IPv6通信能力指標(biāo)化分析方法及在端到端運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

李陽春，馮薇薇

（中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630）

IPv6通信能力指標(biāo)化分析方法及在端到端運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

李陽春，馮薇薇

（中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630）

針對新、老舊設(shè)備混合組建的端到端運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)業(yè)界通常采用傳統(tǒng)的定性方法描述其IPv6通信能力。通過定義IPv6通信事件、IPv6通信能力指標(biāo)，提出了單節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)集、單路徑、多路徑以及端到端運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)的IPv6通信能力指標(biāo)及其計(jì)算方法，從而實(shí)現(xiàn)IPv6通信能力的指標(biāo)化分析，并評估了端到端運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)的IPv6通信能力。

IPv6；IPv6通信事件；IPv6通信能力指標(biāo)；量化分析方法

1 引言

國際地址分配機(jī)構(gòu)的IPv4地址資源［1］已經(jīng)分配完。從2012年起，國內(nèi)運(yùn)營商、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容服務(wù)商（internet content provider，ICP）開始大規(guī)模部署私網(wǎng)雙棧 NAT44［2-4］、輕型雙棧 DS-Lite［5，6］等 IPv6［7］過渡技術(shù) 。同時(shí)，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)部署了大量不支持IPv6的老舊 BRAS（broadband remote access server）、路由型 CPE （custom premise equipment） 和 ICP（internet content provider）應(yīng)用服務(wù)器等節(jié)點(diǎn)設(shè)備。一些主機(jī)、服務(wù)器也運(yùn)行了不支持IPv6的應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)，將在較長時(shí)間內(nèi)存在并阻礙IPv6技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。

在推廣IPv6應(yīng)用的過程中，ISP （internet service provider）和ICP通常根據(jù)定性描述來評估網(wǎng)絡(luò)設(shè)備／系統(tǒng)的IPv6支持能力，并升級或替換現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備／系統(tǒng)。這種方法只能反映設(shè)備能力，無法準(zhǔn)確反映端到端運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)的通信能力。同時(shí)，IPv6報(bào)文從終端到服務(wù)器端，是一個(gè)不斷選擇下一跳的過程。本文把每次選擇當(dāng)作獨(dú)立事件，選中支持IPv6的下一跳的概率與終端集、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集或服務(wù)器集在現(xiàn)網(wǎng)中的IPv6占比一致，客觀上為量化分析IPv6通信能力提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。此外，國內(nèi)外現(xiàn)有研究通常聚焦在IPv6及其過渡技術(shù)本身，但缺少針對運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的IPv6通信能力指標(biāo)及量化分析方法。

類似于 ITU-T 標(biāo)準(zhǔn) Y.1541［8］，時(shí)延、分組丟失、抖動(dòng)等指標(biāo)被用于描述網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量等，本文定義了IPv6通信能力指標(biāo)，并用于描述節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)的IPv6通信能力。

2 節(jié)點(diǎn)的IPv6通信能力量化分析方法

在本文中，支持IPv6指設(shè)備可以開啟IPv6協(xié)議，運(yùn)行IPv6功能。本文關(guān)注設(shè)備支持IPv6的能力，不關(guān)心是否已運(yùn)行IPv6功能，也不考慮設(shè)備的故障對IPv6通信的影響。

2.1 概述

現(xiàn)網(wǎng)部署的大量設(shè)備，可以劃分成終端集、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備集和服務(wù)器集，如圖1所示。

圖1中各設(shè)備集包括支持IPv6和不支持IPv6的設(shè)備。不支持IPv6的設(shè)備通常指現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)行的老舊設(shè)備，既不能運(yùn)行IPv6功能，也無法轉(zhuǎn)發(fā)IPv6報(bào)文。新上線的設(shè)備通常被認(rèn)為支持IPv6。

為便于分析，本節(jié)首先定義IPv6通信事件和IPv6通信能力指標(biāo)等概念。

IPv6通信事件指支持IPv6的終端發(fā)起IPv6通信，由支持IPv6的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)承載，與支持IPv6的服務(wù)器完成通信的過程。1個(gè)IPv6通信事件代表終端與服務(wù)器之間完成了1次IPv6通信過程。在IPv6通信事件中，終端、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、服務(wù)器必須同時(shí)支持IPv6。

IPv6通信能力指標(biāo)指由終端、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和服務(wù)器共同完成 IPv6 通信的成功概率 P，分別用 Pterm、Pnode、Pserv、Pnet表示終端、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)的IPv6通信能力指標(biāo)，取值范圍均為［0，1］。IPv6通信能力指標(biāo)取值越大，IPv6通信能力越強(qiáng)。

對于單節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)集和網(wǎng)絡(luò)，IPv6通信能力指標(biāo)的意義并不一致。對于單節(jié)點(diǎn)，IPv6通信能力指標(biāo)指該設(shè)備是否支持IPv6；對于節(jié)點(diǎn)集，IPv6通信能力指標(biāo)指支持IPv6的設(shè)備占比；對于承載網(wǎng)絡(luò)或端到端通信，IPv6通信能力指標(biāo)則描述了IPv6通信事件發(fā)生的概率。

2.2 節(jié)點(diǎn)的IPv6通信能力分析方法

這里的節(jié)點(diǎn)指終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器，節(jié)點(diǎn)集指如圖1所示的終端集、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備集和服務(wù)器集。

（1）單節(jié)點(diǎn)的IPv6通信能力

單節(jié)點(diǎn)指單臺終端、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、服務(wù)器等設(shè)備，其IPv6通信能力是獨(dú)立事件。終端的IPv6通信能力指終端支持IPv6、發(fā)起IPv6訪問并完成通信的能力，服務(wù)器的IPv6通信能力指服務(wù)器支持IPv6、接收IPv6訪問請求并提供IPv6服務(wù)的能力；網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的IPv6通信能力指網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)IPv6報(bào)文的能力。單節(jié)點(diǎn)的終端、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和服務(wù)器的IPv6通信能力指標(biāo)可按照式（1）計(jì)算：

當(dāng)終端、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或服務(wù)器支持IPv6時(shí)，p=1；否則，p=0。p分別表示終端的IPv6通信能力指標(biāo)Pter、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的IPv6通信能力指標(biāo)Pnode或服務(wù)器的IPv6通信能力指標(biāo)Pserv。

（2）節(jié)點(diǎn)集的IPv6通信能力

節(jié)點(diǎn)集，或稱節(jié)點(diǎn)集合，指圖1的終端集、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集和服務(wù)器集?，F(xiàn)網(wǎng)中的各節(jié)點(diǎn)集包含支持IPv6的節(jié)點(diǎn)子集和不支持IPv6的節(jié)點(diǎn)子集。終端集、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集和服務(wù)器集的IPv6通信能力指標(biāo)定義如下：

圖1 終端、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和服務(wù)器的節(jié)點(diǎn)集合

式（2）表示，從設(shè)備集任意選擇一個(gè)元素，屬于支持IPv6子集的概率是Pratio，屬于不支持IPv6子集的概率是1-Pratio。式（2）用于描述終端集、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集和服務(wù)器集的IPv6通信能力，適用于單跳節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集，但不適用于經(jīng)過多跳節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集。

3 網(wǎng)絡(luò)的IPv6通信能力分析方法

基于圖1和式（2），本節(jié)探討多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的單路徑網(wǎng)絡(luò)和多路徑網(wǎng)絡(luò)的IPv6通信能力指標(biāo)。

3.1 單路徑IPv6通信能力

單路徑指在節(jié)點(diǎn)之間的IPv6報(bào)文只有1條可供選擇的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，如圖2所示。圖2的節(jié)點(diǎn)N1、N2、N3可以是終端集、服務(wù)器集或者網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集中的節(jié)點(diǎn)，并可以用于端到端通信模型?，F(xiàn)網(wǎng)大量寬帶用戶終端采用單路徑方式接入互聯(lián)網(wǎng)。

圖2 單路徑網(wǎng)絡(luò)

圖 2中的節(jié)點(diǎn) N1、N2、N3形成 1條 IPv6通信的單路徑，分別用PN1、PN2、PN3表示這些節(jié)點(diǎn)的IPv6通信能力指標(biāo)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)N1、N2、N3同時(shí)支持IPv6時(shí)，IPv6報(bào)文可以由圖2的單路徑承載，IPv6通信能力指標(biāo)按式（3）計(jì)算：

結(jié)合式（1）、式（2），當(dāng)節(jié)點(diǎn) N1、N2、N3 之一不 支持IPv6或者節(jié)點(diǎn)N1、N2、N3之一所屬集合中沒有支持IPv6的節(jié)點(diǎn)，則 PN1、PN2或 PN3之一取值為 0，則由式（3）計(jì)算的節(jié)點(diǎn)N1到N2的單路徑的IPv6通信能力指標(biāo)為0，即節(jié)點(diǎn)N1到N2的單路徑不能承載IPv6報(bào)文。

3.2 多路徑IPv6通信能力

多路徑指節(jié)點(diǎn)之間可以通過多條路徑傳送IPv6報(bào)文。圖3描述了一種典型的多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的通信網(wǎng)絡(luò)。

圖3 多路徑網(wǎng)絡(luò)

如圖3所示的多路徑網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)N1、N2、N3、N4支持IPv6，組成IPv6邏輯網(wǎng)絡(luò)；節(jié)點(diǎn)N5不支持IPv6。節(jié)點(diǎn)N3、N4、N5并聯(lián)，是N1到N2的等價(jià)路徑。節(jié)點(diǎn)N1或N2選

即節(jié)點(diǎn) N1到 N2的 IPv6通信成功率為 2／3。其中，PN3N4N5表示支持IPv6的節(jié)點(diǎn)在該節(jié)點(diǎn)集中的占比。

城域網(wǎng)、IDC、骨干網(wǎng)等實(shí)際網(wǎng)絡(luò)通常運(yùn)行了路由協(xié)議，如OSPFv3、ISISv6等。以圖3為例，節(jié)點(diǎn)N1、N2在選路時(shí)會(huì)避開不支持IPv6的節(jié)點(diǎn)N5，只從N3、N4中選擇支持IPv6的下一跳，各自被選中的概率是 1／2，但中間節(jié)點(diǎn)集｛N3，N4｝支持IPv6的設(shè)備占比是100%，不會(huì)出現(xiàn)選中不支持IPv6的節(jié)點(diǎn)。因此，從N1到N2的IPv6通信能力指標(biāo)為：

即從節(jié)點(diǎn)N1到N2的IPv6通信成功率為100%。其中，PN3N4表示支持IPv6的節(jié)點(diǎn)在該節(jié)點(diǎn)集中的占比。

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)部署特點(diǎn)，城域網(wǎng)、IDC、骨干網(wǎng)等實(shí)際網(wǎng)絡(luò)都運(yùn)行了IPv6路由協(xié)議，由IPv6路由協(xié)議保證節(jié)點(diǎn)間的IPv6連通性，并考慮了路徑冗余的需求。同時(shí)，邊緣節(jié)點(diǎn)通常都支持IPv6。因此，可以總結(jié)如下結(jié)論。

結(jié)論1 對于運(yùn)行路由協(xié)議的多路徑網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，IPv6通信報(bào)文由支持IPv6的節(jié)點(diǎn)承載，不會(huì)選中不支持IPv6的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)該類網(wǎng)絡(luò)的邊緣設(shè)備（如城域網(wǎng)BRAS／MSE、CR等）都支持IPv6，則該類型IPv6邏輯網(wǎng)絡(luò)的IPv6承載成功率為100%；當(dāng)該類網(wǎng)絡(luò)的邊緣設(shè)備只有部分支持IPv6，則等于邊緣設(shè)備集的IPv6通信能力指標(biāo)。

根據(jù)結(jié)論1，現(xiàn)網(wǎng)的城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)、IDC等承載網(wǎng)絡(luò)的邊緣設(shè)備通常都支持IPv6，其IPv6通信能力指標(biāo)為100%。后續(xù)討論可以把該類網(wǎng)絡(luò)抽象為支持IPv6的節(jié)點(diǎn)，并且其IPv6通信能力指標(biāo)為100%。中N3、N4或N5是獨(dú)立事件，各自被選中的概率是1／3，因此，從N1到N2的網(wǎng)絡(luò)的IPv6通信能力指標(biāo)為：

4 端到端運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)的IPv6通信能力量化分析

4.1 端到端運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)模型

實(shí)際部署的端到端運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)模型通常由主機(jī)、家庭網(wǎng)關(guān)、BRAS／MSE、承載網(wǎng)絡(luò)和ICP應(yīng)用服務(wù)器等設(shè)備共同組成，相關(guān)設(shè)備分成主機(jī)集、家庭網(wǎng)關(guān)集、BRAS／MSE集、ISP網(wǎng)絡(luò)、ICP應(yīng)用服務(wù)器集，如圖4所示。

在圖4中，主機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)起IPv6通信。根據(jù)是否運(yùn)行3層功能，家庭網(wǎng)關(guān)被分成路由型CPE和橋接型CPE。其中，橋接型CPE透傳IPv6報(bào)文，由主機(jī)發(fā)起PPPoE／IPoE接入；路由型CPE發(fā)起PPPoE／IPoE接入，運(yùn)行 IPv6報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)等功能。寬帶接入服務(wù)器（BRAS／MSE）終結(jié)PPP連接，提供認(rèn)證、地址分配和用戶管理、報(bào)文承載等服務(wù)。ISP網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)流量，包括城域網(wǎng)、骨干網(wǎng) （如ChinaNet、China169、CN2等）。應(yīng)用服務(wù)器應(yīng)答用戶主機(jī)的應(yīng)用訪問請求，提供應(yīng)用服務(wù)。

圖4 端到端運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)模型

主機(jī)、CPE、BRAS／MSE、ICP 應(yīng)用服務(wù)器等設(shè)備集既包含支持IPv6的設(shè)備，又包含不支持IPv6的設(shè)備，其IPv6通信能力指標(biāo)符合式（2）。單次IPv6通信事件由主機(jī)集的任意節(jié)點(diǎn)發(fā)起，并選擇網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和服務(wù)器節(jié)點(diǎn)完成通信。當(dāng)選擇不支持IPv6的設(shè)備，本次IPv6通信事件不能發(fā)生。

4.2 端到端IPv6通信能力量化分析方法

根據(jù)第3.2節(jié)的結(jié)論1，圖4的ISP網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行了ISISv6或OSPFv3等IPv6路由協(xié)議，除BRAS／MSE之外的邊緣設(shè)備通常都支持IPv6，因此，ISP網(wǎng)絡(luò)的IPv6通信能力指標(biāo)為1或100%。在圖4的端到端模型中，ISP網(wǎng)絡(luò)可以抽象成一個(gè)支持 IPv6 的節(jié)點(diǎn)，與主機(jī)、CPE、BRAS／MSE、ICP 應(yīng)用服務(wù)器組成類似第3.1節(jié)的單路徑網(wǎng)絡(luò)。因此，圖4的通信模型可以采用類似式（3）的方法計(jì)算端到端IPv6通信能力指標(biāo)：

其中，pu、pb、pi分別表示主機(jī)、BRAS／MSE、ICP 應(yīng)用服務(wù)器的IPv6通信能力指標(biāo)，pcr、pc分別表示路由型CPE的占比及其中支持IPv6的路由型CPE的占比。各參數(shù)的取值范圍為［0，1］。式（5）按照 100%計(jì)算圖 4 中的 ISP 網(wǎng)絡(luò)的IPv6通信能力指標(biāo)。

式（6）中的（1-pcr）代表橋接型 CPE的占比或其 IPv6通信能力指標(biāo)；pcr×pc代表支持IPv6的路由型CPE在全部家庭網(wǎng)關(guān)中的占比；（1-pcr）+pcr×pc則代表包括橋接型 CPE 和路由型CPE在內(nèi)的全部CPE的IPv6通信能力指標(biāo)。其中，橋接型CPE透傳IPv6報(bào)文，按照支持IPv6計(jì)算。

對于同時(shí)部署橋接型CPE和路由型CPE的運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)式（6）和pcr的不同取值，端到端模型的IPv6通信能力指標(biāo)按照式（7）計(jì)算：

其中，當(dāng)pcr=0時(shí)，現(xiàn)網(wǎng)只部署橋接型CPE；pcr=1時(shí)，現(xiàn)網(wǎng)只部署路由型CPE。

對于同時(shí)部署橋接型CPE和路由型CPE的運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)式 （6）和pc的不同取值，端到端運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)的IPv6通信能力指標(biāo)的計(jì)算方法可以簡化如下：

其中，pc=0時(shí)表示路由型CPE都不支持IPv6，只有橋接型CPE接入的用戶主機(jī)可以實(shí)現(xiàn)IPv6接入；pc=1時(shí)表示路由型CPE全部支持IPv6，所有CPE（包括橋接型CPE和路由型CPE）都支持IPv6，IPv6通信能力指標(biāo)與CPE的IPv6通信能力指標(biāo)值無關(guān)，只取決于用戶主機(jī)、BRAS／MSE和ICP應(yīng)用服務(wù)器的IPv6通信能力指標(biāo)。

根據(jù)式（6）～式（8），端到端運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)的 IPv6通信能力指標(biāo)計(jì)算方法具有如下特征：

· IPv6通信能力指標(biāo)pipv6_suc與主機(jī)、BRAS／MSE及ICP

應(yīng)用服務(wù)器的IPv6通信能力指標(biāo)成正比，通過提升pu、pb或 pi的值，可以提升指標(biāo) pipv6_suc。但當(dāng) pu、pb或 pi之一取 0 時(shí)，pipv6_suc=0，即主機(jī)集、BRAS／MSE 集或ICP應(yīng)用服務(wù)器集之一不支持IPv6，則無法實(shí)現(xiàn)IPv6通信；

· 當(dāng) pu、pb或 pi取 1 時(shí)，現(xiàn)網(wǎng)主機(jī)集、BRAS／MSE 集或者ICP服務(wù)器集支持IPv6，IPv6的通信能力指標(biāo)分 別取 ［1-pcr×（1-pc）］×pb×pi、pu×［1-pcr×（1-pc）］×pi和pu×［1-pcr×（1-pc）］×pb。

家庭網(wǎng)關(guān)CPE對IPv6通信能力指標(biāo)pipv6_suc的影響與pu、pb或 pi不一致：pipv6_suc隨 pc單調(diào)增；pipv6_suc隨 pcr單調(diào)減。當(dāng)0＜pcr＜1時(shí)，即網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)存在支持IPv6和不支持IPv6的路由型CPE，pipv6_suc隨pcr的增大逐步減小。因此，逐步提高路由型CPE的占比，并不能提升端到端網(wǎng)絡(luò)模型的IPv6的通信能力，需要同步增大支持IPv6的路由型CPE，才可能提升IPv6通信能力指標(biāo)pipv6_suc。

4.3 現(xiàn)網(wǎng)端到端運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)的IPv6通信能力的量化分析

根據(jù)現(xiàn)有的一些調(diào)查數(shù)據(jù)［9］，國內(nèi)IPv6的使用率僅有0.07%。隨著IPv6的逐步推廣，主機(jī)、家庭網(wǎng)關(guān)、BRAS／MSE、ICP應(yīng)用服務(wù)器的IPv6支持率逐步提高，會(huì)逐步提升IPv6使用率。

根據(jù)式（6），pipv6_suc與 pu、pb和 pi成正比，這里用 pubi代表 pu×pb×pi，則式（6）變成：

針對圖4的網(wǎng)絡(luò)模型，本節(jié)分析端到端IPv6通信能力的3種情況：pcr取固定值（如50%），即網(wǎng)絡(luò)中的路由型CPE占比不變，分析 pipv6_suc隨 pubi、pc的變化趨勢；pc取固定值（如50%），即網(wǎng)絡(luò)中支持IPv6的路由型CPE占比不變，分析 pipv6_suc隨 pubi、pcr的變化趨勢；pubi取固定值（如 50%），分析pipv6_suc隨pcr、pc的變化趨勢，即路由型CPE的變化對端到端IPv6通信能力的影響。

當(dāng) pcr=50%時(shí)，根據(jù)式（9），pipv6_suc=pubi×（0.5+0.5pc），端到端IPv6通信能力指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果見表1，pipv6_suc的變化趨勢如圖5所示。

圖5 pcr=50%時(shí)的pipv6_suc變化趨勢

其中，pubi按照步長10%從0增加到100%，pc按照步長 20%從0增加到100%。根據(jù)表 1和圖 5，pipv6_suc隨 pubi、pc單調(diào)增加。

當(dāng) pc=50%時(shí)，根據(jù)式（9），pipv6_suc=pubi×（0.5+0.5pcr），端到端IPv6通信能力指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果見表2，變化趨勢如圖6所示。

其中，pubi按照步長10%從0增加到100%，pcr按照步長20%從 0增加到 100%。根據(jù)表 2和圖6，pipv6_suc隨 pubi單調(diào)增加，但隨pcr單調(diào)減少。因此，僅僅提升路由型家庭網(wǎng)關(guān)的占比，而支持IPv6的路由型家庭網(wǎng)關(guān)的占比不變，端到端IPv6通信能力指標(biāo)pipv6_suc會(huì)下降。

當(dāng) pubi=50%時(shí)，根據(jù)式（9），pipv6_suc=0.5×［1-pcr×（1-pc）］，端到端IPv6通信能力指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果見表3，變化趨勢如圖7所示。

表1 pcr=50%時(shí)的pipv6suc計(jì)算結(jié)果

表2 pc=50%時(shí)的pipv6suc計(jì)算結(jié)果

圖6 pc=50%時(shí)的pipv6_suc變化趨勢

圖7 pubi=50%時(shí)的pipv6_suc變化趨勢

其中，pc按照步長10%從0增加到100%，pcr按照步長20%從0增加到100%。根據(jù)表 3和圖7，pipv6_suc隨 pc單調(diào)增加，但隨pcr單調(diào)減少。在提升路由型家庭網(wǎng)關(guān)占比的同時(shí)，應(yīng)同時(shí)提升支持IPv6的路由型家庭網(wǎng)關(guān)的占比，才能提升端到端IPv6通信能力。

表3 pubi=50%時(shí)的pipv6suc計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)束語

類似于時(shí)延、分組丟失、抖動(dòng)等網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量指標(biāo)，本文引入IPv6通信能力指標(biāo)和IPv6通信事件等概念，分別定義了節(jié)點(diǎn)／節(jié)點(diǎn)集、單路徑／多路徑的IPv6通信能力指標(biāo)，并提出了相關(guān)指標(biāo)的計(jì)算方法。本文提出的IPv6通信能力指標(biāo)，可以定量描述節(jié)點(diǎn)／節(jié)點(diǎn)集、單路徑／多路徑以及端到端運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)的IPv6通信能力，為產(chǎn)業(yè)界定量分析IPv6通信能力提供技術(shù)依據(jù)。通常來講，IPv6通信能力指標(biāo)越大，網(wǎng)絡(luò)的IPv6通信能力越強(qiáng)。與此同時(shí)，本文進(jìn)一步定義了端到端運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)的IPv6通信能力指標(biāo)，并推導(dǎo)出其計(jì)算方法，簡要分析了端到端運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)的IPv6通信能力與各設(shè)備集的IPv6通信能力指標(biāo)之間的關(guān)系及其變化趨勢。

基于前面的分析，多路徑網(wǎng)絡(luò)，如城域網(wǎng)、ChinaNet／CN2／China169等骨干網(wǎng)、IDC等，通常運(yùn)行了 ISISv6、OSPFv3等IPv6路由協(xié)議，從邏輯上排除不支持IPv6的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。因此，本文的IPv6通信能力指標(biāo)可忽略多路徑網(wǎng)絡(luò)的細(xì)節(jié)，并把多路徑網(wǎng)絡(luò)抽象成一個(gè)支持IPv6的節(jié)點(diǎn)，如ISP網(wǎng)絡(luò)，其IPv6通信能力指標(biāo)取值為1。因此，現(xiàn)網(wǎng)的主機(jī)、家庭網(wǎng)關(guān)、BRAS／MSE、ISP網(wǎng)絡(luò)、ICP服務(wù)器從邏輯上構(gòu)成了1條單路徑網(wǎng)絡(luò)，并按照單路徑的分析方法完成了端到端運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)的IPv6通信能力的分析。從分析結(jié)果看，提升主機(jī)、BRAS／MSE、ICP服務(wù)器的IPv6通信能力指標(biāo)和支持IPv6的路由型CPE的占比可以提升端到端IPv6通信能力指標(biāo)，但單純提升路由型CPE的占比，反而可能降低端到端IPv6通信能力指標(biāo)。

需要注意的是，本文的定義和分析方法忽略了大量細(xì)節(jié)，如節(jié)點(diǎn)的部署點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、運(yùn)行的功能、終端／服務(wù)器操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的差異性，也未考慮NAT444、DS-Lite、A+P等過渡技術(shù)特征、隧道等因素的影響，是一種宏觀的、整體的、簡化的描述和分析方法，可以用于分析城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)、寬帶接入等各種網(wǎng)絡(luò)場景中的IPv6通信能力。后續(xù)將通過引入網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、部署點(diǎn)、過渡技術(shù)特征等信息，逐步優(yōu)化本文的分析方法，并爭取得到更精細(xì)、準(zhǔn)確的分析結(jié)果，支持產(chǎn)業(yè)界推廣IPv6。

［1］HUSTON G.IPv4 address report ［R／OL］. ［2011-02-03］.http：／／www.potaroo.net／tools／ipv4／index.html.

［2］ 運(yùn) 營 級 NAT44 設(shè) 備 技 術(shù) 要 求 ：CCSA YD／T 2544-2013［S］.2013.The technical specifications for carrier grade NAT（NAT44）：CCSA YD／T 2544-2013［S］.2013.

［3］ 運(yùn)營級 NAT444 技術(shù)要求：CCSA YD／T 2811-2015［S］.2015.Technical requirements for NAT444：CCSA YD／T 2811-2015［S］.2015.

［4］Assessing the impactofcarrier-grade NAT on network applications：RFC 7021［S］.2013.

［5］DS-Lite 技術(shù)要求：CCSA YD／T2371-2011［S］.2011.Technical requirements for DS-Lite：CCSA YD／T2371-2011［S］.2011.

［6］RFC6333.Dual-stack litebroadband deploymentsfollowing IPv4 exhaustion［S］.2011.

［7］Internet protocol version 6 （IPv6）specification：RFC2640［S］.1998.

［8］Network performance objectives for IP-based services：ITU-T Y.1541［S］.2011.

［9］智博睿.“十三五”中國IPv6行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀及投資可行性研究報(bào) 告 ［R／OL］. ［2015-09-01］.http：／wenku.baidu.com／link？url=rHnsMru2J4IXSkguiL1_Qc8laPKcemZimeLMHZB8N6XYlY ceu3 QFLxX8OvJ8zfP7sw5IJIhIjcBg4lCGSnNjHp-UOS4ennk_ZO-AlkY bZlK.ZHI R B.The feasibility study report of 13th five-yearIPv6 industry application and investment in China ［R／OL］.［2015-09-01］. http：／wenku.baidu.com／link？url=rHnsMru2J4 IXSkguiL1_Qc8laPKcemZimeLMHZB8N6XYlYceu3 QFLxX8O vJ8zfP7sw5IJIhIjcBg4lCGSnNjHp-UOS4ennk_ZO-Alk YbZlK.

IPv6 communication capability index and its application in end-to-end carrier network

LI Yangchun，F(xiàn)ENG Weiwei
Guangzhou Research Institute of China Telecom Co.，Ltd.，Guangzhou 510630，China

The traditional way was used to qualitatively describe the IPv6 communication capabilities for end-to-end carrier grade network with many old devices.By introducing concepts of IPv6 communication events，IPv6 communication capability index，the algorithms were presented to calculate the IPv6 communication capability index for single node，node set，single path，multi-path and end-to-end network.These algorithms were also used to analyze and evaluate the IPv6 communication capability for end-to-end carrier grade network.

IPv6，IPv6 communication event，IPv6 communication capability index，quantitative analysis method

TN919

A

10.11959／j.issn.1000-0801.2016138

2016-03-08；

2016-05-03

李陽春（1970-），男，博士，中國電信股份有限公司廣州研究院高級工程師，主要從事互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)研究工作，重點(diǎn)研究下一代互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)。

馮薇薇（1974-），女，中國電信股份有限公司廣州研究院工程師，主要從事互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)研究工作，重點(diǎn)研究移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)。