第四章 結果與討論
第一節、 IPv6 IPTV 架構實驗分析
在第三章研究方法中，共分四個小節，九個實驗，整理如表 15 所示：
表 15：IPv6 IPTV 實驗彙整表
項目 內容 說明
實驗一 實驗封包在 IPv4/IPv6 雙協定網 路傳送時間
提出 IPv4/IPv6 雙協定網路參考架 構，並列出 IP 封包傳送時間的參考 公式，收集 IPv4 和 IPv6 封包在相同 條件之傳輸時間
實驗二 實驗 IPv6 封包囊封在 IPv4 網路 傳送時間
提出 IPv6 囊封在 IPv4 網路參考架 構，收集 IPv6 封包囊封在 IPv4 網路 之傳送時間及單純 IPv4 封包傳送時 間
實驗三 實驗 IPv4 封包轉換成 IPv6 封包 在網路傳送時間
提出 IPv6 封包轉換成 IPv4 封包之網 路參考架構，收集 IPv6 封包轉換成 IPv4 封 包 之 網 路 傳 送 時 間 及 單 純
IPv4 封包傳送時間 實驗四 IPv4/IPv6 雙協定網路架構下，
單 一 路 由 設 備 之 IPv4 Throughput 和 IPv6 Throughput 實驗
由實驗一結果發現在 IPv4/IPv6 雙協定網路架構下，短封包(每個封包長度 64 個位元組)傳送，中間經過兩個以內之路由設備，IPv4 和 IPv6 的傳輸時間沒有差異，
時間都在 1 ms 以內。在中封包(每個封包長度 1500 個位元組)長度傳送下，中間經 過路由設備的數目會影響傳輸時間，由實驗可知越多數目的路由設備，會增加 IPv6 傳送時間，但都在誤差範圍內，對於影像即時服務是沒有影響。此現象特別發生在 巨大封包(每個封包長度 65000 個位元組)傳送，原因可能是封包切割及重組，因為 IPv6 標頭長度為 40 個位元組，大於 IPv4 標頭只有 20 個位元組長度，在相同容量 下，IPv6 可能被切割成更多小封包傳送；另一個原因可能是 IPv6 使用軟體進行 IPv6 封包轉送，時間會比 IPv4 封包處理時間長(參閱實驗六)，但對於一個即時服務，延 遲如果控制在 150 ms 以內，都是相對正常，故本實驗可以得出，不論 IPv4 或 IPv6 封包，在雙協定架構下都有穩定的傳輸時間，且可以互相共存，適合未來 IPTV 服 務使用。
另外因為現有 IPv4 位址空間短少，在規劃上往往因為當初預估失準及 ISP 為 了增加效率，互相直接連線(peering)，造成路由設備之路由表龐大，也讓封包在表 格查詢及處理上，花費更多時間，以核心網路之路由設備為例，其路由表之數目都 在 30 萬筆上下，再有效率之查詢表格演算法，也都會增加處理時間。但因為 IPv6 位址分配具備群聚效應，經過適當規劃會讓網路路由設備之路由表劇烈減少，這會 讓路由設備在處理 IPv6 封包時，減少查詢數目及延遲時間，雖然 IPv6 會增加切割 封包數目，但也可能因減少路由表查詢，總體傳輸時間因而減少，如圖 18 所示。
圖 18：IPv4 和 IPv6 路由查詢比較
實驗二數據可觀察 IPv6 封包承載在 IPv4 網路上，在經由兩個路由設備，IPv4 和 IPv6 在小封包上沒有明顯差距，但在中封包及巨大封包上，則有兩倍以上的差 距；理論上，越大封包，差距越大，在複雜的網路環境中，更可感受傳輸速度的差 異；故在理論及實際測試數據上，穿遂技術 IPv4 封包的傳輸時間都很明顯優於 IPv6 封包，但優點是所有網路設備暫時不用更動，只要在頭尾端建立 IPv6 承載在 IPv4 的隧道，即可提供 IPv6 服務，這在網路轉移至 IPv6 初期，若 IPv6 流量還不是很高 的情況下，可採用本移轉技術，降低投資成本，缺點就是傳輸速度慢及隧道建立需 要人工建立。
實驗三數據可觀察 IPv6 封包轉成 IPv4 封包的傳送時間數據，類似實驗二，都 會增加額外的處理時間，異質通訊協定轉換，包括訊息格式轉換，位址轉換，以及 協定轉換(網路層轉換效能優於應用層的轉換)。在經由兩個路由設備(本實驗為網路 層轉換)，IPv4 和 IPv6 在小封包上沒有明顯差距，但在中封包及巨大封包上，則有 些許的差距；在 IPv6 封包轉換成 IPv4 封包之技術上，最大的問題是在上層通訊協
定透通度的問題，因為 IPv4 和 IPv6 雖然都是 IP 技術，但兩者不相容，每一種應用 可能需要專屬的轉換器，造成企業無法用此技術達成 IPv6 快速佈建的問題，且如 果沒有做好分流機制，更容易造成網路壅塞瓶頸。此轉換技術的優點是，只要一個 中介設備，即可導入 IPv6，而原先所有應用程式都不需變更，且不需要多餘的 IPv4 位址，可避免 IPv4 位址不夠的窘境。
綜合實驗一、二和三的數據分析，考量未來移轉的平滑性、無縫性及效能性，
以實驗一架構適合未來數位匯流及 IPTV 產業所需，實驗四到實驗九之網路架構，
完全採取 IPv4/IPv6 雙協定架構，進行相關實驗，IPv4 網路移轉至 IPv6 網路趨勢及 建議如圖 19 所示。
單以效能及技術而言，考慮單一 IPv4 和 IPv6 封包在 A、B 點傳送，因為 TCipv4(n)
= TCipv6(n)，所以中間路由設備處理封包的速度 TDP(n)，影響最深。實驗四、五及六 主要以 RFC 2544 量測技術為基礎，量測單點網路路由設備 IPv4 和 IPv6 效能及封包 的處理延遲時間比較。
圖 19：IPv4 網路移轉至 IPv6 網路趨勢及建議
實驗四是量測單點路由設備之 Throughput，配合不同通信協定(IPv4 或 IPv6)、
不同的封包大小及不同待測物(CISCO 2600 和 CISCO 7600)，進行 Throughput 交叉測 試，由數據分析，CISCO 7600 設備在 IPv4 測試各種長度封包之 Throughput 都是 100%，
也就是說以線路的極速傳送，都不會發生封包丟失的狀況，但是在 IPv6 測試下，
雖然 Throughput 大部分都是 100%，但是在封包大小為 76 位元組的狀況下，
Throughput 為 80.47%(以 100Mbps Ethernet 為例，實際 Throughput 為 80.47 Mbps)，顯 示在同一設備中，IPv4 和 IPv6 還是存在處理的差異性，此現象更存在 CISCO 另一 產品 CISCO 2600 中，由表 7 發現，IPv4 在 2600 設備上，封包大小為 1518 位元組 時，Throughput 為 69.84%，隨著封包大小遞減，Throughput 降至 12.6%；而 IPv6 在 2600 設備，當封包大小為 1518 位元組時，Throughput 為 18.02%，隨著封包大小遞 減，Throughput 也降至 1%。分析表 7 數據，可得到兩個結論，一是同一設備，IPv4 和 IPv6 封包處理時間是不相同，另一是不同設備，IPv6 處理時間存在極大的差異。
分析可能原因為使用軟體進行 IP 封包轉送和設備處理器的速度存在極大的相關性，
這也說明未來 IPTV 網路佈建，需要選擇適當的路由設備；IPv4 和 IPv6 Throughput 比較圖，如圖 20 所示。
圖 20：CISCO 7600 和 2600 在 IPv4 和 IPv6 Throughput 比較圖
實驗五是量測單點路由設備之 Frame Loss，表 8 先以 IPv4 封包，配合不同流量 及封包大小進行組合實驗，由數據分析，CISCO 7600 設備在 IPv4 測試各種長度封 包之 Frame Loss 都是 0%，也就是說 CISCO 7600 處理 IPv4 封包幾乎不會丟失，但 CISCO 2600 在封包大小為 1518 位元組時，流量在 70%時，還不會發生封包丟失的 狀況，但流量提高到 80%時，封包丟失率會劇升為 59.8%，這種現象隨著封包大小 減少時更為明顯，當封包大小為 64 位元組，流量在 20%時，發生封包丟失率為 80.55%，
隨著流量增加，丟失率更為嚴重，100%流量時，丟失率為 97.46%。表 9 為相同條 件下，將封包換成 IPv6 所量測之數據，IPv6 趨勢同 IPv4，但數據更糟糕，以 CISCO 7600 為例，處理 IPv6 也幾乎不會丟失，但在 IPv6 封包大小為 76 位元組，流量 90%
時，其封包丟失率為 39.20，流量 100%時，其封包丟失率為 50%；CISCO 2600 在封 包大小為 1518 位元組，流量在 20%時，即發生封包丟失率為 11.03%，流量越大封 包丟失率越高，至 100%流量時，封包丟失率為 97.86%，隨著封包長度遞減，封包
丟失率也越高，在封包長度為 76 位元組時，10%的流量，發生封包丟失率為 95.16%，
20%流量下，封包丟失率幾乎 100%。分析可能發生原因，同實驗四之結論。
CISCO 2600 路由設備在不同 IPv4 和 IPv6 封包流量傳送下，封包傳送丟失率比 較圖，如圖 21、圖 22 所示 (因 CISCO 7600 效能較佳，丟失率幾乎為 0%，不以圖 形呈現)。故在佈建 IPTV 網路時，考量封包丟失率，CISCO 7600 路由設備優於 CISCO 2600。
圖 21：CISCO 2600 在 IPv4 不同流量下之封包丟失率比較圖
圖 22：CISCO 2600 在 IPv6 不同流量下之封包丟失率比較圖
實驗六是量測單點路由設備之封包處理延遲(Latency)時間，表 10 先以 IPv4 封 包，配合不同流量及封包大小進行組合實驗，來瞭解路由設備處理 IPv4 封包之延 遲時間(越小越好)，由數據分析，CISCO 7600 設備在 IPv4 流量為 10%情況下，封包 長度為 1512 Bytes，延遲時間為 129.00 uSec，隨著封包長度減少，延遲時間越來越 少，到長度 64 Bytes 時，延遲時間為 12.48 uSec(雖然小封包會減少延遲，但會造成 處理更多小封包的時間)。再持續增加 IPv4 封包流量到 90%，延遲時間並沒有明顯 增加，一直到流量為 100%時，發生了兩倍延遲成長，分析原因，主要在於流量增 加至 100%時，會造成封包丟失的可能性，增加處理延遲時間，而在 90%流量下，
不會因為流量增加，造成封包處理延遲時間增長，此特性非常適合即時服務佈建。
但另一設備 CISCO 2600 就可發現，相同 IPv4 流量封包，造成延遲時間增長，幾乎 是 CISCO 7600 之 10 倍，IPv4 Latency 比較圖，如圖 23、圖 24 所示。
圖 23：CISCO 7600 在 IPv4 不同流量下之封包延遲比較圖
圖 24：CISCO 2600 在 IPv4 不同流量下之封包延遲比較圖
表 11 為 IPv6 封包，配合不同流量及封包大小進行組合實驗，以 CISCO 7600 來分析，IPv6 流量為 10%，封包長度為 1512 Bytes，延遲時間為 128.47 uSec，隨著 封包長度減少，延遲時間越來越少，到長度 64 Bytes 時，延遲時間為 14.63 uSec；
當 IPv6 流量持續變為 90%時，延遲時間沒有明顯增加，一直到流量為 100%時，發 生了延遲時間成長，其特性同等於 IPv4 封包延遲，故 CISCO 7600 不會因為不同的 通訊協定，而有不同的封包延遲時間。但另一設備 CISCO 2600 就可發現，相同 IPv6 流量封包，延遲時間幾乎是 CISCO 7600 之 10 倍，且相同機器(CISCO 2600)，IPv4 和 IPv6 的封包延遲也不相同，一般來說 IPv4 優於 IPv6。IPv6 Latency 比較圖，如圖 25、圖 26 所示。
圖 25：CISCO 7600 在 IPv6 不同流量下之封包延遲比較圖
圖 26：CISCO 2600 在 IPv6 不同流量下之封包延遲比較圖
綜合實驗四、五和六可發現，在好的設計及實作下，相同機器(CISCO 7600)處 理 IPv4 和 IPv6 封包，在 Throughput、Frame Loss 及 Latency 幾乎沒有分別，以網路 觀點證明如果 IPv4 可以提供 IPTV 服務，IPv6 也絕對可以提供相同服務。
實驗一至實驗六皆用網路效能面觀察 IPv6 和 IPv4 封包傳送及處理的差異，因 目前商業及實驗網路很少具備 IPv6 的影音服務，故實驗七先模擬封閉的 IPv4/IPv6 雙協定網路，在相同影音伺服器及終端設備下，比較以 IPv4 和 IPv6 播送相同影片
實驗一至實驗六皆用網路效能面觀察 IPv6 和 IPv4 封包傳送及處理的差異，因 目前商業及實驗網路很少具備 IPv6 的影音服務，故實驗七先模擬封閉的 IPv4/IPv6 雙協定網路，在相同影音伺服器及終端設備下，比較以 IPv4 和 IPv6 播送相同影片