IPv4互聯網的下半場，難說再見；IPv6互聯網的上半場，順勢加速！

2020-04-17 14:31 作者：艾銻無限 瀏覽量：

IPv4互聯網的下半場，難說再見；IPv6互聯網的上半場，順勢加速！

一、引言

2020年隨著華為NewIP技術研究的發布，觸及互聯網體系、架構等層面的演進，使得下一代互聯網再一次成為業界討論的熱點。IPv6還在路上，新一輪互聯網革命性變化又要拉開帷幕了?

本文暫且不探討這個前沿研究的技術以及對未來的影響，先看看在路上的IPv6互聯網發展狀況。記得若干年前有業內資深人士就曾說過IPv4向IPv6的演進猶如“為飛行中的飛機更換引擎”，IPv6升級改造更多是在做地址/協議層面相應軟硬件相關IPv6特性的改造，滿足終端、網絡、內容應用等方面IPv6支持的要求，整體并沒有觸及更多下一代互聯網體系、架構等層面的變革或調優。

若將2003年基于IPv6的Cernet2建設作為國內IPv6起端，17年時光荏苒;而從國內運營商2009年啟動大規模IPv6試點改造為起點，如今已然10年;這么多年過去了，究竟國內IPv6發展如何?

本文簡單分析了基于IPv4互聯網的現狀，對于國內IPv6發展情況進行多維度的觀察和分析，希望能為大家帶來一些新視角的看法。

二、基于IPv4互聯網的下半場，難說再見

1. 互聯網快速發展，IPv4地址資源已然成為發展瓶頸

現階段全球互聯網呈現以下幾個特點：

· 用戶需求呈現個性化、寬帶化、移動化的特征，多屏互動等融合、高帶寬、按需彈性類業務提供成為市場熱點。

· 多樣化終端層出不窮，智能化終端、定制化行業終端、傳感器等使得通信拓展到人與人、人與物、物與物，萬物互聯已成為趨勢。

· 云計算、大數據、邊緣計算、AI等前沿技術的導入，持續推動著互聯網不斷深化應用領域、拓展服務維度，工業互聯網、車聯網等日益成為應用關注熱點。

· 新業務不斷涌現，帶寬爆炸增長，互聯網即將進入Zettabyte時代(從T->P->E->Z)。

其中很重要的一點就是寬帶用戶及終端數量將呈現爆炸性增長態勢，據咨詢機構預測，到2020年全球網民數量將達到26億，物聯網聯網終端數量將達到500億個的規模量級。

各類互聯網應用需要海量的IP地址資源來標識和實現互聯網數據通信，而目前全球IPv4地址資源基本耗盡，如非特殊情況，各區域RIR新IP地址申請均分配IPv6地址。(少量IPv4地址如/23等申請則視各RIR儲備池及回收地址情況進行分配)



現階段私有地址轉換(NAT)方案盡管能夠一定程度上解決IPv4公有地址枯竭的問題，但已不能很好滿足各類新興互聯網應用，同時也給用戶溯源、網絡可管可控等方面帶來極大的復雜度;IPv4互聯網發展面臨最大瓶頸實質上是“萬物互聯”背景下IP地址匱乏，從而導致網絡連通性無法擴展。

2. IPv4地址資源仍有挖掘空間，開源節流將大行其道

盡管各區域RIR儲備池中基本耗盡，但早前分配出去的IPv4地址中仍有相當比例處于閑置狀態(尤其是ARIN所分配的地址段，如美國若干大學及科研機構就手握大段地址。


Source by：https://www.potaroo.net/tools/ipv4/index.html

注：/8地址段約有1678萬個IPv4地址。

受到市場需求及經濟利益驅動，很多公司及機構(早期免費或低廉價格獲得大段地址)開始對外交易其擁有的IPv4地址資源，存量閑置地址資源(據不完全統計至少約有5000+萬個IP地址)的上市及交易將極大緩解部分地域及企業IPv4地址緊缺狀況，某種程度上也使得IPv6顯得并不是迫在眉睫。

但需要指出的是，各國IPv4地址數量及分布嚴重不均衡，美國約11.5億(占所有可分配地址數的1/4，其中三大云計算提供商存量IPv4地址就達到1.2億)，而部分國家面臨IPv4地址資源嚴重不足、地址回收及交易難度較大等困難。

3. 基于IPv4的傳統及新興互聯網應用依然發展強勁

盡管很多國家在戰略層面都鼓勵向IPv6互聯網演進，但受到存量IPv4互聯網基礎設施投資保護、使用習慣、各類內容及應用對IPv6支持度等因素制約，IPv4互聯網作為關鍵網絡基礎設施在5-10年內將繼續獲得大量Capex投入來優化承載各類傳統及新興的互聯網應用。

對于IPv4應用發展中對于互聯網的承載需求，業界各方除了千方百計挖掘IPv4公有地址資源、引入和完善各類NAT技術以求節約IPv4公有地址外，還根據VR/AR、全息通信、云游戲等新興實時應用對于互聯網在低延時、安全性、可靠性等方面的要求，不斷引入定向HTTP、傳輸層安全(TLS)、QUIC、確定性網絡
(DetNet)等技術對互聯網架構及功能模塊進行創新完善。

簡言之，基于IPv4的傳統及新興互聯網應用依然發展強勁。

三、中國IPv6互聯網剛進入上半場

1. 國內IPv6發展：起個大早、趕個晚集

國內在IPv6領域起步較早，基本與國際同步，早在1994年就建設了采用IPv6技術的中國教育科研網CERNET，并在2003年開始逐步升級為IPv6 only的Cernet2示范骨干網;2011年國家層面明確提出中國下一代互聯網商用示范路線，在國家發改委等相關部委IPv6專項推動下國內運營商、內容提供商、軟硬件設備廠商等
產業鏈各方進行了各領域IPv6改造工作，初步實現了從用戶側-網絡-應用側全程IPv6業務的打通，產業鏈層面逐步向全面支持IPv6演進;從2013年開始國家發改委分批選擇了北京、杭州等代表性城市建設下一代互聯網示范城市，希望調動基礎電信運營企業、廣電企業、商業網站、設備制造企業等多方力量，推動下一
代互聯網與新一代移動通信、移動互聯網、物聯網、云計算、大數據等新興信息技術融合應用。

如上，盡管國家層面在IPv6商用部署及推動上做了大量工作，但于2003年Cernet2建設起端的國內IPv6改造歷經起落，直至2017年底國內IPv6發展狀態仍然不甚理想：

· IPv6用戶占網民占比：中國0.49%，而印度則是53%。

· IPv6地址申請量：中國(大陸)申請了21284段/32前綴地址段，占全球4.92%，而美國則是10.17%;

· IPv6地址通告率：國內IPv6已分配地址使用率非常低，僅為8.54%，意味著相當數量獲得IPv6地址的用戶并沒有使用網絡訪問相應的IPv6資源，而美國這個指標已經達到30%。

· IPv6內容資源：國內網站除少量高校、大型門戶網站、運營商官網外基本上都不支持IPv6，而全球Alex top20內的網站IPv6支持比例已經達到65%。

2. 國內IPv6發展：2018年起進入加速模式

(1) 政府強勢主導推動IPv6升級改造

為了扭轉國內IPv6商用停滯不前的局面，2017年11月，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發了《推進互聯網協議第六版(IPv6)規模部署行動計劃》，在此背景下工信部于2018年開始全力推動IPv6規模部署各項工作，并在2019安排了網絡就緒專項行動計劃，以行政力量牽引IPv6產業鏈各方按照政府制定的目標加速
IPv6發展。

截至2019年底國內IPv6終端/網絡/應用基礎設施等基本就緒((以下章節部分圖表數據直接來源于www.china-ipv6.cn或在其基礎上進行了數據分析，在此致謝，后續不再逐一說明)，推動了國內IPv6商用產業鏈初步形成，但還沒有真正進入“市場化、自驅動”的商用生態階段。

(2) 國內IPv6網絡基礎設施改造基本完成

作為承載著國內絕大多數通信網絡及互聯網應用流量的基礎電信運營商，經過近10年持續投入，基本完成對終端、網關、固定網絡(接入網、城域網、骨干網)、移動網絡等IPv6化改造，截至2019年底國內IPv6網絡基礎設施已基本就緒。

· LTE網絡和固定網絡IPv6升級改造全面完成：中國電信、中國移動和中國聯通均完成了全國LTE網絡、城域網網絡IPv6改造，并為4G網絡用戶全面開啟IPv6服務，具備提供固定寬帶IPv6業務和政企IPv6專線的能力。

· 骨干直聯點實現IPv6互聯互通：國內北京、上海、廣州、鄭州、成都、武漢、西安、沈陽、南京、重慶、杭州、貴陽•貴安、福州等13個互聯網骨干直聯點均完成IPv6升級改造，支持互聯網網間IPv6流量交換。

· 支持IPv6且已宣告的AS占比快速提升


· 基礎電信運營商的DNS系統均已支持IPv6





· 基礎電信運營商的IDC均已完成IPv6改造(包括但不限于數據中心內外部網絡設備層面的IPv6替換/升級等，涉及至少907個IDC，占全國IDC總數約16.8%)，其它IDC也已在逐步進行IPv6化改造。

· 支持IPv6的CDN節點數量已達2903個(占比37.6%)。

(3) 國內IPv6內容(APP應用、網站、云服務)支持度明顯提高

· Top 100 互聯網應用中已有79%支持IPv6：截至2020年3月，國內用戶量排名前100位的商業網站及移動應用中，可通過IPv6訪問的共有79款，覆蓋新聞、社交、視頻、電商、生活服務等10類主流互聯網應用。其中21款APP的IPv6活躍用戶數占比超過30%，36款APP的IPv6流量占比達到15%以上。

· 省部級政府、中央企業門戶等重點網站支持IPv6占比持續提升：截至2020年3月，全國91家省部級政府網站有75家支持IPv6，占比82.4%;96家中央企業門戶網站有82家支持IPv6，占比85.4%;13家重點媒體網站有4家支持IPv6，占比30.8%;88家Top互聯網網站有50家支持IPv6，占比56.8%;37家重點金融網站有30家
支持IPv6，占比81.1%;100家重點教育網站有55家支持IPv6，占比55%。

· 主流云服務提供商超過半數的云產品實現了IPv6基本支持。


綜上，互聯網應用側的IPv6改造已有明顯進展，但仍有相當數量的公司及機構仍停留在表面的IPv6改造階段，并未觸及需要“真金白銀”大量資源投入的底層IPv6改造。

(4) 國內IPv6地址申請、分配及IPv6用戶滲透等加速推進

目前國內IPv6地址多從APNIC處直接申請獲得(即從2400::/12地址段中分配，如中國電信申請的地址段為240e::/18，中國聯通申請的地址段為2408:8000::/20)


截至2020年3月，根據APNIC數據，中國已獲得47859塊(/32)IPv6地址，位居世界第二(占全球已分配地址的比例已從4.92%上升至7.95%)。



而按照國內IPv6監測平臺數據，截至2020年2月，中國大陸IPv6已分配地址用戶數為13.4億，IPv6活躍用戶達到2億(占比已達到23.55%)，IPv6活躍連接數達到了11.19億(占比已達到65.78%)。


注1：已分配IPv6地址用戶數指基礎電信企業在近30天內為用戶分配IPv6地址的數量



注2：IPv6活躍用戶數是指具備IPv6網絡接入環境，已獲得IPv6地址，且在近30天內有使用IPv6協議訪問網站或移動互聯網應用(APP)的互聯網用戶數量.


注3：IPv6活躍連接數是基礎電信企業統計得出的、已獲得IPv6地址且在一個月內有訪問記錄或者流量記錄的用戶數，包括移動網IPv6活躍連接數和固定寬帶IPv6活躍連接數。

此外，APNIC數據也從一個側面印證了上述變化，截至2020年3月，中國IPv6用戶占互聯網用戶占比已達15.42%(02 Aug 2018數據為0.49%)。




Source：https://labs.apnic.net/dists/v6dcc.html update Date: 25 Mar 2020

(5) 國內IPv6網絡流量逐步加載，網絡質量與IPv4網絡基本相當

IPv6網絡流量已逐步加載：

· 國內IP城域網IPv6流入流出流量分別達到3T和1.9T，其中中國電信IPv6流入流量占總流量的比例為1.38%(中國移動為1.23%、中國聯通為0.85%)

· LTE核心網IPv6流入流出流量分別達到1.4T和0.2T，，其中中國電信IPv6流入流量占總流量的比例為5.36%(中國移動為3.61%、中國聯通為3.68%)。

· 骨干網直聯點IPv6總流量約為363G，占網絡總流量的比例低于4%。

· 國際出入口IPv6流入流出流量分別達到約67G和30G，，其中中國電信IPv6流入流量占總流量的比例為0.84%(中國移動為1.8%、中國聯通為1.0%)。

注：以上數據截至2020年2月，均為基礎電信企業統計得出，取一天內平均流量。

根據國際IPv6發展經驗，流量占比突破5%后將迎來一個快速發展的時間窗口，基于上述數據，LTE移動網絡IPv6流量極有可能在豐富IPv6應用等舉措激發下快速增長;國際出入口IPv6流入流出的數量級及占比充分說明境外IPv6內容豐富度較國內要高。

此外，上述數據表明中國電信在IPv6流量加載方面相對領先于其它兩家運營商。

IPv6網絡質量與IPv4基本趨同：截至2020年2月，國內IPv6網絡平均網間時延39.73ms，平均網內時延46.9ms，在輕載流量負荷下IPv6網絡質量與IPv4基本趨同。

(6) 國內IPv6軟硬件、終端等趨向成熟，商用產業鏈初步形成

經過十多年的打磨，從2018年起主流軟硬件廠商各類產品及終端等對于IPv6已經實現默認支持。

截至2020年3月，在LTE移動終端方面，蘋果系統在iOS 12.1版本后，安卓系統在Android 8.0版本后，已全面支持IPv6，國內主流LTE移動終端基本支持在IPv4/IPv6雙棧下運行;智能家庭網關方面，基礎電信企業2018年以來集采的機型已全面支持IPv6;家庭無線路由器方面，市場占有量較大的普聯、騰達、華碩、小米
及友訊等五家廠商新出廠型號設備均默認支持IPv6(但IPv6性能及功能方面相對較弱)。

此外，隨著國內各項IPv6政策落地及行政力量強力推動下，IPv6內容供給側也有較大突破，用戶使用IPv6意愿有所增強，初步建立了從用戶-終端-網絡-業務(內容)各方積極參與的IPv6商用產業鏈。

3. 國內IPv6發展存在的問題及挑戰

3.1 國內市場IPv6發展內生動力不足

(1)  運營商網絡基礎設施IPv6承載能力初步具備，但離支持全面商用尚有較大差距

目前運營商IPv6網絡改造基石仍然是IPv4/IPv6雙棧，盡管已經實現IPv6用戶的網絡接入及流量承載，但規模IPv6用戶及流量上線后實際承載及應用服務能力有待進一步驗證;某種程度上IPv6規模商用場景下意味著現網雙棧運行的關鍵網元設備性能將可能大幅下降甚至不堪重負，對運營商而言意味著追加大量額外投資
重構基礎設施或者需要考慮作出是否關閉IPv4協議棧的艱難決策。

如上原因，若面臨IPv6規模流量增長帶來Capex及Opex需要額外追加大量支出時，預計運營商在推動分配IPv6地址的用戶使用IPv6網絡的積極性將相對有限。

(2)  云服務關鍵基礎設施及云產品IPv6全面支持尚需時日

云服務提供商云產品對IPv6的全面支持依賴于數據中心內外部網絡設備層面的IPv6替換/升級，各類應用服務器集群、存儲、中間件等相應代碼層面的IPv6化修改等，但現階段很多云產品還停留在內容應用的IPv6轉換服務：如Web頁面的IPv6化使得官網可以提供IPv6訪問、提供IPv6與IPv4的轉換服務使得IPv6用戶能
訪問其IPv4服務器應用資源，尚處在IPv6基本支持階段。

主流云商如阿里云、騰訊云等也都發布了各自的IPv6支持路線，樂觀預計至少在2022年后才能全面支持IPv6。

(3)  用戶特別是家庭用戶使用IPv6意愿遠不如使用IPv4

國內運營商在國家“提速降費”背景下運營壓力巨大，在鼓勵IPv6地址用戶使用IPv6網絡方面難以提供更具吸引力的優惠資費套餐，同時IPv6用戶在有效獲得IPv6應用資源方面仍舊面臨瓶頸，很多APP及網站只是提供首屏/首頁或一級連接的IPv6訪問，并不能全面支持IPv6，使得IPv6訪問體驗一致性欠佳;受限于國家安
全管控政策，IPv6國際互聯互通帶寬較小，盡管國內互聯互通已支持IPv6，但相對有限的國內IPv6應用資源難以充分滿足用戶體驗和需求，從而制約了用戶使用IPv6的積極性。

如上，IPv6全程端到端的體驗(包括但不限于網絡質量、應用穩定性、主觀體驗等)較IPv4整體上還是有相當距離，影響了IPv6用戶使用IPv6業務的積極性。

(4)  存量網關及家庭路由器大多不支持IPv6，新網關或家庭路由器設備有限支持IPv6

盡管運營商2018年起新采購并提供給客戶的網關等設備能夠基本支持IPv6(如IPv6地址分配獲取等)，但家庭側仍有大量存量網關及家庭路由器(據不完全統計，這部分比例約40%甚至更高)不支持IPv6，這部分存量資產還需要較長時間才能逐步被更新替代為全面支持IPv6，從一個側面說明IPv6端到端打通仍面臨最后一
米的挑戰。

(5)  國內IPv6內容側供給嚴重不足

盡管Top互聯網應用APP，國家及省級層面的政府類、大型央企、金融、教育等領域重點網站的IPv6支持度已有較明顯提升，但在監測過程中也發現部分應用及網站還處在“應付”階段，多為門戶頁面的IPv6改造，并未涉及深度的業務邏輯及功能IPv6化改造，并沒有實質上實現對IPv6的全面支持(即網站對以IPv6地址訪
問的用戶并未全面優先提供IPv6相應內容資源，更多分配得到IPv6地址的雙棧用戶實質上仍舊繼續使用IPv4地址訪問IPv4相應內容)，未能起到很好的示范引領作用。

上述IPv6內容側供給嚴重不足背后的原因涉及到內容提供商大量的IPv6改造成本投入，市場化環境下各類內容提供商更多會從自身經濟利益出發選擇成本最低的IPv6支持方案滿足國家政策要求，一方面等待IPv6用戶和網絡規模快速增長(市場驅動力)，一方面也在等待政府更多的支持政策(行政驅動力)。

基于成本考量及現階段IPv6用戶規模的實際，內容提供商缺乏足夠的動力去做更佳體驗、更深層次的IPv6應用和內容。

3.2 國內IPv6監測指標體系需要進一步完善

盡管國家層面制定了多個維度的IPv6專項推進考核指標及目標，但仔細分析下來還是會發現部分指標并不能很好體現實際的IPv6發展狀態。

以IPv6活躍連接數為例，該指標定義為基礎電信企業統計得出的、已獲得IPv6地址且在一個月內有訪問記錄或者流量記錄的用戶數，也就意味著獲得IPv6地址的用戶只要在一個月內至少訪問一次IPv6應用就會被計入，看到這是否覺得有些“放水”，個人認為這類數據對于IPv6商業運營而言參考價值并不高。

衡量IPv6商用化程度需要更多關注對標IPv4使用狀況的指標，以下幾個指標后續如果能納入國家IPv6發展監測平臺的話或許對IPv6商用態勢研判更有參考價值：

· IPv6地址用戶首次訪問并獲得IPv6內容的成功率?(體現IPv6端到端性能)

· 全國DNS系統對于IPv6地址的日解析次數?(體現IPv6實際運營數據)

· 重定義IPv6活躍用戶數、IPv6活躍連接數等指標(將指標定義中時間周期從一個月調整為一日，以便充分體現常態化IPv6運營狀況)

· IPv6地址通告率、路由表項及相應ASN數量?(體現IPv6網絡通達度)

· IPv6地址用戶使用IPv6云服務或云產品的業務體驗指標?(云日益成為數字化關鍵基礎設施，IPv6商用階段，云不應只是簡單的能被IPv6用戶訪問或能使用，而是能提供相當于IPv4的業務一致性體驗)

3.3 IPv4向IPv6遷移，行政推動還是市場選擇?

從經濟學的角度，市場總是會尋求約束條件下的最優化配置，在IPv4互聯網的下半場尚未散場之前，目前來看IPv4向IPv6遷移的市場驅動力仍舊不足，業界各方預計還是不會主動擁抱IPv6互聯網。

為此頂層設計的戰略層面若將IPv6互聯網視作拉動新基建、提升數字化水平的關鍵領域，則需要國家層面出手，投入更多的資源和政策來加速IPv6規模商用并形成具備自生長能力的良好生態。

· 針對IPv6日活用戶規模、IPv6流量占比等指標定向電信、廣電運營商出臺階梯性補貼政策(時限可考慮3-5年，如移動網內IPv6流量占比達到5%、10%、15%可作為政策基點，政策減弱及退出節奏可視IPv6普及及發展狀態而定)，鼓勵運營商出臺IPv6優惠資費套餐(設定IPv6使用頻次、流量等享受優惠條件，配比一定
的財政補貼)，加大IPv6用戶牽引力度。

· 將內容提供商IPv6改造作為關鍵抓手，強化大型互聯網公司的IPv6內容供給力度，結合ICP備案準入(新網站要求全面IPv6，既有網站根據其流量排名要求明確承諾改造完成時間)、IPv6應用資源可獲得性及業務體驗等因素對IPv6內容供給考慮實施后評估式財政獎補政策。

· 鼓勵運營商或廠商加大對存量家庭網關或無線路由器終端更新為支持IPv6新終端的力度，按照替換總量及IPv6日活使用終端數量等因素予以相應的專項補貼，推動企業加快替換進度。

· 在政府采購中明確要求IPv6支持，引導企業采購將IPv6作為前置條件，鼓勵軟硬件設備廠商積極研發和推出支持各類IPv6產品，同時引入IPv6專項產業發展基金，按照相應IPv6產品銷售額、稅收繳納額增量等數據對企業進行專項獎補。

以上措施的落地將進一步激發和形成IPv6產業鏈良好的發展態勢，在政府資源及政策推動下IPv6商用若能順利到達加速發展的臨界點，則可以考慮政府行政力量的逐步退出，讓IPv6商用市場自由生長發展，相信屆時揮別IPv4互聯網也是自然而然的結果。

四、小結及展望

在國內發展基于IPv6的下一代互聯網成為國家意志的背景下，工信部在2020年3月份下發了通信函〔2020〕57號《關于2020年開展IPv6端到端貫通能力提升專項行動的通知》，要求加快提升IPv6端到端貫通能力，持續提升IPv6活躍用戶和網絡流量規模，明確了七大重點任務和三大目標。

對于該通知提及的七項重點任務中，前四項(優化提升IPv6網絡接入能力、加快提升內容分發網絡(CDN)IPv6應用加速能力、大幅提升云服務平臺IPv6業務承載能力、全面擴大數據中心(IDC)IPv6覆蓋范圍)及第七項(著力強化IPv6網絡安全保障能力)仍然屬于IPv6基礎設施及支持能力的完善和提升，第五項(著力提升終
端設備IPv6支持能力，即要求終端設備出廠默認支持IPv6、主要電商平臺優先向用戶推薦支持IPv6的終端設備、加速運營商存量家庭網關的更新替換)和第六項(穩步提升行業網站及互聯網應用IPv6濃度，如已經穿透要求三級鏈接支持IPv6的占比要求超過85%)則是關注到了IPv6商用層面的真正短板所在。






而從三大目標來看，喜的是這一次工信部關注到了流量占比(尤其是盡快推動移動網絡IPv6流量越過臨界點進入快速增長階段)對于IPv6商用的重要意義，憂的是仍然把IPv6活躍連接數看得很重，并沒有把行業網站及互聯網應用IPv6濃度等與IPv6商用運營緊耦合的指標納入目標體系，同時還未看到更多措施落地相關的財政及稅收政策細節披露，希望不要出現業界相關方只是以應付任務的方式來完成通知相應的要求。


IPv6風一直在吹，希望政府及各方已經或將要投入的大量資源能夠真正轉換為IPv6產業鏈加速發展的基石，同時建立更為科學合理的IPv6監測評價指標體系，及時調整完善和推動業界各項IPv6舉措及相關政策落地，從而為國內民眾及各行各業帶來符合用戶預期、具有更佳體驗的IPv6互聯網，早日實現IPv4向IPv6互聯網的平滑演進和真正的規模商用。