第15卷第1期
中華民國110年3月出刊

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連網世界接軌  推動勢在必行IPv6發展現況探討

文|劉楚慧
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一、IPv6需求

IP位址是網際網路中辨識各種裝置及傳送資料的標的,即便是使用網域名稱的網站,也需要透過域名解析系統將網域名稱轉換成IP位址後,才能順利讓使用者存取網站資料。

IP位址的使用目前有IPv4及IPv6兩個版本,IPv4的位址僅有約43億個,遠低於全球人口數,在2011年2月3日,IPv4已告枯竭,全球五大地區的IP發放機構已無IPv4可分配,IP註冊機構可供分配的IPv4皆所剩無幾。

為解決IPv4枯竭,產業界用盡各種方法緩解IP需求,而最有效方法是改用IPv6。因為透過將IP位址的長度由32位元(IPv4)加大為128位元(IPv6),其位址可用的數量擴大為43億的4次方個,預估能讓地球上每個人都分到100萬個IP位址,或是地球上每平方公尺面積皆提供1,000多個IP位址。簡而言之,轉換到IPv6後,IP位址的數量多到幾乎不可能用盡,徹底解決網際網路位址枯竭危機。

在網際網路服務與應用席捲全球的時代,尤其在5G行動通信的大頻寬、低延遲、大連結,物聯網的萬物聯網風潮下,會有更多設備具連結網際網路的需求,從高畫質影音傳輸、智慧生活領域、AR/VR軟硬技術娛樂應用、智慧交通及遠端醫療等各個應用面加速商用化,進入蓬勃發展階段,全球對IPv6需求將更為明顯。

同時,IPv6也是新服務與新應用發展的必要基礎,因而網際網路技術標準組織IETF早已決定新的協定標準以IPv6的環境為標準環境。

簡言之,導入IPv6有其實質必要性,以下歸納分析6項原因:

導入IPv6服務六大原因
圖1導入IPv6服務六大原因
資料來源:本會研究

(一)IPv4位址枯竭

全球IPv4位址已枯竭,網際網路接取服務提供者(IASP, Internet Access Service Provider)難以分配到新IPv4的位址,為維持既有服務及拓展未來新業務,導入IPv6是必然的選擇。

(二)解決網路位址轉換(NAT, Network Address Translation)的問題

IASP以IPv4提供網路服務,需有NAT設備投資,且須持續更新NAT等設備,且使用NAT技術會有效能與維運障礙問題,亦會增加IASP的人力負擔,IASP導入IPv6則可減少NAT設備的投資及人力負擔。

(三)行動網路發展需求

近年來因智慧型手機及平板電腦等行動式裝置快速增加,而行動式裝置所具備的基本特性為隨時在線(always-on)及上網時間長,要同時提供大量的行動式裝置上網,行通信業者就必須有巨量的IP位址才能提供相對應的服務,以滿足客戶的需求。

(四)開拓物聯網及5G創新服務

為建立友善物聯網及5G產業創新應用服務之高安全性、高移動性、隨插即用及IP隨時在線等通訊環境,IP位址需求將隨著產業創新應用服務之擴張而增加,若不提前布局支援IPv6,可能失去下一代網路應用發展的先機。

(五)內容網站透過IPv6遞送比例逐年增加

根據網路技術統計資料網站W3Techs數據顯示,截至2021年1月,全球網際網路有17.8%網站可以支援IPv6連線,且支援IPv6連網網站呈現穩定成長趨勢。若統計前100萬大網站(網站流量排比資訊是根據排名網站Alexa資料為準),已經有22.8%網站內容支援IPv6連線;全球前1,000大流量網站來看,已經有32%網站內容可透過IPv6遞送;且全球大型網站內容或服務業者如Google、YouTube、Facebook、Yahoo、Wikipedia及Netflix等都已經支援IPv6,由以上資料可知支援IPv6已經是世界潮流,為了實現我國推動數位經濟的願景,建全的IPv6連網環境乃是數位經濟的重要基礎。

全球可以支援IPv6連線之網站比例
圖2全球可以支援IPv6連線之網站比例
資料來源:W3Techs

(六)IETF已達成未來之新標準( RFC )皆以IPv6為適用平臺之共識,IPv6已成未來技術主流與網路的根基

1990年開始,IETF開始規劃IPv4的下一代協定,除了要解決即將面臨IP枯竭問題,還希望發展更多的擴充功能。IPv6在1998年12月由IETF以網路標準規範〔RFC 2460〕文件正式公布,未來之新標準皆以IPv6為適用平台,透過新一代網際網路標準,以建立未來網路可擴充之基礎,目標是取代IPv4。

二、國外IPv6發展現況

接著觀察IPv6應用於產業的發展,網際網路協會(ISOC, Internet Society)將2012年6月6日定為世界IPv6啟動日(World IPv6 Launch),當日吸引電信服務、網站內容、網路服務、內容傳遞網路(CDN, Content Delivery Network)等各領域業者,約有來自全球上千家企業及團體共同參與「IPv6 全球啟動 」,包括 Verizon, Comcast, Google, Facebook, Akamai, YouTube, 微軟, Yahoo!, Vonage, T-Online, Cisco, Juniper Networks, Mastercard, BBC、美國商務部,許多企業也在當天正式啟動IPv6,為全球 IPv6 使用拉開序幕。

目前全球IPv6使用率不斷攀升,根據亞太網路資訊中心(APNIC, Asia-Pacific Network Information Centre)統計,全球整體IPv6連網比例呈現穩定成長,依國家別來看,2021年1月就有28個國家IPv6連網比例超過30%。由此觀察得知,IPv6部署建置已獲多數國家支持,網際網路向IPv6遷移是相當明確的趨勢。全球提供IPv6連網服務趨勢近年來轉趨明顯,根據Google統計全球IPv6使用率亦呈現逐年穩定成長,到2021年1月已達到約34.12%。

全球IPv6使用率排名前30國家列表
圖3全球IPv6使用率排名前30國家列表
資料來源:APNIC
Google統計全球IPv6連網使用比例
圖4Google統計全球IPv6連網使用比例
資料來源:Google

近年國外大廠也紛紛導入IPv6,進一步分析Verizon、Comcast、Google及Facebook等大廠導入原因,主要可分為人力、資本、競爭力及使用者四大面向考量。說明如下:

  1. (一)、在人力方面:主要可減少網路系統開發及營運管理人力、降低垃圾郵件或駭客攻擊來源查證難度;
  2. (二)、在資本方面:主要可達到減少應用程式開發及投資成本、網路設備簡化及相互連結亦可降低營運成本;
  3. (三)、在競爭力方面:主要能支撐手機連網業務的快速成長、可以支援網際網路持續擴張及發展、確保網際網路可以持續成長及保持開放性;
  4. (四)、在使用者方面:主要可提供用戶高品質的網路連結效率及服務、增加提供新創加值應用服務的彈性、增加使用者地理位置資訊識別的準確度等。
國外大廠導入IPv6原因分析
圖5國外大廠導入IPv6原因分析
資料來源:本會研究

此外,自2005年開始,美國聯邦政府IPv6計畫,成功促進IPv6技術商業開發和採用,因大規模IPv6商業部署讓成本及複雜性降低,安全性也相對提高。然而當前網路系統同時支援IPv4/IPv6雙協定,也增加維運複雜性、建置成本和安全威脅,因此希望美國各機關加速移轉至「純IPv6(IPv6-only)」網路環境,以減少維護兩個不同網路體系的營運問題。

因此,美國政府對於IPv6發展也更趨積極,美國總統行政辦公室(EOP, Executive Office of the President)行政管理和預算局(OMB, Office of Management and Budget)於2020 年11月19日向行政部門和機構負責人發布「Completing the Transition to Internet Protocol Version 6(1Pv6)/完成過渡、邁向IPv6」 備忘錄,內容更新有關聯邦政府營運部署和使用IPv6指南。

備忘錄中提及,隨著連接到網際網路的用戶、設備和虛擬實體數量不斷增加,全球對IP位址需求也呈指數成長,造成全球各地區現有的IPv4枯竭。「向IPv6全面過渡」是確保未來網路技術和服務能增長和創新的唯一可行選擇,美國聯邦政府必須擴大和增強其向IPv6過渡的戰略承諾。

以下為備忘錄預定執行時程:

同時,備忘錄中也要求行政部門和機構的外部合作夥伴與聯邦網路系統介接連結,須制定計畫將所有網路介接移轉支援IPv6。公用/外部服務(例如,Web,電子郵件,DNS和ISP服務)和內部用戶端應用服務升級支援IPv6-only。

由於IPv6推動較難具備外顯的商業利益,多由政府或學術機構擔任領頭羊角色。美國聯邦政府採取政府示範帶動企業跟進的策略,透過行政命令,訂定機構內網路基礎至服務的全面性改造,以此帶動設備及服務業者支援,並藉此達到技術成熟,更有利推動一般企業進而採用,加速網路向IPv6-only發展。

三、國內IPv6發展現況

回顧國內IPv6發展,臺灣在2017年底的IPv6使用比例僅0.38%,排名全球第67名;至2018年12月達到約30%,全球排名躍升至第6名,成長速度在該年創下全球第一。至2019年12月國內IPv6連網比例持續成長至約40%,雖然國內IPv6連網比例又再向上提升,但由於各國IPv6連網比例也大幅提升,以致臺灣全球排名並未跟著推升。

根據APNIC統計數據顯示,臺灣的IPv6使用率於2020年10月3日首次超越50%,全球IPv6使用率排名持續維持在前10名,顯示IPv6位址已廣泛使用於我國的上網服務;截至2021年1月底,臺灣IPv6使用比例約50.44%,全球排名第9名。國內經過10多年努力,終於在近年有不錯成績,持續推動完善的IPv6連網環境建置,讓國內連網服務能和世界接軌,並且符合全球網路環境的發展潮流,對國內網路相關產業的未來發展扮演相當重要角色。

國家通訊傳播委員會(以下簡稱本會)2018至2020年也針對國內IPv6發展進行相關研究,目前國內IPv6使用主要來自於行動上網,在固網方面使用仍偏低,同時,一般終端用戶使用比例也高過企業用戶,以下提出7項重要發現:

APNIC統計台灣IPv6連網使用比例
圖6APNIC統計台灣IPv6連網使用比例
資料來源:台灣網路資訊中心(TWNIC, Taiwan Network Information Center)
國內IPv6推動現況分析
圖7國內IPv6推動現況分析
資料來源:本會研究

(一)國內行動電信業者全面升級支援IPv6

2018年國內前3大行動電信業者包括中華電信、台灣大哥大及遠傳電信,率先支援IPv6連網服務商轉,2019年初亞太電信接續開啟支援IPv6,台灣之星也於2020年陸續開始支援IPv6網路服務,隨著5家電信業者完成IPv6網路服務啟用計畫,國內行動通信網路全面升級支援IPv6,也象徵國內行動IASP已經全面進入IPv4/IPv6雙軌並行時代。

(二)行動電信業者對IP垃址的需求持續增加

根據本會2018年第4季行動通訊市場統計資訊,國內5家行動業者客戶數逼近3,000萬,而在全球各國IPv4分配列表中,顯示臺灣分配到約3,500萬IPv4,因此當時行動電信業者龐大的IPv4需求難被滿足。目前5家行動電信業者皆採用電信級網路位址轉換(CGNAT, Carrier Grade Network Address Translation) 核發 Private / Shared Address Space IPv4位址給用戶,以因應IPv4不足的問題,其中中華電信、遠傳電信及台灣大哥大(部分)3家業者所採用的比例為1:16;而台灣大哥大(部分)、亞太電信及台灣之星3家業者所採用的比例已擴大至1:64,顯示國內行動電信業者IP缺口逐漸擴大,共用比例越來越高。2020年國內進入5G時代,行動電信業者對IP的需求將再擴張,因應業務成長IPv4不足的問題,業者轉進IPv6才能解決消費端的需求。

(三)國內市售寬頻分享器支援IPv6比例提升但預設開啟比例下降

若觀察國內全年度市售寬頻分享器銷售前20名商品標示支援IPv6比例,2017年為55%、2019成長至75%,顯示國內寬頻分享器品牌業者,對IPv6支援有逐步重視,對國內推動IPv6網路升級具有重大象徵性意義。然而經過實測及訪談發現,由於廠商考量客訴增加帶來之客服成本以及欲簡化商品推行至全球市場的出廠設定,對於預設開啟支援IPv6意願較低,因此2019年度市售寬頻分享器銷售前20名商品中能預設開啟支援IPv6比例較2017年低,前四大品牌商對商品預設支援IPv6狀況並未改善。

(四)有線電視(Cable)業者對IPv6網路服務支援仍處於初步階段

根據本會2019年針對國內Cable業者進行的支援IPv6網路服務調查,在IPv6推動上,以台灣寬頻通訊最為積極,後端網路設備支援IPv6建置已完成,具備可供試用階段,但國內尚無Cable業者具備營運支援IPv6網路服務的經驗,對業者要進入商用階段仍有挑戰。凱擘寬頻及台固媒體雖然持續進行網路支援IPv6建置,但在設備投資、技術升級、客戶服務、維運成本、自動檢測系統及維修人員SOP等方面仍有許多準備工作,因此對支援IPv6預估仍須時間。中嘉寬頻因商業考量完成骨幹支援IPv6,但使用者端還有技術性問題尚未克服,目前還沒有明確計畫。台灣基礎開發,因應企業客戶需求已經有實際提供企業客戶IPv6網路服務,但對家用服務仍有設備待更新,目前亦無明確計畫。其他獨立系統業者在尚未有Cable業者支援IPv6的情況下,雖然在設備上有陸續更新計畫,但大多還是持觀望態度。

(五)固網IPv6連網比例仍待提升

觀察國內固網IASP支援IPv6使用率發現,無論是一般終端用戶或企業用戶,IPv6的使用比例仍不高,尤其以企業用戶使用比例更低,或許與國內企業網站在IPv6的支援上仍少有關。目前國內一般家庭用戶固接網路服務供應商以中華電信為主,中華電信家用固網服務已於2018年支援IPv6網路服務,使用率約為33%,相較於中華電信行動網路IPv6的使用率已超過80%,顯示固網IPv6網路服務的使用仍有發展空間。分析箇中原因,由於家用設備的使用年限相對較長且更換頻率低,目前中華電信配發給家庭用戶的家用閘道器(Home Gateway),支援IPv6的比例約為60%,大部分使用者並不在意以IPv4或IPv6連線,且目前市售寬頻分享器對IPv6預設支援程度也不佳,都是影響固網IPv6網路使用比例的因素。

(六)持續推動企業升級支援IPv6才能達到國內IPv6網路普及化

國內IPv6的使用率主要為行動用戶及家庭用戶,企業網站及內部網路目前支援IPv6的比例依然不高。許多網路內容提供(ICP, Internet Content Provider)業者或企業尚未關注到國內網路環境已逐步向IPv6遷移,而網站或企業內部網路升級支援IPv6需要投入相對人力及物力,且須有足夠時間進行規劃及執行,非一蹴可幾。加強對ICP宣導,讓業者能了解國內IPv4/IPv6雙軌環境現況,促進企業用戶及內容業者提早因應,才能讓國內網路環境遷移到IPv6過程更為順暢。目前國內雖然IPv6的使用比例已經超過50%,但未來要持續推升國內IPv6使用率,讓國內網路環境逐步向下一代網路遷移,網站或企業內部網路升級將是不可或缺的一環。

(七)IASP對IPv6的支援狀況對ICP支援IPv6推動至為關鍵

另一方面,推動ICP業者及企業網路支援升級IPv6的基本要素,仍須IASP所提供的各項網路服務能夠充分支援,因此IASP所提供的服務是否支援IPv6也是國內推動IPv6的關鍵。由於服務類別眾多,包括光纖(FTTx)上網、主機代管/資訊機房 (Co-Location / IDC, Internet Data Center)服務、雲端(Cloud)服務、公眾無線區域網路上網(PWLAN, Public Wireless LAN )、及4G行動上網等,要能完全支援IPv6網路服務需要相當時間及預算執行,國內大部分IASP尚無法達到所有網路服務完全支援IPv6。網路服務供應商對IPv6的支援準備狀況,影響著後端服務推動的可行性,也成為推動國內企業網站支援IPv6的阻力,因此,持續積極推動業者各項服務支援IPv6,對提升國內IPv6使用率有相當助益。

四、結語

綜觀國際IPv6發展趨勢,除歐美各國相當積極外,近年亞洲區國家,包含日本、越南、馬來西亞及泰國等國在IPv6連網比例也大幅成長,可見支援IPv6已是國際共識。目前國內IPv6連網比例持續穩定成長,已為IPv6發展打下良好基礎,若能提高寬頻分享器、手機等終端設備預設開啟支援IPv6比例、強化IASP業者提供支援IPv6網路服務、推動ICP業者及企業用戶升級IPv6,將更有助於國內IPv6普及化。

(本文作者為射頻與資源管理處科員)

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