對IPv6 和IPv4 傳輸性能的對比研究

周小娟

（西安外事學院 計算機中心，陜西 西安 710077）

隨著IPv4 資源的枯竭，越來越多的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將轉(zhuǎn)向IPv6，IPv6 是下一代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它的地址長度是IPv4 的4 倍，可以提供比IPv4 更多的可擴充網(wǎng)絡(luò)地址，其優(yōu)越性遠遠大于IPv4[1]。在IPv6 向IPv4 的轉(zhuǎn)換過程中，必須首先使網(wǎng)絡(luò)工作者了解IPv6 和IPv4 的差異，以實際的實驗數(shù)據(jù)來證明IPv6優(yōu)越于IPv4，從而打消網(wǎng)絡(luò)工作者的憂慮，順利實施轉(zhuǎn)換工作[2]。本研究的目的就是以實驗的方式提供數(shù)據(jù)，證明IPv6 的優(yōu)越性，提倡和呼吁網(wǎng)絡(luò)工作者對IPv6 的使用。研究過程中，搭建了IPv6 和IPv4 測試網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，選取兩種常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議FTP 協(xié)議和HTTP 協(xié)議[3]，對不同大小的文件進行網(wǎng)絡(luò)傳輸，采集傳輸速率并計算標準差，最后對計算結(jié)果進行比較，從而得出IPv6 和IPv4 的性能差異。

1 研究方法

1.1 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

研究過程中，選取了西安外事學院計算中心機房一臺HP-Z400 服務(wù)器作為測試服務(wù)器，其上運行紅帽企業(yè)版6.1操作系統(tǒng)，在其上配置了FTP 服務(wù)和Apache Tomcat 網(wǎng)頁服務(wù)，并可以加載IPv6 模塊。選擇一臺運行WindowXP 專業(yè)版操作系統(tǒng)的聯(lián)想ThinkPad 筆記本為客戶端電腦，F(xiàn)TP 客戶端選擇WindowXP 內(nèi)置的FTP 命令工具，HTTP 測試客戶端選擇WindowXP 內(nèi)置的IE 瀏覽器為測試工具[4]。服務(wù)器和客戶端在同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，保證了彼此之間的網(wǎng)絡(luò)訪問是可以實現(xiàn)的。

FTP 客戶端工具可以顯示實時傳輸速率，但對瀏覽器傳輸速率的采集必須使用網(wǎng)絡(luò)檢測工具，如360 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等，進行實時傳輸速率的采集[5]。

1.2 實驗方法

本研究選取FTP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和HTTP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，分別在IPv6 和IPv4 環(huán)境下傳輸相同的文件，采集傳輸速率，計算標準差。傳輸文件選擇1 M，5 M，10 M，50 M 和100 M 大小的五個文件，作為傳輸文件用例。

首先，使用IPv4 的IP 配置方式（這種模式是當前默認的方式）配置服務(wù)器和客戶端。然后以FTP 命令連接服務(wù)器，并順序傳輸5個用例文件。在每個文件傳輸過程中采集實時傳輸速率10～20個，并記錄每個文件開始傳輸和傳輸完畢的時間。最后，使用IE 瀏覽器將5個文件上載，同樣在每個文件傳輸過程中采集實時傳輸速率10～20個，并記錄每個文件開始傳輸和傳輸完畢的時間。

在上述實驗完成后，在服務(wù)器和客戶端機器上加載IPv6模塊，將兩臺機器的IP 配置模式切換為IPv6P 模式。重復(fù)進行上述文件傳輸過程，用相同的方法記錄實驗數(shù)據(jù)。

2 研究結(jié)果

實驗完成后，我們對每次傳輸過程中采集的10～20個實時傳輸速率進行篩選，對篩選出來的數(shù)據(jù)計算其平均傳輸速率，標準差以及IPv6 和IPv4 的傳輸速率的倍數(shù)[6]。

表1 羅列了計算出來的FTP 協(xié)議文件傳輸?shù)膶嶋H數(shù)據(jù)。

表1 FTP協(xié)議在IPv6，IPv4模式下的傳輸速率測試數(shù)據(jù)Tab.1 Data of file transfer rate in IPv6 mode and IPv4 mode by FTP protocol

由上表可以看出，IPv6 的標準差在10 M 之前越來越高，50 M 的時候降低，100 M 的時候略有升高。這是由于10 M 以下由于傳輸時間短，傳輸過程還沒有穩(wěn)定，所以速率變化大，標準差變化大。50 M 以上由于傳輸時間長，傳輸剛開始的不穩(wěn)定因素可以忽略，因此時間越長，速率越穩(wěn)定，標準差變化不大[7]。IPv4 的整體趨勢和IPv6 相差不多。

圖1 FTP 協(xié)議在IPv6，IPv4 模式下的傳輸速率比較圖Fig.1 Comparison of file transferring rate in IPv6 mode and IPv4 mode by FTP protocol

圖2 FTP 協(xié)議在IPv6，IPv4 模式下的傳輸速率倍數(shù)圖Fig.2 IPv6/ IPv4 file transferring rate by FTP protocol

圖1，圖2 分別對FTP 協(xié)議在IPv6 和IPv4 模式下的文件傳輸速率進行了比較。從圖1 可以看出FTP 協(xié)議在IPv6模式下的傳輸速率一直高于IPv4 模式，而且文件越大傳輸速率越高，從圖2 可以看到根據(jù)不同的傳輸文件大小，IPv6 的傳輸速率高于IPv4 大約20%～40%。比較結(jié)果表明，IPv6 在FTP 協(xié)議下的文件傳輸性能高于IPv4。

表2 羅列了計算出來的HTTP 協(xié)議文件傳輸?shù)膶嶋H數(shù)據(jù)。

表2 HTTP協(xié)議在IPv6，IPv4模式下的傳輸速率測試數(shù)據(jù)Tab.2 Data of file transferring rate in IPv6 mode and IPv4 mode by HTTP protocol

由上表可以看出，IPv6 的文件傳輸在5 M 以上相對穩(wěn)定，但在1 M 的時候很不穩(wěn)定。造成這種變化的原因和前面對FTP 協(xié)議的解釋原因相同，1 M 文件因為傳輸時間短，不能達到一種穩(wěn)定狀態(tài)，所以速率變化很大[7]。5 M 以上的文件傳輸時間相對長一些，所以一開始的不穩(wěn)定狀態(tài)對速率的影響較小，因此速率變化小。IPv4 的整體趨勢和IPv6 差不多。

圖3 HTTP 協(xié)議在IPv6，IPv4 模式下的傳輸速率比較圖Fig.3 Comparison of file transferring rate in IPv6 mode and IPv4 mode by HTTP protocol

圖4 HTTP 協(xié)議在IPv6，IPv4 模式下的傳輸速率倍數(shù)圖Fig.4 IPv6/ IPv4 file transferring rate by HTTP protocol

圖3，圖4 分別對HTTP 協(xié)議在IPv6 和IPv4 模式下的文件傳輸速率進行了比較?？梢钥闯鯤TTP 協(xié)議的趨勢和FTP協(xié)議相似。HTTP 協(xié)議在IPv6 模式下的傳輸速率一直高于IPv4 模式，除文件很小時傳輸不穩(wěn)定外，較大文件的傳輸速率基本穩(wěn)定。根據(jù)不同的傳輸文件大小，IPV6 的傳輸速率高于IPV4 大約17%～20%，可以看出這個倍數(shù)基本和文件大小無關(guān)，穩(wěn)定在20%左右。比較結(jié)果表明，IPv6 在HTTP 協(xié)議下的文件傳輸性能高于IPv4。

3 結(jié)論

本研究以校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為基礎(chǔ)，通過搭建自己的IPv6 服務(wù)機客戶機測試環(huán)境，以不同大小的文件為測試用例，對FTP 和HTTP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在IPv6 和IPv4 兩種模式下的文件傳輸性能以用戶的觀點進行測試和評估。研究結(jié)果表明，在IPv4 上運行的FTP，HTTP 等網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，在IPv6 上也能夠順利運行，并且IPv6 能夠提供更快速穩(wěn)定的傳輸速率。對FTP 協(xié)議而言，IPv6 的傳輸速率通常比IPv4 高出10%～40%；對HTTP 協(xié)議而言，IPv6 的傳輸速率通常比IPv4 高出20%。整體而言，IPv6 的性能優(yōu)越于IPv4，網(wǎng)絡(luò)工作者可以放心安全的將網(wǎng)絡(luò)從IPv6 模式切換至IPv4 模式。

[1]李清.IPv6詳解[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[2]楊國良.IPv6技術(shù)部署與業(yè)務(wù)應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2011.

[3]李清平.DHCP在IPv4/IPv6雙協(xié)議棧校園網(wǎng)中的應(yīng)用[J].計算機技術(shù)與自動化，2012，31（2）：321-326.LI Qing-pin.An application of DHCP on campus network base on dual-stack[J].Computing Technology and Automation，2012，31（2）：321-326.

[4]羅文興.高校網(wǎng)絡(luò)從IPv4升級到IPv6的方案研究[J].電腦知識與教育，2011，7（7）：267-272.LUO Xing-wen.Research of university network transition from IPv4 to IPv6[J].Computer Knowledge and Technology，2011，7（7）：267-272.

[5]荊山，孫潤元，陳貞翔.IPv4/IPv6過渡方案的研究與應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)部署[J].通訊學報，2006，21（1）：235-238.JING Shan，SUN Run-yuan，CHEN Zhen-xiang.Research of transition technology for IPv4/IPv6 deploy of the application network[J].Journal of Communications，2006，21（1）：235-238.

[6]李智濤，崔毅東，徐雅靜，等.IPv6環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)測量模型[J].北京郵電大學學報，2007，30（6）：553-557.LI Zhi-tao，CUI Yi-dong，XU Ya-jing，et al.A network measurement model in IPv6 environment[J].Journal of BeiJing University of Posts and Telecommunications，2007，30（6）：553-557.

[7]Cisco Systems，Inc.IPv6 Tunnel through an IPv4 Network[EB/OL].（2006）.http：//www.cisco.com/en/US/tech/tk872/technologies_configuration_example09186a00800b49a5.shtml.