[論文レビュー] An Empirical Analysis of Internet Protocol Version 6 (IPv6)

Ioan Raicu|ArXiv.org|Nov 12, 2004

IPv6, Mobility, Handover, Networks, Security参考文献 21被引用数 10

ひとこと要約

この実験的研究では、デュアルスタックルータおよびエンドホスト（Windows 2000およびSolaris 8.0）を用いて、IPv6のパフォーマンスをIPv4と比較し、遅延、スループット、CPU使用率、アプリケーションレベルのメトリクスを測定した。主な発見は、未熟な実装と移行メカニズムのオーバーヘッドのため、IPv6のパフォーマンスはIPv4に比べて著しく劣っており、2004年当時のIPv6はまだ本格的な運用には適していないことを示している。

ABSTRACT

Although the current Internet Protocol known as IPv4 has served its purpose for over 20 years, its days are numbered. With IPv6 reaching a mature enough level, there is a need to evaluate the performance benefits or drawbacks that the new IPv6 protocol will have in comparison to the well established IPv4 protocol. Theoretically, the overhead between the two different protocols should be directly proportional to the difference in the packet's header size, however according to our findings, the empirical performance difference between IPv4 and IPv6, especially when the transition mechanisms are taken into consideration, is much larger than anticipated. We first examine the performance of each protocol independently. We then examined two transition mechanisms which perform the encapsulation at various points in the network: host-to-host and router-to-router (tunneling). Our experiments were conducted using two dual stack (IPv4/IPv6) routers using end nodes running both Windows 2000 and Solaris 8.0 in order to compare two different IPv6 implementations side by side. Our tests were written in C++ and utilized metrics such as latency, throughput, CPU utilization, socket creation time, socket connection time, web server simulation, and a video client/server application for TCP/UDP in IPv4/IPv6 under both Windows 2000 and Solaris 8.0. Our empirical evaluation proved that IPv6 is not yet a mature enough technology and that it is still years away from having consistent and good enough implementations, as the performance of IPv6 in many cases proved to be significantly worse than IPv4.

研究の動機と目的

• 実際のネットワーキング環境におけるIPv6の実世界パフォーマンスを、IPv4と比較して評価すること。
• 特にホスト間およびルータ間トンネリングを含む移行メカニズムがプロトコルパフォーマンスに与える影響を評価すること。
• Windows 2000とSolaris 8.0の異なるオペレーティングシステムにおけるIPv6実装の整合性と効率を比較すること。
• 理論的利点があるにもかかわらず、IPv6の導入を妨げるパフォーマンスのボトルネックを特定すること。
• 実測パフォーマンスデータに基づき、IPv6が広範な展開に十分に成熟しているかどうかを判断すること。

提案手法

• IPv4およびIPv6の両方を実行するデュアルスタックルータおよびエンドノードを用いて実験を実施した。
• 遅延、スループット、CPU使用率、ソケット作成/接続時間の測定を目的としたカスタムC++アプリケーションを実装した。
• TCPおよびUDPを介して、Webサーバおよびビデオクライアント/サーバアプリケーションをIPv4およびIPv6の両方でシミュレートした。
• 2つの移行メカニズム（ホスト間トンネリングおよびルータ間トンネリング）を、異なるネットワーク層で評価した。
• オペレーティングシステム（Windows 2000およびSolaris 8.0）ごとにパフォーマンスメトリクスを収集し、比較した。
• 再現性とパフォーマンス評価の一貫性を確保するため、標準化されたベンチマークを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IPv6のパフォーマンスは、遅延、スループット、CPU使用率の観点でIPv4と比べてどの程度異なるか？
• RQ2 ホスト間トンネリングとルータ間トンネリングのパフォーマンスへの影響は、IPv6トラフィックにおいてどのように異なるか？
• RQ3 異なるオペレーティングシステム実装（Windows 2000対Solaris 8.0）は、IPv6パフォーマンスにどのように影響するか？
• RQ4 移行メカニズムは、ネイティブIPv6と比較して、IPv6のパフォーマンス劣化をどの程度悪化させるか？
• RQ5 実測パフォーマンスデータに基づき、IPv6は本格的な展開に十分に成熟していると評価できるか？

主な発見

• IPv6のパフォーマンスは、遅延やスループットの観点で、測定されたすべてのメトリクスにおいてIPv4に比べて著しく劣っていた。
• CPU使用率がIPv6では著しく高かったため、テストされた実装におけるプロトコル処理の非効率性が示された。
• ソケット作成および接続時間は、特にWindows 2000において顕著に遅くなった。
• トンネリングの状況ではパフォーマンス劣化が顕著に現れ、特にホスト間カプセル化において顕著だった。
• Solaris 8.0はWindows 2000に比べてIPv6パフォーマンスが優れており、OSレベルの実装の違いが結果に顕著に影響していることが示唆された。
• ヘッダーサイズの差異に基づく理論的期待を超えて、実測のパフォーマンスギャップが顕在したため、実装上の根本的な非効率性が裏付けられた。