中美IPv6发展现状分析

马军锋 中国信息通信研究院技术与标准研究所主任工程师

侯乐青 武警青海总队网管中心高级工程师

专家视点

中美IPv6发展现状分析

马军锋 中国信息通信研究院技术与标准研究所主任工程师

侯乐青 武警青海总队网管中心高级工程师

对全球IPv6发展的整体情况进行了分析和研究，重点对比美国、中国IPv6发展现状，分析了导致中美IPv6发展存在较大差异的主要原因，并对我国后续发展提出了建议。

下一代互联网；IPv6；IPv4

1 引言

1996年1 月，IETF正式发布RFC1883—互联网协议第6版（IPv6），标志着互联网IPv6时代的开始。然而，经过20年的发展，为从根本上解决IPv4地址枯竭问题而制定的IPv6协议，并没有得到大规模的商用部署，其商用化进程远不及业界预期。一方面，由于无类别域间路由技术和NAT（地址翻译）技术的广泛使用延缓了IPv4地址枯竭的进程，而且由于IPv6与IPv4不兼容，给技术的平滑演进增添了一定的困难；另一方面，最根本的原因是IPv6缺少合理的商业模式，短期来看部署者很难通过技术升级带来收益，而且升级本身又是一个复杂的系统工程，需要打通端到端多个环节，同时还要培训运维人员，因此多方原因阻碍了IPv6的商用化进程。但是，IPv6作为下一代互联网技术演进的重要方向始终是产业界的普遍共识。

2016年11月7 日，互联网架构委员会（IAB）发表声明：建议各标准开发组织的网络标准需完全支持IPv6，不再考虑IPv4；同时，希望IETF在新增或扩展协议中不要再考虑IPv4协议的兼容，IETF未来的协议工作重点在于优化和使用IPv6。近几年，随着亚太、北美以及欧洲IPv4地址资源池可用地址的枯竭，全球LTE网络的大规模建设，以及宽带网络光进铜退的升级换代，IPv6商用化部署也迈入了一个新的发展阶段。从Google的最新统计数据来看，全球IPv6的采用率为13.74%（截止到2016年9月），比1年前的6.99提高了6.75个百分点（年增长率接近100%），更是2013年1%的13.7倍。而随着移动互联网应用的普及（特别是LTE长时间实时在线业务），物联网业务的进一步推广（如NB-IOT、工业互联网等），未来对IP地址资源的需求将会呈爆发式的增长，这会更进一步的推动IPv6商用化部署。

2 全球IPv6的发展现状

在2011、2012年连续两年“IPv6日”活动的推广下，产业界各方对IPv6的重视程度显著增加，全球IPv6的商用部署迈入了一个全新的发展阶段，特别是伴随着宽带网络和LTE网络建设呈现出七大亮点。

（1）各国积极储备IPv6地址资源

截止到2016年9月底，全球共有超过220个国家和地区组织申请了IPv6地址，申请量已经达到当前互联网地址空间的18万多倍，其中25.4%的地址块已通告使用。

（2）网络基础设施建设稳步推进

全球13个根域名服务器中已有11个根域名服务器支持IPv6；1346个顶级域名服务器中已有1318个支持IPv6，占比达97.9%。域名服务器的升级改造为IPv6的全面商用部署奠定了坚实的基础。

（3）商用网络规模快速增长

目前，全球活跃的IPv6路由条目超过2.9万条，支持IPv6的自治域超过1.18万个，已有超过248个运营商永久提供IPv6的接入服务，基本形成覆盖主要运营商、内容服务提供商和经济区域的IPv6网络。按照当前IPv6的发展速度，根据思科预测，到2020年，全球66%的移动设备将具有连接IPv6网络的能力。

（4）支持IPv6访问的内容日益丰富

当前，全球已注册的1.95亿多个网站域名，其中共有763万多个域名支持IPv6“AAAA记录”，占比达到3.90%。Alex排名前1000的网站，有超过18.1%的网站支持IPv6永久访问，而且Alex排名前100万的网站中，支持IPv6的网站数量显著增加，共计达到23.3万多个。与此同时，越来越多的移动APP应用也提供对IPv6的支持。苹果公司宣布，从2016年6月1日开始，所有提交至苹果APPStore的应用必需要兼容面向硬件识别和网络路由的最新互联网协议——IPv6-Only标准，将进一步丰富IPv6的访问内容。

（5）用户规模成倍增长

随着网络规模的不断扩大，用户规模也连续多年成倍增长。目前，全球已有94个国家发展IPv6用户，用户总量超过2.5亿。如果按照当前的增速发展，那么在未来的5年里，全球将有近一半的互联网用户会成为IPv6用户（见表1）。

表1 全球主要发达国家IPv6发展数据

（6）移动流量成为主要增长点

用户的增长、网络覆盖规模的扩大以及内容的丰富，促进全球IPv6数据流量显著增长。根据Akamai公司和阿姆斯特丹数据交换中心的监测数据，在过去的一年里，全球IPv6流量显著增长，IPv6平均流量达到45.4G。据预测，到2020年，全球34%的网络流量将由IPv6产生。

（7）移动终端操作系统对IPv6的支持进一步提升

最新的Android和Windows Phone系统包含一个“464xlatCLAT”组件，通过IPv6隧道封装IPv4报文，发送到NAT64网关实现对IPv4信源的访问。而iOS9系统是通过向应用提供一个“BumpintheAPI”的编程接口，通过IPv6隧道封装IPv4报文，访问IPv4的信源。

3 美国IPv6的发展现状

美国政府一直高度重视IPv6发展，2012年发布《政府IPv6应用指南/规划路线图》全面推动IPv6的商用部署。在IPv6发展初期，美国政府与全球其他国家一样并不是一番风顺，同样面临很大的阻力，其网络规模、用户规模以及可访问的IPv6内容源都比预期发展慢。但是，近两年，随着网络宽带化改造和LTE网络的建设，美国IPv6商用化进程明显加速，初步形成有利于IPv6发展的产业环境，步入市场驱动发展的快车道，主要体现在以下4个方面：

（1）IPv6地址申请量位居全球第一

作为全球拥有最多IPv4地址资源的国家，很清楚地址资源的战略意义，积极储备IPv6地址资源，已申请相当于IPv4地址空间4.25万倍的IPv6网络地址空间，其中31.87%的IPv6地址已经在网络中通告使用。

（2）IPv6网络覆盖规模比例超过40%

美国四大移动运营商在LTE网络建设中同步要求全面支持IPv6，其中AT&T Wireless、Sprint和VerizonWirelessLTE网络支持IPv4/IPv6双栈，T-MobileUSALTE网络支持IPv6-Only单栈。在宽带网络方面，AT&T、Comcast以及GoogleFiber网络都已支持IPv6，其中AT&T和Comcast的IPv6用户访问量分别占到58.21%和46.75%。

（3）主流ICP内容服务商全面支持IPv6

目前，美国主流的商业网站包括Facebook、Google、Tritter、Youtube、Linkin等全面支持IPv6，特别是Facebook数据中心内部已部署IPv6-Only的网络，90%的流量通过IPv6承载，通过IPv6网络访问Facebook的流量已经超过IPv4网络。另外，苹果应用商店要求APP必须支持IPv6-Only标准协议的规定也会推动在移动互联网领域提供更多的IPv6应用。

（4）IPv6用户比例突破30%，达到9000多万，其中Verizon Wireless和T-Mobile USAIPv6用户数均超过70%；AT&TIPv6用户数超过50%。

总的来说，通过近几年的快速发展，美国在IPv6商用化部署进程中已形成终端、网络和内容协同发展的良好局面，步入IPv6发展的市场化快车道。

4 我国IPv6的发展现状

一直以来，我国政府高度重视下一代互联网产业的发展，早在2003年，由发改委、工信部、科技部等部委联合启动CNGI国家战略项目，推动基于IPv6的下一代互联网产业发展。2012年，CNGI领导小组7部委联合发布了《关于下一代互联网“十二五”发展建设的意见》，明确了今后一个时期我国发展下一代互联网的路线图和时间表，标志着我国下一代互联网产业发展迈入了一个新的阶段。发改委、工信部等相关部委先后组织实施“下一代互联网技术研发、产业化和规模商用专项”和“下一代互联网信息安全专项”，开展“国家下一代互联网示范城市”建设工作，以及发布《关于全面推进IPV6在LTE网络中部署应用的实施意见》，全面推动IPv6下一代互联网建设。

通过实施CNGI工程，我国在基于IPv6的下一代互联网基础理论研究、关键技术研发及设备产业化、技术试验、应用示范等方面，取得了重要进展，这些为我国下一代互联网的规模商用和加快发展奠定了良好基础。但是从全球发展来看，当前我国IPv6的商用部署进展已落后于美国、欧盟等国家，整体发展水平体现在以下几个方面：

（1）IPv6地址申请量位居全球第二

我国已申请相当于IPv4地址空间2.1万倍的IPv6网络地址空间，但其中仅有0.57%的IPv6地址已在网络中通告使用。

（2）运营商IPv6网络规模相对于IPv4网络占比还非常低，而且尚未与国际IPv6网络互联

国内三大运营商的骨干网络已经能够支持IPv6，同时在产业化专项试点城市完成了接入网、城域网、IDC数据中心以及业务支撑系统的改造，并且对部分自营业务完成升级改造，但总体网络覆盖规模还比较低。而且由于终端和互联网应用对IPv6的支持不足，在实际运营中网络并未开启IPv6功能。近两年，随着VoLTE业务的部署，特别是中国移动建成IPv6-Only的网络承载VoLTE业务，将会极大促进支持IPv6的移动终端和IPv6移动用户数的显著增长。

（3）绝大部分主流网站和移动APP不支持IPv6

目前，国内网站及客户端移动APP应用支持IPv6的数量还非常少，即使部分网站支持IPv6，也需要通过IPv6独立域名访问，对用户而言是有感的，大多数用户也不会去访问。

（4）IPv6宽带用户数量还比较少

目前，我国IPv6宽带用户主要集中在Cernet2校园网中，运营商网络中的IPv6宽带用户非常少。尽管中国移动VoLTE用户已超过3000万，但主要是承载话音业务，互联网业务还是通过IPv4承载。

（5）IPv6网络产品具备国际竞争优势，产品类型丰富

目前，通信类网络产品基本上已覆盖原有IPv4产品，而且与国际基本同步，并在CNGI示范网络中得到实际部署验证。

纵观我国IPv6的发展历程，实际上起步早，也具有良好的产业基础，但是一直未形成市场驱动的良性发展态势，主要还是以政府主导和推动为主，IPv6网络规模、用户规模以及内容源等都与欧美发达国家存在较大差距。此外，由于我国IPv6的运营商骨干网还未与国际对接，所以一定程度上也不利于我国融入到全球IPv6发展的大潮中。随着当前国际产业环境的变化，特别是一直困扰国内IPv6发展的芯片、操作系统以及商用中间件等对IPv6支持能力的提升（主要得益于美国IPv6的大规模部署），将为IPv6的快速发展扫除障碍。

5 中美IPv6发展的对比分析

我国IPv6的发展起步并不比美国晚，早期还略领先于美国的发展，但是近两年，美国IPv6的发展已远超我国，并且已经初步形成市场驱动的良性发展态势，通过比较分析主要存在以下几方面的原因：

（1）技术路径的依赖

我国运营商由于缺少IPv4地址资源，所以在现网中大规模使用NAT技术，已形成成熟的运维体系，因此再向IPv6演进的过程中，就会依赖NAT技术路径，选用NAT444的演进路径，在一定程度上会阻碍IPv6的发展。而美国运营商由于IPv4地址充足，没有对NAT技术的依赖，所以在选择技术路径时更倾向于双栈或者是IPv6-Only。从长远来看，采用NAT由于需要部署NAT穿越设备会增加业务的部署复杂度，特别是对于时延敏感的业务，由于需要多级NAT节点的处理，会增加时延；另一方面，维护两套协议栈IPv4、IPv6，也会进一步增加运维的复杂度。

（2）产业生态的掌控力

我国在ICT领域的产业优势是系统集成能力，而对于一些基础关键技术还存在明显的短板，如芯片、操作系统、数据库以及一些商用中间件等，因此在早期由于WindowsXP系统以及移动智能终端的通信芯片、Andriod/iOS操作系统不支持IPv6，成为IPv6规模发展的瓶颈。近几年，随着美国大规模商用部署IPv6，整个产业生态环境有了很大的改善，芯片、操作系统等对IPv6支持有了很大改善，特别是移动终端对IPv6支持能力显著提升，推动IPv6用户的规模发展。

（3）产业链协同发展

我国IPv6发展还未打破“鸡生蛋，蛋生鸡”的怪圈，在引入IPv6新技术方面，互联网公司普遍缺少主动升级改造的积极性，认为网络不具备IPv6能力，没有成规模的IPv6用户，而且采用NAT技术可以解决地址不足的问题，所以从短期经济效益来看，不足以推动向IPv6的升级演进。因此，我国没有形成产业链协同发展的局面。而反观美国，运营商、互联网公司、设备商等产业各环节协同推进，已初步形成了协同发展的良好局面。

（4）政府推进力度

2012年，美国政府发布IPv6行动计划中，国防部和政府部门设备采购中明确要求支持IPv6。而国内在这方面并没有强制的要求，目前还是通过政府资助专项项目的形式推进。

6 结束语

当然，发展下一代互联网是一个长期、复杂的过程，是一项系统工程，涉及技术、网络、应用、用户、终端以及政策环境等多方面，其影响因素也是复杂的、多方面的。“十三五”时期，我国政府仍高度重视下一代互联网的发展，在规划纲要中明确“超前布局下一代互联网，全面向互联网协议第6版（IPv6）演进升级”，同时在《国家信息化发展战略纲要》也明确“加快下一代互联网大规模部署和商用”。因此，在当前全球IPv6快速发展的新时期，我国发展下一代互联网，一方面要积极发挥市场驱动作用，另一方面也需要政府通过营造良好环境，加大投入，充分调动社会各方资源，打破产业发展的临界点。要积极引导运营商、互联网公司、终端制造商等产业链各环节协调推进，共同解决下一代互联网网络建设、演进过渡、业务迁移、标准制定、技术研发、设备制造等重大问题。

[1]http∶//bgp.potaroo.net/iso3166/v6cc.html.

[2]http∶//bgp.he.net/ipv6-progress-report.cgi.

[3]http∶//www.cisco.com/c/en/us/solutions/collateral/serviceprovider/visual-networking-index-vni/mobile-white-paper-c11-520862.html.

[4]http∶//www.worldipv6launch.org/measurements/.

AnalysisonIPv6development in China andAmerica

MAJunfeng，HOULeqing

This paper describes the situation of global IPv6 deployment in recent years, emphasizes on comparing IPv6deployment between in USAand in China, analysis the major reasons leading to the big difference in IPv6 deployment, andthen puts forward suggestions for the further IPv6 deployment in our country.

next generation internet；IPv6；IPv4

2016-11-20）