至2020年1月，全国已有11.93 亿LTE用户、1.99 亿固定网络用户获得了IPv6地址。

3.1.2   骨干直联点实现IPv6互联互通

2019年，武汉、西安、沈阳、南京、重庆、杭州、贵阳·贵安、福州8个互联网骨干直联点全部完成了IPv6升级改造，支持互联网网间IPv6流量交换，加上2018年完成的北京、上海、广州、郑州、成都5个骨干网直联点，我国13个骨干网直联点全部完成了IPv6改造。

3.1.3   基础电信企业IDC全面完成IPv6升级改造

中国电信、中国移动、中国联通等基础电信企业已完成全部907个超大型、大型、中小型数据中心（IDC）的IPv6改造。

3.1.4   内容分发网络资源对IPv6的支持能力持续提升

2020年1月，网宿科技、阿里云、腾讯云、蓝汛、金山云、世纪互联、UCloud、白山云、七牛云、中国移动等主要CDN企业支持IPv6的节点数超过3195个。按照省级行政区划计算，IPv6全国覆盖能力达到99%以上，IPv6本地覆盖能力达到IPv4本地覆盖能力的85%以上，基本具备IPv6分发加速能力。

3.2   网站及应用积极稳妥推进IPv6升级

截止到2020年1月，全国91家省部级以上政府网站和96家央企网站中已有165家网站的首页可通过IPv6访问，支持率为88.2%。

中国电信、中国移动、中国联通发挥运营商的自身优势，2019年除了完成门户网站、网上营业厅IPv6改造外，还分别完成了掌上营业厅、邮箱等自营业务排名前10的移动互联网应用（APP）的IPv6深度改造。根据最新监测数据，基础电信企业30款自营移动互联网应用平均IPv6流量占比超过71%。

在用户量排名前100的互联网应用中，实现IPv6全国上线的有41个，上线地区超过半数的有12个、小于半数的有29个、未上线的18个。

4   从网络“可用”到网络“好用”

网络质量是网络“好用” 的基础。IPv6网络质量包括端到端网络质量和CDN质量两个方面。2020年年初进行的IPv6网络质量测试结果显示，相比2019年，2020年IPv6网络质量已经有了显著的改善。

4.1   端到端网络质量

4.1.1   测试方法

测试采取“埋点” 的方法，测试端到端的网络指标，主要包括连接成功率和时延，连接成功率可以体现网络是否真正完成了改造，而时延则反映了整个网络的性能。

4.1.2   测试结果

在全国范围随机抽取10个省市，对某头部互联网应用进行测试，结果显示：大部分省市IPv6连接成功率要高于IPv4，且IPv6 时延低于IPv4，具体参见表 1。

表 1   三家运营商不同地区IPv4与IPv6时延对比表

从表1可以看出，10个省市中，除了山东电信、湖南联通外，IPv6的时延均低于IPv4的时延。可以说，这10个重点省市的IPv6 网络质量已经和IPv4网络质量趋同，达到网络“好用”的标准。

4.2   CDN质量

4.2.1   测试方法

CDN测试采用第三方基调网络测试系统对各运营商的网络状况进行检测，并通过全国不同地理位置分布的监测节点来模拟真实的用户访问。由于监测节点为私募机器，该机器会因网络出口或网络带宽等问题影响测试性能。各区域添加的测试点数将结合客户需求及该区域节点的实际情况，由基调系统随机抽取。

最终数据是综合中国大陆5个LASTMILE测试区域随机测出的结果，由几个核心综合指标构成。该指标体系能从不同技术纬度定量反映网站的服务质量，可以更有针对性地帮助提高网站性能。

（1）性能指标：平均响应时间，该值越小，则响应时间越短。

（2）可靠性指标：访问成功率，该值越高，则可靠性越强。

（3）DNS时间：通过域名解析服务（DNS），将指定的域名解析成IP地址的消耗时间。

（4）建立连接时间：IE浏览器和Web服务器建立TCP/IP连接的消耗时间。

（5）首包时间：从IE浏览器发送HTTP请求结束，到收到Web服务器返回的第一个数据包的消耗时间。

（6）内容下载时间：监测一个页面时，从页面角度来看，IE浏览器接收Web服务器返回的非第一个数据包的消耗时间。

4.2.2   测试结果

测试结果参见表2、表3。

表2   测试性能数据表

表3   总体参数对比情况

4.2.3   测试数据

测试地区分布参见表4；表5为测试结果。

表4   测试地区分布

表5   测试结果

5   存在的问题和挑战

IPv6已得到行业的广泛重视，但从 “可用”到“好用”，再从“好用”到“爱用”，仍然存在很多问题和挑战。

5.1    活跃用户增长幅度与流量占比不匹配

目前，我国已有2亿左右的IPv6活跃用户，但IPv6流量占比仍偏低，LTE网络IPv6流量仅为IPv4的5%左右，城域网流量占比不足3%。正常来说，在改造和放量期，活跃用户占比与流量占比偏差不应超过50%；全量后，该偏差不应超过30%。

5.2   家庭无线路由器的支持率低限制了大流量的功能

家庭无线路由器IPv6支持率偏低，已经成为整个IPv6规模发展的最大瓶颈。网络接入的“ 最后一公里”无法支持IPv6，无法带动视频、游戏这些大流量的提升。为了解决此问题，工业和信息化部在2020年的工作计划中明确要求，家庭无线路由器厂商不仅要对存量终端进行升级，还要对新上市的终端默认支持IPv6功能。

5.3   安全挑战

相对于IPv4网络，IPv6在组网架构、服务提供方式上有较大的变化，这些变化也对IPv6的安全提出了更大的挑战。例如，在云产品中，原来用于IPv4的许多安全解决方案可能不再适用于IPv6，此外也涉及到网络、业务和用户数据、用户隐私管理和控制等方面的安全问题。

5.4   产业生态尚需培育

多年来，由于IPv4地址短缺，我国互联网的发展一直深陷“网络地址转换（NAT）” 技术泥潭中。很多企业出于自身成本利益的考虑，对切换至IPv6持观望态度，相关厂商在IPv6领域中独自摸索。产业生态尚未成熟，业界对IPv6未来发展的理解不尽相同。IPv6的最终目的是促进各行业的数字化转型，全面支持“新基建”，所以其不仅需要全面构建面向垂直行业个性需求的多元化平台，还需要进行广泛的跨界合作。

6    发展建议

6.1   加强家庭无线路由器的IPv6支持

家庭无线路由器的IPv6支持两个方面：一是路由器要和上游运营商提供的智能家庭网关匹配，为用户提供IPv6接入能力；另一方面，可以通过自动推送固件的方式升级，避免繁琐的设置。

目前，对于家庭无线路由器如何支持IPv6并没有统一的技术规范，企业都是各自为战。建议相关部门尽快出台技术规范，以标准化为手段引导和促进产业链的高效合作。标准化是一个系统工程，需要权威机构进行统一规划，为标准的制定提供指导思路；对已经应用的关键技术，及时进行标准化，确保互操作性和连续性。

6.2   完善IPv6相关安全机制

网络与信息安全是推进IPv6健康发展的前提，有效的安全机制可以避免IPv6引入对运营商基本网络和互联网应用服务的不良影响，从技术和管理上切实保障安全，扫除互联网应用的顾虑。“ 新基建” 的提出，对安全和可靠性提出了更高的要求，需要迅速完善相关的安全产品，保障其安全性。

6.3    构建开放共赢的产业生态

IPv6不仅是网络技术的创新，同时也是商业模式的创新。5G、物联网、工业互联网除了技术与场景、网络与应用的融合，还有生态的合作。构建产业生态需要更开放的合作研究和更广泛的行业实践，只有在产业链的共同努力推进下，才会促进IPv6的更快发展。为了推动IPv6的规模部署与发展，应该不断完善融合政策体系，为运营商和行业的合作渠道或载体提供便利，构建共赢的产业生态。

7    结束语

5G、云计算的到来，进一步驱动高带宽和低时延业务的发展，物联网、工业互联网带动了海量IP地址需求，这些新业务使得规模部署IPv6成为必然，也将为IPv6产业创造重要机遇。IPv6的根本目的是服务于整个网络，加速各个行业从IPv4向IPv6转型，所以需要加强顶层设计，营造有利的政策环境以促进产业链上中下游各方的高效协作。同时，需要通过制定和完善技术与产业标准，推广成功案例经验，引导和加快IPv6在行业的落地应用和服务创新。

参考文献

[1] 马丹妮, 葛坚. 我国IPv6规模部署进展[J]. 信息通信技术与政策, 2019(8):22-26.

[2] 国家IPv6发展监测平台. 中国IPv6发展地图[EB/OL]. (2020-04-01) [2020-05-10]. http://www.chinaipv6.cn/#/index.

[3] CNNIC. 第45次《中国互联网络发展状况统计报告》[EB/OL]. (2020-04-28)[2020-05-10].http://www.cnnic.net.cn/hlwfzyj/hlwxzbg/ hlwtjbg/202004/t20200428_70974.htm.

[4] 李瑶. 新基建,是什么? [J/OL]. 瞭望东方周刊, 2020(9):8-12.

Analyses of the development status and problems of IPv6 in China

GE Jian, MA Danni

（Technology and Standards Research Institute, China Academy of Information and Communication Technology, Beijing 100191, China）

Abstract: With the proposal of New Infrastructure, information infrastructures such as 5G, Cloud Computing, Internet of Things, Industrial Internet of Things have put forward higher requirements for accelerating the scale deployment of IPv6. How to combine the actual network situation in China to make the IPv6 network more easy to use has become a new topic. This paper combs through the current situation of IPv6 development, discusses the actual network situation, analyzes the existing problems and challenges, and gives the corresponding development suggestions.

Key words: IPv6; scale deployment; quality of service

本文刊于《信息通信技术与政策》2020年第6期

主办：中国信息通信研究院

专家论坛、专题、产业与政策、技术与标准

                        ictp@caict.ac.cn

                         (010-62300192)