基于IPv6監測推動高校IPv6規模部署
責編：gltian ｜2022-09-30 14:07:41本文參考IPv6的三大發展趨勢，依照教育網和三大運營商與主流ICP/CDN（互聯網內容提供商/內容分發網絡）的互訪被動采樣數據，提出基于日活互訪矩陣DAEM的分析方法，對教育網內和網外的本端和對端日活互訪數據進行交叉驗證，發現IPv6規模部署的優勢和不足，并提出建議解決辦法。
IPv6發展趨勢
2021年7月印發的《IPv6流量提升三年專項行動計劃（2021-2023年）》提出：用三年時間，推動我國IPv6規模部署從“通路”走向“通車”，從“能用”走向“好用”。到2022年上半年，IPv6發展呈現三大趨勢：
1.IPv4向IPv6的過渡在加速。
據APNIC統計，到2022年8月初，全球IPv6活躍用戶數占網民總數比率已經超過31.9%。根據國家IPv6發展監測平臺的統計，截至2022年6月，中國IPv6互聯網活躍用戶為6.83億，占比已達66.18%。
2.從IPv4/IPv6雙棧向IPv6單棧發展。
純IPv6不僅向IPv6過渡更徹底，而且使網絡更簡單，網絡配置和維護工作量較小，運行成本低；風險暴露面少，更加安全可信；可靠性較好，更加實時和高性能。
3.從IPv6向IPv6+發展。
采用IPv6的動力不再只是補充IPv4地址的不足，而是看重IPv6地址空間能力的拓展與IPv6協議創新能力的開發。IPv6+是對IPv6的系統化升級，IPv6+支持云網邊端協同統一承載，實現業務和網絡可感知及精準配置，適應智能算力服務的需要。
IPv6規模部署問題分析
以下分別從IPv6發展三大趨勢對IPv6規模部署問題進行闡述：
1.IPv4向IPv6加速過渡的臨界點是IPv6流量占比超過IPv4流量。
根據CERNOC 2021年12月的數據，CERNET IPv4的出流量高峰為660Gbps，CERNET2 IPv6的出流量高峰為224Gbps，IPv6出流量約為IPv4出流量的1/3。IPv6出流量約占主干網流量的25%，IPv6流量離超過IPv4流量還有差距。IPv6流量提升的基礎是IPv6地址分配率和路由開通率。與CERNET會員單位相比，全國高校的IPv6地址分配率和路由開通率均不高。
從教育網高校IPv6發展現狀看，以2022年8月數據為例，在全國3013所高校中，已分配IPv6地址的高校數為2006所，地址分配率為66.6%；已開通IPv6路由的高校數為1921所（部分單位開通路由的地址為上聯單位所屬地址），路由開通率為63.4%。提升高校IPv6地址分配率和路由開通率是提升CERNET2網絡性能和承載能力的必然要求。
2.從IPv4/IPv6雙棧向IPv6單棧發展的關鍵是IPv6濃度。
針對主干網、高校接入網、網站和應用等不同場景，測量IPv6流量濃度和IPv6活躍地址濃度，當IPv6濃度達到100%，表明完成IPv6單棧部署。
從CERNET/CERNET2主干網情況看，以2022年8月1日數據為例，41個節點IPv6入/出流量占比分別為11.68%和2.95%，IPv6本端/對端活躍地址占比分別為27.15%和7.88%；雙一流高校IPv6入/出流量占比分別為11.95%和2.39%，IPv6本端/對端活躍地址占比分別為25.47%和9.87%。41個節點與雙一流高校的IPv6濃度趨勢基本相同，IPv6入流量占比高于出流量占比，但均偏低；IPv6本端活躍地址占比高于對端活躍地址占比。以上結果表明離關閉IPv4只支持IPv6還有非常大的演進空間。
3.從IPv6向IPv6+發展的途徑是落實落地IPv6+關鍵技術。
SRv6（分段路由）是在IPv6地址擴展頭中指定流量轉發路徑，通過路徑中節點不斷更新目的地址完成逐跳轉發，支持低時延、組播、快速倒換和高可靠并發。基于CERNET2主干網實際需求，結合SRv6在CERNET2主干網的應用場景，已完成SRv6在CERNET2主干網上的相關測試和驗證工作。
新建純IPv6用戶接入符合純IPv6發展趨勢，并能與SAVA（下一代互聯網真實源地址驗證體系結構）技術平滑集成。將SAVA技術落地落實，是當前高校在網絡安全方面全力部署實施的工作。促進IPv6+發展還包括完善“IPv6+”技術產業生態體系、深化IPv6與新技術新應用新場景融合發展、加強新型互聯網體系結構創新研究等。
IPv6網絡和資源建設不可能一步到位，也不會平均發展。我們可以通過測量和交叉驗證發現IPv6發展中的亮點，推廣成功經驗。
定義一個IPv6日活互訪矩陣DAEM(Daily activity exchange matrix)，矩陣的行包括教育網外的ISP、大型ICP和主流CDN，矩陣的列包括教育網的各個IPv6地址前綴或接入單位，矩陣表格的值分為兩部分，用“/”隔開：左邊的數據為教育網IPv6活躍地址數，右邊的數據為教育網外大型ISP和主流ICP/CDN的IPv6活躍地址數。
基于NetFlow被動采樣數據，根據教育網和三大運營商與主流ICP/CDN的地址前綴，計算日活互訪矩陣DAEM，通過DAEM對教育網內和網外的本端和對端日活互訪數據進行交叉驗證，分析IPv6更細粒度的優勢和不足。
在規模部署過程中，教育網的早期兩段IPv6地址2001:da8::/32和2001:250::/32到三大運營商的活躍地址數分布有不小的區別。以2022年4月25日活躍地址數高峰時的數據為例，日活互訪矩陣如表1所示。
表1 教育網或接入單位與三大運營商的IPv6日活互訪矩陣DAEM
可以看出，排名第一的2001:da8::/32與中國電信、中國移動、中國聯通的對端活躍地址數分別為2.419億、1.024億、1.635億，合計5.078億。從交叉驗證的角度看，三大運營商互訪2001:da8::/32的IPv6活躍地址數不少于5億；三大運營商互訪2001:250::/32的IPv6活躍地址數僅僅為1030萬。2001:da8::/32的發展情況遠遠好于2001:250::/32的發展情況，可繼續分析2001:da8::/32中更細粒度的/48前綴，推廣其中頭部高校的成功經驗。
從教育網地址訪問主流ICP/CDN的情況看，2001:da8::/32互訪主流ICP/CDN IPv6活躍地址數Top5中排名第一的是騰訊，超過423萬；其次是Akamai，293萬；其后依次為阿里、Cloudflare和新浪，分別為228萬、90.5萬和60.8萬。Cloudflare和Akamai的IPv6日活躍地址數排名靠前說明了教育網的國際學術網特性。日活互訪矩陣如表2所示。從地域看，北京地區的中國人民大學、清華大學和北京大學發展勢頭良好，經驗值得推廣。
表2 教育網或接入單位與主流ICP/CDN的IPv6日活互訪矩陣DAEM
IPv6規模部署小結
依托IPv6發展監測平臺，根據教育網IPv6地址分配情況，通過地址庫標識對端地址所屬單位，統計網站支持度、活躍地址指標和出入流量趨勢等核心指標，對數據進行交叉驗證對比，持續發現可以推廣的經典案例，推進IPv6規模部署。總結來看，有以下幾點建議：
1.41個節點和雙一流高校的IPv6發展態勢一直走在前列，高職高專和成人教育學校的IPv6發展情況弱于社會面大型ISP和主流ICP/CDN，這部分學校需持續關注。
2.在網站改造和網站IPv6支持度升級方面，采用IVI技術路線且完成較好的安徽地區的經驗值得推廣。在活躍用戶和純IPv6接入網絡方面，推動基于dIVI+SRv6的技術創新和基于IPv6協議的創新，通過IPv6活躍用戶的增長帶來IPv6流量的增長。
3.在IPv6網絡安全防護方面，共享NetFlow脫敏數據集，讓更多人參與異常掃描和DDoS攻擊等分析，落地遞歸域名解析服務安全監管治理示范。
4.在支持科研方面，積極加入SAVNET工作組，參與IETF標準制定，依托IPv6技術創新基礎設施建設園區實驗網，推進IPv6單棧平滑過渡。
未來，我們將以推進IPv6單棧部署、加強IPv6安全保障和監管治理為進一步的目標，加快推進IPv6基礎網絡設施規模部署和應用系統升級改造，促進IPv6健康有序發展。
作者：王巖1、黃友俊1,2、孫思默1、鄧斌1（1為賽爾網絡有限公司，2為清華大學網絡科學和網絡空間研究院）
來源：中國教育網絡