第四届下一代互联网创新技术大赛 下一代互联网进入创新阶段

　　下一代互联网给了我国科学研究和技术进步非常重要和难得的历史机遇。 　　ICANN主席Paul Twomey在2007影响力论坛上预言: 互联网将从“人对人”过渡到“机到机”的网络，Ipv4地址耗尽及类似家庭网络、全球定位等新应用对地址的需求，需要“作为IPv4协议自然延伸”的第六版本协议――IPv6。他说，在可以预见的未来，IPv6将与IPv4并行，一旦技术和资金的问题解决之后，IPv6将得到广泛的部署。
　　IPv6的好处不仅仅是地址无穷大，更重要的是改进安全性、QoS和移动性。最早互联网ARPANET的创始人――Lawrence Roberts认为未来互联网的两个重要因素是“安全性和可靠性”，IPv6将重建虚拟世界中的信任机制。
　　 2006年9月，中国下一代互联网示范工程核心网CNGI-CERNET2项目验收，向世人展示了全球规模最大的纯IPv6网络。为此，国外专家甚至有“下一代互联网的发展看IPv6，IPv6的发展看中国”的断言。
　　互联网之父Vinton Cerf在公开场合表示: “中国绝对有机会成为领先者，在这一点上，中国、日本、美国是站在同一起跑线上，IPv6在中国的规模化不成问题。”
　　中国互联网已经历了学习使用和技术攻关过程，现在处于研究创新的重要历史阶段; 国家对下一代互联网研究也从技术攻关和试验设施建设，到现在的基础理论阶段。在下一代互联网研究方面，我国已经有所突破，并且有了一定的话语权; 但目前基础仍然薄弱，技术处于初步阶段，产业仍然不强，投入还有待加大。
　　有创新才能有超越
　　在CNGI-CERNET2的进展方面，我们在以往历程中已经取得了一些成果:
　　在源地址认证体系结构的研究方面，经过我国专家长期的努力，在2008年春季的IETF（互联网工程任务组）大会上，即将成立工作组SAVI（Source Address Validation Improvement ，源地址验证改进）。互联网标准化组织IETF（Internet Engineering Task Force）对全球互联网技术和经济的发展发挥着重要作用。2005年起，CERNET专家就出任IETF有关IPv4到IPv6过渡技术工作组Softwires的技术顾问，直接参与互联网标准的起草和制定工作。
　　2007年7月底，IETF在阿灵顿召开会议，发布了中国的第四个IETF标准―RFC4925，即“4over6过渡技术问题描述”，这也是中国第一个互联网核心层协议的RFC国际标准，从而使中国在国际互联网主流技术上有了发言权。
　　还有一个很重要的项目是6PlanetLab，凡是参与CNGI-CERNET2的机构，都可以利用这一工作站进行全球的科研实验。PlanetLab是一个分布式计算平台项目，它是部署、开发和接入全球规模服务的开放平台，是一个虚拟化的重叠网络。PlanetLab是美国全球网络创新环境（GENI）的原型。它由一个中心数据库（现在已经在考虑把中心数据库做成分布式的问题）和遍布全球的几百个节点（node）组成。每个节点上运行着很多个虚拟机，节点的资源（CPU、内存、带宽等）被分配给这些虚拟机。虚拟机和真实的主机一样，可以安装和运行程序。6PlanetLab的原型系统已经部署到CNGI-CERNET2当中，用于支持CNGI大规模路由和组播研究与试验项目。
　　6PlanetLab上两个新的技术进展分别是“IVI”和“面向用户的地址编址”。
　　“IVI”去掉右边的“I”是罗马字母4，去掉左边的“I”是罗马字母6，即试图实现“IPv4和IPv6互访”的技术。NAT转换需要基于状态，研究人员设想能否把IPv6集中在某个特定的地址，使其能与IPv4进行无状态的映射，实现IPv6和IPv4的互访并保持端到端的地址透明。为此，研究人员研发了支持“IVI”的原型系统，其基本概念就是IPv4的一些地址不在IPv4中用，而是通过IVI“盒子”映射到IPv6的网络里使用。
　　面向用户的地址编址也具有重大意义。在IPv4中，传统的方式是与以太网接口绑定，主机的用户共享与接口绑定的地址。在UNIX操作系统中，每个用户有惟一的UID，由于IPv6具有丰富的地址资源，地址可以与用户（UID）绑定。目前已实现Linux内核的修改，原型系统已运行。
　　科研需要创新思路，没有行动是无法创新的。CNGI-CERNET2需要扎实的工作，才能实现追赶和超越。
　　
　　理论基础
　　对现实研究意义重大
　　回顾互联网的产生，分组交换理论和仙农信息论回答了通信系统设计及数据传输的问题，为互联网的产生奠定了基础。虽然解决问题是最重要的，但必须上升到理论高度。
　　以WWW为例，它回答了两个问题: 第一，能否不按照物理地址，而是根据内容进行查询; 第二，能否用统一的格式对声、图、文等各类资源进行标注。通过解决这两个问题，WWW发明了两个概念: 其一是超文本概念（Hypertext），对象之间不是顺序关系，而是链接关系; 其二是通用资源定位概念（Universal Resource Locator），对各种资源统一定位。为解决这两个问题，WWW又采用了超文本传输协议（HTTP）和超文本表识语言（HTML），表示如何链接、是哪种资源（声、图、文等）。
　　用列宁的一句话总结，就是“没有革命性的理论就没有革命性的行动”。
　　全球下一代互联网研究流派
　　全球关于下一代互联网的学术思想有四个，其中三个是美国的，即FIND（Future Internet Network Design，未来互联网网络设计）、GENI（Global Environment for Network Innovations，全球网络创新环境）、IRTF(Internet Research Task Force,互联网研究任务组)，还有一个是中国的，即CNGI。这些流派虽然都是学术思想，但是其中FIND、GENI和中国的CNGI，都属国家战略决策。
　　FIND是美国科学基金会的一个项目，David Clark是其核心人物。David Clark在2006年IETF20周年庆时的特邀报告中，回顾其1992年所做的几个预测: 第一是视频应用将成为重要应用; 第二，ATM成为阻碍; 第三，要充分注重虚拟空间的犯罪等等。2007年6月他在一次报告中，分析今天的互联网时提出三大问题，第一是互联网安全与经济，黑客已经从自我表现类，转向经济类，从这个意义上说，形成了动态平衡，对社会威胁反而少了; 第二是社会学; 第三是国际化。
　　FIND要考虑的主要问题有五个方面: 第一，反思网络是否要分组交换; 第二，研究端对端原理是否有效; 第三，今天的路由和包转发非常紧密，未来是否会分开; 第四，拥塞控制和资源管理问题，比如SLA; 第五，身份和路由问题，目前的路由依靠IP地址，未来是否会分开。
　　美国在2005年开始推出革新互联网的GENI项目，希望从体系结构上重建互联网。即建立一个实验床，实现可重配的路由器、可编程的路由器等。它有三大观点与目前的商业潮流相吻合，第一是虚拟化，第二是可编程，第三是用户可控制。GENI为此成立了相应的工作组。在GENI项目中，核心是光网络和无线的组合。最近，GENI已经正式成立了协调办公室，但与其初始的由普林斯顿大学牵头设想相悖，办公室由BBN公司（发起互联网雏形ARPANet的公司）担当。
　　与前两个项目的革命性不同，IRTF提倡慢慢做。其主导思路认为，互联网体系结构最核心的问题是端对端的问题，不管是加密、认证、可靠性还是转发等，路由才是最大的问题。互联网的体系结构中，ISP与用户的矛盾是最大的矛盾，ISP提倡网络尽量简单稳定，而用户则认为要更好地控制网络，这一矛盾加剧了问题的严重性。
　　根据数据分析，目前的路由表有26万条，到了2050年全球有100亿台联网的机器，将产生1000万条路由表。按照这一速率，摩尔定律是跟不上的。到2050年，集成电路如无革命性的进展，路由问题将是一个大问题。今后五年，全球路由表将会发展到100万。IRTF则是致力于解决这方面的问题。
　　从颠覆现有互联网，到修补现有互联网，美国三大思路中激进和保守各执一端。在美国的三大思路中，FIND基本思路是clean slate thinking （清理思想），设计时将原来的基础设施甩开，但其并不想建设一个全新的网络; GENI集中了各方面研究思路的人，其思路是连基础设施都需要clean slate ; IRTF的思路是逐步改进现有的互联网，并非重新来过的思路。无论是FIND或是GENI，都希望超越IPv6，但中国不一样，中国的国情，决定了以IPv6为切入点是合适的，中国实际是选择了一个最佳的平衡点。
　　与FIND相比，IPv6是一个相对成熟的体系结构，在此基础上很适合研究新的问题和新的情况。而FIND还没有确切的体系结构; 与GENI相比，CENI是没有体系结构的，从某种层面上看，其实验床要完成的可能性较小，因为风险太高了，而中国以IPv6做实验床，体系结构很明确，同时，目前IPv6的用户不多，可以做实验，并不影响使用。CERNET和CERNET2的分工明确; 与IETF的ROAP相比，IPv6很好地解决了routing 和address的问题，因为在IPv6上解决这一问题比在IPv4上相对容易些，实而不玄。由于其成果能很快地转化为应用，避免了许多纸上谈兵的情况。
　　充分利用中国的优势
　　有关数据表明，到2010年4月，全球将无地址可分。目前全球仅剩10亿个可用的IPv4地址，根据现行的地址分配政策和地址消耗进度，在IPv6地址大规模商用之前，这10亿个地址将成为全球争抢的稀有资源。
　　互联网的发展已经到了十字路口。现实的情况是IPv4耗尽的速度远比预计的要快，而IPv6的起飞比预计的要慢。未来中国、印度、非洲将极度缺乏IPv4，对这些地区来说，IPv6是一个重要的出路。在此过渡期中，IPv4和IPv6的互联互通将很重要。而NAT转换与IPV6并不一定是“针尖对麦芒”，而可能是整合的。这也是目前技术方面的机遇。
　　那么，中国的优势在什么地方？庞大的规模和复杂的情况使得中国教育科研网络有先天的优势来进行未来互联网技术的探索和实验，应该充分利用这个优势。CNGI-CERNET2主干网连接了我国20个城市，25个核心节点，传输速率为2.5G～10G。北京国内/国际互联中心 CNGI-6IX分别以1Gbps～10Gbps速率连接了中国电信、中国联通、中国网通/中科院、中国移动和中国铁通的CNGI示范网络核心网，并与美国Internet2、欧洲GEANT2和亚太地区APAN实现了高速互联。
　　它在国际上首次提出“建设纯IPv6大型互联网主干网”的技术路线，设计和研制成功大型纯IPv6互联网主干网CNGI-CERNET2。该项目解决了大规模IPv6主干网拓扑结构和路由设计、地址和域名规划、网络调试测量和网络管理等技术难题。
　　但是，中国缺人才，尤其缺乏扎扎实实在IPv6上做研究的人才。因此要培养一代人才，国家需在政策和经费上加大投入。中国的CNGI在国际上是独树一帜的，世界许多国家在研究IPv6中的思路还是沿用IPv4的老路子，而中国则在此方面有新的思路，比如CERNET2所研究的IPv6源地址认证（SAVA）。这些新的思路，需要更多的人才来开拓，并做应用的部署和创新。
　　下一步，CNGI将迎来创新的挑战，并将在CNGI上开展与体系有关的试验，如源地址认证(SAVA)、IPv4 over IPv6、用二层交换代替三层选路、试验通用业务平台、基于分组的未来电信承载网（FPBN）、利用信令为同一用户信息流建立固定路由等。同时，应用上的创新将需要进一步加强，CNGI下一步需要更加关注应用，特别是数字奥运与世博会方面的应用开发。（根据李星教授的报告整理）
　　李星 现任清华大学电子工程系教授，博士生导师，网络与人机语音通信研究所所长，CERNET国家网络中心副主任。担任中国教育和科研计算机网CERNET的总体主要技术负责人，设计建设中国教育和科研计算机网示范工程。担任教育部“中国教育和科研计算机网CERNET”专家委员会成员，美国Sigma Xi科学学会会员，亚太网络工作组（APNG）主席，亚太网络信息中心（APNIC）执行委员会委员等。
　　
　　核心观点: 从中国的角度，从战略层面上看，以IPv6为突破口，具有重大意义。未来互联网中值得关注的几大问题有: 体系结构、路由、无线、流量、地址、传感网络等。
　　
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　　CNGI研究历程及背景
　　目前，以中国教育和科研计算机网CNGI-CERNET2为代表，包括中国网通、中国联通、中国电信、中国铁通、中国科技网等在内的六大网均参与了下一代互联网示范工程CNGI的建设。
　　从1996年起，发达国家就开始对互联网展开更深层次的研究: 由美国政府主导的下一代互联网NGI，以美国100多所大学和研究所组成的Internet2等; 随后，欧洲、日本等国也纷纷投入下一代互联网的研究。
　　中国紧跟国际形势，从1999年开始，建立了NSFCnet，这是中国最先研究下一代互联网的试验床，是中国下一代互联网研究的一个里程碑。吴建平教授主持这一项目的研究，他说: “下一代互联网，是新一轮的全球战略竞争，我们不能再落后。如果我们失去下一代互联网的发言权，我们也将在很大程度上受制于人。”
　　2003年8月，中国下一代互联网示范工程CNGI示范网络核心网正式启动。这一工程大大促进了中国下一代互联网的研发，CERNET2是该项目中最大的核心网之一。
　　2004年1月，在欧盟总部，美国Internet2、欧盟GANT2等全球最大的8大学术网同时宣布，开通下一代互联网服务，CERNET2是其中之一。