El documento presenta los resultados de una evaluación del impacto de la implementación de IPv6 en tres escenarios de medición. Se midieron métricas de desempeño como throughput, pérdida de paquetes, retardo unilateral y jitter usando herramientas como Iperf y OWAMP. En el enlace local, IPv4 tuvo un mejor desempeño que IPv6 en la mayoría de métricas. En la fibra óptica, los resultados variaron según la métrica y protocolo de transporte.
Comparativa de desempeño entre IPv4 e IPv6 en diferentes escenarios de red
1.
2.
3. Contenidos
Introducción
Protocolos de Internet: IPv4 vs. IPv6
Escenarios de Medición
Métricas y Metodología de Medición
Resultados Métricas de Desempeño
Estadísticas de Aplicaciones Real-Time
Conclusiones.
5. Motivación
IP (Internet Protocol) es la base de las
comunicaciones a través de Internet
La actual versión de IP (IPv4) ha llegado a
sus límites
Surge un nuevo protocolo: IPv6
Necesidad de evaluar el impacto de la
implementación de IPv6.
Introducción
7. Modelo de Capas TCP/IP
SSH, DNS, Iperf, OWAMP, etc. Capa de Aplicación
TCP UDP Capa de Transporte
IPv4 Capa de Internet
FastEthernet / UTP Capa Acceso de Red
GigaEthernet / Fibra
Protocolos de Internet
8. Dual-Stack en modelo TCP/IP
SSH, DNS, Iperf, OWAMP, etc. Capa de Aplicación
TCP UDP TCP UDP Capa de Transporte
IPv4 IPv6 Capa de Internet
FastEthernet / UTP Capa Acceso de Red
GigaEthernet / Fibra
Protocolos de Internet
9. Diferencias entre Protocolos
IPv4 IPv6
232 direcciones IP ~ 4.2x109 2128 direcciones IP ~ 3.4x1034
Tipo de Servicio (ToS) Etiqueta de Flujo y
Clase de Tráfico (QoS)
Seguridad es algo opcional Seguridad extremo-a-extremo
en forma nativa (IPSec)
Configuración Manual Configuración “Plug & Play”
o dinámica (DHCP)
Protocolos de Internet
10. + Diferencias entre Protocolos
IPv4 IPv6
Encabezado de 20 bytes. Encabezado de 40 bytes.
Fragmentación de paquetes se Fragmentación de paquetes se
realiza en Hosts y Routers. realiza sólo en Hosts.
Realiza Checksum de Checksum de encabezado se
encabezado. realiza en otras capas.
No escalable Escalable
Protocolos de Internet
12. Enlace de Red Local
NODO
UTFSM
PC1-UTFSM PC2-UTFSM
S-UTFSM
UTP 10/100/1000 Ethernet IPv6 IPv4
Ambos PCs con Doble-Stack en Capa de Red
Ambos PCs en el mismo segmento de red IPv4 e IPv6
No existe Router Intermedio
Importancia de este Escenario: Verificar y validar que
el
instrumento de medición es el adecuado.
Escenarios de Medición
13. Enlace de Fibra Óptica
Dos nodos PC-UTFSM NODO NODO PC-REUNA
en distintos UTFSM REUNA
segmentos R-UTFSM R-REUNA
de red
Routers se S-UTFSM S-REUNA
encargan del
ruteo IP RS-UTFSM RS-REUNA
Sistema de
Red Óptico
ONS-UTFSM ONS-REUNA
(ONS) en UTP 10/100/1000 Ethernet λ1 Ch 23 1.25 GbEthernet
Capas 1 y 2. IPv6 IPv4 λ2 Ch 25 1.25 GbEthernet
Escenarios de Medición
14. Enlace de Túnel vía Internet
NODO NODO
PC-UTFSM PC-REUNA
UTFSM REUNA
R-UTFSM R-REUNA
Túnel GRE
vía
Internet
S-UTFSM S-REUNA
UTP 10/100/1000 Ethernet IPv6 IPv4
Enlace virtual entre ambos nodos (Túnel)
Tráfico IP encapsulado utilizando el protocolo GRE
Múltiples equipos intermedios entre nodos.
Escenarios de Medición
16. Métricas de Desempeño
Throughput: Cantidad de datos transferidos
desde un nodo fuente a un nodo destino en una
cantidad de
tiempo específica
Packet Loss: Razón de paquetes perdidos
respecto
del total de paquetes transmitidos
One-Way Delay: Tiempo que demora un
paquete en
viajar desde un nodo fuente a un nodo destino
Jitter: Variación del retardo en un sentido.
Métricas y Metodología
17. Metodología de Medición
Tipo de Medición: Activa, intrusiva, extremo a extremo
Herramientas:
– Iperf v1.7.0 para Throughput, Packet Loss y Jitter
– OWAMP v1.6d para One-Way Delay
Características del Tráfico:
– Ajuste de la tasa ofrecida para protocolo UDP en cada
escenario de medición
– Variación del tamaño de paquete desde 32 hasta 65504 bytes
Cantidad de Datos Obtenidos:
– Enlace Local: 300 muestras x Métrica x Protocolo IP x Paquete
– Enlace Fibra: 300 muestras x Métrica x Protocolo IP x Paquete
– Enlace Túnel: 150 muestras x Métrica x Protocolo IP x Paquete.
Métricas y Metodología
18. Metodología de Medición
Tiempo de medición:
–14 horas para obtener las 4 métricas mencionadas para cada
escenario de medición
– 4 meses de mediciones para corroborar los resultados
Automatización del proceso de medición:
– Creación de scripts basados en Perl, Bourne Shell (Bash) y
Expect
Presentación de resultados:
– Gráficos comparativos entre ambos protocolos de red
– Tablas resúmenes con valores mínimo, máximo y promedio.
Métricas y Metodología
37. Herramientas RTP: VIC y RAT
VIC (Video Conference Tool) RAT (Robust Audio Tool)
Herramienta de Video Conferencia. Herramienta de Audio Conferencia
Aplicaciones de Tiempo Real
38. Escenarios y Metodología de Medición
Aplicaciones Aplicaciones
Lector DVD VIC/RAT VIC/RAT
POWERFAULT DATA ALARM
PC-UTFSM PC-REUNA
Señal de Audio/Video
ROUTER-UTFSM ROUTER-REUNA
Enlace Fibra Óptica /
Enlace Túnel vía Internet
VIC RAT
Tasa de Transmisión: 3 Mbps Tasa de transmisión: 1,536 Mbps
Cuadros por Segundo: 30 fps Tasa Muestreo: 48 KHz
Señal Video: 320 x 240@24 bits Canales: 2 (Stereo)
Codificador de Video: H261 Codificador de Audio: Linear 16 (no comprimido)
Aplicaciones de Tiempo Real
45. Resumen Comparativo IPv4 - IPv6
¿Mejor Desempeño?
Métrica Fibra Túnel
Tasa de Video Recibida IPv4 IPv4
Cuadros por Segundo IPv4 IPv4
Packet Loss IPv4 IPv6 IPv4
Jitter IPv4 IPv4
Aplicaciones de Tiempo Real
47. Comparación entre Protocolos
En general, IPv4 presenta un mejor desempeño que IPv6
para las métricas medidas
Las diferencias entre ambos Protocolos IP son pequeñas
Desempeño depende del escenario de medición utilizado:
Diferencias a nivel de Sistema Operativo son mínimas
Diferencias pequeñas en enlace sin congestión
Múltiples rutas y dispositivos aumentan diferencias en
desempeño.
Tamaño de la cabecera influye en el desempeño, pero no
es el factor más relevante.
Conclusiones
48. Comparación entre Protocolos
Router utilizado limita el desempeño de ambos protocolos
Implementación de IPv4 vía Hardware
Implementación de IPv6 vía Software
Para rango de paquetes antes de la fragmentación,
el patrón de comportamiento de IPv4 e IPv6 es similar
Mayores diferencias se producen para el rango de
paquetes después de la fragmentación
La mayoría de aplicaciones generan paquetes antes de
ocurrida la fragmentación
Mayor Jitter para el rango de paquetes sobre la
fragmentación.
Conclusiones
49. Comparación entre Enlaces
El Enlace Red Local presenta un desempeño 4 veces
superior al Enlace de Fibra Óptica
El Enlace Fibra Óptica presenta un desempeño 6 veces
superior al enlace de Túnel GRE vía Internet
Las mediciones de One-Way Delay muestran que:
Enlace Local y Fibra Óptica presentan caminos de ida y
vuelta prácticamente simétricos
Enlace Túnel GRE presenta caminos de ida y vuelta
asimétricos.
Conclusiones
50. Conclusiones Finales
Protocolo IPv6 en maduración
Mecanismos de transición permiten migración paulatina
IPv6 es un protocolo bien estructurado y construido en
base a la experiencia obtenida con IPv4
IPv6 permite nuevas características para mejor soporte a
aplicaciones Real-Time, Seguridad, Movilidad IP.
Conclusiones
51. Trabajo Futuro
Evaluación de nuevas características de IPv6 como QoS,
Seguridad y Movilidad
Evaluación de otros escenarios de medición
(Ej. acceso ADSL, utilización protocolos ruteo IPv6)
Evaluación de otras métricas a nivel de aplicaciones
(Ej. tiempo de respuesta de servidor DNS, Web,etc).
Conclusiones
55. Throughput-TCP/IPv4
Desempeño de Routers Cisco
Rango de Paquetes de 32 a 1536 Bytes Rango de Paquetes de 1536 a 65504 Bytes
100 100
90 90
Throughput [Mbit/s]
Throughput [Mbit/s]
3550 3550
80 80
2651 2651
70 Túnel 70 Túnel
60 Fibra 60
Fibra
50 50
40 40
30 30
20 20
10 10
0 0
0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536 8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536
Tamaño Paquete (Payload) [Byte] Tamaño Paquete (Payload) [Byte]
Aplicaciones de Tiempo Real
56. Cambios en Cabecera IPv6
Versión Largo Tipo de Servicio Longitud del Paquete (bytes)
Cabecera (TOS) IPv4 eliminado modificado
Identificador Indicadores Desplazamiento
de Fragmentación IPv6
Tiempo de vida (TTL) Protocolo Checksum de Encabezado
Dirección IP Fuente de 32 bits
Cabecera IPv6 es 2
Dirección IP Destino de 32 bits
veces cabecera IPv4
Opciones (Si las hay)
Direccionamiento
Datos (Payload) 4 veces mayor
Versión Clase de Tráfico Etiqueta de Flujo Cabecera de largo fijo
Longitud de Carga Útil (Longitud Payload) Sig. Cabecera Limite de Saltos No Checksum
Dirección IP Fuente
De 128 bits
No fragmentación
salto a salto
Dirección IP Destino
De 128 bits
Etiqueta de Flujo/
Clase de Flujo
Datos (Payload)
Protocolos de Internet
57. Encabezados Extensión en IPv6
Encabezado IPv6 Encabezado Datos
Siguiente = TCP TCP
Encabezado IPv6 Encabezado Routing Encabezado Datos
Sig. = Routing Sig. = TCP TCP
Encabezado IPv6 Encabezado Seguridad Encabezado Fragmentación Encabezado Datos
Sig. = Seguridad Sig. = Fragmentación Siguiente = TCP TCP
Protocolos de Internet
58. Ejemplo Fragmentación IPv4 e IPv6
IPv4
PC1 ROUTER 1 ROUTER 2 PC2
1400 MTU = 1500 MTU = 1280 MTU = 1500 1400
1400 1280 120 1280 120
IPv6
PC1 ROUTER 1 ROUTER 2 PC2
1400 MTU = 1500 MTU = 1280 MTU = 1500 1400
1280 120 1280 120 1280 120
Protocolos de Internet
59. Encapsulado en túnel GRE
IPv4
Paquete IPv4
Encabezado
IPv4 (20 Bytes, max Payload
24 bytes) Protocolo de capa superior.
Payload IPv4
(1456 Bytes si
Enc. IP =20 Bytes,
Enc. GRE=4 Bytes)
MTU TUNEL
(1476 Bytes si Enc. IP=20 bytes,
Enc. GRE = 4 bytes)
Encabezado Encabezado IPv4 Encabezado GRE Encabezado
Ethernet (20 Bytes, (4 Bytes, IPv4 (20 Bytes, max Payload
(14 Bytes) Max: 24 Bytes) Max: 8 Bytes) 24 bytes) Protocolo de capa superior.
Payload IPv4
(1480 Bytes si IP Header=20 bytes)
Payload Ethernet
(1500 bytes)
Protocolos de Internet
60. Encapsulado en túnel GRE
IPv6
Paquete IPv6
Encabezado IPv6 Encabezados de
(40 Bytes) extensión IPv6 Payload protocolo de capa superior.
Payload IPv6
(1436 Bytes si
Enc. IP =20 Bytes,
Enc. GRE=4 Bytes)
MTU TUNEL
(1476 Bytes si Enc. IP=20 bytes, Enc.
GRE = 4 bytes)
Encabezado Encabezado IPv4 Encabezado GRE
Encabezado IPv6 Encabezados de
Ethernet (20 Bytes, (4 Bytes, Payload
(40 Bytes) extensión IPv6
(14 Bytes) Max: 24 Bytes) Max: 8 Bytes) Protocolo de capa superior.
Payload IPv4
(1480 Bytes si IP Header=20 bytes)
Payload Ethernet
(1500 bytes)
Protocolos de Internet
61. DNS en IPv4-IPv6
IPv4 IPv6
Nombre Registro A: Registro AAAA:
a Dirección IP www.utfsm.cl. A 200.1.17.1 www.utfsm.cl. AAAA 2001:1310:d131:2::1
Registro A6:
www.utfsm.cl. A6 0 2001:1310:d131:1::1
Dirección IP Registro PTR: Registro PTR :
a Nombre 1.17.1.200.in-addr.arpa. PRT www.utfsm.cl. $ORIGIN 2.0.0.1.1.3.1.0.d.1.3.1.0.0.0.2.ip6.int.
1.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0 IN PTR www.utfsm.cl.
Registro PTR :
[x0000000000000001/64] IN PTR www.utfsm.cl.
Protocolos de Internet