IPv6測(cè)試研究與實(shí)踐

摘要：從IPv6協(xié)議測(cè)試范圍和測(cè)試方法兩個(gè)方面對(duì)IPv6協(xié)議測(cè)試進(jìn)行了研究分析，并從設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)站系統(tǒng)等3個(gè)方面探討論了IPv6測(cè)試的規(guī)范和體系。基于近年IPv6測(cè)試領(lǐng)域相關(guān)成果，介紹了IPv6論壇的測(cè)試體系IPv6 Ready和IPv6 Enabled，以及全球在IPv6測(cè)試方面的實(shí)踐和探索。

關(guān)鍵詞： IPv6測(cè)試；互操作性；一致性；測(cè)試范圍；測(cè)試方法

Abstract： In this paper， we discuss the scope and methods of IPv6 protocol testing. We discuss IPv6 testing framework in terms of devices， network， and website testing. We also discuss international studies on IPv6 Ready and IPv6 Enabled and give an overview of global IPv6 testing practice.

Key words： IPv6 testing； interoperability； conformance； scope of testing； method of testing

2011年2月3日，互聯(lián)網(wǎng)地址編碼分配機(jī)構(gòu)IANA的報(bào)告宣稱全球最后IPv4地址塊已經(jīng)分配完畢[1]，正式宣告世界范圍內(nèi)IPv4地址已經(jīng)枯竭。IPv4地址的缺乏制約和影響了許多發(fā)展中國(guó)家互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展速度，采用IPv6協(xié)議提升移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的承載能力、可擴(kuò)展性和可管控性是當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的主要發(fā)展方向。

IPv6在將近15年的發(fā)展和部署過(guò)程中，與IPv6相關(guān)的協(xié)議內(nèi)容涵蓋了IPv6基本協(xié)議、IPv6組播、IPv6移動(dòng)協(xié)議、安全與管理協(xié)議、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、以及IPv6過(guò)渡協(xié)議等多個(gè)部分。IPv6測(cè)試也從最初的IPv6基本協(xié)議測(cè)試，發(fā)展到如今對(duì)包含多種形式的IPv6終端、IPv6路由交換設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡設(shè)備，支撐系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用等多方面為整體的協(xié)議、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)站測(cè)試體系研究。IPv6測(cè)試研究成為新一輪全球互聯(lián)網(wǎng)研究的熱點(diǎn)，受到業(yè)界廣泛認(rèn)可，并作為驗(yàn)證IPv6互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域相關(guān)設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、服務(wù)/內(nèi)容提供商（SP/CP）、運(yùn)營(yíng)商對(duì)IPv6相關(guān)協(xié)議及標(biāo)準(zhǔn)的符合程度，檢驗(yàn)IPv6部署方案是否具備商用水平的關(guān)鍵手段。

以IPv6為標(biāo)志的下一代互聯(lián)網(wǎng)測(cè)試研究一直受到各國(guó)政府的大力支持。早在2005年歐盟啟動(dòng)Go4it計(jì)劃，建設(shè)歐盟的下一代互聯(lián)網(wǎng)測(cè)試平臺(tái)[2]。2008年6月，美國(guó)國(guó)防部宣布啟動(dòng)IPv6產(chǎn)品認(rèn)證計(jì)劃，政府各部門IT網(wǎng)絡(luò)采購(gòu)需全面滿足USGv6文件和IPv6 Ready測(cè)試的設(shè)備通過(guò)認(rèn)證確保相關(guān)產(chǎn)品能夠滿足國(guó)防部的任務(wù)要求。日本政府采用了全球IPv6論壇IPv6 Ready標(biāo)識(shí)認(rèn)證計(jì)劃。日本的主要信息終端廠商如索尼、東芝、日立、松下等廠商的產(chǎn)品都支持IPv6，在Phase I中的日本企業(yè)超過(guò)30%，Phase II中占50%。

本文將從IPv6協(xié)議測(cè)試入手，討論測(cè)試的范圍和方法。然后介紹IPv6測(cè)試的規(guī)范和體系，其中包含設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)站系統(tǒng)等各個(gè)方面。最后文章將介紹近些年IPv6測(cè)試領(lǐng)域相關(guān)的實(shí)踐和成果，其中包括IPv6論壇的測(cè)試體系IPv6 Ready和IPv6 Enabled，以及在全球領(lǐng)域IPv6測(cè)試方面的實(shí)踐和探索。

1 IPv6協(xié)議測(cè)試研究

隨著互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來(lái)越大，再加上IPv6的廣泛部署和應(yīng)用，穩(wěn)定高效的IPv6協(xié)議將成為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全和穩(wěn)定的保障。本節(jié)將從IPv6協(xié)議測(cè)試范圍和測(cè)試方法兩個(gè)方面來(lái)對(duì)IPv6協(xié)議測(cè)試進(jìn)行研究分析。

1.1 IPv6協(xié)議測(cè)試范圍

因特網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）是國(guó)際上推動(dòng)IPv6標(biāo)準(zhǔn)化的主要力量，自1994年以來(lái)已經(jīng)制訂了1 000多項(xiàng)有關(guān)IPv6的標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)內(nèi)容涵蓋命名、尋址、路由、演進(jìn)機(jī)制、安全、管理等領(lǐng)域[3]。如今IPv6的核心標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成包括IPv6基本協(xié)議、地址結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)包頭、鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制、地址分配機(jī)制等。目前的主要工作集中在IPv4向IPv6過(guò)渡、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)對(duì)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的支撐和適應(yīng)，以及基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)自身的管理、完善和演進(jìn)上。雖然IPv6相關(guān)協(xié)議很多，從國(guó)際IPv6論壇Ready Logo認(rèn)證[4]的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看IPv6協(xié)議測(cè)試集中在尋址、路由、移動(dòng)、安全、管理等核心協(xié)議上。IPv6 Ready Logo涉及的IPv6協(xié)議和設(shè)備如表1所示。

1.2 IPv6協(xié)議測(cè)試方法

協(xié)議測(cè)試傳統(tǒng)上來(lái)說(shuō)分為一致性測(cè)試、互操作性測(cè)試（又稱互通性測(cè)試）和性能測(cè)試3部分，在IPv6協(xié)議測(cè)試領(lǐng)域亦如此。就IPv6協(xié)議測(cè)試而言，全球主要的研究工作集中在IPv6協(xié)議的一致性測(cè)試方面。對(duì)IPv6協(xié)議的一致性測(cè)試研究又主要集中在協(xié)議形式化描述、測(cè)試結(jié)構(gòu)、抽樣測(cè)試集和測(cè)試?yán)煞椒ǖ葞讉€(gè)方面。比如對(duì)移動(dòng)IPv6的協(xié)議形式化描述和一致性測(cè)試方法[5]，RIPng協(xié)議的一致性研究[6]等。也有對(duì)自動(dòng)化測(cè)試方法進(jìn)行的研究，如對(duì)鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議的自動(dòng)化測(cè)試[7]。

互操作性測(cè)試會(huì)根據(jù)具體協(xié)議和測(cè)試目的的不同采用不同的方法和手段，一般沒(méi)有固定的標(biāo)準(zhǔn)和模式。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI）曾經(jīng)出版過(guò)一個(gè)IPv6測(cè)試框架[8]和一個(gè)互操作性測(cè)試方法[9]，定義了IPv6協(xié)議互操作性的基本概念、單元、流程和形式化描述方法，為IPv6測(cè)試的互操作性測(cè)試提供一個(gè)樣例和模板。在性能測(cè)試方面，IETF有一個(gè)專門的工作組BMWG在做這方面的標(biāo)準(zhǔn)，比如三層設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)RFC2544。其中關(guān)于IPv6性能測(cè)試在RFC5180中有相關(guān)的描述和規(guī)定。

國(guó)際上在IPv6測(cè)試研究方面比較領(lǐng)先的有日本TAHI項(xiàng)目組、歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI）、美國(guó)New Hampshire大學(xué)的IOL實(shí)驗(yàn)室。中國(guó)在IPv6協(xié)議測(cè)試領(lǐng)域研究的工作主要來(lái)自中科院計(jì)算所的李忠誠(chéng)教授、清華大學(xué)的尹霞教授和北京郵電大學(xué)馬嚴(yán)教授的研究室。

2 IPv6評(píng)測(cè)規(guī)范和體系研究

制訂IPv6支持度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系以及相應(yīng)的測(cè)試規(guī)范，是衡量設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)站系統(tǒng)升級(jí)改造是否支撐IPv6的大規(guī)模推廣部署，設(shè)備是否能夠滿足演進(jìn)過(guò)程中的各種組網(wǎng)需求的關(guān)鍵。

2.1 IPv6設(shè)備測(cè)試

對(duì)設(shè)備的測(cè)試要求如同對(duì)協(xié)議測(cè)試要求，也分功能性測(cè)試（包含一致性與互通性）與性能測(cè)試，具體測(cè)試方法的研究在前面已有具體描述，本節(jié)主要作為IPv6評(píng)測(cè)規(guī)范體系的一部分，列舉設(shè)備測(cè)試所涉及的協(xié)議和測(cè)試方法。

IPv6設(shè)備測(cè)試主要包括：制訂IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（包括終端設(shè)備、接入設(shè)備、交換設(shè)備及路由設(shè)備）、IPv4與IPv6網(wǎng)絡(luò)互通設(shè)備的測(cè)試指標(biāo)和測(cè)試規(guī)范，以指導(dǎo)對(duì)設(shè)備的IPv6功能進(jìn)行驗(yàn)證，檢查設(shè)備是否達(dá)到相關(guān)RFC要求的功能，及對(duì)設(shè)備的IPv6相關(guān)性能進(jìn)行測(cè)試。設(shè)備的IPv6功能和性能測(cè)試如表2所示。

2.2 IPv6網(wǎng)絡(luò)測(cè)試

IPv6網(wǎng)絡(luò)測(cè)試主要包含基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)兩部分。目前，IETF IPPM工作組定義了網(wǎng)絡(luò)通用測(cè)度框架，涵蓋網(wǎng)絡(luò)性能、網(wǎng)絡(luò)可用性、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性和網(wǎng)絡(luò)可靠性等，主要測(cè)試指標(biāo)包括：吞吐量、丟包率、延遲、網(wǎng)絡(luò)有效性、服務(wù)有效性、鏈路利用率、路徑容量和可用帶寬、資源利用率以及多業(yè)務(wù)承載能力和服務(wù)質(zhì)量等。根據(jù)上述指標(biāo)的測(cè)量，從功能方面要求網(wǎng)絡(luò)具備IPv6地址的分配能力，能夠?qū)崿F(xiàn)IPv4/IPv6混合流量或純IPv6流量的轉(zhuǎn)發(fā)，能夠承載多業(yè)務(wù)及路由學(xué)習(xí)；從性能方面，主要是測(cè)評(píng)網(wǎng)絡(luò)IPv6及IPv4/IPv6混合流量模型的吞吐量、丟包率、往返時(shí)延以及與過(guò)渡技術(shù)方案相關(guān)的性能指標(biāo)，包括隧道性能和翻譯性能；從網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性方面，主要是測(cè)評(píng)網(wǎng)絡(luò)路由規(guī)模（包括IPv4/IPv6路由）及路由收斂能力。

IPv6環(huán)境下的業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)要求兼容現(xiàn)有IPv4用戶使用習(xí)慣，在IPv6網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，提供之前IPv4環(huán)境下的所有業(yè)務(wù)支撐和網(wǎng)絡(luò)管理功能，相關(guān)業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)具有單獨(dú)IPv6域名，實(shí)現(xiàn)IPv6的所有業(yè)務(wù)屬性。業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)主要包含數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)系統(tǒng)、客戶關(guān)系管理（CRM）、安全防范系統(tǒng)（SPS）、傳輸服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)（TSAP）、認(rèn)證計(jì)費(fèi)授權(quán)系統(tǒng)、網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)等幾部分。分別在功能性，可靠性和兼容性等方面有要求，比如域名服務(wù)器（DNS）要求能夠支持AAAA格式的查詢報(bào)文和響應(yīng)報(bào)文，通過(guò)遞歸查詢的方式對(duì)用戶的AAAA查詢予以響應(yīng)；能夠支持AAAA格式的域名記錄，對(duì)用戶IPv6網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)IPv6域名的本地授權(quán)解析；支持IPv6單棧環(huán)境下響應(yīng)用戶發(fā)起的純IPv6的DNS查詢。

2.3 網(wǎng)站評(píng)測(cè)

網(wǎng)站IPv6支持度的主要測(cè)試指標(biāo)如表3所示。

3 IPv6測(cè)試實(shí)踐與成果

3.1 IPv6 Ready和Enabled

從IPv6測(cè)試的實(shí)踐來(lái)說(shuō)，國(guó)際IPv6論壇一直處于領(lǐng)導(dǎo)地位，已經(jīng)形成以全球IPv6 Ready和IPv6 Enabled為核心的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議測(cè)試和網(wǎng)站評(píng)測(cè)體系。IPv6 Ready Logo測(cè)試認(rèn)證包括一致性測(cè)試和互通性測(cè)試，其認(rèn)證主要目的是保障IPv6設(shè)備和應(yīng)用軟件互聯(lián)互通能力，為全球IPv6商業(yè)部署樹(shù)立信心，IPv6 Ready Logo既包括核心網(wǎng)協(xié)議認(rèn)證，也包含CPE路由器認(rèn)證等，同時(shí)也提供DHCPv6、IPsec、SIP、MLDv2、IKEv2、MIPv6、NEMO等擴(kuò)展協(xié)議認(rèn)證。為了適應(yīng)IPv6網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模部署，IPv6論壇正籌劃對(duì)重要的IPv6過(guò)渡協(xié)議，如4over6、NAT64、6rd等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)在IPv6 Ready的框架下進(jìn)行開(kāi)發(fā)測(cè)試。

IPv6 Enabled Logo認(rèn)證是由中國(guó)團(tuán)隊(duì)（天地互連）主導(dǎo)開(kāi)發(fā)，主要目標(biāo)是鼓勵(lì)更多的應(yīng)用和服務(wù)支持IPv6，并且能提供持續(xù)的基于IPv6的服務(wù)。IPv6 Enabled Logo參與2011 IPv6 Day活動(dòng)，為網(wǎng)站提供IPv6支持度測(cè)試服務(wù)，第2年繼續(xù)與ISOC合作，為參加World IPv6 Launch的網(wǎng)站提供IPv6測(cè)試服務(wù)。IPv6 Enabled Logo的中國(guó)團(tuán)隊(duì)同時(shí)還積極參與國(guó)際項(xiàng)目的合作，協(xié)同共建IPv6 Observatory平臺(tái)[10]，對(duì)全球IPv6網(wǎng)站和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，以及IPv6培訓(xùn)教育情況進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控。

根據(jù)IPv6論壇顯示的數(shù)據(jù)，截至2012年11月，全球已發(fā)放1320個(gè)IPv6 Ready Logo，其中發(fā)放IPv6 Ready第一階段認(rèn)證Logo共有480個(gè)，第二階段認(rèn)證共840個(gè)，并且中國(guó)廠家的設(shè)備測(cè)試量占到全球設(shè)備測(cè)試量的20%。在IPv6 Enabled認(rèn)證方面，截至2012年12月19日，全球共有1 895個(gè)網(wǎng)站獲得全球IPv6 Enabled WWW Logo，其中中國(guó)有499個(gè)，排名全球第一，是第二名獲得數(shù)量的近3倍。全球獲得IPv6可用認(rèn)證（IPv6 Enabled）的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商（ISP）共有131家，中國(guó)共有4家ISP獲得認(rèn)證。

3.2 IPv6互聯(lián)通測(cè)試活動(dòng)

除了對(duì)IPv6協(xié)議本身的測(cè)試，不少研究者把目光投向了基于應(yīng)用和用戶體驗(yàn)的活動(dòng)，使用用戶真實(shí)的日常應(yīng)用來(lái)發(fā)現(xiàn)IPv6世界中還存在的問(wèn)題。諾基亞公司在2010年針對(duì)用戶體驗(yàn)，搭建一個(gè)純IPv6環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)IPv6網(wǎng)絡(luò)，終端和應(yīng)用進(jìn)行研究[11]。該研究發(fā)現(xiàn)基于Web的大多數(shù)應(yīng)用都能夠正常工作，然而針對(duì)一些上層包含IPv4地址的應(yīng)用，部分防火墻包分片功能，陳舊的通信軟件還未能很好支持IPv6。日本W(wǎng)IDE聯(lián)盟在2011～2012年成功舉辦了2次IPv6體驗(yàn)大會(huì)[12]。與諾基亞公司不同，日本W(wǎng)IDE聯(lián)盟的IPv6體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)基于IPv6過(guò)渡技術(shù)，通過(guò)還原已知問(wèn)題的手段，透過(guò)用戶面對(duì)面調(diào)研來(lái)反映用戶體驗(yàn)。同時(shí)對(duì)一些特定熱點(diǎn)問(wèn)題如路徑最大傳輸單元（PMTU）和MTU不匹配問(wèn)題，IPv4 Fallback問(wèn)題等進(jìn)行了研究和實(shí)驗(yàn)。

面對(duì)IPv6過(guò)渡期間的各種技術(shù)和方案，為了更好地了解技術(shù)的成熟度和產(chǎn)業(yè)接受程度，2012年在北京成功舉辦了全球首屆IPv6過(guò)渡技術(shù)測(cè)試大會(huì)，對(duì)DS-Lite、NAT6、4over6、IVI在內(nèi)的數(shù)10種過(guò)渡技術(shù)進(jìn)行互操作性測(cè)試。參會(huì)的單位大家39家，共61款設(shè)備進(jìn)行了測(cè)試。本次IPv6過(guò)渡技術(shù)測(cè)試大會(huì)主要從3個(gè)方面來(lái)進(jìn)行測(cè)試：過(guò)渡協(xié)議功能性測(cè)試、多廠家的互通性測(cè)試和端到端業(yè)務(wù)承載能力測(cè)試。本次過(guò)渡測(cè)試給設(shè)備廠商開(kāi)發(fā)IPv6過(guò)渡產(chǎn)品很大的驅(qū)動(dòng)力，從協(xié)議測(cè)試上看僅部分標(biāo)準(zhǔn)成熟的過(guò)渡技術(shù)具備試商用條件，而大部分協(xié)議還在標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化的初步階段。從廠商設(shè)備研發(fā)情況看，仍然有很多參測(cè)設(shè)備為原型產(chǎn)品，還不能滿足商用的需求。本次測(cè)試大會(huì)主要針對(duì)基本功能和互通性測(cè)試，測(cè)試中發(fā)現(xiàn)不同廠商對(duì)協(xié)議某些地方的理解存在一定的偏差，比如對(duì)隧道大包的處理，比如對(duì)一些過(guò)渡協(xié)議中的自動(dòng)配置協(xié)議的支持還不夠好，設(shè)備的互通性尚存在一些問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于IPv6過(guò)渡進(jìn)程的深入，IPv6測(cè)試不僅僅只停留在協(xié)議本身的測(cè)試。大量的不同廠家的設(shè)備、復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)以及內(nèi)容豐富網(wǎng)站應(yīng)用給IPv6測(cè)試帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。本文總結(jié)了以往在IPv6協(xié)議測(cè)試研究領(lǐng)域相關(guān)的工作，從設(shè)備測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)測(cè)試和網(wǎng)站測(cè)試3個(gè)方面介紹了IPv6評(píng)測(cè)規(guī)范和體系方面的研究成果，還介紹了IPv6論壇的測(cè)試體系IPv6 Ready和IPv6 Enabled，以及全球IPv6測(cè)試領(lǐng)域的實(shí)踐和探索，為IPv6測(cè)試領(lǐng)域關(guān)鍵問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)的研究打下基礎(chǔ)。

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