互聯網自身多個方面都面臨著諸多相互關聯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

　　未來互聯網能否成功依然面臨諸多挑戰

　　1 未來互聯網的演變

　　互聯網自誕生以來，其終端、承載網絡和應用等都已發生了翻天覆地的變化，但仍然有一個幾乎不變的話題：互聯網的未來在哪里？在互聯網的歷史發展階段中，未來不斷成為歷史，同時又產生新未來和新問題。互聯網不同的發展階段，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］。

　　（1） 理論準備階段（20世紀60年代）。互聯網采用的核心技術是包交換技術，這一時期業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等人發表論文［3］，提出組建基于包交換技術的網絡，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利益和政治影響力，以及計算機技術和數字化技術仍處于發展初期等原因，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網技術的理論基礎，但產業界主流觀點尚未接受，互聯網的未來還只停留在紙面上。

　　（2） 實驗階段（19691993年）。僅有建立互聯網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，證明在現實中互聯網是有未來的。1969年阿帕網的誕生表明從工程技術上講，組建包交換的網絡用于連接計算機是完全可行的。1983年傳輸控制協議/網際互聯協議（TCP/IP）在互聯網上的成功應用表明，業界已經找到了這樣一種異構網絡、大規模互聯的技術。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，工程上已經證明是完全可行的；以電信業為主體支持的X.25和異步轉移模式（ATM）等包交換技術，與以計算機業為主體支持的TCP/IP和以太網技術，展開了激烈的競賽。

　　（3） 應用階段（19942001年）。這一時期隨著Tim Berbers Lee ［4］在互聯網上發明了萬維網這樣的殺手級應用，TCP/IP技術戰勝ATM等技術成為最大的贏家，IP化成為潮流。互聯網這一時期面臨的最重要挑戰已不再是證明自身技術的可行性和穩定性，而是考慮統一后如何建設一個新世界。因此互聯網未來的主要矛盾開始從外部轉向內部，即自身的發展問題。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年代以來互聯網面向未來的核心問題。互聯網工程任務組（IETF）提出發展下一代互聯網（NGI）的建議，并且給出權威答案IPv6。從這時起業界普遍認為，互聯網的;未來在于用IPv6替代IPv4。

　　（4） 發展階段（2001年至今）。隨著互聯網社會化應用的不斷發展，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，應用環境從數據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。互聯網自身從資源、網絡到應用，從管理、安全到政策等，都面臨著諸多相互關聯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展的需要，業界呼喚更先進、更強大的未來互聯網。為了區別于IPv6為代表的“下一代互聯網，未來互聯網”在2005年前后開始出現 ［5-7］。

　　2 IPv6的局限性

　　關于IPv6和下一代互聯網的關系，目前的主流觀點認為IPv6是下一代互聯網技術的核心，或者基于IPv6的下一代互聯網”，但總體來看，IPv6在下一代互聯網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。這兩者的出現將直接導致互聯網無法持續發展。為此，1993年在RFC1550［8］中提出了征求新IP協議的呼吁，以替代當時已經使用了10年的IPv4協議，并公布了新協議需實現的主要目標。

　　在RFC1550中提出的下一代互聯網協議的主要目標包括：“支持幾乎無限大的地址空間”、“減小路由表的大小”、“簡化協議提高使路由器的性能”、“實現IP級的安全”、“支持實時業務”、“支持組播”、“Mobile IP的支持”、“允許新舊協議共存一段時間”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優先級。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年融合成了現在的IPv6協議。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確定和穩定，但一些所謂的“高級”特點仍在不斷地發展完善中。

　　IPv6所針對的需求是在20年前提出的，當時的互聯網還沒有商用，安全問題不突出，移動互聯網、三網融合甚至物聯網的概念也還沒出現。因此IPv6沿用了當時看來非常完美的IPv4互聯網體系架構（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。現在看來，不僅是IPv6技術需要不斷前進，當時RFC1550提出的對下一代互聯網的需求也應該與時俱進。時代呼喚“未來互聯網”。

　　3 未來互聯網的研究

　　未來互聯網/網絡存在著多個研究方向和熱點，如虛擬化網絡、自動網絡、層次交換網絡、高性能網絡、安全可信網絡、長距低耗網絡及高帶寬長延時網絡等。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，力求在下一代互聯網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據網絡（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）和萬維網聯盟（W3C）等多個標準化組織，也都在進行未來互聯網/網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）一直是未來網絡的領導研究小組。該小組專門成立了未來網絡焦點組，對未來網絡的愿景、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”互聯網的標準化工作：推出了下一代地址協議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，目前已經出現了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（DNS），以解決其過載及安全問題；研究基于多路徑的下一代TCP協議以獲得更高的網絡吞吐量等等。W3C則對語義網的原則和協議的制訂擔負著領導角色。基于語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層的主要標準規范已經發布，目前W3C的主要工作是繼續研究建立在資源描述框架（RDF）之上的新工具和新語言，開發新的應用。此外，ISO也剛啟動了未來網絡體系架構的研究和標準化工作。

　　4 向未來互聯網的演進路線

　　向未來互聯網的演進，已經成為全球的共識。但對于如何向下一代互聯網（包括下一代IP技術）演進，目前出現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有互聯網網絡體系下進行修補，對網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：針對互聯網的地址擴展性的IPv6、路由擴展性的標識/位置分離、服務質量的差分服務、網絡安全性的IPSec、名字服務的DNSSec以及移動性的移動IP等。

　　（2） 革命型演進的技術路線主張拋棄現有互聯網網絡體系，建立全新的網絡架構，從根本上解決原有體系結構存在的問題。近年來，互聯網發達國家以及國際標準組織都加強了對未來網絡體系結構的研究，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網進行顛覆性改造，重新建設新網絡、應用和內容，甚至培養用戶新的使用習慣，無論是時間成本還是經濟成本都是巨大的；而革命型路線的支持者認為：采用漸進修補策略，如使用網絡地址翻譯（NAT）、多協議標記交換（MPLS）、IPv4和IPv6互通等技術，會使得原本簡潔的網絡結構變得日益復雜（截至2010年10月IETF發布的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別在于是否沿用現有的互聯網體系結構。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網體系架構，至今也沒有出現業界普遍認可的基本思路。

　　5 未來互聯網面臨的挑戰

　　雖然關于未來互聯網的研究和標準化工作，多個國家和標準化組織已經展開，然而未來互聯網能否成功依然面臨著諸多挑戰和問題。

　　首先，標準化工作難以協調和統一。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絡體系架構標準；而IETF更加“現實”，傾向于在互聯網現有體系架構下進行改良，針對已出現的問題推出新的RFC，不考慮太長遠的事情，不考慮互聯網的新型架構。

　　其次，對體系架構的理解不同。體系架構是描述網絡中不同的組成部分，以及這些部分如何關聯起來，它是所有新網絡設計的基礎性工作。對未來互聯網體系架構的理解不同，直接導致了“雞和鴨講”的問題。例如，W3C認為語義網就是下一代互聯網，更多地從應用層來理解網絡體系架構；而ITU等其他組織和機構則更多地從承載網層面來理解；IETF試圖不對現有互聯網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網的發展趨勢和架構。

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

　　最后，沒有考慮外部環境的巨大變化［11］。互聯網向“未來”的發展演進，其實也是互聯網不斷“復雜化”的一個過程。維持互聯網這樣一個復雜系統正常運轉，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，在互聯網近50年的發展歷史中，對向未來互聯網演進的問題上，一直以來爭議不斷。當IP一統天下后，業界焦點開始轉移到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、在下一代互聯網中的地位隨著時間的推移被不斷弱化在所難免。

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

　　7 參考文獻

　　［1］ 何寶宏， 于群。 40年網絡技術發展歷程［J］。 中興通訊技術，2010，16（Z1）：17-20.

　　［2］ 信息產業部電信研究院。互聯網技術發展白皮書 第一卷 發展脈絡與體系架構［J］。世界電信，2007，20（7）：8-13.

　　［3］ BARAN P. On Distributed Communications Series［EB/OL］。 http://www.rand.org/about/history/baran.list.html.

　　［4］ Tim_Berners-Lee［EB/OL］.http://en.wikipedia.org/wiki/Tim_Berners-Lee.

　　［5］ PlanetLab ［EB/OL］.http://www.planet-lab.org/。

　　［6］ The FP7 4WARD Project： Overview［EB/OL］。（2008-12）.http://www.4ward-project.eu/index.php？s=overview.

　　［7］ AKARI ［EB/OL］.http://akari-project.nict.go.jp/。

　　［8］ BRADNER S， MANKIN A. IP： Next Generation （IPng） White Paper Solicitation［R］。 IETF RFC1550.1993.

　　［9］ DEERING S， HINDEN R. Internet Protocol， Version 6 （IPv6） Specification［R］。 IETF RFC2460.1998.

　　［10］ ITU-T Y.2613. The General Technical Architecture for PTDN［S］.2010.

　　［11］ 何寶宏.2020年前后將發生互聯網革命［J］。電信網技術，2010 （3）：30-31.

　　［12］ NSF Announces Future Internet Architecture Awards［EB/OL］。（2010-08-27）.www.nsf.gov/news/news_summ.jsp？cntn_id=117611.