[논문 리뷰] An Empirical Analysis of Internet Protocol Version 6 (IPv6)

Ioan Raicu|ArXiv.org|2004. 11. 12.

IPv6, Mobility, Handover, Networks, Security참고 문헌 21인용 수 10

한 줄 요약

이 실험적 연구는 이중스택 라우터와 종단 호스트(Windows 2000 및 Solaris 8.0)를 사용하여 IPv6 성능을 IPv4와 비교한다. 지연, 대역폭, CPU 사용량 및 애플리케이션 수준 메트릭을 측정한다. 주요 발견은 IPv6 성능이 아직 완성되지 않은 구현과 전환 메커니즘 오버헤드로 인해 IPv4보다 현저히 열 劣하다는 것이며, 이는 2004년 기준 IPv6가 아직 생산 환경에 적합하지 않았음을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 실세계 네트워킹 환경에서 IPv6의 실제 성능을 IPv4와 비교 평가하기 위해.
• 특히 호스트 간 및 라우터 간 터널링과 같은 전환 메커니즘이 프로토콜 성능에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• Windows 2000 및 Solaris 8.0와 같은 다양한 운영 체제에서의 IPv6 구현을 비교하여 일관성과 효율성 여부를 평가하기 위해.
• 이론적 이점이 있음에도 불구하고 IPv6의 보급을 저해하는 성능 저하 요인을 특정하기 위해.
• 실험적 메트릭을 기반으로 IPv6가 광범위한 구현에 적합한지 여부를 판단하기 위해.

제안 방법

• IPv4와 IPv6를 모두 지원하는 이중스택 라우터와 종단 노드를 사용하여 실험을 수행하였다.
• 지연, 대역폭, CPU 활용도, 소켓 생성/연결 시간을 측정하기 위해 고유의 C++ 애플리케이션을 구현하였다.
• IPv4 및 IPv6 환경에서 TCP 및 UDP 기반 웹 서버 및 비디오 클라이언트/서버 애플리케이션을 시뮬레이션하였다.
• 두 가지 전환 메커니즘(호스트 간 및 라우터 간 터널링)을 다양한 네트워크 계층에서 평가하였다.
• 운영 체제(Windows 2000 및 Solaris 8.0) 간 성능 메트릭을 수집하고 비교하였다.
• 재현 가능성과 평가 일관성을 확보하기 위해 표준화된 벤치마크를 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지연, 대역폭, CPU 활용도 측면에서 IPv6 성능은 IPv4와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 호스트 간 터널링과 라우터 간 터널링 간의 성능 영향은 IPv6 트래픽에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 다른 운영 체제 구현(Windows 2000 대비 Solaris 8.0)은 IPv6 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 전이 메커니즘이 네이티브 IPv6 대비 IPv6 성능 저하를 얼마나 심화시키는가?
• RQ5 실험적 성능 데이터를 기반으로 IPv6는 생산 환경 배포에 충분히 성숙했는가?

주요 결과

• IPv6 성능은 모든 측정 지표에서 IPv4보다 현저히 열 劣했으며, 지연이 더 높고 대역폭이 낮았다.
• CPU 활용도가 IPv6에서 상당히 높아, 테스트된 구현에서 프로토콜 처리가 비효율적임을 시사했다.
• 소켓 생성 및 연결 시간이 IPv6에서 뚜렷이 느렸으며, 특히 Windows 2000에서 두드러졌다.
• 터널링 환경에서 성능 저하가 더욱 심해졌으며, 특히 호스트 간 봉투화에서 두드러졌다.
• Solaris 8.0는 Windows 2000보다 IPv6 성능이 뛰어나, 운영 체제 수준의 구현 차이가 결과에 상당한 영향을 미친다는 것을 시사했다.
• 헤더 크기의 이론적 차이를 고려할 때 예상보다 성능 격차가 더 커, 더 깊은 구현 비효율성이 존재함을 시사했다.