1.引言

1981年元旦，互聯(lián)網(wǎng)正式啟用了TCP/IP協(xié)議。其中IP協(xié)議的版本號是4，即IPv4。經(jīng)過30年的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)從當(dāng)初的只是連接200~300臺機器，發(fā)展到耗盡了全部43億個IPv4地址，僅WEB網(wǎng)站就超過了2億臺；用戶也從美國數(shù)所大學(xué)和研究機構(gòu)的研究人員和學(xué)生，到了超過20億網(wǎng)民；應(yīng)用類型只有Telnet，F(xiàn)TP和E-mail三種，到可搜索引擎檢索到的WEB網(wǎng)頁數(shù)就超過1000億，而且還有超過99.8%的網(wǎng)頁是還沒有被檢索到。

經(jīng)過30年的發(fā)展，使用互聯(lián)網(wǎng)的目的已經(jīng)從以教育科研為核心目的的“公益”性質(zhì)，轉(zhuǎn)向了以盈利為核心目的的“商業(yè)”性質(zhì)，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)為主走向音視頻，接入方式從固定走向移動，終端從計算機轉(zhuǎn)向智能手機和平板電腦，交流對象從人際通信轉(zhuǎn)向物物通信，互聯(lián)網(wǎng)從資源、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用到內(nèi)容，從管理、安全、隱私到政策等，都面臨著諸多關(guān)鍵問題需要研究和解決。簡單說，長期以來對互聯(lián)網(wǎng)修修補補不斷而成功前進(jìn)的道路，越走越窄了。需要互聯(lián)網(wǎng)變革的，已經(jīng)從點到面，需要互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)發(fā)生重大變化。

自2005年開始，業(yè)界普遍意識到1990年代設(shè)計的、以IPv6為代表的下一代互聯(lián)網(wǎng)(NGI)存在重大缺陷，我們需要設(shè)計能夠超越IPv6的新一代互聯(lián)網(wǎng)，于是提出了“未來互聯(lián)網(wǎng)“的概念。經(jīng)過5－6年的發(fā)展，經(jīng)過大量的研究和實驗，對未來互聯(lián)網(wǎng)的研究目前已經(jīng)超越了紛繁復(fù)雜的應(yīng)用場景以及相互矛盾的需求提出階段，進(jìn)入到技術(shù)路線的一些關(guān)鍵點日益清楚的階段，但形成整體技術(shù)路線仍然尚需時日。

2.發(fā)展IPv6的經(jīng)驗教訓(xùn)

上世紀(jì)90年代初，互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)提出做下一代IP(IPng)的直接原因，是因為IPv4地址即將耗盡(尤其是B類地址)和路由表的快速膨脹，將直接導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)無法持續(xù)發(fā)展。為此，1993年在RFC1550里進(jìn)行了征求新的IP協(xié)議的呼吁，以替代當(dāng)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(biāo)。IETF收到了多個IPng提案，***取長補短，于1998年融合成了今天我們看到的IPv6協(xié)議。但很明顯，***正式批準(zhǔn)通過的IPv6技術(shù)(RFC2460)部分滿足了RFC1550提出的需求，因此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”特點仍然還在不斷發(fā)展和完善中。

如果從***個IPv6的國際標(biāo)準(zhǔn)RFC1883算起，IPv6已經(jīng)經(jīng)過了15年的發(fā)展和部署，但發(fā)展的很不理想。目前IPv6流量僅占全球互聯(lián)網(wǎng)流量的0.25%左右，路由條目7000余條(IPv4大約32萬條)，全球僅有1200多個網(wǎng)站通過了IPv6認(rèn)證(而IPv4的網(wǎng)站數(shù)量超過了2億個)。這里從外部看IPv6技術(shù)，從經(jīng)濟、歷史和哲學(xué)方法學(xué)三個維度，總結(jié)其經(jīng)驗教訓(xùn)。

2.1從歷史看

從歷史的角度看，IPv6所針對的需求是在大約20年前提出的，并且按當(dāng)時對IPv4互聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識和技術(shù)水平設(shè)計的。而當(dāng)時的互聯(lián)網(wǎng)還沒有商用，安全問題也不突出，移動互聯(lián)網(wǎng)、三網(wǎng)融合、物聯(lián)網(wǎng)和云計算的概念還沒出現(xiàn)，因此IPv6沿用了現(xiàn)在看來存在諸多問題、當(dāng)時看來非常***的IPv4互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)(“端到端透明性”)和關(guān)鍵技術(shù)路線，主要針對的是地址短缺和路由擴展性等問題。

端到端透明性是互聯(lián)網(wǎng)最初設(shè)計中的核心思想，即將互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中與通信相關(guān)的部分(IP網(wǎng)絡(luò))與高層應(yīng)用(端點)分離，***限度地簡化網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，將盡可能多的復(fù)雜性和控制放在用戶終端上。這為后來互聯(lián)網(wǎng)從實驗室走向社會，商用化的蓬勃發(fā)展起到了決定性的作用。但這一思想有兩個基本假設(shè)：***，互聯(lián)網(wǎng)最初是由具有共同愛好的技術(shù)專家設(shè)計開發(fā)的，他們之間相互信任；第二，互聯(lián)網(wǎng)是由科研團體或政府研究機構(gòu)管理下的非商用網(wǎng)絡(luò)。這兩個基本假設(shè)滲透到了互聯(lián)網(wǎng)初期設(shè)計的方方面面。

但隨著互聯(lián)網(wǎng)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)向盈利為目的的“商業(yè)”，用戶群體從“自律”的科研人員轉(zhuǎn)向普通大眾，IPv6所繼承的IPv4時代的下一代互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)，已經(jīng)面臨了很大挑戰(zhàn)。

2.2從方法學(xué)看

哲學(xué)方法學(xué)告訴我們，解決問題可以自上而下，也可以自下而上；可以是革命性的也可以是改良性的。IPv4的互聯(lián)網(wǎng)堅持開放性，是自下而上取得成功的，因此IPv6也堅持了這一點。但與此同時，自下而上的技術(shù)發(fā)展思路需要有兩個基本條件：

(1)需要在統(tǒng)一的核心理念的指引下進(jìn)行，沒有“核心“很容易出現(xiàn)混亂甚至矛盾，利益沖突不斷將很容易致新技術(shù)夭折。

(2)新技術(shù)必須具有強大的“破壞性創(chuàng)新”力量，能夠創(chuàng)造出新的市場空間，并且逐步替代已有的技術(shù)。但問題是，IPv6堅持了IPv4時代“端到端透明”的互聯(lián)網(wǎng)核心設(shè)計理念，在國際化、商業(yè)競爭和越來越多的用途下，已經(jīng)千瘡百孔了，但可惜IPv6沒有將這一思想“與時俱進(jìn)”，而是頑固堅持。其次，發(fā)展IPv4時數(shù)據(jù)通信的市場還非常小，并且IPv4與其面臨的競爭性技術(shù)X.25差異非常大，IPv4的競爭優(yōu)勢突出體現(xiàn)在無連接帶來的超低成本，以及與底層技術(shù)和應(yīng)用無關(guān)帶來的底層技術(shù)和應(yīng)用的多樣性！而IPv6發(fā)展時首先面臨的是來自傳統(tǒng)IPv4技術(shù)，尤其是既得利益者的挑戰(zhàn)！

2.3從經(jīng)濟看

任何技術(shù)要在市場上取得成功，都必須符合經(jīng)濟學(xué)的一般規(guī)律。如果設(shè)計新技術(shù)時沒有創(chuàng)造出足夠的、內(nèi)在的“經(jīng)濟驅(qū)動力”，那么它的推廣應(yīng)用就會變得異常困難甚至失敗。從經(jīng)濟的角度看IPv6，目前能夠看到的幾乎都是一些經(jīng)濟學(xué)者，從內(nèi)部(IPv6)向外(經(jīng)濟)看，闡述IPv6可能帶來的外在經(jīng)濟效益。這些經(jīng)濟學(xué)者由于普遍缺乏足夠的IPv6技術(shù)背景，也就沒有辦法從經(jīng)濟學(xué)的一些基本規(guī)律來看IPv6技術(shù)是否符合經(jīng)濟學(xué)的一般性規(guī)律。而設(shè)計IPv6時互聯(lián)網(wǎng)還沒有商用，設(shè)計它的科學(xué)家和工程師，主要是從大學(xué)、科研機構(gòu)的實驗室來的，缺乏足夠的經(jīng)濟學(xué)常識，使得IPv6沿用了諸多IPv4時代“計劃經(jīng)濟”的設(shè)計、推廣和應(yīng)用特點，使得其在完全競爭的互聯(lián)網(wǎng)市場中，經(jīng)濟驅(qū)動力不足。比如，IPv6過渡方案，幾乎沒有考慮到經(jīng)濟學(xué)上的“外部性”問題。

3.未來互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)路線

3.1數(shù)據(jù)為中心的聯(lián)網(wǎng)

現(xiàn)在的TCP/IP技術(shù)是以主機為中心的，是把位于不同通信介質(zhì)之上全球范圍內(nèi)的主機連接起來，實現(xiàn)彼此之間的信息傳遞。隨著互聯(lián)網(wǎng)日益成功，互聯(lián)網(wǎng)上積累了大量的數(shù)據(jù)需要存儲、處理和傳遞，因此聯(lián)網(wǎng)的重點，也需要開始從如何把主機高效的連接起來，發(fā)展到了用戶如何高效的獲取數(shù)據(jù)。比如，內(nèi)容如何發(fā)現(xiàn)，叫什么名字和如何展現(xiàn)給用戶等，這些都是IP無法實現(xiàn)的，都需要借助高層技術(shù)(如URI，HTTP和XML)以及之上的應(yīng)用(搜索引擎，P2P等)來實現(xiàn)?；ヂ?lián)網(wǎng)的這種內(nèi)容傳遞與內(nèi)容處理分層(分離)的模型，導(dǎo)致內(nèi)容存儲的位置與內(nèi)容本身、內(nèi)容的組織(發(fā)現(xiàn))方式和內(nèi)容傳遞方式，沒有直接聯(lián)系，內(nèi)容重復(fù)和傳遞效率低下甚至找不到內(nèi)容的問題經(jīng)常出現(xiàn)。

隨著互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容重要性的日益突出，以內(nèi)容為中心的聯(lián)網(wǎng)(即如何將內(nèi)容傳遞與內(nèi)容的組織和存儲有效結(jié)合起來)，開始成為未來互聯(lián)網(wǎng)研究的重要分支。面向內(nèi)容的聯(lián)網(wǎng)讓用戶將注意力集中在需要的內(nèi)容而不是位置上，因此直接對所請求的數(shù)據(jù)和內(nèi)容進(jìn)行命名和編址，不關(guān)心所請求的內(nèi)容具體在哪個主機上，也就不必根據(jù)主機的位置進(jìn)行尋址和路由，從而可以提高內(nèi)容組織、存儲和傳遞的效率。

云計算、數(shù)據(jù)中心、WEB語義網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(ContentDeliveryNetwork)、名字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(NDN，NamedDataNetwork)、DONA(Data-OrientedNetworkArchitecture)項目等應(yīng)用研究的興起，都是這一未來互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)思路的***佐證。

3.2重疊網(wǎng)模型

如何向下一代互聯(lián)網(wǎng)(包括下一代IP技術(shù))演進(jìn)，出現(xiàn)了兩種技術(shù)路線：“改良型”和“革命型”。改良型演進(jìn)的技術(shù)路線主張在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系下進(jìn)行修補，對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或拓?fù)溥M(jìn)行改造，使其適應(yīng)新的需求。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)存在的問題。未來互聯(lián)網(wǎng)既不會是“改良式”的，因為對現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)直接進(jìn)行零敲碎打式的修補無法真正解決問題；也不會是“革命式”的，因為對互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行徹底革新還需要一個很長的過程。面對迫切需要解決的各種問題，應(yīng)當(dāng)尋求一個介于零星修補和徹底革新之間的折衷方案，即做系統(tǒng)性的、大范圍的、整體性的修補，也就是“重疊網(wǎng)(Overlay)”模型。

該方法設(shè)計了路由器網(wǎng)絡(luò)，覆蓋在各種需要互聯(lián)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之上，因此其本身是一種重疊網(wǎng)(OverlayNetwork)。在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的基礎(chǔ)上，可以仍然遵循重疊網(wǎng)的思想，在互聯(lián)網(wǎng)承載層之上、應(yīng)用層之下增加一個墊層，系統(tǒng)性地在這個墊層中實現(xiàn)承載層中個性化和應(yīng)用層中共性化的功能，在尊重互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)實存量的基礎(chǔ)上讓互聯(lián)網(wǎng)更加健康地持續(xù)發(fā)展。目前的NDN，CDN等，都是采用的這一思想路線。重疊網(wǎng)模型主張的是與現(xiàn)有的主流技術(shù)兼容和共存，IPv6的一個重要經(jīng)驗教訓(xùn)是試圖去替代IPv4，而不是試圖和IPv4兼容和共存！

3.3通信與存儲融合

ISO/OSI是通信網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)典模型，有兩個重要特點。一是嚴(yán)格分層的，二是存儲位于網(wǎng)絡(luò)之外?？梢哉J(rèn)為，TCP/IP，X.25和ATM等都是七層模型的一種經(jīng)典實現(xiàn)。而防火墻、深度包檢測(DPI)、負(fù)載均衡、重鏡像等技術(shù)，就是一類很難歸類到ISO/OSI模型的技術(shù)，因此ISO/OSI模型只能停留在教科書上。

隨著對等網(wǎng)絡(luò)(P2P)，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(CDN)，存儲網(wǎng)絡(luò)、云計算和數(shù)據(jù)中心等的發(fā)展，存儲技術(shù)(包括緩沖)不再與通信分離，而是被引入到了網(wǎng)絡(luò)的中間、邊緣或終端上，成為了信息通信過程中的重要組成部分。未來互聯(lián)網(wǎng)中，通信和存儲融合成為一種必然，但如何分工、在哪里融合，融合用于解決哪些問題等重大議題，還處于非常初級的研究和應(yīng)用實驗階段。未來互聯(lián)網(wǎng)呼喚引入了存儲能力的、統(tǒng)一的信息通信網(wǎng)路新模型。

3.4以終端為中心

現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)開始設(shè)計于42年前(1969年的阿帕網(wǎng))，成型于30年前(TCP/IP的應(yīng)用)。那個年代居于霸主地位的是各式計算機，計算機可以“店大欺主”，因此網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計必須尊重現(xiàn)實，是一個“以計算機為核心”設(shè)計網(wǎng)絡(luò)的時代，把計算機終端連接起來是互聯(lián)網(wǎng)的核心任務(wù)。而進(jìn)入2008年前后，TCP/IP技術(shù)已經(jīng)日益成熟，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅穩(wěn)定而且產(chǎn)業(yè)和用戶規(guī)模也已經(jīng)非常龐大，網(wǎng)絡(luò)開始“店大欺主”，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以不變應(yīng)萬變，終端需要發(fā)生變化適配網(wǎng)絡(luò)和用戶的要求。用戶側(cè)從PC變化為上網(wǎng)本、智能手機、平板電腦、TV甚至“早產(chǎn)”的物聯(lián)網(wǎng)，服務(wù)側(cè)從服務(wù)器發(fā)展變化為云計算。未來互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計，終端的劇烈變化成為必須考慮的一個關(guān)鍵因素。此外，目前的互聯(lián)網(wǎng)終端應(yīng)用主要是瀏覽器方式的(B/S模型)，未來因為終端的多樣性、安全可控、版權(quán)保護、改善體驗等目的，C/S模型的未來互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有可能會卷土重來。

4.結(jié)束語

對于未來互聯(lián)網(wǎng)的研究，雖然已經(jīng)取得了一些局部性的重大突破，但還基本停留在體系架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)等“微觀”層面，沒有從更基礎(chǔ)的能耗、新材料和摩爾定律的影響開始。

如果把互聯(lián)網(wǎng)本身看成一個龐大的生態(tài)系統(tǒng)，它消耗的是各種能源，排出的是CO2和其它電子垃圾。以上討論的未來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)路線，是從技術(shù)和應(yīng)用本身的發(fā)展變化看的，沒有考慮外界環(huán)境可能的重大變化，會對未來互聯(lián)網(wǎng)帶來何種影響。維持互聯(lián)網(wǎng)這樣一個復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，主要需要電力資源和計算資源兩種外部的“資源”。

當(dāng)前廉價的電力資源和取之不竭的計算資源，是支撐互聯(lián)網(wǎng)向“未來”發(fā)展演進(jìn)，其實也是不斷“復(fù)雜化”的重要前提。有數(shù)據(jù)顯示，2010年美國互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器的耗電量已經(jīng)占總發(fā)電量的2.9％，而摩爾定律也快失效了，這都會對未來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的路線方向，產(chǎn)生重大影響。

簡單的就是好的，“革命性”的未來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一定是簡單的。

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