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“改良型”还是“革命型”?——下一代互联网发展路线探析
互联网自1969年诞生以来,已经走过了40年辉煌的发展历程。从最初的电子邮件、文件传输等基本数据通信服务,发展到今日的VoIP、即时通信、博客和视频流媒体等应用;从有线方式和拨号、窄带网络,发展到无线和宽带;从人与机通信(如浏览)和人人通信(如VoIP),发展到支持物与物的通信。那么,随着互联网的不断发展,它在商用化的过程中面临着哪些挑战?在演进过程中又会出现哪些路线?
  理想化的初衷:“端到端透明性”
  虽然互联网技术、应用和商业模式发生翻天覆地的变化,但其在发展历程中一直秉承着“人人参与”的基本理念,即人人都能够参与互联网的发展和创新。与传统电话和广播电视等信息网络的用户只能被动接受服务商提供的特定服务不同,互联网的每个用户既可以是信息服务的消费者,也可以是信息服务的提供者。
  为了实现“人人参与”的理念,互联网采用了“端到端透明性”的核心设计原则,即用户可以利用计算机、手机等终端的智能性产生各种信息,网络只是简单地传递信息而不做任何记忆与控制。这种俗称为“智能终端+傻网络”的体系架构有效简化了网络的功能,把信息处理和控制的复杂性最大限度地交给终端节点(包括服务器和用户),使用户拥有了更大的自主性和更广阔的创新空间,从根本上提供了人人参与互联网发展和创新的机会。
  “端到端透明性”具有很多优点,为后来互联网从实验室走向社会、商用化的蓬勃发展起到了决定性作用。但这种设计有两个基本假设:第一,互联网最初是由具有共同爱好的技术专家设计开发的,他们之间相互信任;第二,互联网是由科研团体或政府研究机构管理下的非商用网络。这两个假设渗透到互联网初期的设计中,尤其是用户之间的相互信任机制。互联网在由教育科研的应用环境向社会化应用场景的发展过程中,出现了很多与体系架构密切相关的问题,使得原来理想化的“端到端透明性”的互联网核心设计思想遇到了极大挑战。
  商用化的挑战:智能的“云”简单的“端”
  商用化时代互联网体系架构遇到的第一个严峻挑是商业模型问题,这直接导致互联网“端到端透明性”遭到严重破坏。上世纪90年代互联网服务提供商(ISP)的出现,标志着互联网商用化的开始。但互联网的开放接口只是IP包转发服务,而不是高层业务和应用的接口,因此ISP只能提供所谓的“比特管道”业务,很难提供可盈利的高层业务和应用。因此最近几年导致大量ISP的倒闭、破产和兼并,没有一个纯粹意义上的ISP能够活下来,因为只提供单一的“比特管道”服务是无法生存的。于是,一些ISP开始想办法利用自己的“比特管道”提供一些增值服务,把他们的IP网络圈起来,增加一些边界节点,即所谓的“围墙花园”模式,但这些边界节点的应用明显违反了互联网“端到端透明性”的理念。典型的“中间体”包括缓存、防火墙和网络地址翻译等设备类型。
  第二个挑战则是用户群的变化。首先,互联网最初是由具有共同爱好且彼此信任的技术专家设计开发的,只是为了在一个关系密切的“小城镇”内多台电脑之间的相互通信而设计,因此互联网的用户彼此之间相互信任是其非常重要的一个设计假设。如今随着互联网规模和用户数量的日益增加,互联网已经演变成在一个开放社区中任何人相互之间的通信方式,这个社区从地域上说是全球化的,不存在什么管制规则,用户彼此之间不再相互信任。其次,用户之间的利益也不再是相互一致的,假设用户相互信任的互联网“端到端透明性”设计原则方便了安全攻击、病毒和其他有害信息的传播。最后,用户希望互联网终端像电话终端那么“傻”和容易使用,导致智能性被迫从终端向网络中迁移。
  第三个挑战来自于计算模式的变化。随着互联网内容商的发展壮大,互联网正在从“以网络为中心”向以“数据为中心”变迁,智能既不在网络中,也不是平等分布在终端中,而是在网络边缘的服务器中,形成了智能的“云”和简单的“端”(如浏览器)。云计算的这种非对称式架构一旦成为主流,会对互联网采用的平等式端到端透明架构带来新的挑战。
  未来的选择:“改良型”或是“革命型”
  互联网在场景应用向社会化应用的转变过程中,现有体系架构的弊端日渐凸现,导致网络在地址空间、路由扩展性、安全性、服务质量(QoS)、移动性以及管理等方面暴露了大量问题。随着移动互联网、物联网、云计算以及星际互联等应用的发展,将对现有互联网提出更高的要求,对现有体系架构带来更大的挑战。向未来互联网的演进,已经成为业界的共识。但对于如何向下一代互联网演进,目前出现了两种技术路线:“改良型”和“革命型”,核心区别在于是否沿用现有互联网“端到端透明”的体系结构。
  “改良型”演进的技术路线主张在现有互联网网络体系下进行修补,对网络设备或拓扑进行改造,使其适应新的发展需求。比如,针对地址扩展性问题目前有两种改良的思路,一是延长地址长度到128比特的IPv6技术,二是提高IPv4地址利用率的技术,如可变长子网掩码、动态地址和私有地址等。下一代互联网的IPv6技术沿用了IPv4时代的互联网体系架构,因此仍然是一种改良型的互联网技术——第6版本的IP协议。IPv4采用32位地址长度,只有大约43亿个地址,相比之下IPv6定义的地址空间为128位,可以解决地址短缺问题。除此之外,IPv6在路由器处理能力、QoS支持、安全性支持、即插即用的自动配置能力、便捷的移动IP支持等方面也具有一定的技术优势。虽然IPv6在全世界得到了一定的重视和支持,但在商用化过程中还存在着诸多问题,在全球范围内的进展非常缓慢。归结起来的主要原因,一是IPv6不能与IPv4后向兼容,导致在互联网存量市场上现有的IPv4应用很难直接平滑迁移到IPv6上;二是IPv6没有杀手级应用,导致在互联网增量市场上IPv6的竞争力不强。
  “革命型”的技术路线主张抛弃现有互联网网络体系,建立全新的网络架构,从根本上解决原有体系结构存在的问题。近年来,互联网发达国家以及国际标准组织都加强了对未来网络体系结构的研究,主要包括美国的Planet-Lab、GENI、FIND和FARA,欧盟FP7的4WARD,日本的AKAR-I,ITU的FutureNetwork等计划。这些“革命型”路线目前的主要研究工作包括设计新的编址、路由、安全和业务适配等模块。“革命型”解决方案基本还都处于研究和试验状态,且标准化水平较低。
  “改良型”与“革命型”技术路线的主要区别在于是否沿用现有互联网的体系结构,二者是对立统一的。“改良型”路线的支持者认为,对一个存量巨大的互联网进行颠覆性改造,重新建设新网络、应用和内容,甚至培养用户新的使用习惯,无论是时间成本还是经济成本都是巨大的。而“革命型”路线的支持者认为,采用渐进修补策略,如使用网络地址翻译、多协议标记交换、IPv4和IPv6互通等技术,会使原本简洁的网络结构变得日益复杂(目前仅IETF发布的互联网标准已近6000个)。另外,有些“补丁”的实施又相互牵制,使得增加新的修补措施变得越来越困难。
  ----摘自中国信息产业网
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