未來互聯網技術路線日漸清晰
1.引言
1981年元旦，互聯網正式啟用了TCP/IP協議。其中IP協議的版本號是4，即IPv4。經過30年的發展，互聯網已經從當初的只是連接200~300臺機器，發展到耗盡了全部43億個IPv4地址，僅WEB網站就超過了2億臺;用戶也從美國數所大學和研究機構的研究人員和學生，到了超過20億網民;應用類型只有Telnet，FTP和E-mail三種，到可搜索引擎檢索到的WEB網頁數就超過1000億，而且還有超過99.8%的網頁是還沒有被檢索到。
經過30年的發展，使用互聯網的目的已經從以教育科研為核心目的的“公益”性質，轉向了以盈利為核心目的的“商業”性質，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走向音視頻，接入方式從固定走向移動，終端從計算機轉向智能手機和平板電腦，交流對象從人際通信轉向物物通信，互聯網從資源、網絡、應用到內容，從管理、安全、隱私到政策等，都面臨著諸多關鍵問題需要研究和解決。簡單說，長期以來對互聯網修修補補不斷而成功前進的道路，越走越窄了。需要互聯網變革的，已經從點到面，需要互聯網的體系架構發生重大變化。
自2005年開始，業界普遍意識到1990年代設計的、以IPv6為代表的下一代互聯網(NGI)存在重大缺陷，我們需要設計能夠超越IPv6的新一代互聯網，于是提出了“未來互聯網“的概念。經過5-6年的發展，經過大量的研究和實驗，對未來互聯網的研究目前已經超越了紛繁復雜的應用場景以及相互矛盾的需求提出階段，進入到技術路線的一些關鍵點日益清楚的階段，但形成整體技術路線仍然尚需時日。
2.發展IPv6的經驗教訓
上世紀90年代初，互聯網工程任務組(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，將直接導致互聯網無法持續發展。為此，1993年在RFC1550里進行了征求新的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。IETF收到了多個IPng提案，最后取長補短，于1998年融合成了今天我們看到的IPv6協議。但很明顯，最后正式批準通過的IPv6技術(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確定和穩定，但一些所謂的“高級”特點仍然還在不斷發展和完善中。
如果從第一個IPv6的國際標準RFC1883算起，IPv6已經經過了15年的發展和部署，但發展的很不理想。目前IPv6流量僅占全球互聯網流量的0.25%左右，路由條目7000余條(IPv4大約32萬條)，全球僅有1200多個網站通過了IPv6認證(而IPv4的網站數量超過了2億個)。這里從外部看IPv6技術，從經濟、歷史和哲學方法學三個維度，總結其經驗教訓。
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，并且按當時對IPv4互聯網的認識和技術水平設計的。而當時的互聯網還沒有商用，安全問題也不突出，移動互聯網、三網融合、物聯網和云計算的概念還沒出現，因此IPv6沿用了現在看來存在諸多問題、當時看來非常完美的IPv4互聯網體系架構(“端到端透明性”)和關鍵技術路線，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網最初設計中的核心思想，即將互聯網系統中與通信相關的部分(IP網絡)與高層應用(端點)分離，最大限度地簡化網絡的設計，將盡可能多的復雜性和控制放在用戶終端上。這為后來互聯網從實驗室走向社會，商用化的蓬勃發展起到了決定性的作用。但這一思想有兩個基本假設：第一，互聯網最初是由具有共同愛好的技術專家設計開發的，他們之間相互信任;第二，互聯網是由科研團體或政府研究機構管理下的非商用網絡。這兩個基本假設滲透到了互聯網初期設計的方方面面。
但隨著互聯網應用的不斷發展，尤其是應用目的從教育科研的“公益”轉向盈利為目的的“商業”，用戶群體從“自律”的科研人員轉向普通大眾，IPv6所繼承的IPv4時代的下一代互聯網的體系架構，已經面臨了很大挑戰。
2.2從方法學看
哲學方法學告訴我們，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的互聯網堅持開放性，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，自下而上的技術發展思路需要有兩個基本條件：
(1)需要在統一的核心理念的指引下進行，沒有“核心“很容易出現混亂甚至矛盾，利益沖突不斷將很容易致新技術夭折。
(2)新技術必須具有強大的“破壞性創新”力量，能夠創造出新的市場空間，并且逐步替代已有的技術。但問題是，IPv6堅持了IPv4時代“端到端透明”的互聯網核心設計理念，在國際化、商業競爭和越來越多的用途下，已經千瘡百孔了，但可惜IPv6沒有將這一思想“與時俱進”，而是頑固堅持。其次，發展IPv4時數據通信的市場還非常小，并且IPv4與其面臨的競爭性技術X.25差異非常大，IPv4的競爭優勢突出體現在無連接帶來的超低成本，以及與底層技術和應用無關帶來的底層技術和應用的多樣性!而IPv6發展時首先面臨的是來自傳統IPv4技術，尤其是既得利益者的挑戰!
2.3從經濟看
任何技術要在市場上取得成功，都必須符合經濟學的一般規律。如果設計新技術時沒有創造出足夠的、內在的“經濟驅動力”，那么它的推廣應用就會變得異常困難甚至失敗。從經濟的角度看IPv6，目前能夠看到的幾乎都是一些經濟學者，從內部(IPv6)向外(經濟)看，闡述IPv6可能帶來的外在經濟效益。這些經濟學者由于普遍缺乏足夠的IPv6技術背景，也就沒有辦法從經濟學的一些基本規律來看IPv6技術是否符合經濟學的一般性規律。而設計IPv6時互聯網還沒有商用，設計它的科學家和工程師，主要是從大學、科研機構的實驗室來的，缺乏足夠的經濟學常識，使得IPv6沿用了諸多IPv4時代“計劃經濟”的設計、推廣和應用特點，使得其在完全競爭的互聯網市場中，經濟驅動力不足。比如，IPv6過渡方案，幾乎沒有考慮到經濟學上的“外部性”問題。
3.未來互聯網的技術路線
3.1數據為中心的聯網
現在的TCP/IP技術是以主機為中心的，是把位于不同通信介質之上全球范圍內的主機連接起來，實現彼此之間的信息傳遞。隨著互聯網日益成功，互聯網上積累了大量的數據需要存儲、處理和傳遞，因此聯網的重點，也需要開始從如何把主機高效的連接起來，發展到了用戶如何高效的獲取數據。比如，內容如何發現，叫什么名字和如何展現給用戶等，這些都是IP無法實現的，都需要借助高層技術(如URI，HTTP和XML)以及之上的應用(搜索引擎，P2P等)來實現。互聯網的這種內容傳遞與內容處理分層(分離)的模型，導致內容存儲的位置與內容本身、內容的組織(發現)方式和內容傳遞方式，沒有直接聯系，內容重復和傳遞效率低下甚至找不到內容的問題經常出現。
隨著互聯網內容重要性的日益突出，以內容為中心的聯網(即如何將內容傳遞與內容的組織和存儲有效結合起來)，開始成為未來互聯網研究的重要分支。面向內容的聯網讓用戶將注意力集中在需要的內容而不是位置上，因此直接對所請求的數據和內容進行命名和編址，不關心所請求的內容具體在哪個主機上，也就不必根據主機的位置進行尋址和路由，從而可以提高內容組織、存儲和傳遞的效率。
云計算、數據中心、WEB語義網絡、內容分發網絡(ContentDeliveryNetwork)、名字數據網(NDN，NamedDataNetwork)、DONA(Data-OrientedNetworkArchitecture)項目等應用研究的興起，都是這一未來互聯網聯網思路的最好佐證。
3.2重疊網模型
如何向下一代互聯網(包括下一代IP技術)演進，出現了兩種技術路線：“改良型”和“革命型”。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。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。未來互聯網既不會是“改良式”的，因為對現有互聯網技術直接進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，因為對互聯網進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，應當尋求一個介于零星修補和徹底革新之間的折衷方案，即做系統性的、大范圍的、整體性的修補，也就是“重疊網(Overlay)”模型。
該方法設計了路由器網絡，覆蓋在各種需要互聯的異構網絡之上，因此其本身是一種重疊網(OverlayNetwork)。在現有互聯網體系架構的基礎上，可以仍然遵循重疊網的思想，在互聯網承載層之上、應用層之下增加一個墊層，系統性地在這個墊層中實現承載層中個性化和應用層中共性化的功能，在尊重互聯網現實存量的基礎上讓互聯網更加健康地持續發展。目前的NDN，CDN等，都是采用的這一思想路線。重疊網模型主張的是與現有的主流技術兼容和共存，IPv6的一個重要經驗教訓是試圖去替代IPv4，而不是試圖和IPv4兼容和共存!
3.3通信與存儲融合
ISO/OSI是通信網絡的經典模型，有兩個重要特點。一是嚴格分層的，二是存儲位于網絡之外。可以認為，TCP/IP，X.25和ATM等都是七層模型的一種經典實現。而防火墻、深度包檢測(DPI)、負載均衡、重鏡像等技術，就是一類很難歸類到ISO/OSI模型的技術，因此ISO/OSI模型只能停留在教科書上。
隨著對等網絡(P2P)，內容分發網絡(CDN)，存儲網絡、云計算和數據中心等的發展，存儲技術(包括緩沖)不再與通信分離，而是被引入到了網絡的中間、邊緣或終端上，成為了信息通信過程中的重要組成部分。未來互聯網中，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用實驗階段。未來互聯網呼喚引入了存儲能力的、統一的信息通信網路新模型。
3.4以終端為中心
現在的互聯網開始設計于42年前(1969年的阿帕網)，成型于30年前(TCP/IP的應用)。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”，因此網絡的設計必須尊重現實，是一個“以計算機為核心”設計網絡的時代，把計算機終端連接起來是互聯網的核心任務。而進入2008年前后，TCP/IP技術已經日益成熟，網絡技術不僅穩定而且產業和用戶規模也已經非常龐大，網絡開始“店大欺主”，網絡技術以不變應萬變，終端需要發生變化適配網絡和用戶的要求。用戶側從PC變化為上網本、智能手機、平板電腦、TV甚至“早產”的物聯網，服務側從服務器發展變化為云計算。未來互聯網的設計，終端的劇烈變化成為必須考慮的一個關鍵因素。此外，目前的互聯網終端應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、版權保護、改善體驗等目的，C/S模型的未來互聯網應用有可能會卷土重來。
4.結束語
對于未來互聯網的研究，雖然已經取得了一些局部性的重大突破，但還基本停留在體系架構和關鍵技術等“微觀”層面，沒有從更基礎的能耗、新材料和摩爾定律的影響開始。
如果把互聯網本身看成一個龐大的生態系統，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網技術路線，是從技術和應用本身的發展變化看的，沒有考慮外界環境可能的重大變化，會對未來互聯網帶來何種影響。維持互聯網這樣一個復雜生態系統的正常運轉，主要需要電力資源和計算資源兩種外部的“資源”。
當前廉價的電力資源和取之不竭的計算資源，是支撐互聯網向“未來”發展演進，其實也是不斷“復雜化”的重要前提。有數據顯示，2010年美國互聯網數據中心和服務器的耗電量已經占總發電量的2.9%，而摩爾定律也快失效了，這都會對未來互聯網技術發展的路線方向，產生重大影響。
簡單的就是好的，“革命性”的未來互聯網技術一定是簡單的。
【編輯推薦】
