IPv6十年发展及其如何改变互联网

  前言

  2012年6月6日,在互联网协会的组织下,来自世界各地的网站运营商、网络运营商和设备制造商齐聚一堂,共同发起了“世界IPv6启动(World IPv6 Launch)”活动,宣布IPv6是“新常态(the new normal)”,并承诺为其产品和服务永久启用IPv6。从那时起,IPv6在世界范围内的使用持续增长。世界IPv6启动(World IPv6 Launch)是IPv6全球部署的一个重要里程碑。

  2022年,IPv6协议迎来了它的十岁“生日”。通过使用比IPv4更多的地址位,IPv6为连接更多设备开辟了道路。除此之外,IPv6还有很多其他优点。

  IPv6的发展情况现在如何?IPv6如何改变互联网?IPv6未来会怎样发展?科技新闻网站BetaNews就此对知名CDN服务提供商Akamai的研究员兼首席架构师埃里克·尼格伦(Erik Nygren)进行了访谈。

  埃里克·尼格伦表示,在过去10年的IPv6部署中,人们发现,双栈部署和管理比单栈操作更困难。构建以IPv6为中心的新基础设施是有意义的:尽可能地使用纯IPv6,并使用基于IPv6的IPv4即服务(IPv4aaS)技术来提供对纯IPv4旧资源的访问。

IPv6十年发展及其如何改变互联网


埃里克·尼格伦 Akamai研究员兼首席架构师(在下文中,Q=BetaNews;A=埃里克·尼格伦。)

IPv6发展得怎样了

  Q

  IPv6的提出旨在解决IPv4的哪些问题?

  A:

  从根本上说,引入IPv6是为了解决IPv4的扩展限制。由于IPv4是32位,因此仅支持大约40亿个潜在地址,而128位的IPv6地址数量几乎是无限的。换句话说,IPv4地址比地球上的人少,而IPv6地址却足够让地球上的每一粒沙子都有自己的地址。

  由于其设计,IPv6开辟了新的可能性并能够简化管理。例如,互联网服务提供商(ISP)可以为家庭提供大量地址,设备可以从中无状态地自动配置IPv6地址,并且不再需要网络地址转换(NAT)。

  Q

  自推出以来,IPv6的使用情况如何?

  A:

  Akamai监测到纯IPv6地址数量的急剧增加。在2022年4月的一天中,我们监测到超过22亿个IPv6/64前缀和超过75亿个纯IPv6地址,是2012年监测到的1900万个纯IPv6地址的几百倍。Akamai已经发现了比IPv4地址更多的纯IPv6地址。

  根据AkamaiCDN平台上对“IPv4+IPv6”双栈内容子集的请求百分比,Akamai观察到全球前10大经济体中有6个经济体的最终用户(end-user)使用率在大约44%到62%之间(图1)。相比之下,全球最终用户在2012年才刚刚开始采用IPv6,当时Google的测量结果显示只有大约0.6%的客户使用IPv6。

IPv6十年发展及其如何改变互联网

图1 全球前10大经济体的IPv6请求百分比

  (2013年7月~2022年5月通过IPv6向Akamai上的双栈站点子集发出,全球前10大经济体以国际货币基金组织公布的2022 年GDP衡量)

  在过去十年中,全球许多国家或地区的IPv6部署都出现了大幅增长。中国直到几年前才开始大规模部署IPv6,但现在已达到大约25%的IPv6使用率。许多大国现在的IPv6使用率超过40%,包括比利时、巴西、法国、德国、希腊、印度、日本、马来西亚、墨西哥、葡萄牙、沙特阿拉伯、泰国、阿拉伯联合酋长国、美国和越南。现在,全球最大的100家网络和内容提供商中约有一半的IPv6使用率也超过了40%。

  在内容网站方面,美国和其他国家或地区的大多数顶级网站都启用了IPv6,互联网协会报告称,全球前10000个网站中有30%启用了IPv6。

IPv6怎样改变了互联网

  Q

  切换到IPv6有什么好处?

  A:

  随着网络的发展,ISP正被驱动采用IPv6。

  早在2012年,IPv4地址可以从区域互联网注册管理机构轻松获得,供那些有需求的人使用。而现在这些供应已经用完,任何需要大量IPv4地址来满足不断增长的ISP、云服务或其他需求的人通常都必须在IPv4交易市场上购买它们。

  IPv4地址的拍卖价格持续上涨:单个IPv4地址在2020年的售价通常在20美元左右,而如今单个IPv4地址的售价高达50美元以上。

  这意味着即使是一个B类地址(/16,约65000个地址)现在也可能价值超过300万美元。部分大型移动网络服务商即使使用单个私有IPv4地址池也无法满足地址数量的扩展需求(因为10.0.0.0/8只有1680万个地址)。

  在此情况下,IPv6成为唯一的选择,无需在其网络的不同部分重复使用相同的IPv4地址,也无需面对相关运营难题。

  对于内容提供商而言,启用IPv6可以提高最终用户的性能和可用性。研究表明,使用IPv6有助于改善网络性能的原因有很多,可能包括以下几种情况:

  1.ISP原来需要对IPv4流量进行网络地址转换(NAT),但现在可对IPv6流量进行本地路由,特别是在NAT遇到拥塞或IP端口用完的情况下,采用IPv6的性能优势更加明显;

  2.以IPv6为中心的ISP在IPv6网络上部署了“IPv4即服务(IPv4aaS)”,IPv4流量需要通过更集中的出口服务进行路由,而IPv6流量可以在边缘直接处理,因此性能更好;

  3.对于新建服务和应用,IPv4地址有限,而IPv6服务可以在全球范围内部署。

  对于最终用户而言,理想情况下IPv6是透明的,无需担心。对于游戏而言,IPv6允许玩家之间进行低延迟的点对点通信,而无需依赖NAT。微软Xbox甚至推荐使用IPv6以获得“最佳体验”。

  Q

  过去10年部署IPv6有什么经验教训?

  A:

  双栈部署和管理IPv4和IPv6比操作单栈IPv6更困难。因此,构建以IPv6为中心的新基础设施是有意义的:尽可能地使用纯IPv6,并使用基于IPv6的IPv4aaS技术来提供对纯IPv4旧资源的访问。

  例如,世界上许多大型移动ISP已将其网络迁移到以IPv6为中心,并且这些网络上90%以上的手机仅具有IPv6连接。苹果公司的应用市场甚至要求应用程序仅支持IPv6,而安卓采用“464XLAT”来帮助不包含原生IPv6支持的应用程序。

  康卡斯特公司的X1机顶盒通常仅部署IPv6,这意味着内容必须支持IPv6才能有效访问。备受期待的新物联网(IoT)标准也正在开发中,以支持IPv6。

  服务器和云环境通常运行受更多限制的软件,并且双栈运行IPv4和IPv6的操作密集度更高。因此,新服务器和云部署的一个很好的模型是仅在内部使用单栈IPv6,并在需要时可选地使用NAT64来访问外部纯IPv4资源。

IPv6的未来会怎样

  Q

  IPv6未来将如何发展?

  A:

  希望过去十年中IPv6最终用户和内容采用的巨大增长能够持续下去。将网络和应用程序构建为纯IPv6(或至少以IPv6为中心)可能会成为一种趋势。

  尽管当今许多大型ISP和网络提供商都部署了大量IPv6,这源于部署IPv6以保持扩展和增长的战略需要,但在较小的网络中部署IPv6的比例则要小得多。两层互联网存在很大的风险,其中较大或者增长较快的网络提供商以IPv6为中心,并且越来越多地将精力集中在IPv6上,而较小的网络提供商仍然主要是IPv4。

  这并不是一种理想的状态,因此希望较小的网络提供商也有动力部署IPv6,以便跟上整个互联网的发展步伐。Akamai观察到,在排名前100的网络提供商中,大约一半的IPv6使用率超过40%;但在排名前5000的网络提供商中,IPv6使用率超过40%的只有9%。

  5G部署可能成为进一步使用IPv6的推动因素。发展中国家的互联网增长也可能对增加IPv6部署发挥作用。

  尽管在未来许多年,互联网似乎仍会大量使用传统IPv4,但我们希望业界能积极讨论淘汰IPv4的途径。甚至有可能,在2038年之前,升级和更换系统的需求将迫使一些剩余的纯IPv4系统和网络退役(届时Unix操作系统面临时间溢出问题——“2038问题”,被认为是一个迫在眉睫的“千年虫”式的事件)。

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