摘　要：

　　2019 年 2 月,，佐治亞理工學(xué)院的布倫登·庫爾比斯（Brenden Kuerbis）教授和米爾頓·穆勒（Milton Mueller）教授發(fā)布一篇題為《標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)：影響 IPv6 部署的經(jīng)濟(jì)學(xué)因素》的報(bào)告,。該報(bào)告運(yùn)用微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)和宏觀社會(huì)學(xué)理論,，分別對(duì)國家和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的 IPv6 部署情況進(jìn)行分析，建立了 IPv4/IPv6 過渡階段的競(jìng)爭(zhēng)博弈模型,，考察國家和運(yùn)營商在部署 IPv6 過程中面臨的多種變量因素,，預(yù)測(cè)未來 20 年的全球互聯(lián)網(wǎng)仍然是一個(gè) IPv4 與 IPv6 混合的狀態(tài)，企業(yè)應(yīng)當(dāng)據(jù)此作出商業(yè)決策,。

　　該報(bào)告指出,，IPv6 受到十多年的吹捧，但全球互聯(lián)網(wǎng)至今仍然沒有進(jìn)入 IPv6 時(shí)代,，目前只有大約 20% 的互聯(lián)網(wǎng)流量是彼此使用 IPv6 協(xié)議的。雖然 IPv6 一直受到技術(shù)專家,、學(xué)者們的推崇,，但單方面使用 IPv6 將面臨兼容性難題。而網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）技術(shù)和 IPv4 號(hào)碼二級(jí)市場(chǎng)的出現(xiàn),，大大延續(xù)了 IPv4 協(xié)議的生命周期,。因此，當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè) IPv4 與 IPv6 混合標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài),，IPv4 與 IPv6 彼此競(jìng)爭(zhēng),。作者對(duì)此提出以下問題：IPv6 是否能流行起來？需要多久才能成為主流,？IPv6 是否可能反被淘汰,？

　　報(bào)告從微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)和宏觀社會(huì)學(xué)的視角來解答這些問題。在宏觀分析層次,，以國家為分析單位,，分析與 IPv6 部署相關(guān)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)變量，如國內(nèi)生產(chǎn)總值,、市場(chǎng)集中度,、赫芬達(dá)爾—赫希曼指數(shù)等。在微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)分析中,，以網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商為分析單位,，考察運(yùn)營商部署 IPv6 的成本、在二級(jí)市場(chǎng)購買 IPv4 地址的成本,、采用 IPv4 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）的成本等,。

　　01

　　經(jīng)濟(jì)學(xué)模型

　　我們首先運(yùn)用經(jīng)濟(jì)學(xué)理論闡釋上述問題，特別是聚焦于 IPv4 ／ IPv6 競(jìng)爭(zhēng)過程中的“網(wǎng)絡(luò)外 部 效 應(yīng)”（the network externality）,。我 們 認(rèn)為,，現(xiàn)有的文獻(xiàn)并沒有正確地分析這一效應(yīng)。我們也強(qiáng)調(diào)“網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增長(zhǎng)”（network growth）在 IPv4 ／ IPv6 過渡過程中的重要影響,。我們的分析涉及以下術(shù)語：外部性,、兼容性,、標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)和轉(zhuǎn)換技術(shù)。

　　1.1 　外部效應(yīng)

　　外部效應(yīng)（network externality）是指：一項(xiàng)產(chǎn)品或服務(wù)對(duì)于一個(gè)人的價(jià)值,，取決于有多少其他人也使用該產(chǎn)品或服務(wù),。IPv4 和 IPv6 之間的競(jìng)爭(zhēng)就受到網(wǎng)絡(luò)的“外部效應(yīng)”的影響，特別是“惰性”（inertia）的影響 ,，即一旦多數(shù)行為體趨于一致地使用某個(gè)平臺(tái)或協(xié)議,，那么該平臺(tái)或協(xié)議就成為惰性或鎖定狀態(tài)。整個(gè)市場(chǎng)上存在的兼容性要求,，導(dǎo)致廠商在轉(zhuǎn)向一個(gè)不兼容的新標(biāo)準(zhǔn)時(shí)需付出代價(jià),。讓大量用戶同時(shí)改用新標(biāo)準(zhǔn)所付出的代價(jià)太高了，很少有廠商愿意犧牲兼容性而追尋一個(gè)新標(biāo)準(zhǔn),。

　　在 20 世紀(jì) 90 年代中期,，IPv4 覆蓋全球。如今,，IPv4 正在為全球各地?cái)?shù)十億的主機(jī)和應(yīng)用程序提供可兼容的數(shù)據(jù)通信,，實(shí)際上任何組織都不可能為了一個(gè)不兼容的新型通信協(xié)議而完全放棄 IPv4。IPv4 與 IPv6 之間不兼容性是影響 IPv6 部署的主要因素,。

　　1.2 　轉(zhuǎn)換技術(shù)和網(wǎng)關(guān)技術(shù)

　　轉(zhuǎn)換技術(shù)可以消除 IPv4 ／ IPv6 標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)中的網(wǎng)絡(luò)外部效應(yīng),。事實(shí)上，轉(zhuǎn)換技術(shù)具有雙重效果,，它擴(kuò)展了兼容性,，使不同標(biāo)準(zhǔn)的用戶可以體驗(yàn)同樣的網(wǎng)絡(luò)互通；然而,，它也因此打消了用戶更新標(biāo)準(zhǔn)的意愿,，使其沒有動(dòng)力去改變舊標(biāo)準(zhǔn) 。

　　用戶也可以同時(shí)配置 IPv4 和 IPv6 協(xié)議（即雙棧模式）,，實(shí)現(xiàn)兩種不兼容協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間互連 ,。此外，隧道技術(shù)也可以解決 IPv4 和 IPv6不兼容的問題,。

　　02

　　IPv4 與 IPv6 之爭(zhēng)

　　1992 年 IETF 便開始圍繞“下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議”（IPng）的實(shí)際價(jià)值展開爭(zhēng)論,。一名工程師曾警告，就目前來看,，采用 IPng 可能還不如就采用 IPv4 再加上 NAT 技術(shù),。IBM 認(rèn)為，在沒有商業(yè)壓力的條件下,，IPv4 用戶不會(huì)升級(jí)到IPng,。1995 年，曾有一種 SIPP 協(xié)議可以安裝在互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上，與當(dāng)時(shí)的 IPv4 實(shí)現(xiàn)互操作,。然而,，進(jìn)一步研究表明，該協(xié)議無法實(shí)現(xiàn)報(bào)文中的不同地址頭之間的互操作,。因此,，后來的IPv6 干脆取消了與 IPv4 的兼容性。

　　2.1 　實(shí)現(xiàn)兼容性的技術(shù)

　　由 于 IPv6 取 消 了 向 下 兼 容 性,， 為 實(shí) 現(xiàn) 與IPv4 網(wǎng)絡(luò)的兼容,，早期的策略是“雙棧模式”，即要求主機(jī)和路由器同時(shí)安裝 IPv4 和 IPv6 協(xié)議,。IPv6 開始得到越來越多的認(rèn)可,，被認(rèn)為能夠在未來完全取代 IPv4。

　　2005 年提出的隧道技術(shù),，也被認(rèn)為是一種保證 IPv4 與 IPv6 兼容性的技術(shù),，有助于推廣IPv6 并逐步取代 IPv4。隧道是指使用協(xié)議,，將一個(gè)報(bào)文封裝在另一個(gè)報(bào)文的頭部。例如,，將IPv6 報(bào)文封裝在 IPv4 報(bào)文的頭部,，在 IPv4 路由設(shè)施上建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)隧道。但當(dāng)使用 NAT 時(shí),，這種技術(shù)容易導(dǎo)致無法成功尋址,，因此也未取得預(yù)想的效果。

　　2.2 　IPv4 地位牢固

　　經(jīng)濟(jì)學(xué)理論認(rèn)為,，對(duì)一項(xiàng)通用協(xié)議的路徑依賴和趨聚效應(yīng)是很難克服的,，因?yàn)樗麄円呀?jīng)產(chǎn)生了惰性。作者指出,，假如在 1994—1996 年期間 IPv6 得到快速部署,，那么通過雙棧模式實(shí)現(xiàn)徹底向 IPv6 遷移的策略就能夠成功，即便沒有真正的經(jīng)濟(jì)動(dòng)機(jī)促使用戶去采用 IPv6,。然而,，出人意料的是，在這期間像野火一樣蔓延的恰恰是 IPv4 而非 IPv6,。更重要的是,，所謂的 IPv4地址即將耗盡的緊迫威脅，實(shí)際上被“無類域間路由”（CIDR）消除,，并且被新出現(xiàn)的更為保守的“互聯(lián)網(wǎng)注冊(cè)初始號(hào)碼塊分配”政策緩解,。到 1998 年時(shí)，IPv4 的地位已經(jīng)無法被 IPv6 取代了。

　　2.3 　雙棧模式的缺陷

　　在純粹的雙棧配置中,，每個(gè)主機(jī)和路由器仍然需要在全球范圍尋找 IPv4 的地址,。因此，無論是否部署 IPv6,，全球互聯(lián)網(wǎng)的增長(zhǎng)仍然受到 IPv4 地址的限制,。這意味著必須部署 NAT。只有當(dāng)最終幾乎所有人都已經(jīng)使用 IPv6 時(shí),，運(yùn)營商才可以關(guān)閉 IPv4,，此時(shí)關(guān)閉 IPv4 才不會(huì)失去對(duì)重要事物的連接。然而,，這一天遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有到來,。

　　此外，另一個(gè)相關(guān)的問題是：即便網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和內(nèi)容供應(yīng)商采用了雙棧模式,，也不一定能與未采用 IPv6 的運(yùn)營商,、終端商和內(nèi)容供應(yīng)商兼容。同時(shí),，在雙棧模式下,，達(dá)成全球兼容的成本完全由那些采用了 IPv6 的商家承擔(dān)，而采用舊版標(biāo)準(zhǔn)的商家則免于這些成本,。因 此,， 從 經(jīng) 濟(jì) 學(xué) 角 度 來 看， 純 粹 的 雙 棧策略存在明顯的缺陷,，甚至是致命缺陷：它給網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商帶來了高昂的成本,，卻沒有增加任何收益。無論如何,，運(yùn)營商仍然需要繼續(xù)運(yùn)行IPv4,，并且由于需要設(shè)置雙倍的防火墻規(guī)則及其他配置，因此實(shí)際上雙棧模式給運(yùn)營商帶來了額外的運(yùn)營成本,。此外,，采用雙棧模式后，還將遇到難以預(yù)料的應(yīng)用層,、傳輸層或者數(shù)據(jù)鏈路層不兼容問題,。同時(shí)，雖然 IPv6 產(chǎn)生了額外的成本,，但它并沒有產(chǎn)生額外的回報(bào),，也沒有帶來商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

　　最關(guān)鍵的問題是,，原本 IPv4 地址耗盡是部署 IPv6 的主要?jiǎng)右?，然而雙棧模式并不能解決這一問題，它仍然需要消耗 IPv4 地址?？梢?，雙棧模式增加了額外的成本，無法帶來回報(bào),，最終還解決不了問題,。

　　2.4　 后行動(dòng)者占優(yōu)

　　綜合來看，IPv4-IPv6 的過渡是一個(gè)“后行動(dòng)者占優(yōu)”的過程,，即對(duì)于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商而言,，最明智的做法是等待其他網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商都轉(zhuǎn)換成IPv6 之后，自己再開始部署 IPv6,。慶幸的是,，這種想法并不完全有效。事實(shí)上,，部署 IPv6 的先行動(dòng)者和后行動(dòng)者都同時(shí)存在,。那么，是什么因素在激勵(lì)這些率先行動(dòng)的運(yùn)營商部署IPv6呢,？我們將在后文中探討這些因素,。

　　2.5 　標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)的特點(diǎn)

　　根據(jù)上述分析，可以發(fā)現(xiàn),，當(dāng)前的 IPv4-IPv6 之爭(zhēng)具有以下特點(diǎn)：

　?。?）任何運(yùn)營商和個(gè)人都無法僅憑 IPv6 接入互聯(lián)網(wǎng)。為了接入互聯(lián)網(wǎng),，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商有 3 種辦法：①只使用 IPv4；②同時(shí)采用 IPv4 和 IPv6（雙棧模式或 NAT）,；③在私人網(wǎng)絡(luò)中使用 IPv6 地址,，而通過 NAT 設(shè)備實(shí)現(xiàn)在公網(wǎng)中使用 IPv4 地址。

　?。?）運(yùn)營商的最終目標(biāo)是保證接入互聯(lián)網(wǎng),。

　　（3）由 IPv6 的部署者承擔(dān) IPv4/IPv6 兼容所需的全部成本,。

　?。?）互聯(lián)網(wǎng)的增長(zhǎng)是驅(qū)動(dòng) IPv6 部署的關(guān)鍵因素。

　?。?）是否部署 IPv6,，取決于運(yùn)營商自身。

　?。?）部署了 IPv6 的網(wǎng)絡(luò)可以提高效率,。

　　（7）隨著 IPv4 持續(xù)增長(zhǎng)，更多 IPv4 的號(hào)碼段將被使用,，IPv4 號(hào)碼空間更加緊張,，這促使 IPv6 的部署成本減少。

　　03

　　IPv6 的部署現(xiàn)狀

　　3.1　總體概況

　　2012 年 6 月 6 日是“世界 IPv6 啟動(dòng)日”,，國際上各大網(wǎng)站,、ISP、設(shè)備商聯(lián)合啟用了 IPv6協(xié)議,，標(biāo)志著 IPv6 在全球范圍正式啟動(dòng),。亞太地區(qū)互聯(lián)網(wǎng)注冊(cè)局（APNIC）大約每天收集600 ～ 1000 萬個(gè)樣本，自 2011 年起,，該機(jī)構(gòu)對(duì)超過 200 個(gè)國家進(jìn)行測(cè)量,。根據(jù) APNIC 觀測(cè)到的數(shù)據(jù)，全球 IPv6 部署率變化如圖 1 所示,。

　　圖 1 　全球范圍內(nèi)使用 IPv6 的用戶比例

　　由圖 1 可見,，自 2012 年 6 月以來，IPv6 使用率開始上升,，從 2012 年不到 2% 增長(zhǎng)至 2018年 18%,。其中，2016 年起,，IPv6 使用率陡增,，但在 2017 年下半年開始放緩。

　　3.2 　IPv6 部署率增長(zhǎng)的類型

　　按 IPv6 地區(qū)來看,，各地區(qū) IPv6 的部署率為：

　　在 2018 年,，美洲占 28.77%，非洲占 1.23%,。然而,，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)之間存在本質(zhì)上的區(qū)別。例如,，2018 年,，歐洲占 15%，幾乎是北美洲的一半,。亞洲占 17.03%,，大洋洲占 14.49%。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),，發(fā)現(xiàn)只有 46 個(gè)經(jīng)濟(jì)體連續(xù)3 年尚未達(dá)到 5% 的 IPv6 使用率,。169 個(gè)國家（占79%）并沒有明顯地部署 IPv6，即它們?cè)?3 年內(nèi)曾停留在 5% 或低于 5% 的部署率,。這些國家分布在各個(gè)地區(qū),，如非洲的莫桑比克,、亞洲的中國等。有 26 個(gè)國家正在增加 IPv6 的使用率,，這些國家如巴西,、芬蘭、阿根廷,、韓國等,。此外，有 26 個(gè)國家（占 12%）的 IPv6 部署率不斷增長(zhǎng),，包括巴西,、芬蘭、阿根廷,、印度,、韓國、墨西哥等,。最后,，還有 18 個(gè)國家（占 8%）的 IPv6 部署停滯不前，如部署率停留在 8% 的奧地利,、部署率停留在 58% 的比利時(shí)等,。

　　3.3 　按國家比較

　　圖 2-6 顯示了 8 個(gè)國家的 IPv6 部署率變化。數(shù)據(jù)顯示了 2015—2017 年期不同的增長(zhǎng)率,，包括無明顯增長(zhǎng)型,、增長(zhǎng)型、穩(wěn)定型,、間歇型,。

　　圖 2 　無明顯增長(zhǎng)型——中國和保加利亞

　　圖 3 增長(zhǎng)型——美國和新西蘭

　　圖 4 　穩(wěn)定型——澳大利亞和比利時(shí)

　　圖 5 　穩(wěn)定或下降型——捷克和厄瓜多爾

　　圖 6　間歇型——利比里亞和新加坡

　　有一些國家的 IPv6 部署率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。但根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù),，很難歸結(jié)出明確的原因,。特別是無法確定捷克、新加坡,、澳大利亞運(yùn)營商的 IPv6 部署率下降的原因到底是什么。這可能是因?yàn)?APNIC 的測(cè)量誤差,，也可能是設(shè)備組合的變化等等原因的綜合作用,。

　　3.3　按運(yùn)營商比較

　　單個(gè)運(yùn)營商部署 IPv6 的收益應(yīng)當(dāng)是一個(gè)階躍函數(shù)，因?yàn)槠渚W(wǎng)絡(luò)的不同部分將先后在一兩年內(nèi)更新?lián)Q代,。理論上,，公司可以一次替換所有的網(wǎng)絡(luò)，但大型 ISP 不可能一次獲得 IPv6 部署所需的全部資金,，它們將按照市場(chǎng)需求分階段 逐 漸 進(jìn) 行 部 署,。作 者 發(fā) 現(xiàn),， 根 據(jù) APNIC 的測(cè)量數(shù)據(jù)表明，當(dāng)同一個(gè)市場(chǎng)中的其他運(yùn)營商尚未部署 IPv6 時(shí),，若一個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商部署了75% ～ 85% 的 IPv6,，那么該運(yùn)營商就可能獲得回報(bào)。

　　圖 7 　美國和新西蘭國內(nèi)運(yùn)營商的 IPv6 部署率

　　在美國和新西蘭,，早期部署 IPv6 的運(yùn)營商在全國范圍內(nèi)逐漸提高部署率,，最終趨于穩(wěn)定。后期也有一些新的運(yùn)營商加入,，部署 IPv6 網(wǎng)絡(luò),。值得注意的是，新西蘭最大的運(yùn)營商之一AS4771 目前還沒有部署 IPv6,，而最早,、最大的IPv6 部署者 AS23655 是一家移動(dòng)運(yùn)營商，IPv5部署率達(dá)到 50%,。另外還有兩家運(yùn)營商在后來

　　才加入部署 IPv6 的行列,，其中有一家 AS9790 呈現(xiàn)間歇式的曲線。

　　圖 8　 澳大利亞和比利時(shí)國內(nèi)運(yùn)營商的 IPv6 部署率

　　在 澳 大 利 亞,， 只 有 兩 家 運(yùn) 營 商 部 署 了IPv6,，并且在首次部署后出現(xiàn)緩慢下降，隨著第二家（AS4739）運(yùn)營商部署 IPv6 后,，其 IPv6部署率又緩慢上升,。在比利時(shí)，有一家運(yùn)營商沒有部署 IPv6,，兩家運(yùn)營商引領(lǐng)著 IPv6 的部署并且達(dá)到 75% 的部署率,。比利時(shí)的三家部署了IPv6 的運(yùn)營商進(jìn)行了與監(jiān)管機(jī)構(gòu)之間的對(duì)話協(xié)商，從而實(shí)現(xiàn)了行動(dòng)協(xié)調(diào),。

　　圖 9　 捷克和厄瓜多爾國內(nèi)運(yùn)營商的 IPv6 部署率

　　在捷克共和國,，只有一家運(yùn)營商承諾部署IPv6，曾經(jīng)達(dá)到 50% 的部署率,，但后來開始下降,。在國家層面上，這種部署率下降的趨勢(shì)有所緩解,，因?yàn)橛衅渌\(yùn)營商也開始部署 IPv6,。在厄瓜多爾，兩所大學(xué)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商（AS52343 和AS28027） 在 2014 年 就 實(shí) 現(xiàn) 了 25% 的 IPv6 部署,，但隨后并沒有再增長(zhǎng),。另有兩家運(yùn)營商在2017、2018 年才部署 IPv6,。

　　圖 10 　利比里亞和新加坡國內(nèi)運(yùn)營商的 IPv6 部署率

　　利比里亞呈現(xiàn)間歇性的曲線,，很明顯是由該國的一家運(yùn)營商所決定的,。AS37560 多次跳躍式地決定部署 IPv6，部署率在 0 和 50% 甚至75% 之間劇烈變動(dòng),。該國另外 3 家運(yùn)營商則沒有任何部署 IPv6 的措施,。在新加坡，只有兩家運(yùn)營商部署 IPv6,。這兩家運(yùn)營商呈現(xiàn)特別的 U型曲線,，其 IPv6 部署率在 2014—2017 年期間緩慢下降，隨后又緩慢上升,。

　　04

　　IPv6 部署與宏觀社會(huì)因素

　　許多研究都討論了 IPv6 部署的技術(shù)方面的問題,，然而，卻缺少關(guān)于 IPv6 部署與宏觀社會(huì)學(xué)因素如國家經(jīng)濟(jì)和市場(chǎng)條件之間關(guān)系的研究,。為研究這些關(guān)系,，我們收集了 2015—2017 年的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的來源包括 APNIC 測(cè)量的IPv6 部署率,、世界銀行的發(fā)展指數(shù),、《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》提出的包容性互聯(lián)網(wǎng)指數(shù)等。

　　通過統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),，固定或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)訂戶的增長(zhǎng)率與 IPv6 部署率之間沒有任何聯(lián)系,。然而，IPv6 的部署增長(zhǎng),，對(duì)移動(dòng)蜂窩用戶數(shù)量有積極作用,。這證明了作者的觀點(diǎn)，即“IPv6 部署決策發(fā)生在單個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商層次上”,。而每100 人中的固定寬帶訂戶數(shù)與 IPv6 的部署之間有著強(qiáng)關(guān)聯(lián)關(guān)系,。

　　這些都證明了第一章的所有經(jīng)濟(jì)學(xué)假設(shè)，即：① IPv6 部署的程度越高,，人均 GDP 越高,。這是因?yàn)?IPv6 的部署是需要付出成本的。②高福利國家的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商更愿意冒著風(fēng)險(xiǎn)投資于 IPv6 部署,，如西歐,、日本、美國和加拿大,。③ IPv6 部署程度越高,，市場(chǎng)集中度越低。但這無法解釋,，然而憑直覺似乎也可以理解,。有更多商家的市場(chǎng),，更可能有某家公司先決定部署IPv6,；一個(gè)不集中的市場(chǎng)也更可能允許部署 IPv6的新公司進(jìn)入,。

　　05

　　IPv6 部署與微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)變量

　　5.1 IPv6 部署率增長(zhǎng)

　　以 T-Mobile 為例本文首先對(duì)美國 T-Mobile 運(yùn)營商（AS21928）的 IPv6 部署率增長(zhǎng)情況進(jìn)行研究，該公司部署率變化如圖 11 所示：

　　圖 11 　T-Mobile 公司的 IPv6 部署率變化情況

　　T-Mobile 的 IPv6 部 署 率 在 IPv6 標(biāo) 準(zhǔn) 啟 動(dòng)后的第三年（即 2014 年）才開始實(shí)質(zhì)性增長(zhǎng),。這是因?yàn)?，一些主要的?nèi)容商在 2012 年啟動(dòng)IPv6，為 T-Mobile 提供了 60% ～ 70% 的流量,。一些主流內(nèi)容提供商啟用 IPv6,，促進(jìn)了 T-Mobile作出 IPv6 基礎(chǔ)設(shè)施部署的決定，但網(wǎng)絡(luò)增長(zhǎng)造成的相關(guān)運(yùn)營成本也是更具影響力的因素,。在2012—2018 年 期 間,，T-Mobile 增 加 了 4200 萬訂戶，平均每年增加 13%,。對(duì) T-Mobile 而言,，IPv6 業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)，部分是由于對(duì) IPv4 資源依賴性的減少,；但更主要的原因是轉(zhuǎn)向 IPv6 的訂戶增多,，以及本地 IPv6 通信的增加，減少了運(yùn)營商部署 IPv4 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）的必要性,。在所有的商業(yè)化移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中,，NAT 十分普遍。根據(jù)我們的調(diào)查,，運(yùn)營商部署 NAT 需要大量成本,。T-Mobile 案例表明，當(dāng) 50% 以上的訂戶轉(zhuǎn)用 IPv6 時(shí),，可以減少部署 IPv4 NAT 所需的成本,。

　　為提供 IPv4 和 IPv6 之間的兼容性，T-Mobile采用了 464XLAT 方案,。在 464XLAT 的核心部分,，是 一 個(gè) 純 IPv6 網(wǎng) 絡(luò)。因 此,， 在 T-Mobile 運(yùn) 營的網(wǎng)絡(luò)上,，流量分為 3 種類型：①支持 IPv6 的移動(dòng)設(shè)備和應(yīng)用程序，直接與互聯(lián)網(wǎng)的 IPv6 服務(wù)器通信,，無需轉(zhuǎn)換接口,。② IPv6 設(shè)備和應(yīng)用程序通過轉(zhuǎn)換接口，將 IPv6 轉(zhuǎn)換為 IPv4,，再與IPv4 服務(wù)接口進(jìn)行通信,。③ IPv4 設(shè)備和應(yīng)用程序，直接與 IPv4 服務(wù)接口進(jìn)行通信,。

　　464XLAT 具有成本優(yōu)勢(shì),。通過再利用 IPv4 NAT 設(shè)備,，T-Mobile 無需新的開支就可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。T-Mobile 通過建設(shè)和運(yùn)營自己的 IPv6 核心網(wǎng),，可以避免雙?；蚍庋b的多重復(fù)雜性；在網(wǎng)絡(luò)層,，這個(gè)核心的純 IPv6 網(wǎng)絡(luò)更便宜,、更具伸縮性，減少了成本,。該方法使用轉(zhuǎn)換技術(shù),，而不是單純地使用 IPv4 NAT。該方案還大大減少了 T-Mobile 對(duì) IPv4 地址的需求,。

　　464XLAT 優(yōu)化了 T-Mobile 公司在 IPv4-IPv6轉(zhuǎn)換過程中付出的成本管理,，減少了部署 IPv6的成本顧慮。因此,，2014—2018 年 T-Mobile 的IPv6 部署持續(xù)增長(zhǎng),。該公司首先在 2013—2014年為支持 IPv6 的安卓設(shè)備啟動(dòng) IPv6 計(jì)劃。2014年中期,，T-Mobile 宣布,，在 IPv6 設(shè)備中，超過50% 的通信屬于 IPv6 端到端傳輸,，而無需轉(zhuǎn)換,。2015 年末部署率下降，是由于 IPv6 安卓設(shè)備的用戶開始轉(zhuǎn)向一款 iPhone 設(shè)備,，但該設(shè)備僅支持 IPv4,。這種趨勢(shì)得以反轉(zhuǎn)，因?yàn)楹髞沓霈F(xiàn)的新一代 iPhone 也支持 IPv6,，這使 IPv6 部署率在2016 年末達(dá)到巔峰,。2017 年，T-Mobile 實(shí)現(xiàn)將近 75% 的 IPv6 部署率,。如今,，T-Mobile 的 IPv6部署率接近 90%，試圖為 iPhone 提供純 IPv6 網(wǎng)絡(luò),。但其間出現(xiàn)兩次回落,，因?yàn)橛杏脩敉对V無法連接到網(wǎng)站。2017 年春,，T-Mobile 為 iPhone僅提供 IPv6 網(wǎng)絡(luò),，為漫游用戶或者 IPv4 設(shè)備使用 IPv6+464XLAT 方案。

　　不同類型的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商（如固定、移動(dòng),、企業(yè),、內(nèi)容、云等）可能實(shí)施不同的過渡方案,，從這些案例中，我們可以提取 5 個(gè)基本因素,，以便進(jìn)一步分析：①訂戶增長(zhǎng)量,；②訂戶設(shè)備中 IPv4 與 IPv6 的比例；③轉(zhuǎn)換技術(shù),；④ IPv4 地址價(jià)格,；⑤流經(jīng)網(wǎng)關(guān)的 IPv4 和 IPv6 流量比例。

　　5.2 　IPv4 價(jià)格和資源轉(zhuǎn)移

　　IPv4 號(hào)碼供應(yīng),，在 IPv4-IPv6 競(jìng)爭(zhēng)中也發(fā)揮著重要作用,。某些工程師所謂的 IPv4 耗盡理論，是開發(fā) IPv6 資源的主要原因,。但從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度看,，資源不僅僅只是“耗盡”，更重要的是,，隨著供應(yīng)減少,，它們的價(jià)格越來越貴。然 而,， 網(wǎng) 絡(luò) 運(yùn) 營 商 已 經(jīng) 習(xí) 慣 了 IPv4 地址 緊 缺 的 環(huán) 境,。為 此， 他 們 有 兩 種 解 決 方式,。一 是 使 用 NAT,， 將 非 全 局 IPv4 地 址 空 間（ 如 192.168.0.0-192.168.255.255、10.0.0.0-10.255.255.255 等）用于連接本地主機(jī),，并且將這些非全局的 IPv4 地址通過 NAT 轉(zhuǎn)換為少量全局 IPv4 地址（全球唯一地址）從而實(shí)現(xiàn)將流量傳輸至互聯(lián)網(wǎng),。NAT 是當(dāng)前 20 億 IPv4 地址空間得以滿足 200 億互聯(lián)設(shè)備的主要原因。二是 IPv4 號(hào)碼段的二級(jí)市場(chǎng),，允許需要更多 IPv4號(hào)碼的網(wǎng)絡(luò)商從該二級(jí)市場(chǎng)中購買他人多余的 IPv4 地址,。二級(jí)市場(chǎng)盤活了數(shù)百萬個(gè)空閑的IPv4 號(hào) 碼。圖 12 數(shù) 據(jù) 顯 示 了 Hilco Streambank二級(jí)市場(chǎng)上的 IPv4 地址價(jià)格和轉(zhuǎn)讓數(shù)量,。

　　圖 12　 Hilco 市場(chǎng)上的 IPv4 地址轉(zhuǎn)讓情況

　　另一個(gè)重要指標(biāo)是 IPv4 地址段交易的數(shù)目和 IPv4 轉(zhuǎn)讓的總數(shù),，如圖 13、圖 14 所示,。從地區(qū)互聯(lián)網(wǎng)注冊(cè)局（RIR）獲得的 IPv4 交易數(shù)據(jù)顯示,，在 2014—2015 年期間，IPv4 交易數(shù)出現(xiàn)顯著增長(zhǎng)；在 2016,、2017,、2018 年，IPv4 交易數(shù)又出現(xiàn)小規(guī)模增長(zhǎng),。交易數(shù)仍然在增長(zhǎng),。交易數(shù)趨于平穩(wěn)，與 IPv4 價(jià)格趨于穩(wěn)定相一致,。這意味著空閑 IPv4 號(hào)碼段的供應(yīng)量不再增長(zhǎng),。從 2015 到 2018 年，平均每年有 5400 萬 IPv4 號(hào)碼發(fā)生轉(zhuǎn)讓,。

　　圖 13 　IPv4 地址段轉(zhuǎn)讓總數(shù)（RIR 數(shù)據(jù)）

　　圖 14 　IPv4 地址號(hào)碼轉(zhuǎn)讓的總數(shù)（RIR 數(shù)據(jù)）

　　誰在購買 IPv4 地址資源呢,？如圖 15 所示，它們主要是云服務(wù)商：AWS,、Azure,、Google、阿里云等,。云服務(wù)快速增長(zhǎng),，它們其實(shí)是目前互聯(lián)網(wǎng)中最大的網(wǎng)絡(luò)。其他購買 IPv4 的是一些新興的 ISP,，如印度 Charter 公司雖然使用 IPv6,，

　　但仍然對(duì) IPv4 有極大的需求。

　　圖 15　ARIN 地區(qū)地址受讓數(shù)最多的 10 大組織

　　此外,，越來越多部署 IPv6 的網(wǎng)絡(luò)商,，其實(shí)仍然需要擴(kuò)大其 IPv4 號(hào)碼持有量。因此,，作者仍然預(yù)計(jì)未來IPv4號(hào)碼將會(huì)緊張并且價(jià)格增長(zhǎng),。

　　5.3 　IPv4 地址需求模型

　　作者建立了一個(gè)模型，用于分析在雙棧模式和 464XLAT 條件下,，一個(gè)運(yùn)營商對(duì) IPv4 地址的需求在 15 年內(nèi)會(huì)受到什么因素的影響,。該模型可以顯示，不同的訂戶增長(zhǎng)率以及運(yùn)營商 IPv6 流量增長(zhǎng)可以影響運(yùn)營商的 IPv4 需求,，IPv4 的供應(yīng)不足可能激勵(lì)運(yùn)營商采用 IPv6,。在 雙 棧 模 式 下：運(yùn) 營 商 建 立 一 個(gè) 單 獨(dú) 的IPv6 網(wǎng)絡(luò)，并且在邊緣路由器上使用 NAT44 建立 IPv4 網(wǎng)絡(luò),，在網(wǎng)關(guān)路由器上建立 IPv4 的運(yùn)營商級(jí) NAT（CGN）,。

　　在 464XLAT 模 式 下：運(yùn) 營 商 要 求 其 90%的設(shè)備預(yù)配置 IPv6 能力。在邊緣路由器上使用NAT64 將 任 何 IPv4 轉(zhuǎn) 換 為 IPv6,；建 立 一 個(gè) 核心 IPv6 網(wǎng)絡(luò),；在網(wǎng)關(guān)部署運(yùn)營商級(jí) NAT64,，將IPv6 的通信轉(zhuǎn)換為 IPv4。

　　作者假設(shè),，運(yùn)營商根據(jù)典型活躍訂戶,、保留的端口、壓縮率等參數(shù),，配置 CGN 路由器,。為了維持 IPv4 和 IPv6 的兼容性，部署 IPv6 的網(wǎng)絡(luò)必須支持 IPv4 地址,。同時(shí),，作者提出了 4 種場(chǎng)景，根據(jù)上述假設(shè)和理論,，描繪了 IP 地址需求的變化曲線，如圖 16 至圖 19 所示,。

　?。?）移動(dòng)運(yùn)營商、快速增長(zhǎng)型,。

　　圖 16　場(chǎng)景 1——移動(dòng)運(yùn)營商,、快速增長(zhǎng)型

　　在 圖 16 中，IPv6 的 起 始 部 署 率 被 設(shè) 定 為44%,，當(dāng) IPv6 流量比例由 44% 增長(zhǎng)至 90% 時(shí),，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)訂戶數(shù)每年增長(zhǎng) 15%，轉(zhuǎn)向 IPv6 的流量比例每年增長(zhǎng) 5%,。在這種模型下,，大約 10年后，該網(wǎng)絡(luò)對(duì) IPv4 地址的需求開始下降,。特別是當(dāng) IPv6 比例接近 74% 而 IPv4 比例接近26% 時(shí),，這種變化開始出現(xiàn)。當(dāng)訂戶數(shù)量更低時(shí),，這個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)來得更早,。但如果用戶增長(zhǎng)率與流量比例轉(zhuǎn)換率相當(dāng)，那么該網(wǎng)絡(luò)的 IPv4 需求立即下降,。

　?。?）移動(dòng)運(yùn)營商、其他增長(zhǎng)模式,。

　　圖 17 　場(chǎng)景 2——移動(dòng)運(yùn)營商,、不同增長(zhǎng)模式

　　該模型對(duì)特定的增長(zhǎng)模式很敏感。每一種關(guān)鍵變量的增長(zhǎng)或變化都可能是線性的,、累加的,、平穩(wěn)的或者 S 型變化的。例如，如果訂戶增長(zhǎng)率減緩并在 7 ～ 8 年后穩(wěn)定下來,，IPv6 流量比例出現(xiàn)一個(gè)快速的 S 型變化,，運(yùn)營商對(duì) IPv4的需求在 4 年內(nèi)開始下降，在 15 年內(nèi)達(dá)到減為 0,，如圖 17 所示,。

　　（3）小規(guī)模增長(zhǎng)型企業(yè),。

　　圖 18 　場(chǎng)景 3——小規(guī)模增長(zhǎng)型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)

　　另一種假設(shè)是,，在不同的網(wǎng)絡(luò)上可能出現(xiàn)不同的結(jié)果。如圖 18 所示,，一家小型企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)可能只有 1 萬個(gè)用戶,，每年只增長(zhǎng) 2%。轉(zhuǎn)向IPv6 的流量比例以每年 4% 線性增長(zhǎng),，但由于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)建立在傳統(tǒng)的軟件和設(shè)備環(huán)境下,，IPv6流量比例的起點(diǎn)被設(shè)為 22% 而非 45%。在這種情況下,，實(shí)施 IPv6 對(duì)該企業(yè)沒有任何意義,。其IPv4 號(hào)碼需求平穩(wěn)增長(zhǎng)，無論是否部署 IPv6,。雖然其 IPv4 號(hào)碼需求仍然增長(zhǎng),，但該企業(yè)的小型網(wǎng)絡(luò)意味著其部署 IPv6 的成本并不高。因此,，該企業(yè)可能繼續(xù)擴(kuò)大 IPv4 網(wǎng)絡(luò),，直到 IPv4 的價(jià)格超出該企業(yè)轉(zhuǎn)型 IPv6 的成本。并非所有的企業(yè)都持有 IPv4 地址,，因此,，轉(zhuǎn)型的壓力來自于上游服務(wù)商。

　?。?）云服務(wù)商,。

　　圖 19　場(chǎng)景 4——云服務(wù)商

　　但也有可能出現(xiàn)大型企業(yè)想繼續(xù)持有其IPv4 號(hào)碼的情況。如圖 19 所示,，假設(shè)一家云服務(wù)商開始時(shí)擁有 6000 萬個(gè)用戶,，且在 15 年內(nèi)呈現(xiàn) S 型增長(zhǎng)。那么其轉(zhuǎn)換為 IPv6 的流量在開始時(shí)緩慢增長(zhǎng),，并穩(wěn)定在 70% ～ 73%,。同樣假設(shè)云服務(wù)商的 IPv6 部署率起始于很低的值，如20%,，因?yàn)樵品?wù)商與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時(shí)只需要較低的 IPv6 部署率,。該模型顯示,，云服務(wù)商的IPv4 需求在 5 年內(nèi)平穩(wěn)下降，而流量變化率超過了訂戶增長(zhǎng)率,；隨著流量比例持續(xù)下降,，IPv4的需求卻隨著訂戶數(shù)量增長(zhǎng)而開始上升。因此,，一些運(yùn)營商可能經(jīng)歷 IPv6 流量增長(zhǎng)和 IPv4 需求下降,，但仍然持續(xù)持有 IPv4 資源，以應(yīng)對(duì)未來IPv6 流量比例和 IPv4 價(jià)格的不確定風(fēng)險(xiǎn),。

　　5.4 　進(jìn)一步討論

　　IPv4 過 渡 到 IPv6 的 過 程 不 會(huì) 一 帆 風(fēng) 順,。IPv6 部署者可能擺脫 IPv4 的約束，通過建立單獨(dú)的 IPv6 網(wǎng)絡(luò),，并且使用雙棧／ NAT 或者464XLAT 等,，保證與 IPv4 的兼容性。但這些策略僅對(duì)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)有效,。而即便是大型網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商,，也只能擺脫部分 IPv4 需求，完全實(shí)現(xiàn)過渡需要很多年,，因?yàn)樗麄儽仨毜却獠烤W(wǎng)絡(luò)流量都大規(guī)模轉(zhuǎn)向 IPv6,。

　　5.5　 模型所得推論

　?。?） 所 有 的 IPv6 部 署 方 案 都 需 要 IPv4地址,。

　　（2）運(yùn)營商訂戶數(shù)量 / 增長(zhǎng)率及其網(wǎng)關(guān)IPv4/IPv6 流量矩陣之間的互動(dòng),，決定了 IPv4 地址的需求量,。

　　（3）運(yùn)營商的 IPv6 流量比例變化越快,，運(yùn)營商就越能夠減少其 IPv4 地址需求,。

　　（4）訂戶增長(zhǎng)率越高,，IPv4 地址需求保持下降的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng),。

　　（5）然而,，隨著運(yùn)營商對(duì) IPv4 地址的需求下降,，運(yùn)營商可能開始將其多余的 IPv4 地址出售給其他運(yùn)營商。這樣可能導(dǎo)致更難以對(duì) IPv4/IPv6 的過渡進(jìn)行分析,；而未來的不確定性,，又可能促使運(yùn)營商增加持有 IPv4 資產(chǎn)?？傊?，互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的增長(zhǎng),、IPv4 價(jià)格上漲、可轉(zhuǎn)讓 IP 號(hào)碼資源增加,、轉(zhuǎn)向本地 IPv6 的網(wǎng)絡(luò)流量規(guī)模,，都是我們理解 IPv4/IPv6 過渡的關(guān)鍵。

　　06

　　總　結(jié)

　　6.1 　觀點(diǎn)結(jié)論

　?。?）運(yùn)營商對(duì) IPv6 部署模式的決策是獨(dú)立的,。

　　（2）一兩個(gè)主要的運(yùn)營商將 90% 的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換成 IPv6,，而市場(chǎng)中其他主要的運(yùn)營商沒有部署的跡象,。

　　（3）IPv6 部署停滯不前是很正常的,。如果需要進(jìn)一步的擴(kuò)展,，就需要進(jìn)一步的投資。甚至有證據(jù)顯示,，IPv6 部署在下降,。我們不確定該怎么解釋這一現(xiàn)象。也許只是統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤,，也可能是運(yùn)營商關(guān)閉了 IPv6,。

　　（4）考慮到 IPv6 部署的成本,，國家福利（如GDP）與該國的 IPv6 部署程度之間有著“強(qiáng)積極關(guān)聯(lián)”關(guān)系,。

　　（5）沒有證據(jù)顯示 IPv6 的部署能給企業(yè)帶來競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),。

　　6.2 　IPv6 現(xiàn)狀

　　好消息是：IPv6 不可能被遺棄,。理由是，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商需要增長(zhǎng),，特別是在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中,，IPv6 能帶來經(jīng)濟(jì)收益。IPv4 地址價(jià)格的上漲也刺激了 IPv6 的部署,。

　　壞消息是：部署 IPv6 的商家不得不付出代價(jià),，保證與未部署 IPv6 的商家之間的兼容性。更壞的消息是,，其他許多企業(yè)在建設(shè)其網(wǎng)絡(luò)時(shí),，根本沒有需求和動(dòng)機(jī)去增加其現(xiàn)有的IPv4地址。然而,，一旦 IPv6 網(wǎng)絡(luò)流量比例達(dá)到一定的值,，那么 IPv4 的需求將會(huì)下降。

　　6.3　 IPv6 的未來

　　在未來,，IPv6 部署的成本將會(huì)減少,，傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施貶值并淘汰,，軟件不兼容性消失或者被解決，所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,、應(yīng)用程序最終都會(huì)變?yōu)?IPv6,。未來某一天，IPv4 網(wǎng)絡(luò)將被關(guān)閉,，并且全部失效,。但預(yù)計(jì)在 20 年內(nèi)，這種情況還不會(huì)出現(xiàn),。在未來 20 年,，還有太多的變量和未知因素，無法預(yù)測(cè) IPv4-IPv6 演變的未來,。因此,，明智的做法是，在未來 20 年,，全球互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)仍然是 IPv4 和 IPv6 混合的,，企業(yè)應(yīng)當(dāng)據(jù)此作出商業(yè)決策。