Comparacion_IPv4_IPv6

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.

IntroducciónIntroducción

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

Protocolos de Internet:Protocolos de Internet:IPv4 vs. IPv6IPv4 vs. IPv6

Modelo de Capas TCP/IP

Protocolos de Internet

FastEthernet / UTP FastEthernet / UTP GigaEthernet / FibraGigaEthernet / Fibra

IPv4IPv4

UDPUDPTCPTCP

SSH, DNS, Iperf, OWAMP, SSH, DNS, Iperf, OWAMP, etc.etc.

Capa de Aplicación

Capa de Transporte

Capa de Internet

Capa Acceso de Red

Dual-Stack en modelo TCP/IP


FastEthernet / UTP FastEthernet / UTP GigaEthernet / FibraGigaEthernet / Fibra

IPv4IPv4 IPv6IPv6

UDPUDP TCPTCP UDPUDPTCPTCP

SSH, DNS, Iperf, OWAMP, SSH, DNS, Iperf, OWAMP, etc.etc.

Capa de Aplicación

Capa de Transporte

Capa de Internet

Capa Acceso de Red

Diferencias entre Protocolos


IPv4IPv4 IPv6IPv6 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 o dinámica (DHCP)

Configuración “Plug & Play”

+ Diferencias entre Protocolos


IPv4IPv4 IPv6IPv6 Encabezado de 20 bytes. Encabezado de 40 bytes.

Fragmentación de paquetes se realiza en Hosts y Routers.

Fragmentación de paquetes se realiza sólo en Hosts.

Realiza Checksum de encabezado.

Checksum de encabezado se realiza en otras capas.

No escalable Escalable

Escenarios de MediciónEscenarios de Medición

Enlace de Red Local

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

elinstrumento de medición es el adecuado.

Escenarios de Medición

UTP 10/100/1000 Ethernet

S-UTFSMPC1-UTFSM PC2-UTFSM

IPv4IPv6

NODO

UTFSM

Enlace de Fibra Óptica

Dos nodosen distintossegmentosde red

Routers seencargan delruteo IP

Sistema deRed Óptico(ONS) en Capas 1 y 2.


R-REUNA

RS-REUNA

S-REUNA

PC-REUNANODO

REUNA

UTP 10/100/1000 Ethernet

IPv4IPv6

λ1 Ch 23 1.25 GbEthernet

λ2 Ch 25 1.25 GbEthernet

R-UTFSM

RS-UTFSM

S-UTFSM

PC-UTFSM NODO

UTFSM

ONS-UTFSM ONS-REUNA

Enlace de Túnel vía Internet

Enlace virtual entre ambos nodos (Túnel) Tráfico IP encapsulado utilizando el protocolo GRE Múltiples equipos intermedios entre nodos.


NODO

UTFSM

Túnel GRE

vía

Internet

S-UTFSM

R-UTFSM

PC-UTFSM

UTP 10/100/1000 Ethernet IPv4IPv6

S-REUNA

PC-REUNANODO

REUNA

R-REUNA

Métricas y Metodología de Métricas y Metodología de MediciónMedición

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

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

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

Resultados Métricas de Resultados Métricas de DesempeñoDesempeño

Resultados Métricas

Enlace de Red Local

Métrica: Throughput


Enlace de Red Local

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536

Th

rou

gh

pu

t

[Mb

it/s

]

Tamaño Paquete (Payload) [Byte]

Rango de Paquetes de 32 a 1536 Bytes

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536

Th

rou

gh

pu

t

[Mb

it/s

]Tamaño Paquete (Payload) [Byte]


IPv4IPv6TCPUDP

IPv4IPv6TCPUDP

IPv4 > IPv6 en 3,66 % (UDP)IPv4 > IPv6 en 3,79 % (TCP)


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536

% P

aqu

ete

s P

erd

ido

s



IPv4IPv6

Métrica: Packet Loss


Enlace de Red Local

IPv4IPv6

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536

% P

aqu

ete

s P

erd

ido

sTamaño Paquete (Payload) [Byte]


IPv4IPv6IPv4

IPv6

IPv6 > IPv4 en 1,46 % IPv4 > IPv6 en 69,56 %

0

1

2

3

4

5

6

7

8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536

Ret

ard

o

[m

s]



0.16

0.18

0.2

0.22

0.24

0.26

0.28

0.3

0.32

0.34

0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536

Ret

ard

o

[m

s]



Métrica: One-Way Delay


Enlace de Red Local

IPv4IPv6TO

FROM

IPv4IPv6TO

FROM

IPv6 > IPv4 en 1,54 % (TO)IPv6 > IPv4 en 2,69 % (FROM)


0

1

2

3

4

5

6

0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18 0.21 0.24 0.27 0.3

% d

e P

aqu

etes

Jitter [ms]

Rango de Paquetes de 1536 a 65504 BytesIPv4IPv6

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0 0.0075 0.015 0.0225 0.03 0.0375 0.045 0.0525 0.06 0.0675 0.075

% d

e P

aqu

etes

Jitter [ms]

Rango de Paquetes de 32 a 1536 BytesIPv4IPv6

Métrica: Jitter


Enlace de Red Local

IPv4IPv6

IPv4IPv6

IPv6 > IPv4 en 0,48 % IPv4 > IPv6 en 13,39 veces

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536

Th

rou

gh

pu

t

[Mb

it/s



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536

Th

rou

gh

pu

t

[Mb

it/s

]






IPv4IPv6TCPUDP

IPv4IPv6TCPUDP



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536

% P

aqu

ete

s P

erd

ido

s



IPv4IPv6

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536

% P

aqu

ete

s P

erd

ido



IPv4IPv6




IPv4IPv6

IPv4IPv6


2

4

6

8

10

12

14

16

8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536

Ret

ard

o

[m

s]



2.05

2.1

2.15

2.2

2.25

2.3

2.35

2.4

2.45

2.5

2.55

0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536

Ret

ard

o

[m

s]






IPv4IPv6TO

FROM

IPv4IPv6TO

FROM



0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

% d

e P

aqu

etes

Jitter [ms]


IPv4IPv6

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.175 0.2 0.225 0.25

% d

e P

aqu

etes

Jitter [ms]


IPv4IPv6

Métrica: Jitter



IPv4IPv6

IPv4IPv6



Enlace de Túnel GRE

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536

Th

rou

gh

pu

t

[Mb

it/s

]



0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536

Th

rou

gh

pu

t

[Mb

it/s






IPv4IPv6TCPUDP

IPv4IPv6TCPUDP



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536

% P

aqu

ete

s P

erd

ido



IPv4IPv6

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536

% P

aqu

ete

s P

erd

ido

s



IPv4IPv6




IPv4IPv6

IPv4IPv6

IPv6 > IPv4 en 3,57 veces IPv4 > IPv6 en 0,82 %

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536

Ret

ard

o

[m

s]



5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

8.5

9

9.5

10

0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536

Ret

ard

o

[m

s]






IPv4IPv6TO

FROM

IPv4IPv6TO

FROM



0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0 0.8 1.6 2.4 3.2 4 4.8 5.6 6.4 7.2 8

% d

e P

aqu

etes

Jitter [ms]


IPv4IPv6

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

% d

e P

aqu

etes

Jitter [ms]


IPv4IPv6

Métrica: Jitter



IPv4IPv6

IPv4IPv6


Resumen Comparativo IPv4 -

IPv6


32 a 1536 bytes 1536 a 65504 bytes

Métrica LAN Fibra Túnel LAN Fibra Túnel

Throughput-UDP [Mbit/s] IPv4 IPv4 IPv4 IPv4 IPv6 IPv6

Throughput-TCP [Mbit/s] IPv4 IPv4 IPv4 IPv4 IPv4 IPv4

Packet Loss (UDP) (%) IPv4 IPv4 IPv4 IPv6 IPv6 IPv6

One-Way Delay (A) [ms] IPv4 IPv4 IPv4 IPv4 IPv4 IPv4

One-Way Delay (B) [ms] IPv4 IPv4 IPv4 IPv4 IPv4 IPv4

Jitter (UDP) [ms] IPv4 IPv4 IPv4 IPv6 IPv6 IPv6

¿Mejor Desempeño?

Estadísticas de Aplicaciones Estadísticas de Aplicaciones Real-TimeReal-Time

Herramientas RTP: VIC y RAT

Aplicaciones de Tiempo Real

VIC (Video Conference Tool)Herramienta de Video

Conferencia.

RAT (Robust Audio Tool)Herramienta de Audio

Conferencia

Escenarios y Metodología de Medición


ROUTER-UTFSM

PC-UTFSM PC-REUNA

ROUTER-REUNA

Enlace Fibra Óptica /Enlace Túnel vía Internet

POWERFAULT DATA ALARM

Lector DVD

Señal de Audio/Video

AplicacionesVIC/RAT

AplicacionesVIC/RAT

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)

0

0.25

0.5

0.75

1

1.25

1.5

1.75

2

2.25

2.5

2.75

3

3.25

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350

MB

its/

sec

Tiempo [s]

Tasa de Video Recibida

IPv4IPv6

Promedio IPv4: 2.208 [Mbit/s] Promedio IPv6: 2.189 [MBit/s]

Estadísticas RTP de VIC (Video)



0

2.5

5

7.5

10

12.5

15

17.5

20

22.5

25

27.5

30

32.5

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350

FP

STiempo [s]

Cuadros por Segundo

IPv6

Promedio IPv6: 18.768 [cuadros/sec]

IPv4 Prom. 18,774 IPv6 Prom. 18,768



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

% P

erd

ida

de

Pa

qu

etes

Registros Temporales

Packet Loss

IPv4IPv6

Promedio IPv4: 0 (%)Promedio IPv6: 0 (%)

Estadísticas RTP de RAT (Audio)



IPv4 Prom. 0 % IPv6 Prom. 0 %

2.55

2.6

2.65

2.7

2.75

2.8

2.85

2.9

2.95

3

3.05

3.1

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Jitt

er

[ms]


Jitter


IPv4 = IPv6 IPv6 > IPv4 en 0,88 %

Estadísticas de Aplicaciones


0

2.5

5

7.5

10

12.5

15

17.5

20

22.5

25

27.5

30

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350

FP

STiempo [s]

Cuadros por Segundo

IPv4IPv6

Promedio IPv4: 17.080 [cuadros/sec] Promedio IPv6: 16.701 [cuadros/sec]

0

0.25

0.5

0.75

1

1.25

1.5

1.75

2

2.25

2.5

2.75

3

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350

MB

its/

sec

Tiempo [s]

Tasa de Video Recibida

IPv4IPv6

Promedio IPv4: 1.874 [Mbit/s] Promedio IPv6: 1.817 [MBit/s]

Estadísticas RTP de VIC (Video)






1

1.25

1.5

1.75

2

2.25

2.5

2.75

3

3.25

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

Jitt

er

[ms]


Jitter

IPv4IPv6

Promedio IPv4: 2.399 [ms]Promedio IPv6: 2.408 [ms]

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

% P

erd

ida

de

Pa

qu

etes


Packet Loss

IPv4IPv6

Promedio IPv4: 1.656 (%)Promedio IPv6: 1.904 (%)

Estadísticas RTP de RAT (Audio)



IPv4 Prom. 1,656 %

IPv6 Prom. 1,904 %

IPv4 Prom. 2,399 %

IPv6 Prom. 2,408 %


Resumen Comparativo IPv4 -

IPv6


Métrica Fibra Túnel

Tasa de Video Recibida IPv4 IPv4

Cuadros por Segundo IPv4 IPv4

Packet Loss IPv4 IPv6 IPv4

Jitter IPv4 IPv4

¿Mejor Desempeño?

ConclusionesConclusiones

Comparación entre Protocolos

Conclusiones

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.

Comparación entre Protocolos

Conclusiones

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.

Comparación entre Enlaces

Conclusiones

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 Finales

Conclusiones

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.

Trabajo Futuro

Conclusiones

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).

Muchas Gracias

AnexosAnexos

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

8192 16384 24576 32768 40960 49152 57344 65536

Th

rou

gh

pu

t

[Mb

it/s

]



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536

Th

rou

gh

pu

t

[Mb

it/s

]



Desempeño de Routers Cisco


Throughput-TCP/IPv4

35502651TúnelFibra

35502651TúnelFibra

Cambios en Cabecera IPv6


Dirección IP Fuente de 32 bits

Versión LargoCabecera

Tipo de Servicio(TOS)

Longitud del Paquete (bytes)

Identificador

Checksum de EncabezadoProtocolo Tiempo de vida (TTL)

Indicadores Desplazamiento de Fragmentación

Dirección IP Destino de 32 bits

Opciones (Si las hay)

Datos (Payload)

Dirección IP Fuente De 128 bits

Versión Clase de Tráfico Etiqueta de Flujo

Longitud de Carga Útil (Longitud Payload) Sig. Cabecera Limite de Saltos

Dirección IP DestinoDe 128 bits

Datos (Payload)

Cabecera IPv6 es 2 veces cabecera IPv4

Direccionamiento 4 veces mayor

Cabecera de largo fijo

No Checksum No fragmentación

salto a salto Etiqueta de Flujo/

Clase de Flujo

IPv4

IPv6

eliminado modificado

Encabezados Extensión en IPv6


Encabezado IPv6Siguiente = TCP

Encabezado TCP

Datos

Encabezado IPv6Sig. = Routing

Encabezado RoutingSig. = TCP

DatosEncabezado TCP

Encabezado IPv6Sig. = Seguridad

Encabezado SeguridadSig. = Fragmentación

DatosEncabezado FragmentaciónSiguiente = TCP

Encabezado TCP

Ejemplo Fragmentación IPv4

e IPv6


ROUTER 1PC1 PC2ROUTER 2MTU = 1280

1280 120 1280 120

MTU = 1500MTU = 15001400 1400

1400

IPv4

ROUTER 1PC1 PC2ROUTER 2MTU = 1280

1280 120 1280 120

MTU = 1500MTU = 15001400 1400

IPv6

1280 120

Encapsulado en túnel GRE


Payload Protocolo de capa superior.

Encabezado GRE (4 Bytes,

Max: 8 Bytes)

Paquete IPv4

Payload IPv4 (1480 Bytes si IP Header=20 bytes)

Encabezado IPv4 (20 Bytes,

Max: 24 Bytes)

Encabezado Ethernet

(14 Bytes)

Payload IPv4(1456 Bytes si

Enc. IP =20 Bytes, Enc. GRE=4 Bytes)

Payload Ethernet (1500 bytes)

Encabezado IPv4 (20 Bytes, max 24 bytes)


EncabezadoIPv4 (20 Bytes, max 24 bytes)

MTU TUNEL(1476 Bytes si Enc. IP=20 bytes,

Enc. GRE = 4 bytes)

IPv4

Encapsulado en túnel GRE


IPv6

Encabezado IPv6 (40 Bytes)

Encabezados de extensión IPv6


Encabezado GRE (4 Bytes,

Max: 8 Bytes)

Paquete IPv6

Payload IPv4 (1480 Bytes si IP Header=20 bytes)

Encabezado IPv4 (20 Bytes,

Max: 24 Bytes)

Encabezado Ethernet

(14 Bytes)

Payload IPv6(1436 Bytes si

Enc. IP =20 Bytes, Enc. GRE=4 Bytes)

Payload Ethernet (1500 bytes)

Encabezado IPv6 (40 Bytes)

Encabezados de extensión IPv6 Payload protocolo de capa superior.

MTU TUNEL(1476 Bytes si Enc. IP=20 bytes,

Enc. GRE = 4 bytes)

DNS en IPv4-IPv6


IPv4 IPv6

Nombre a Dirección IP

Registro A:www.utfsm.cl. A 200.1.17.1

Registro AAAA:www.utfsm.cl. AAAA 2001:1310:d131:2::1

Registro A6:www.utfsm.cl. A6 0 2001:1310:d131:1::1

Dirección IP a Nombre

Registro PTR:1.17.1.200.in-addr.arpa. PRT www.utfsm.cl.

Registro PTR :$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.

Comparacion_IPv4_IPv6

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