（來源 信息服務(wù)部）
4月20-21日，第十四屆中國電子信息技術(shù)年會在合肥召開。中國工程院院士、清華大學(xué)計算機系主任吳建平教授作了"下一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢"的主題報告。
吳建平
中國工程院院士、清華大學(xué)計算機系主任
50年前，人類發(fā)明了互聯(lián)網(wǎng)，25年前，互聯(lián)網(wǎng)正式接入中國。今天，依托飛速發(fā)展的各種通訊技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)空間最重要的信息基礎(chǔ)設(shè)施，和網(wǎng)絡(luò)信息體系最基礎(chǔ)的承載平臺。
互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)是互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵核心技術(shù)，主要研究互聯(lián)網(wǎng)的各部分功能組成及其相互關(guān)系。在這個體系結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)層承上啟下，保證全網(wǎng)通達，是體系結(jié)構(gòu)的核心。
網(wǎng)絡(luò)層向下兼容當(dāng)前各種通信系統(tǒng)，包括高速光纖通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通訊系統(tǒng)，以及當(dāng)前最熱的3G、4G、5G等現(xiàn)代移動通信系統(tǒng)。各種各樣的通信系統(tǒng)，使互聯(lián)網(wǎng)自身的傳輸速度和帶寬不斷優(yōu)化和發(fā)展。另外，在網(wǎng)絡(luò)層之上，由于信息技術(shù)的創(chuàng)新，新的應(yīng)用層出不窮，從而使互聯(lián)網(wǎng)成為推動整個社會進步的重要支撐力量。
體系結(jié)構(gòu)是互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)
互聯(lián)網(wǎng)是連接計算機的網(wǎng)絡(luò)。目前在計算機技術(shù)領(lǐng)域，包括CPU的芯片技術(shù)以及軟件的操作系統(tǒng)等信息社會發(fā)展中所依賴的最基礎(chǔ)的關(guān)鍵核心技術(shù)，我們都沒能牢牢地掌握在自己手里，對其貢獻非常有限。互聯(lián)網(wǎng)誕生后，給我國的信息網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)研究提供了機會。
互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)包含三個基本要素，第一是全網(wǎng)統(tǒng)一的傳輸格式，IPv4是現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)傳輸格式的協(xié)議，IPv6定義了未來新的傳輸格式，通過IPv6的格式定義，網(wǎng)絡(luò)層過渡到了新的一代，傳輸格式是網(wǎng)絡(luò)層的最基本要素，從互聯(lián)網(wǎng)發(fā)明到今天已經(jīng)50年，傳輸格式的迭代只有IPv4和IPv6兩個階段。第二是轉(zhuǎn)換方式，在統(tǒng)一的傳輸格式基礎(chǔ)上，互聯(lián)網(wǎng)要解決如何將數(shù)據(jù)和信息從網(wǎng)絡(luò)的一個端點傳送到另一個端點的傳輸模式。對于互聯(lián)網(wǎng)的轉(zhuǎn)換方式歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)有連接、無連接兩種不同的技術(shù)路線，經(jīng)過長時間的比較競爭，互聯(lián)網(wǎng)無連接分組交換技術(shù)成為主流，它保證了互聯(lián)網(wǎng)的傳輸以最高效的方式得以實現(xiàn)。第三是路由控制，在傳輸格式和轉(zhuǎn)換方式相對穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，路由控制必須不斷地滿足不同應(yīng)用和不同通訊手段、通訊方式變化的需求，以達到全網(wǎng)最優(yōu)。
IPv4向IPv6迭代是大勢所趨
互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)明人、圖靈獎獲得者溫登?瑟夫指出，互聯(lián)網(wǎng)在設(shè)計之初，就定義了原型必須滿足五個條件：
第一，互聯(lián)網(wǎng)必須具有面向任何應(yīng)用的普適性，即互聯(lián)網(wǎng)不是為任何特殊應(yīng)用而設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)：像傳送明信片一樣，語音、視頻、IP電話……任何應(yīng)用都可以在互聯(lián)網(wǎng)上得到支撐。
第二，互聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸可以針對任何通信技術(shù)實現(xiàn)兼容，包括電子電路、微波、光纖、無線、3G/4G/5G……等。
第三，允許在網(wǎng)絡(luò)邊緣創(chuàng)新，不需要為增加任何新的應(yīng)用和服務(wù)而改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這就是窄腰結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，基本結(jié)構(gòu)保持不變，應(yīng)用可以無限擴展。
第四，可擴展?；ヂ?lián)網(wǎng)需要支持用戶規(guī)模的持續(xù)擴大，現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上連接的用戶已經(jīng)近40億，IPv4的地址空間不足，因此發(fā)展IPv6勢在必行。
第五，互聯(lián)網(wǎng)向任何新協(xié)議、新技術(shù)和新應(yīng)用開放?；ヂ?lián)網(wǎng)的兼容、開放、可擴展特征，決定了它是一個不斷演進，不斷延伸，不斷成長的網(wǎng)絡(luò)，路由控制是互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新的最主要領(lǐng)域。
隨著人工智能、萬物互聯(lián)的技術(shù)趨勢，互聯(lián)網(wǎng)上承載的應(yīng)用將會日益繁多，從IPv4向IPv6迭代已經(jīng)是大勢所趨。
推動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的國際組織是IETF（The Internet Engineering Task Force）。IETF的最高領(lǐng)導(dǎo)層為IAB (Internet Architecture Board）即互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)工作組，其使命是保證互聯(lián)網(wǎng)平穩(wěn)的發(fā)展。IAB已經(jīng)在全球確立了互聯(lián)網(wǎng)從IPv4向IPv6演進的必然趨勢。但其演進過程還會出現(xiàn)各種各樣的問題，IETF組織的主要宗旨就是發(fā)現(xiàn)問題，并且有針對性地解決問題，將其確定為國際標(biāo)準(zhǔn)。截至到2018年6月30日，IETF已完成8439項RFC（Request For Comments），其中由中國牽頭的有101項?？梢娭袊谡麄€互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域還是初學(xué)者，發(fā)言權(quán)非常有限。
IPv6是網(wǎng)絡(luò)強國的重要契機
IPv6是中國參與全球互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的重要契機。2017年，兩辦通知從國家戰(zhàn)略的層面確立了推動下一代互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模部署的行動計劃，進一步明確了發(fā)展下一代互聯(lián)網(wǎng)的必要性、主要目標(biāo)、重點任務(wù)和保障措施。為落實習(xí)總書記關(guān)于"美歐等主要國家正在加緊布局下一代互聯(lián)網(wǎng)，我們要加快實施步伐，爭取在下一輪競爭中迎頭趕上"的重要講話精神，文件確定了五項重點任務(wù)，要求"從互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)安全、關(guān)鍵前沿技術(shù)等五大領(lǐng)域深化IPv6發(fā)展。"其中特別強調(diào)了要強化網(wǎng)絡(luò)安全，維護國家信息網(wǎng)絡(luò)安全保障，突破關(guān)鍵前沿技術(shù)，構(gòu)建自主創(chuàng)新的下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)形態(tài)。
當(dāng)前，下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展仍然面臨著三個巨大的挑戰(zhàn)，包括可擴展性、安全性和實時性。每一個技術(shù)挑戰(zhàn)背后都有著很復(fù)雜的科學(xué)問題，例如可擴展性，實際上是超大空間的高效路由尋址問題；安全性，是開放性網(wǎng)絡(luò)跨域可信的訪問問題；實時性，是在資源競爭狀態(tài)下的實時傳輸控制問題。這些重大科技問題的解決，需要我們從基礎(chǔ)研究、科技攻關(guān)到大規(guī)模應(yīng)用等方面不斷深化互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的科研和創(chuàng)新。下一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)為解決互聯(lián)網(wǎng)的問題提供了新的平臺和新的途徑，需要我們?nèi)グl(fā)明、去創(chuàng)造，IPv6是未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)最重要的創(chuàng)新領(lǐng)域。只有牢牢把握住這個核心，才能將網(wǎng)絡(luò)強國的國家戰(zhàn)略落到實處。