互聯(lián)網(wǎng)自身多個方面都面臨著諸多相互關聯(lián)的關鍵問題需要研究和解決

　　IPv6沿用了IPv4的體系架構，是改良型技術路線的代表

　　未來互聯(lián)網(wǎng)能否成功依然面臨諸多挑戰(zhàn)

　　1 未來互聯(lián)網(wǎng)的演變

　　互聯(lián)網(wǎng)自誕生以來，其終端、承載網(wǎng)絡和應用等都已發(fā)生了翻天覆地的變化，但仍然有一個幾乎不變的話題：互聯(lián)網(wǎng)的未來在哪里？在互聯(lián)網(wǎng)的歷史發(fā)展階段中，未來不斷成為歷史，同時又產(chǎn)生新未來和新問題。互聯(lián)網(wǎng)不同的發(fā)展階段，面臨的問題和解決手段也有所不同，大致可以劃分為4個階段［1-2］。

　?。?） 理論準備階段（20世紀60年代）?；ヂ?lián)網(wǎng)采用的核心技術是包交換技術，這一時期業(yè)界討論的焦點是包交換技術是否具有“未來”。20世紀60年代初，Paul Baran等人發(fā)表論文［3］，提出組建基于包交換技術的網(wǎng)絡，在技術上是完全可行的。但由于當時占主流的電路交換技術所帶來的強大商業(yè)利益和政治影響力，以及計算機技術和數(shù)字化技術仍處于發(fā)展初期等原因，直接導致當時一些大牌計算機公司和電信公司，總體上都質疑甚至反對包交換技術，認為它沒有未來。這一時期的典型特征是學術界奠定了互聯(lián)網(wǎng)技術的理論基礎，但產(chǎn)業(yè)界主流觀點尚未接受，互聯(lián)網(wǎng)的未來還只停留在紙面上。

　?。?） 實驗階段（19691993年）。僅有建立互聯(lián)網(wǎng)的理論是遠遠不夠的，還需要通過試驗來驗證組建的可行性，證明在現(xiàn)實中互聯(lián)網(wǎng)是有未來的。1969年阿帕網(wǎng)的誕生表明從工程技術上講，組建包交換的網(wǎng)絡用于連接計算機是完全可行的。1983年傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議（TCP/IP）在互聯(lián)網(wǎng)上的成功應用表明，業(yè)界已經(jīng)找到了這樣一種異構網(wǎng)絡、大規(guī)?；ヂ?lián)的技術。這一時期的典型特征有兩個：包括IP在內的各種包交換技術，工程上已經(jīng)證明是完全可行的；以電信業(yè)為主體支持的X.25和異步轉移模式（ATM）等包交換技術，與以計算機業(yè)為主體支持的TCP/IP和以太網(wǎng)技術，展開了激烈的競賽。

　?。?） 應用階段（19942001年）。這一時期隨著Tim Berbers Lee ［4］在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)明了萬維網(wǎng)這樣的殺手級應用，TCP/IP技術戰(zhàn)勝ATM等技術成為最大的贏家，IP化成為潮流?；ヂ?lián)網(wǎng)這一時期面臨的最重要挑戰(zhàn)已不再是證明自身技術的可行性和穩(wěn)定性，而是考慮統(tǒng)一后如何建設一個新世界。因此互聯(lián)網(wǎng)未來的主要矛盾開始從外部轉向內部，即自身的發(fā)展問題。IPv4地址（尤其是B類地址）即將耗盡和路由表的不斷膨脹，是自90年代以來互聯(lián)網(wǎng)面向未來的核心問題?；ヂ?lián)網(wǎng)工程任務組（IETF）提出發(fā)展下一代互聯(lián)網(wǎng)（NGI）的建議，并且給出權威答案IPv6。從這時起業(yè)界普遍認為，互聯(lián)網(wǎng)的;未來在于用IPv6替代IPv4。

　?。?） 發(fā)展階段（2001年至今）。隨著互聯(lián)網(wǎng)社會化應用的不斷發(fā)展，尤其是應用目的從教育科研的公益轉向以盈利為目的的“商用”，用戶群體從“自律”的科研人員轉向普通大眾，應用環(huán)境從數(shù)據(jù)為主轉向話音和視頻，接入方式從固定轉向移動，終端從計算機轉向手機?；ヂ?lián)網(wǎng)自身從資源、網(wǎng)絡到應用，從管理、安全到政策等，都面臨著諸多相互關聯(lián)的關鍵問題需要研究和解決。越來越多的人認為IPv6難以滿足這些未來發(fā)展的需要，業(yè)界呼喚更先進、更強大的未來互聯(lián)網(wǎng)。為了區(qū)別于IPv6為代表的“下一代互聯(lián)網(wǎng)，未來互聯(lián)網(wǎng)”在2005年前后開始出現(xiàn) ［5-7］。

　　2 IPv6的局限性

　　關于IPv6和下一代互聯(lián)網(wǎng)的關系，目前的主流觀點認為IPv6是下一代互聯(lián)網(wǎng)技術的核心，或者基于IPv6的下一代互聯(lián)網(wǎng)”，但總體來看，IPv6在下一代互聯(lián)網(wǎng)中的地位隨著時間的推移被不斷弱化。

　　IPv6的設計始于大約20年前。上世紀90年代初，IETF提出做下一代IP（IPng）的直接原因： IPv4地址即將耗盡（尤其是B類地址）及路由表的快速膨脹。這兩者的出現(xiàn)將直接導致互聯(lián)網(wǎng)無法持續(xù)發(fā)展。為此，1993年在RFC1550［8］中提出了征求新IP協(xié)議的呼吁，以替代當時已經(jīng)使用了10年的IPv4協(xié)議，并公布了新協(xié)議需實現(xiàn)的主要目標。

　　在RFC1550中提出的下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的主要目標包括：“支持幾乎無限大的地址空間”、“減小路由表的大小”、“簡化協(xié)議提高使路由器的性能”、“實現(xiàn)IP級的安全”、“支持實時業(yè)務”、“支持組播”、“Mobile IP的支持”、“允許新舊協(xié)議共存一段時間”等。這些目標中潛在的矛盾是不可避免的，因此具有不同的實現(xiàn)優(yōu)先級。編址相關問題（含路由）最為突出，因此它自然而然地成為最高優(yōu)先級的問題。

　　后來IETF得到了多個IPng提案，并取長補短，于1998年融合成了現(xiàn)在的IPv6協(xié)議。很明顯，最后正式批準通過的IPv6技術［9］ ，以地址空間的加長為128 bit為核心思想，部分滿足了RFC1550提出的主要需求。直至今日雖然基本的IPv6地址長度、包頭、路由和安全等機制已經(jīng)確定和穩(wěn)定，但一些所謂的“高級”特點仍在不斷地發(fā)展完善中。

　　IPv6所針對的需求是在20年前提出的，當時的互聯(lián)網(wǎng)還沒有商用，安全問題不突出，移動互聯(lián)網(wǎng)、三網(wǎng)融合甚至物聯(lián)網(wǎng)的概念也還沒出現(xiàn)。因此IPv6沿用了當時看來非常完美的IPv4互聯(lián)網(wǎng)體系架構（端到端透明），而且主要針對的是地址短缺和路由擴展性等編址問題?，F(xiàn)在看來，不僅是IPv6技術需要不斷前進，當時RFC1550提出的對下一代互聯(lián)網(wǎng)的需求也應該與時俱進。時代呼喚“未來互聯(lián)網(wǎng)”。

　　3 未來互聯(lián)網(wǎng)的研究

　　未來互聯(lián)網(wǎng)/網(wǎng)絡存在著多個研究方向和熱點，如虛擬化網(wǎng)絡、自動網(wǎng)絡、層次交換網(wǎng)絡、高性能網(wǎng)絡、安全可信網(wǎng)絡、長距低耗網(wǎng)絡及高帶寬長延時網(wǎng)絡等。針對這些重要方向，目前各國都在積極制訂政策，并投入大量的資金開展研究，力求在下一代互聯(lián)網(wǎng)的研究方面取得先機。其中比較典型的研究項目有美國的PlantLab［5］、歐盟的FP7/4WARD［6］、日本的AKARI［7］以及中國自主研究的公共電信數(shù)據(jù)網(wǎng)絡（PTDN）［10］等。

　　除了以上一些國家層面的研究活動，ITU、IETF、國際標準化組織（ISO）和萬維網(wǎng)聯(lián)盟（W3C）等多個標準化組織，也都在進行未來互聯(lián)網(wǎng)/網(wǎng)絡的標準化制訂工作。ITU的工作方向側重于“革命”思路，第十三研究組（SG 13）一直是未來網(wǎng)絡的領導研究小組。該小組專門成立了未來網(wǎng)絡焦點組，對未來網(wǎng)絡的愿景、需求、新技術、時間表以及標準化等問題進行探討。目前該小組的主要工作還停留在對未來網(wǎng)絡的設計原則、概念、需求以及技術特征等的收集上，距離達成共識尚很遙遠。IETF一直在做“改良”互聯(lián)網(wǎng)的標準化工作：推出了下一代地址協(xié)議IPv6，以解決地址擴展性問題；研究下一代路由尋址架構以解決路由擴展性問題，目前已經(jīng)出現(xiàn)了ID/Locator（身份地址分離）和Map/Encaps（映射封裝）兩種主要思路；研究能提供點對點（P2P）分布式域名服務的下一代域名系統(tǒng)（DNS），以解決其過載及安全問題；研究基于多路徑的下一代TCP協(xié)議以獲得更高的網(wǎng)絡吞吐量等等。W3C則對語義網(wǎng)的原則和協(xié)議的制訂擔負著領導角色?；谡Z義的體系結構從底往上共有7層：編碼定位層、XML結構層、資源描述層、本體層、邏輯層、證明層和信任層。基于下面4層的主要標準規(guī)范已經(jīng)發(fā)布，目前W3C的主要工作是繼續(xù)研究建立在資源描述框架（RDF）之上的新工具和新語言，開發(fā)新的應用。此外，ISO也剛啟動了未來網(wǎng)絡體系架構的研究和標準化工作。

　　4 向未來互聯(lián)網(wǎng)的演進路線

　　向未來互聯(lián)網(wǎng)的演進，已經(jīng)成為全球的共識。但對于如何向下一代互聯(lián)網(wǎng)（包括下一代IP技術）演進，目前出現(xiàn)了大致兩種技術路線：“改良型”和“革命型”。

　　（1） 改良型演進的技術路線主張在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡體系下進行修補，對網(wǎng)絡設備或拓撲進行改造，使其適應新的需求。典型的改良型技術有：針對互聯(lián)網(wǎng)的地址擴展性的IPv6、路由擴展性的標識/位置分離、服務質量的差分服務、網(wǎng)絡安全性的IPSec、名字服務的DNSSec以及移動性的移動IP等。

　?。?） 革命型演進的技術路線主張拋棄現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡體系，建立全新的網(wǎng)絡架構，從根本上解決原有體系結構存在的問題。近年來，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)達國家以及國際標準組織都加強了對未來網(wǎng)絡體系結構的研究，主要包括：美國的PlanetLab、GENI、FIND和FARA，歐盟FP7的4WARD，日本的AKARI，ITU的Future Network等計劃。

　　改良型路線的支持者認為：對一個存量巨大的互聯(lián)網(wǎng)進行顛覆性改造，重新建設新網(wǎng)絡、應用和內容，甚至培養(yǎng)用戶新的使用習慣，無論是時間成本還是經(jīng)濟成本都是巨大的；而革命型路線的支持者認為：采用漸進修補策略，如使用網(wǎng)絡地址翻譯（NAT）、多協(xié)議標記交換（MPLS）、IPv4和IPv6互通等技術，會使得原本簡潔的網(wǎng)絡結構變得日益復雜（截至2010年10月IETF發(fā)布的RFC已超過6 000個）。另外，有些“補丁”的實施又相互鉗制，使得增加新的修補措施變得越來越困難。

　　改良型與革命型技術路線的主要區(qū)別在于是否沿用現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)體系結構。可以認為：IPv6沿用了IPv4的體系架構，是改良型技術路線的代表。但令人遺憾的是，革命性技術路線的互聯(lián)網(wǎng)體系架構，至今也沒有出現(xiàn)業(yè)界普遍認可的基本思路。

　　5 未來互聯(lián)網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

　　雖然關于未來互聯(lián)網(wǎng)的研究和標準化工作，多個國家和標準化組織已經(jīng)展開，然而未來互聯(lián)網(wǎng)能否成功依然面臨著諸多挑戰(zhàn)和問題。

　　首先，標準化工作難以協(xié)調和統(tǒng)一。各個標準化組織工作各自為政，彼此之間缺乏共識。譬如，ITU熱衷于“革命”思路，致力于推出一個全新的網(wǎng)絡體系架構標準；而IETF更加“現(xiàn)實”，傾向于在互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)有體系架構下進行改良，針對已出現(xiàn)的問題推出新的RFC，不考慮太長遠的事情，不考慮互聯(lián)網(wǎng)的新型架構。

　　其次，對體系架構的理解不同。體系架構是描述網(wǎng)絡中不同的組成部分，以及這些部分如何關聯(lián)起來，它是所有新網(wǎng)絡設計的基礎性工作。對未來互聯(lián)網(wǎng)體系架構的理解不同，直接導致了“雞和鴨講”的問題。例如，W3C認為語義網(wǎng)就是下一代互聯(lián)網(wǎng)，更多地從應用層來理解網(wǎng)絡體系架構；而ITU等其他組織和機構則更多地從承載網(wǎng)層面來理解；IETF試圖不對現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的體系架構做任何改動，因此仍圍繞IPv6做文章。隨著云計算的興起，一些人認為云計算就代表著未來互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢和架構。

　　第三，對于未來互聯(lián)網(wǎng)如何繼承現(xiàn)有技術的問題，各方態(tài)度不一。IETF已經(jīng)承認，他們在IPv6標準上犯下了一個致命錯誤，就是沒有提供對現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv4的向下兼容性；而ITU則認為，在以開發(fā)性的思路設計未來網(wǎng)絡體系架構時，也許不需要考慮和現(xiàn)有網(wǎng)絡的兼容性。未來的網(wǎng)絡體系架構要不要汲取IPv6的教訓，兼容現(xiàn)有的IPv4和IPv6網(wǎng)絡，該問題到目前為止依然沒有達成共識。

　　最后，沒有考慮外部環(huán)境的巨大變化［11］。互聯(lián)網(wǎng)向“未來”的發(fā)展演進，其實也是互聯(lián)網(wǎng)不斷“復雜化”的一個過程。維持互聯(lián)網(wǎng)這樣一個復雜系統(tǒng)正常運轉，最需要的是外部的“能源供給”：廉價的電力資源和取之不竭的計算資源。

　　6 結束語

　　從理論準備階段開始，在互聯(lián)網(wǎng)近50年的發(fā)展歷史中，對向未來互聯(lián)網(wǎng)演進的問題上，一直以來爭議不斷。當IP一統(tǒng)天下后，業(yè)界焦點開始轉移到IP自身問題上來了。IPv6是在大約20年前提出的，因此設計中存在重大缺陷、在下一代互聯(lián)網(wǎng)中的地位隨著時間的推移被不斷弱化在所難免。

　　5年多來，雖然對未來互聯(lián)網(wǎng)的研究有多個方向和熱點［12］，但即使是在最基本問題（如網(wǎng)絡架構、層次模型等） 上都還缺乏共識（當然也有利益之爭）。對于未來互聯(lián)網(wǎng)的研究，目前還過多地拘泥于現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的一些基本思路，缺乏大視野導致缺乏大創(chuàng)新、大突破。對于未來互聯(lián)網(wǎng)的研究，需要走出現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)巨大成功帶來的路徑依賴“陰影”，從更基礎的起點出發(fā)。

　　7 參考文獻

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