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吴建平:IPv6规模部署推动下一代互联网体系结构创新发展

来源:

中国教育网

  “下一代互联网体系结构的创新发展面临很多挑战。如果不掌握网络空间的核心技术,网络空间的创新发展将困难重重。”中国工程院院士、中国互联网协会副理事长吴建平在2021(第二十届)中国互联网大会开幕论坛的主旨报告中如此表示。他指出,需要加大力度参与互联网问题的解决和国际标准的制定,随着时间的推移,互联网技术的话语权才会越来越大。

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吴建平 中国工程院院士、中国互联网协会副理事长

  发生在2003年的两件互联网大事

  吴建平表示,互联网和和网络空间正在支撑着人类社会的快速发展。互联网经过50多年发展,已经成为人类社会的重要基础设施和国家的重要战略资源,正在发展成为继陆、海、空和太空之后的人类第五疆域——网络空间。

  他回忆了2003年中国互联网的两件大事。这两件事分别成为我国互联网发展和IPv6发展的关键“节点”。

  一个是抗击“非典”。2003年非典(SARS)爆发期间,教育部在清华大学举行高校防治非典科技攻关视频汇报会,互联网技术支撑下的视频会议系统让异地相隔的通讯交流成为现实。而当时,利用互联网“抗疫”的历程才刚刚开始。

  到了2020年,新冠疫情突发,与抗击非典相比,人们的隔离和交流方式都发生了翻天覆地的变化,互联网强力支撑着“疫情防控”,不仅使隔离的人们通过语音、视频等各种形式方便地交流,而且在物资保障、资源调配等方面发挥了巨大的能量,对复工复产、常态化疫情防控提供了强有力的支撑。相隔17年的疫情防控让我们看到,互联网在支撑经济社会进步中发挥的作用越来越大。

  2003年的另一件互联网大事是:在57位院士建议下,我国启动了中国下一代互联网示范工程CNGI,开启了中国部署IPv6下一代互联网发展的新阶段。中国下一代互联网示范工程CNGI在2008年完成第一期目标,并且开始试商用。建成了全球最大的纯IPv6示范网络;此外,攻克了一批关键技术,开发了一批重大应用。CNGI工程在2008年北京奥运会期间引起了不少国际友人的关注,认为中国的IPv6发展走在了世界前列。

  吴建平介绍,实际上,我国对IPv6的推进一直在持续。2017年11月,中办、国办印发《推进互联网协议第六版(IPv6)规模部署行动计划》(简称“行动计划”),各地区、各部门扎实推动IPv6规模部署,取得明显成效,使得我国的IPv6推进工作能够接续此前的进步,有了今天的发展。

  2021年6月,深入推进IPv6规模部署和应用贯彻落实会议在北京召开。贯彻落实中央有关会议精神,进一步强化统筹协调,部署“十四五”期间的IPv6规模应用工作,推进2021年重点工作。会议指出,IPv6规模部署和应用,是互联网升级演进的必然趋势,是网络技术创新的重要方向,是网络强国建设的基础支撑。

  互联网体系结构是互联网的关键核心技术

  为什么我国如此重视IPv6的发展?这要从网络空间技术体系的核心说起。

  吴建平表示,互联网是网络空间技术体系的重要基础设施,是各种通讯技术和应用基础技术之间的“平台”。

  计算机是网络空间的最基本的计算细胞,各种计算终端、服务器和超级计算机通过互联网连在一起,支撑了云计算、物联网、智慧城市、大数据、人工智能、区块链等一系列应用基础技术。

  在互联网的支撑下,使用这些各种各样的应用基础技术,我们才能构建军事、金融、能源、工业等各种不同行业领域的互联网,以及各种各样的具体的应用系统。

  由此可见,互联网在网络空间技术体系中的作用如此重要。那么,互联网的关键核心技术是什么?

  吴建平指出,在整个网络空间技术体系中,CPU(计算机处理器)和OS(操作系统)软件是网络空间技术体系的核心,多年来已经得到共识。而除了CPU和OS,互联网体系机构同样发挥着非常重要的作用,是网络空间技术体系的另一个关键核心技术。

  互联网的体系结构旨在研究互联网各部分功能组成及其相互关系。其中,网络层对下使用各种通信手段,对上支持各种应用,承上启下,保证全网通达,是体系结构的核心。网络层包含三个基本要素:传送格式、转发方式及路由控制。

  第一,传送格式由IPv4向IPv6演进。IPv6格式定义了下一代互联网。

  第二,无连接分组交换的转发方式保证了互联网的高效传输。在互联网的发展历史上,无连接分组交换技术在与其他计算机网络技术的竞争中异军突起,最终取胜,和传统电信的通信理念有很大不同。

  第三,在传送格式和转发方式相对稳定的情况下,路由控制必须不断满足通信和应用发展的需求以达到全网最优,是互联网体系结构研究的难点。路由控制是一个复杂多变量的求解,由于路由控制变化太多,互联网的规模又太大,因此在全球联通的情况下,路由控制实际上受到了很多限制,许多应用或通讯需求不能完全得到满足,而是要考虑各种需求的平衡点,这也是为什么互联网是一个“尽力而为”的网络。

  吴建平指出,发展IPv6,是因为早期IPv4的设计已经不能够满足今天互联网的发展。

  20世纪90年代初,在互联网发展到一定规模时,工程师们意识到,IPv4具有的40亿地址是不够用的。新的地址空间协议IPv6经过不断研究,于1996年形成了首个IETF标准RFC(Request For Comments)。

  IPv6拥有2128个地址,相当于地球上每一平方米可以获得1026个地址,能满足“地球上每一粒尘埃都分配到一个IP地址”,因此从数量上来说,IPv6的地址容量完全能够满足需求。

  中国推进IPv6下一代互联网规模部署

  2016年11月,IETF(The Internet Engineering Task Force,互联网工程任务组)最高领导层IAB(Internet Architecture Board,互联网体系结构委员会)发表了关于IPv6发展的重要声明。

  声明表示,希望IETF能够在新RFC标准中,停止要求新设备和新的扩展协议兼容IPv4,未来的新协议全部在IPv6基础上进行优化。

  这是互联网发展过程中一个非常重要的里程碑,表明IPv6成为互联网技术无可争议的发展趋势和方向。在此影响下,各国互联网纷纷进行向IPv6的过渡。

  吴建平指出,我国在2017年11月发布的推进IPv6规模部署行动计划,清楚地说明了推进IPv6发展的重要意义:一是互联网演进升级的必然趋势;二是技术产业创新发展的重大契机;三是网络安全能力强化的迫切需要。

  行动计划的总体目标是:用5到10年时间,形成下一代互联网自主技术体系和产业生态,建成全球最大规模的IPv6商业应用网络,实现下一代互联网在经济社会各领域深度融合应用,成为全球下一代互联网发展的重要主导力量。此外,行动计划还特别强调了要强化网络安全保障,维护国家网络安全;突破关键前沿技术,构建自主技术产业生态。

  吴建平院士对行动计划发布后的三年内,我国IPv6部署情况进行了介绍。

  经过三年的发展,固定带宽的接入网络已分配IPv6地址的用户数、移动通信网络已分配IPv6地址的用户数基本呈逐渐上升的趋势;城域网的IPv6流量流入流量的占比、移动通信网络IPv6流入流量占比在不断地增加;国际出入口IPv6流入及流出带宽使用率也有了大幅增长。

  在IPv6的基础资源方面,今年4月,我国获得亚太互联网信息中心APNIC分配的大量IPv6地址,使我国IPv6地址总数跃居全球第一。

  在云端IPv6就绪度方面,三大基础电信企业已经完成全部数据中心(IDC)的IPv6改造。其他数据中心运营企业、内容分发网络(CDN)及云服务产品和平台的云端IPv6就绪度也大幅提高。

  同时,互联网IPv6就绪度也呈现非常快的上升局面。三大运营商已完成LTE 网络和城域网IPv6改造;13个主干网直联点已经全部实现了IPv6互联互通,中国电信、中国移动、中国联通、中国广电、教育网和科技网累计开通IPv6网间互联带宽6.39Tbps;三大运营商已开通IPv6国际出入口宽带90Gbps。

  互联网体系结构具有强大生命力

  互联网从IPv4过渡到IPv6,在这个过程中,用户基本是“无感知”状态,这和互联网体系结构创新发展的强大的生命力有关。TCP/IP协议的发明者,“互联网之父”温顿·瑟夫(Vint Cerf)曾表示,互联网之所以长盛不衰,和互联网设计之初所明确的基本理念是有密切关系的:

  第一,不是为任何特殊应用而设计的网络,只传递数据包;

  第二,可以运行在任何通信技术之上;

  第三,允许在网络边缘创新,不为增加任何新的应用和服务而改变网络;

  第四,必须足够可扩展;

  第五,为新协议、新技术和新应用开放。

  除了设计理念,互联网的相关组织也很特别。IETF(The Internet Engineering Task Force,互联网工程任务组)是互联网核心技术开发和标准组织。和其他国际性多边治理的组织不同,IETF的参与主体是工程师个人,不代表其所在国家和企业,其使命是保证互联网平稳发展。

  吴建平指出,IETF的最高领导层为IAB(Internet Architecture Board),即互联网体系结构委员会,更证明了互联网体系结构是互联网的关键核心技术。

  IETF有近100个活跃的专门工作组,主要技术领域包括应用和实时领域、通用领域、互联网领域、运行和管理领域、路由领域、安全领域、传送领域等。

  此外,互联网的所有的技术变成标准后,需要放弃专利权。今天的互联网不应该为任何技术标准的使用权和专利权让用户付费。这也是互联网在文化和技术方面的与众不同之处。

  坚持下一代互联网体系结构创新发展

  下一代互联网体系结构的创新发展面临很多挑战。如果不掌握网络空间的核心技术,网络空间的创新发展将困难重重。

  吴建平指出,计算机体系结构在经过多年的发展,已经形成了多种独立的生态。比如CPU芯片(Intel、ARM、新Mac芯片)、操作系统(Windows、Andriod、iOS)都有不同的生态独立存在。其发展趋势是在RISC(精简指令集)的技术基础之上不断演进,需要解决的问题是在生态多样情况下的“集成创新”。

  而与计算机体系结构不同,互联网体系结构却不允许有不同的生态存在,互联网是互联开放的统一生态,如果有不同的生态存在,就违背了互联网的目标,一定会带来互联互通的诸多障碍,无法像今天这样畅通。

  他指出,互联网体系结构的发展趋势是从IPv4到IPv6。在统一的生态下如何创新,既有可信度、又能造福于人类的社会和经济发展,是互联网体系结构发展的命题和挑战。这需要人们对这个统一的生态“贡献创新”。

  吴建平提到,比较遗憾的是,在IETF已完成的9000项RFC标准中,由中国科技人员牵头的标准目前只有100多个。这说明,在整个互联网体系结构和互联网关键技术领域,中国的发言权、话语权还远远不够,在关键核心技术上受制于人,尚未掌握互联网的“命门”。

  他表示,要破解关键核心技术“卡脖子”的难题,需要加大力度参与互联网问题的解决和国际标准的制定,随着时间的推移,互联网技术的话语权才会越来越大。只有参与才可能掌握更大的话语权。

  吴建平最后讲述了两个关于互联网组织的小“插曲”。2020年8月,ISOC(Internet Society,国际互联网协会)第一时间就美国“净网”发布声明,表达深切的失望。ISOC指出,互联网是一个全球性互联的网络,体现在网络基于自发原则相互连接,没有中心权威。正是这种架构成就了互联网。美国宣布的 “净网”计划挑战了这个架构的最核心的理念。

  同样地,2020年9月,ISOC再次指出,美国政府对TikTok和微信的禁令是对互联网的直接攻击。这种极端行为从根本上破坏了互联网的基础,对互联网的开放性和可访问性原则以及去中心化的管理方式产生了威胁。

  他表示,从这里可以看出,IETF和ISOC等互联网国际组织,一直以来保持着互联网的“初心”,坚持开放互联,反对零和博弈,和我国关于互联网发展的理念“构建网络空间命运共同体”有着相通之处。因此,我们要更有信心在互联网的发展中做出贡献,推动下一代互联网体系结构的创新发展,从而推动互联网的创新发展。

  *本文根据中国工程院院士、中国互联网协会副理事长吴建平在2021中国互联网大会开幕论坛上的主旨报告整理,未经本人审阅。

  整理:项阳


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