互聯(lián)網(wǎng)自身多個(gè)方面都面臨著諸多相互關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵問(wèn)題需要研究和解決

　　IPv6沿用了IPv4的體系架構(gòu)，是改良型技術(shù)路線的代表

　　未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)能否成功依然面臨諸多挑戰(zhàn)

　　1 未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的演變

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

　?。?） 理論準(zhǔn)備階段（20世紀(jì)60年代）?；ヂ?lián)網(wǎng)采用的核心技術(shù)是包交換技術(shù)，這一時(shí)期業(yè)界討論的焦點(diǎn)是包交換技術(shù)是否具有“未來(lái)”。20世紀(jì)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(shù)的網(wǎng)絡(luò)，在技術(shù)上是完全可行的。但由于當(dāng)時(shí)占主流的電路交換技術(shù)所帶來(lái)的強(qiáng)大商業(yè)利益和政治影響力，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)仍處于發(fā)展初期等原因，直接導(dǎo)致當(dāng)時(shí)一些大牌計(jì)算機(jī)公司和電信公司，總體上都質(zhì)疑甚至反對(duì)包交換技術(shù)，認(rèn)為它沒(méi)有未來(lái)。這一時(shí)期的典型特征是學(xué)術(shù)界奠定了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的理論基礎(chǔ)，但產(chǎn)業(yè)界主流觀點(diǎn)尚未接受，互聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)還只停留在紙面上。

　?。?） 實(shí)驗(yàn)階段（19691993年）。僅有建立互聯(lián)網(wǎng)的理論是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證組建的可行性，證明在現(xiàn)實(shí)中互聯(lián)網(wǎng)是有未來(lái)的。1969年阿帕網(wǎng)的誕生表明從工程技術(shù)上講，組建包交換的網(wǎng)絡(luò)用于連接計(jì)算機(jī)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(yīng)用表明，業(yè)界已經(jīng)找到了這樣一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、大規(guī)?；ヂ?lián)的技術(shù)。這一時(shí)期的典型特征有兩個(gè)：包括IP在內(nèi)的各種包交換技術(shù)，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(zhuǎn)移模式（ATM）等包交換技術(shù)，與以計(jì)算機(jī)業(yè)為主體支持的TCP/IP和以太網(wǎng)技術(shù)，展開了激烈的競(jìng)賽。

　?。?） 應(yīng)用階段（19942001年）。這一時(shí)期隨著Tim Berbers Lee ［4］在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)明了萬(wàn)維網(wǎng)這樣的殺手級(jí)應(yīng)用，TCP/IP技術(shù)戰(zhàn)勝ATM等技術(shù)成為最大的贏家，IP化成為潮流。互聯(lián)網(wǎng)這一時(shí)期面臨的最重要挑戰(zhàn)已不再是證明自身技術(shù)的可行性和穩(wěn)定性，而是考慮統(tǒng)一后如何建設(shè)一個(gè)新世界。因此互聯(lián)網(wǎng)未來(lái)的主要矛盾開始從外部轉(zhuǎn)向內(nèi)部，即自身的發(fā)展問(wèn)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(lái)互聯(lián)網(wǎng)面向未來(lái)的核心問(wèn)題?；ヂ?lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）提出發(fā)展下一代互聯(lián)網(wǎng)（NGI）的建議，并且給出權(quán)威答案IPv6。從這時(shí)起業(yè)界普遍認(rèn)為，互聯(lián)網(wǎng)的;未來(lái)在于用IPv6替代IPv4。

　　（4） 發(fā)展階段（2001年至今）。隨著互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)化應(yīng)用的不斷發(fā)展，尤其是應(yīng)用目的從教育科研的公益轉(zhuǎn)向以盈利為目的的“商用”，用戶群體從“自律”的科研人員轉(zhuǎn)向普通大眾，應(yīng)用環(huán)境從數(shù)據(jù)為主轉(zhuǎn)向話音和視頻，接入方式從固定轉(zhuǎn)向移動(dòng)，終端從計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)向手機(jī)。互聯(lián)網(wǎng)自身從資源、網(wǎng)絡(luò)到應(yīng)用，從管理、安全到政策等，都面臨著諸多相互關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵問(wèn)題需要研究和解決。越來(lái)越多的人認(rèn)為IPv6難以滿足這些未來(lái)發(fā)展的需要，業(yè)界呼喚更先進(jìn)、更強(qiáng)大的未來(lái)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(lái)互聯(lián)網(wǎng)”在2005年前后開始出現(xiàn) ［5-7］。

　　2 IPv6的局限性

　　關(guān)于IPv6和下一代互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系，目前的主流觀點(diǎn)認(rèn)為IPv6是下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心，或者基于IPv6的下一代互聯(lián)網(wǎng)”，但總體來(lái)看，IPv6在下一代互聯(lián)網(wǎng)中的地位隨著時(shí)間的推移被不斷弱化。

　　IPv6的設(shè)計(jì)始于大約20年前。上世紀(jì)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(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)無(wú)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(dāng)時(shí)已經(jīng)使用了10年的IPv4協(xié)議，并公布了新協(xié)議需實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)。

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

　　后來(lái)IETF得到了多個(gè)IPng提案，并取長(zhǎng)補(bǔ)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(zhǔn)通過(guò)的IPv6技術(shù)［9］ ，以地址空間的加長(zhǎng)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(zhǎng)度、包頭、路由和安全等機(jī)制已經(jīng)確定和穩(wěn)定，但一些所謂的“高級(jí)”特點(diǎn)仍在不斷地發(fā)展完善中。

　　IPv6所針對(duì)的需求是在20年前提出的，當(dāng)時(shí)的互聯(lián)網(wǎng)還沒(méi)有商用，安全問(wèn)題不突出，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、三網(wǎng)融合甚至物聯(lián)網(wǎng)的概念也還沒(méi)出現(xiàn)。因此IPv6沿用了當(dāng)時(shí)看來(lái)非常完美的IPv4互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)（端到端透明），而且主要針對(duì)的是地址短缺和路由擴(kuò)展性等編址問(wèn)題?，F(xiàn)在看來(lái)，不僅是IPv6技術(shù)需要不斷前進(jìn)，當(dāng)時(shí)RFC1550提出的對(duì)下一代互聯(lián)網(wǎng)的需求也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)。時(shí)代呼喚“未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)”。

　　3 未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的研究

　　未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)/網(wǎng)絡(luò)存在著多個(gè)研究方向和熱點(diǎn)，如虛擬化網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、層次交換網(wǎng)絡(luò)、高性能網(wǎng)絡(luò)、安全可信網(wǎng)絡(luò)、長(zhǎng)距低耗網(wǎng)絡(luò)及高帶寬長(zhǎng)延時(shí)網(wǎng)絡(luò)等。針對(duì)這些重要方向，目前各國(guó)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(jī)。其中比較典型的研究項(xiàng)目有美國(guó)的PlantLab［5］、歐盟的FP7/4WARD［6］、日本的AKARI［7］以及中國(guó)自主研究的公共電信數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（PTDN）［10］等。

　　除了以上一些國(guó)家層面的研究活動(dòng)，ITU、IETF、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和萬(wàn)維網(wǎng)聯(lián)盟（W3C）等多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織，也都在進(jìn)行未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)/網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化制訂工作。ITU的工作方向側(cè)重于“革命”思路，第十三研究組（SG 13）一直是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)導(dǎo)研究小組。該小組專門成立了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)焦點(diǎn)組，對(duì)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的愿景、需求、新技術(shù)、時(shí)間表以及標(biāo)準(zhǔn)化等問(wèn)題進(jìn)行探討。目前該小組的主要工作還停留在對(duì)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)原則、概念、需求以及技術(shù)特征等的收集上，距離達(dá)成共識(shí)尚很遙遠(yuǎn)。IETF一直在做“改良”互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作：推出了下一代地址協(xié)議IPv6，以解決地址擴(kuò)展性問(wèn)題；研究下一代路由尋址架構(gòu)以解決路由擴(kuò)展性問(wèn)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2P）分布式域名服務(wù)的下一代域名系統(tǒng)（DNS），以解決其過(guò)載及安全問(wèn)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(luò)吞吐量等等。W3C則對(duì)語(yǔ)義網(wǎng)的原則和協(xié)議的制訂擔(dān)負(fù)著領(lǐng)導(dǎo)角色?；谡Z(yǔ)義的體系結(jié)構(gòu)從底往上共有7層：編碼定位層、XML結(jié)構(gòu)層、資源描述層、本體層、邏輯層、證明層和信任層?；谙旅?層的主要標(biāo)準(zhǔn)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(yǔ)言，開發(fā)新的應(yīng)用。此外，ISO也剛啟動(dòng)了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。

　　4 向未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)路線

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

　　（1） 改良型演進(jìn)的技術(shù)路線主張?jiān)诂F(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系下進(jìn)行修補(bǔ)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或拓?fù)溥M(jìn)行改造，使其適應(yīng)新的需求。典型的改良型技術(shù)有：針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的地址擴(kuò)展性的IPv6、路由擴(kuò)展性的標(biāo)識(shí)/位置分離、服務(wù)質(zhì)量的差分服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)安全性的IPSec、名字服務(wù)的DNSSec以及移動(dòng)性的移動(dòng)IP等。

　?。?） 革命型演進(jìn)的技術(shù)路線主張拋棄現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系，建立全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從根本上解決原有體系結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題。近年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)達(dá)國(guó)家以及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織都加強(qiáng)了對(duì)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究，主要包括：美國(guó)的PlanetLab、GENI、FIND和FARA，歐盟FP7的4WARD，日本的AKARI，ITU的Future Network等計(jì)劃。

　　改良型路線的支持者認(rèn)為：對(duì)一個(gè)存量巨大的互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行顛覆性改造，重新建設(shè)新網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用和內(nèi)容，甚至培養(yǎng)用戶新的使用習(xí)慣，無(wú)論是時(shí)間成本還是經(jīng)濟(jì)成本都是巨大的；而革命型路線的支持者認(rèn)為：采用漸進(jìn)修補(bǔ)策略，如使用網(wǎng)絡(luò)地址翻譯（NAT）、多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS）、IPv4和IPv6互通等技術(shù)，會(huì)使得原本簡(jiǎn)潔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得日益復(fù)雜（截至2010年10月IETF發(fā)布的RFC已超過(guò)6 000個(gè)）。另外，有些“補(bǔ)丁”的實(shí)施又相互鉗制，使得增加新的修補(bǔ)措施變得越來(lái)越困難。

　　改良型與革命型技術(shù)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(jié)構(gòu)?？梢哉J(rèn)為：IPv6沿用了IPv4的體系架構(gòu)，是改良型技術(shù)路線的代表。但令人遺憾的是，革命性技術(shù)路線的互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，至今也沒(méi)有出現(xiàn)業(yè)界普遍認(rèn)可的基本思路。

　　5 未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

　　雖然關(guān)于未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作，多個(gè)國(guó)家和標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)展開，然而未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)能否成功依然面臨著諸多挑戰(zhàn)和問(wèn)題。

　　首先，標(biāo)準(zhǔn)化工作難以協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織工作各自為政，彼此之間缺乏共識(shí)。譬如，ITU熱衷于“革命”思路，致力于推出一個(gè)全新的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)；而IETF更加“現(xiàn)實(shí)”，傾向于在互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)有體系架構(gòu)下進(jìn)行改良，針對(duì)已出現(xiàn)的問(wèn)題推出新的RFC，不考慮太長(zhǎng)遠(yuǎn)的事情，不考慮互聯(lián)網(wǎng)的新型架構(gòu)。

　　其次，對(duì)體系架構(gòu)的理解不同。體系架構(gòu)是描述網(wǎng)絡(luò)中不同的組成部分，以及這些部分如何關(guān)聯(lián)起來(lái)，它是所有新網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性工作。對(duì)未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的理解不同，直接導(dǎo)致了“雞和鴨講”的問(wèn)題。例如，W3C認(rèn)為語(yǔ)義網(wǎng)就是下一代互聯(lián)網(wǎng)，更多地從應(yīng)用層來(lái)理解網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)；而ITU等其他組織和機(jī)構(gòu)則更多地從承載網(wǎng)層面來(lái)理解；IETF試圖不對(duì)現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)做任何改動(dòng)，因此仍圍繞IPv6做文章。隨著云計(jì)算的興起，一些人認(rèn)為云計(jì)算就代表著未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)和架構(gòu)。

　　第三，對(duì)于未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)如何繼承現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，各方態(tài)度不一。IETF已經(jīng)承認(rèn)，他們?cè)贗Pv6標(biāo)準(zhǔn)上犯下了一個(gè)致命錯(cuò)誤，就是沒(méi)有提供對(duì)現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv4的向下兼容性；而ITU則認(rèn)為，在以開發(fā)性的思路設(shè)計(jì)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)時(shí)，也許不需要考慮和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的兼容性。未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)要不要汲取IPv6的教訓(xùn)，兼容現(xiàn)有的IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)，該問(wèn)題到目前為止依然沒(méi)有達(dá)成共識(shí)。

　　最后，沒(méi)有考慮外部環(huán)境的巨大變化［11］?；ヂ?lián)網(wǎng)向“未來(lái)”的發(fā)展演進(jìn)，其實(shí)也是互聯(lián)網(wǎng)不斷“復(fù)雜化”的一個(gè)過(guò)程。維持互聯(lián)網(wǎng)這樣一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，最需要的是外部的“能源供給”：廉價(jià)的電力資源和取之不竭的計(jì)算資源。

　　6 結(jié)束語(yǔ)

　　從理論準(zhǔn)備階段開始，在互聯(lián)網(wǎng)近50年的發(fā)展歷史中，對(duì)向未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)的問(wèn)題上，一直以來(lái)爭(zhēng)議不斷。當(dāng)IP一統(tǒng)天下后，業(yè)界焦點(diǎn)開始轉(zhuǎn)移到IP自身問(wèn)題上來(lái)了。IPv6是在大約20年前提出的，因此設(shè)計(jì)中存在重大缺陷、在下一代互聯(lián)網(wǎng)中的地位隨著時(shí)間的推移被不斷弱化在所難免。

　　5年多來(lái)，雖然對(duì)未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的研究有多個(gè)方向和熱點(diǎn)［12］，但即使是在最基本問(wèn)題（如網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、層次模型等） 上都還缺乏共識(shí)（當(dāng)然也有利益之爭(zhēng)）。對(duì)于未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的研究，目前還過(guò)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(dǎo)致缺乏大創(chuàng)新、大突破。對(duì)于未來(lái)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(lái)的路徑依賴“陰影”，從更基礎(chǔ)的起點(diǎn)出發(fā)。

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