IPv6测试研究与实践

宋林健,李震

摘要：从IPv6协议测试范围和测试方法两个方面对IPv6协议测试进行了研究分析，并从设备、网络和网站系统等3个方面探讨论了IPv6测试的规范和体系。基于近年IPv6测试领域相关成果，介绍了IPv6论坛的测试体系IPv6 Ready和IPv6 Enabled，以及全球在IPv6测试方面的实践和探索。

关键词： IPv6测试；互操作性；一致性；测试范围；测试方法

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，互联网地址编码分配机构IANA的报告宣称全球最后IPv4地址块已经分配完毕[1]，正式宣告世界范围内IPv4地址已经枯竭。IPv4地址的缺乏制约和影响了许多发展中国家互联网的发展速度，采用IPv6协议提升移动互联网的承载能力、可扩展性和可管控性是当前互联网领域的主要发展方向。

IPv6在将近15年的发展和部署过程中，与IPv6相关的协议内容涵盖了IPv6基本协议、IPv6组播、IPv6移动协议、安全与管理协议、物联网协议、以及IPv6过渡协议等多个部分。IPv6测试也从最初的IPv6基本协议测试，发展到如今对包含多种形式的IPv6终端、IPv6路由交换设备、网络过渡设备，支撑系统、安全管理系统、互联网业务应用等多方面为整体的协议、设备、网络和网站测试体系研究。IPv6测试研究成为新一轮全球互联网研究的热点，受到业界广泛认可，并作为验证IPv6互联网领域相关设备、物联网设备、服务/内容提供商（SP/CP）、运营商对IPv6相关协议及标准的符合程度，检验IPv6部署方案是否具备商用水平的关键手段。

以IPv6为标志的下一代互联网测试研究一直受到各国政府的大力支持。早在2005年欧盟启动Go4it计划，建设欧盟的下一代互联网测试平台[2]。2008年6月，美国国防部宣布启动IPv6产品认证计划，政府各部门IT网络采购需全面满足USGv6文件和IPv6 Ready测试的设备通过认证确保相关产品能够满足国防部的任务要求。日本政府采用了全球IPv6论坛IPv6 Ready标识认证计划。日本的主要信息终端厂商如索尼、东芝、日立、松下等厂商的产品都支持IPv6，在Phase I中的日本企业超过30%，Phase II中占50%。

本文将从IPv6协议测试入手，讨论测试的范围和方法。然后介绍IPv6测试的规范和体系，其中包含设备、网络和网站系统等各个方面。最后文章将介绍近些年IPv6测试领域相关的实践和成果，其中包括IPv6论坛的测试体系IPv6 Ready和IPv6 Enabled，以及在全球领域IPv6测试方面的实践和探索。

1 IPv6协议测试研究

随着互联网飞速发展，网络规模越来越大，再加上IPv6的广泛部署和应用，稳定高效的IPv6协议将成为网络运行安全和稳定的保障。本节将从IPv6协议测试范围和测试方法两个方面来对IPv6协议测试进行研究分析。

1.1 IPv6协议测试范围

因特网工程任务组（IETF）是国际上推动IPv6标准化的主要力量，自1994年以来已经制订了1 000多项有关IPv6的标准，相关内容涵盖命名、寻址、路由、演进机制、安全、管理等领域[3]。如今IPv6的核心标准已经完成包括IPv6基本协议、地址结构、数据包头、邻居发现机制、地址分配机制等。目前的主要工作集中在IPv4向IPv6过渡、基础网络对业务网络的支撑和适应，以及基础网络自身的管理、完善和演进上。虽然IPv6相关协议很多，从国际IPv6论坛Ready Logo认证[4]的测试标准来看IPv6协议测试集中在寻址、路由、移动、安全、管理等核心协议上。IPv6 Ready Logo涉及的IPv6协议和设备如表1所示。

1.2 IPv6协议测试方法

协议测试传统上来说分为一致性测试、互操作性测试（又称互通性测试）和性能测试3部分，在IPv6协议测试领域亦如此。就IPv6协议测试而言，全球主要的研究工作集中在IPv6协议的一致性测试方面。对IPv6协议的一致性测试研究又主要集中在协议形式化描述、测试结构、抽样测试集和测试例生成方法等几个方面。比如对移动IPv6的协议形式化描述和一致性测试方法[5]，RIPng协议的一致性研究[6]等。也有对自动化测试方法进行的研究，如对邻居发现协议的自动化测试[7]。

互操作性测试会根据具体协议和测试目的的不同采用不同的方法和手段，一般没有固定的标准和模式。欧洲电信标准化协会（ETSI）曾经出版过一个IPv6测试框架[8]和一个互操作性测试方法[9]，定义了IPv6协议互操作性的基本概念、单元、流程和形式化描述方法，为IPv6测试的互操作性测试提供一个样例和模板。在性能测试方面，IETF有一个专门的工作组BMWG在做这方面的标准，比如三层设备的转发性能测试标准RFC2544。其中关于IPv6性能测试在RFC5180中有相关的描述和规定。

国际上在IPv6测试研究方面比较领先的有日本TAHI项目组、欧洲电信标准化协会（ETSI）、美国New Hampshire大学的IOL实验室。中国在IPv6协议测试领域研究的工作主要来自中科院计算所的李忠诚教授、清华大学的尹霞教授和北京邮电大学马严教授的研究室。

2 IPv6评测规范和体系研究

制订IPv6支持度评价指标体系以及相应的测试规范，是衡量设备、网络、网站系统升级改造是否支撑IPv6的大规模推广部署，设备是否能够满足演进过程中的各种组网需求的关键。

2.1 IPv6设备测试

对设备的测试要求如同对协议测试要求，也分功能性测试（包含一致性与互通性）与性能测试，具体测试方法的研究在前面已有具体描述，本节主要作为IPv6评测规范体系的一部分，列举设备测试所涉及的协议和测试方法。

IPv6设备测试主要包括：制订IPv6网络设备（包括终端设备、接入设备、交换设备及路由设备）、IPv4与IPv6网络互通设备的测试指标和测试规范，以指导对设备的IPv6功能进行验证，检查设备是否达到相关RFC要求的功能，及对设备的IPv6相关性能进行测试。设备的IPv6功能和性能测试如表2所示。

2.2 IPv6网络测试

IPv6网络测试主要包含基础网络和业务支撑系统两部分。目前，IETF IPPM工作组定义了网络通用测度框架，涵盖网络性能、网络可用性、网络扩展性和网络可靠性等，主要测试指标包括：吞吐量、丢包率、延迟、网络有效性、服务有效性、链路利用率、路径容量和可用带宽、资源利用率以及多业务承载能力和服务质量等。根据上述指标的测量，从功能方面要求网络具备IPv6地址的分配能力，能够实现IPv4/IPv6混合流量或纯IPv6流量的转发，能够承载多业务及路由学习；从性能方面，主要是测评网络IPv6及IPv4/IPv6混合流量模型的吞吐量、丢包率、往返时延以及与过渡技术方案相关的性能指标，包括隧道性能和翻译性能；从网络扩展性方面，主要是测评网络路由规模（包括IPv4/IPv6路由）及路由收敛能力。

IPv6环境下的业务支撑系统要求兼容现有IPv4用户使用习惯，在IPv6网络环境中，提供之前IPv4环境下的所有业务支撑和网络管理功能，相关业务支撑系统具有单独IPv6域名，实现IPv6的所有业务属性。业务支撑系统主要包含数据库系统、数据存储服务系统、客户关系管理（CRM）、安全防范系统（SPS）、传输服务访问点（TSAP）、认证计费授权系统、网关系统等几部分。分别在功能性，可靠性和兼容性等方面有要求，比如域名服务器（DNS）要求能够支持AAAA格式的查询报文和响应报文，通过递归查询的方式对用户的AAAA查询予以响应；能够支持AAAA格式的域名记录，对用户IPv6网站实现IPv6域名的本地授权解析；支持IPv6单栈环境下响应用户发起的纯IPv6的DNS查询。

2.3 网站评测

网站IPv6支持度的主要测试指标如表3所示。

3 IPv6测试实践与成果

3.1 IPv6 Ready和Enabled

从IPv6测试的实践来说，国际IPv6论坛一直处于领导地位，已经形成以全球IPv6 Ready和IPv6 Enabled为核心的网络协议测试和网站评测体系。IPv6 Ready Logo测试认证包括一致性测试和互通性测试，其认证主要目的是保障IPv6设备和应用软件互联互通能力，为全球IPv6商业部署树立信心，IPv6 Ready Logo既包括核心网协议认证，也包含CPE路由器认证等，同时也提供DHCPv6、IPsec、SIP、MLDv2、IKEv2、MIPv6、NEMO等扩展协议认证。为了适应IPv6网络大规模部署，IPv6论坛正筹划对重要的IPv6过渡协议，如4over6、NAT64、6rd等国际标准在IPv6 Ready的框架下进行开发测试。

IPv6 Enabled Logo认证是由中国团队（天地互连）主导开发，主要目标是鼓励更多的应用和服务支持IPv6，并且能提供持续的基于IPv6的服务。IPv6 Enabled Logo参与2011 IPv6 Day活动，为网站提供IPv6支持度测试服务，第2年继续与ISOC合作，为参加World IPv6 Launch的网站提供IPv6测试服务。IPv6 Enabled Logo的中国团队同时还积极参与国际项目的合作，协同共建IPv6 Observatory平台[10]，对全球IPv6网站和网络的发展，以及IPv6培训教育情况进行检测和监控。

根据IPv6论坛显示的数据，截至2012年11月，全球已发放1320个IPv6 Ready Logo，其中发放IPv6 Ready第一阶段认证Logo共有480个，第二阶段认证共840个，并且中国厂家的设备测试量占到全球设备测试量的20%。在IPv6 Enabled认证方面，截至2012年12月19日，全球共有1 895个网站获得全球IPv6 Enabled WWW Logo，其中中国有499个，排名全球第一，是第二名获得数量的近3倍。全球获得IPv6可用认证（IPv6 Enabled）的网络服务提供商（ISP）共有131家，中国共有4家ISP获得认证。

3.2 IPv6互联通测试活动

除了对IPv6协议本身的测试，不少研究者把目光投向了基于应用和用户体验的活动，使用用户真实的日常应用来发现IPv6世界中还存在的问题。诺基亚公司在2010年针对用户体验，搭建一个纯IPv6环境下的网络来对IPv6网络，终端和应用进行研究[11]。该研究发现基于Web的大多数应用都能够正常工作，然而针对一些上层包含IPv4地址的应用，部分防火墙包分片功能，陈旧的通信软件还未能很好支持IPv6。日本WIDE联盟在2011～2012年成功举办了2次IPv6体验大会[12]。与诺基亚公司不同，日本WIDE联盟的IPv6体验实验基于IPv6过渡技术，通过还原已知问题的手段，透过用户面对面调研来反映用户体验。同时对一些特定热点问题如路径最大传输单元（PMTU）和MTU不匹配问题，IPv4 Fallback问题等进行了研究和实验。

面对IPv6过渡期间的各种技术和方案，为了更好地了解技术的成熟度和产业接受程度，2012年在北京成功举办了全球首届IPv6过渡技术测试大会，对DS-Lite、NAT6、4over6、IVI在内的数10种过渡技术进行互操作性测试。参会的单位大家39家，共61款设备进行了测试。本次IPv6过渡技术测试大会主要从3个方面来进行测试：过渡协议功能性测试、多厂家的互通性测试和端到端业务承载能力测试。本次过渡测试给设备厂商开发IPv6过渡产品很大的驱动力，从协议测试上看仅部分标准成熟的过渡技术具备试商用条件，而大部分协议还在标准化和产业化的初步阶段。从厂商设备研发情况看，仍然有很多参测设备为原型产品，还不能满足商用的需求。本次测试大会主要针对基本功能和互通性测试，测试中发现不同厂商对协议某些地方的理解存在一定的偏差，比如对隧道大包的处理，比如对一些过渡协议中的自动配置协议的支持还不够好，设备的互通性尚存在一些问题。

4 结束语

由于IPv6过渡进程的深入，IPv6测试不仅仅只停留在协议本身的测试。大量的不同厂家的设备、复杂的网络以及内容丰富网站应用给IPv6测试带来了巨大的挑战。本文总结了以往在IPv6协议测试研究领域相关的工作，从设备测试、网络测试和网站测试3个方面介绍了IPv6评测规范和体系方面的研究成果，还介绍了IPv6论坛的测试体系IPv6 Ready和IPv6 Enabled，以及全球IPv6测试领域的实践和探索，为IPv6测试领域关键问题和发展趋势的研究打下基础。

参考文献

[1] SMITH， LUCIE， LIPNER. Free pool of IPv4 address space depleted [R]. Number Resource Organization. Retrieved 3 February 2011.

[2] Go4it [EB/OL]. [2012-09-15]. http：// www.go4-it.org. 2012.

[3] 陈运清， 王茜， 胡捷， 等. 构建运营级IPv6网络 [M]. 北京：电子工业出版社， 2012.

[4] IPv6 Ready Logo [EB/OL]. [2012-06-25]. http：//www.ipv6ready.org. 2012.

[5] 张玉军， 李忠诚. 移动IPv6测试中的层次化协议描述和测试生成方法 [J]. 电子学报， 2004， 32（F12）：30-34.

[6] 喻星， 尹霞， 王之梁， 等. IPv6中RIPng协议的一致性测试研究与实践 [J]. 计算机工程， 2006，32（20）：117-119.

[7] WANG Z， YIN X， WANG H， et al. Automatic testing of neighbor discovery protocol based on FSM and TTCN [C]//Proceedings of the 2004 Joint Conference of the 10th Asia-Pacific Conference on Communications， and the 5th International Symposium on Multi-Dimensional Mobile Communications（APCC/MDMC'04）：Vol 2， Aug 29-Sep 1，2004，Beijing，China. Piscataway， NJ，USA： IEEE， 2004：805-810.

[8] ETSI TS 102 351. Methods for testing and specification （MTS）；Internet protocol testing （IPT）； IPv6 testing： Methodology and framework [S]. 2012.

[9] ETSI TS 102 237-1. Telecommunications and Internet protocol harmonization over networks （TIPHON） release 4； interoperability test methods and approaches； Part 1： Generic approach to interoperability testing [S]. 2012.

[10] ARKKO J， KERANEN A. Experiences from an IPv6-Only Network [S]. RFC6586. 2012.

[11] HAZEYAMA H， HIROMI R， ISHIHARA T. Experiences from IPv6-Only networks with transition technologies in the WIDE camp spring 2012 [R]. IETF draft. 2012.