IPv6 的采用与微观经济变量的关系——IPv6 网络迁移经济学（三）

以对运营商成本结构模型的开发和对IPv4 地址市场的分析为基础，我们研究了微观经济变量对IPv6 部署水平的影响。在增长率不同、互联网上使用IPv6 的流量也不同的假设下，该模型让我们能够比较两种IPv6 转换方法（双栈和464XLAT）影响IPv4 地址数量需求的方式。我们将从以下三方面展开探讨：一是特定运营商部署464XLAT 的案例研究；二是对IPv4 地址二级市场的分析；三是隔离了一些关键变量来开发模型，从而展示这些变量如何影响网络的IPv4 地址需求。

IPv6 部署增长的案例研究

图1 显示了AS 21928（T-Mobile USA）的IPv6 性能增长。IPv6 世界启动日（2012 年6 月6 日）近三年后，T-Mobile 开始大量部署IPv6。2012 年，推出IPv6 的少数主要内容提供商占据T-Mobile 流量的60%～70%。在支持IPv6 的网络上提供流行内容有助于推进T-Mobile 的IPv6 部署决策，但与网络增长相关的运营成本因素更具影响力。2012～2018 年间，T-Mobile 增长了近4200 万用户，平均每年增长率为13%。对于T-Mobile 而言，IPv6 的商业案例部分取决于是否需要减少对IPv4 资源的依赖，但更重要的是将用户转移到IPv6 手机和本地通信，这将减少IPv4 网络地址转换（NAT）的成本。NAT 在所有商业移动网络中都很普遍，它对运营商来说可能非常具有挑战性，因为其规模的扩大、状态的维护和其他问题带来了额外的成本。由T-Mobile的模型估算，如果将用户切换到IPv6，IPv4 NAT 的成本会减少一半。

为了使IPv4 网络和IPv6 网络彼此兼容，T-Mobile 实施了RFC 6877（2013）中定义的464XLAT 方法。其他已经实施了464XLAT 方法的移动运营商包括BT、SK Telecom、Telus、Rogers、Orange 和Bouygues Telecom。图2 简述了T-Mobile 部署464XLAT 的方法。

图1 AS 21928（T-Mobile USA）的IPv6 功能增长（来源：APNIC）

464XLAT 将转换系统划分为四个部分：手机、移动运营商的无线网络、移动运营商的内部基础设施和互联网。转换系统的核心是纯IPv6 的接入网络，而不是两个不同的网络（如双栈）或一个传输封装数据包的IPv4 或IPv6 网络（如隧道）。此处流量可以分为三种方式：

1.支持IPv6 的边缘移动设备和应用程序，其无需与转换器技术连接便能与互联网上的IPv6 服务直接进行通信。

2.基于NAT64 协议（RFC 6146），IPv6 设备和应用程序与带有提供者端转换器（PLAT）的IPv4 服务接口进行通信，其中转换器将（N:1）全局IPv6 地址转换为全局IPv4 地址，反之亦然。

3.基于SIIT 协议（RFC 6145）， IPv4 设备和应用程序首先与带有消费者端转换器（CLAT）的IPv4 服务接口通信。其中转换器将（1:1）动态分配的私有IPv4 地址转换为全局IPv6 地址，反之亦然。然后，IPv6 寻址流量使用前述PLAT 接口，将其转换为全局唯一的IPv4 地址。

图2 T-Mobile 464XLAT 方法

464XLAT 方法有几个成本优势。将IPv4 NAT 设备重新用于NAT64，T-Mobile 不需要新的资本支出即可实现这个方法。操作本地IPv6 核心网络避免了双栈或封装的重复，以及额外的复杂性。在网络层面，纯IPv6 网络规模化相对便宜，因而随着网络的增长，网络的资本和运营成本可以降低。虽然该方法继续使用转换器技术，但它不再仅仅是IPv4 NAT，这将使网络维持全局唯一IPv4 地址的需求，但是水平有所降低。有状态PLAT最大限度地减少了网络对全局唯一IPv4 地址的需求（Byrne，2014），无状态CLAT 则对全局唯一IPv4 地址无需求。另一个重要因素是转换器技术在网络拓扑中的位置。CLAT 驻留在用户租借设备（如移动手机）。由于那里使用专用地址空间，用户的增长与全局唯一的IPv4 地址的可用性不再有关联。

图1 显示了2014～2018 年T-Mobile 的IPv6 性能增长的方式。T-Mobile 最初在2013 年和2014 年推出了支持IPv6 的Android 设备的生产计划。T-Mobile 工程师预测到其客户可能遇到的兼容性故障，并积极地解决了问题。至2014 年年中，T-Mobile 声称在具备IPv6 功能的设备中超过50%的通信是端到端的IPv6，无需转换。依据访谈话题推测（Bryne，2014），2015 年底观察到的性能降低的原因是支持IPv6 的Android 设备用户迁移到T-Mobile 推广的仅限IPv4 的iPhone 模式。当下一代支持IPv6 的iPhone 发布时，这种趋势发生了逆转。大约在同一时间，Apple 开始将其App 商店限定为兼容IPv6 的应用程序，导致2016 年底IPv6 性能明显达到高峰。到2017 年，根据APNIC 和其他测量方法，T-Mobile 已经达到近75%的IPv6 性能。凭借丰富的实施经验和将近90%的IPv6 服务性能，T-Mobile 试图在2017 年初为其iPhone 用户提供“仅IPv6”服务，结果收到大量客户无法访问网站的投诉，其后经过两次修复恢复（在图1 中2017 年曲线中的两个小凹陷）之后，这些问题均得到了解决。到2017 年春季，T-Mobile 仅为iPhone 提供IPv6 服务（Lagerholm，2017）。通过网络共享、漫游或IPv4 设备/应用程序/网络的用户继续使用IPv6 主干+464XLAT 的方案。T-Mobile 没有再提出新的IPv6 实施方案。

虽然不同类型的网络运营商（例如固定网络、移动网络、企业、内容和云）可以实施各种过渡方法，但从这个案例研究中我们可以提取至少五个进一步考察和建模的可推广因素：用户增长，用户设备IPv4/IPv6 比例，转换器技术，IPv4 地址价格（相对于IPv6和可用的IPv4 资产），流经网关的IPv4 和IPv6 流量的比例。

IPv4 价格和资源转移

IPv4 地址的供应在IPv4-IPv6 竞争中起着重要作用。一些工程师称之为“IPv4 耗尽”的设想是起初开发IPv6的主要原因。然而从经济学的角度来看，资源从未“耗尽”；相反，随着供给的减少，资源变得越来越昂贵，而消费模式则通过更强大的保护和新的替代形式来适应稀缺性。

网络运营商已经通过两种方式适应了更拮据的IPv4 地址供应。一种是使用NAT，这是一种使用私有（非全局路由）IPv4地址空间连接本地主机的保护技术，通过将多数私有地址转换为较少数可全局路由的IPv4 地址将流量传输到互联网。NAT 是现代互联网上的200 亿个连接设备，可以由大约20 亿个活跃的IPv4 地址提供服务的原因。另一个适应方法是IPv4 地址块的二级市场，它允许需要更多IPv4 地址的网络从供应过剩的网络购买IPv4 地址。二级市场提供的激励措施促使IPv4 Market Group等经纪商，以及Addrex 和Hilco Streambank 等交易所识别出数百万未使用或未充分利用的IPv4 地址。

下文数据详述了IPv4 地址价格的趋势和二级市场的转移数量。现有的少数公开价格数据是Hilco Streambank 公布的。Hilco提供在线拍卖平台用以销售IPv4 地址块，包括在ARIN、RIPE和APNIC 中注册的块，范围从/24 到/17。这些数据与RIR 发布的转移数量数据相结合，使我们能够观察一些关键的部分。

图3 Hilco 公布的价格数据

图4 转移IPv4 块的交易数量

图5 转移的IPv4 地址总数

图3 列出了Hilco 公布的价格数据。回顾在该有限市场内转移的1161 个区块，每个地址的中位数价格在四年内翻了一番，从2014 年的约8.00 美元增加到2018 年的17.00 美元。正如人们所预料的，随着市场的成熟，解决了IPv4 地址值的初始不确定性，市场价格的范围逐渐缩小。这些价格趋势在与其他地址经纪人的访谈中得到了证实。

表1 购买IPv4 地址资源排名

另一个重要的指标是转移IPv4 块的交易数量（图4）和转移的IPv4 地址总数（图5）。区域互联网注册管理机构关于IPv4 交易地址数量的数据显示，随着市场的发展，2014～2015 年交易大幅增加；2016 年、2017 年和2018 年增长幅度较小，但交易数量仍在增长。相对于价格的稳步上升，每年转移数量的增长趋于平稳，这可能表明未开发的IPv4 地址块的供应不再扩大。从2015 年到2018 年，每年平均转移约5400 万个地址。

谁在购买IPv4 地址资源？从表1 可以看出，答案是云服务提供商（CSPs）：Amazon AWS、Microsoft Azure、Google、Alibaba 和Oracle Cloud 等。云服务是一个快速增长的市场，目前估计每年有17%的增长率，价值2000 亿美元。在客户数量和互联主机方面，这些云网络代表了有史以来连接到互联网的最大网络（Gartner 2018）。虽然这个市场最初只服务于个体开发者，但在过去的3 到4 年中，企业对它们的使用已经大大增加。CSPs 购买IPv4 地址，是因为相对于公共提供商网络，企业网络在IPv6 部署方面较为落后。一位受访者表示，只有约5%～7%的企业网络流量启用了IPv6，IPv6 部署行业的一些估算证实了这一说法。企业升级应用程序的速度也很缓慢，特别是在当前仍从旧程序中获利的情况下。这些情况驱动了云提供商对IPv4 地址的需求，因为每个服务实例可能需要全局路由的IPv4 地址。

云提供商清楚地看到有两种互联网，他们正在积极地找准自己的定位以服务这两种网络。许多云提供商构建了支持IPv6 的服务，以便符合美国政府合同的要求，但他们大部分收入来自通过IPv4 连接提供的服务。Amazon 和Microsoft 拥有数以万计的客户，每个客户都支持成千上万台设备，而每台设备有可能需要公开地址，也可能不需要公开地址。云服务商的定位就是能最敏锐察觉到IPv4 稀缺所带来的痛苦。目前为止，他们还没有将成本转嫁给企业用户，但随着IPv4 资源的减少，我们有理由相信CSPs 会将成本转移给客户，这或许会为他们部署IPv6 提供动力。一位受访专家表示，因为IPv4 地址变得更加稀有和昂贵，一些CSPs 已经在激励客户们使用IPv6 服务。

其他收购IPv4 的网络包括增长的ISPs（互联网服务提供商），如Charter 和印度移动网络Reliance Jio，虽然他们也使用IPv6，但鉴于其网络规模和连接IPv4 主机的需要，对IPv4 的需求仍然很大。这证实了我们将在下节报告中展示的建模结果，不断扩大部署的IPv6 网络可能仍需要增加其IPv4 地址持有量。