吳建平:IPv6規模部署推動下一代互聯網體系結構創新發展

來源:中國教育網絡 時間:2021-07-19

  “下一代互聯網體系結構的創新發展面臨很多挑戰。如果不掌握網絡空間的核心技術,網絡空間的創新發展將困難重重?!敝袊こ淘涸菏?、中國互聯網協會副理事長吳建平在2021(第二十屆)中國互聯網大會開幕論壇的主旨報告中如此表示。他指出,需要加大力度參與互聯網問題的解決和國際標準的制定,隨著時間的推移,互聯網技術的話語權才會越來越大。

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中國工程院院士、中國互聯網協會副理事長 吳建平

  發生在2003年的兩件互聯網大事

  吳建平表示,互聯網和和網絡空間正在支撐著人類社會的快速發展?;ヂ摼W經過50多年發展,已經成為人類社會的重要基礎設施和國家的重要戰略資源,正在發展成為繼陸、海、空和太空之后的人類第五疆域——網絡空間。

  他回憶了2003年中國互聯網的兩件大事。這兩件事分別成為我國互聯網發展和IPv6發展的關鍵“節點”。

  一個是抗擊“非典”。2003年非典(SARS)爆發期間,教育部在清華大學舉行高校防治非典科技攻關視頻匯報會,互聯網技術支撐下的視頻會議系統讓異地相隔的通訊交流成為現實。而當時,利用互聯網“抗疫”的歷程才剛剛開始。

  到了2020年,新冠疫情突發,與抗擊非典相比,人們的隔離和交流方式都發生了翻天覆地的變化,互聯網強力支撐著“疫情防控”,不僅使隔離的人們通過語音、視頻等各種形式方便地交流,而且在物資保障、資源調配等方面發揮了巨大的能量,對復工復產、常態化疫情防控提供了強有力的支撐。相隔17年的疫情防控讓我們看到,互聯網在支撐經濟社會進步中發揮的作用越來越大。

  2003年的另一件互聯網大事是:在57位院士建議下,我國啟動了中國下一代互聯網示范工程CNGI,開啟了中國部署IPv6下一代互聯網發展的新階段。中國下一代互聯網示范工程CNGI在2008年完成第一期目標,并且開始試商用。建成了全球最大的純IPv6示范網絡;此外,攻克了一批關鍵技術,開發了一批重大應用。CNGI工程在2008年北京奧運會期間引起了不少國際友人的關注,認為中國的IPv6發展走在了世界前列。

  吳建平介紹,實際上,我國對IPv6的推進一直在持續。2017年11月,中辦、國辦印發《推進互聯網協議第六版(IPv6)規模部署行動計劃》(簡稱“行動計劃”),各地區、各部門扎實推動IPv6規模部署,取得明顯成效,使得我國的IPv6推進工作能夠接續此前的進步,有了今天的發展。

  2021年6月,深入推進IPv6規模部署和應用貫徹落實會議在北京召開。貫徹落實中央有關會議精神,進一步強化統籌協調,部署“十四五”期間的IPv6規模應用工作,推進2021年重點工作。會議指出,IPv6規模部署和應用,是互聯網升級演進的必然趨勢,是網絡技術創新的重要方向,是網絡強國建設的基礎支撐。

  互聯網體系結構是互聯網的關鍵核心技術

  為什么我國如此重視IPv6的發展?這要從網絡空間技術體系的核心說起。

  吳建平表示,互聯網是網絡空間技術體系的重要基礎設施,是各種通訊技術和應用基礎技術之間的“平臺”。

  計算機是網絡空間的最基本的計算細胞,各種計算終端、服務器和超級計算機通過互聯網連在一起,支撐了云計算、物聯網、智慧城市、大數據、人工智能、區塊鏈等一系列應用基礎技術。

  在互聯網的支撐下,使用這些各種各樣的應用基礎技術,我們才能構建軍事、金融、能源、工業等各種不同行業領域的互聯網,以及各種各樣的具體的應用系統。

  由此可見,互聯網在網絡空間技術體系中的作用如此重要。那么,互聯網的關鍵核心技術是什么?

  吳建平指出,在整個網絡空間技術體系中,CPU(計算機處理器)和OS(操作系統)軟件是網絡空間技術體系的核心,多年來已經得到共識。而除了CPU和OS,互聯網體系機構同樣發揮著非常重要的作用,是網絡空間技術體系的另一個關鍵核心技術。

  互聯網的體系結構旨在研究互聯網各部分功能組成及其相互關系。其中,網絡層對下使用各種通信手段,對上支持各種應用,承上啟下,保證全網通達,是體系結構的核心。網絡層包含三個基本要素:傳送格式、轉發方式及路由控制。

  第一,傳送格式由IPv4向IPv6演進。IPv6格式定義了下一代互聯網。

  第二,無連接分組交換的轉發方式保證了互聯網的高效傳輸。在互聯網的發展歷史上,無連接分組交換技術在與其他計算機網絡技術的競爭中異軍突起,最終取勝,和傳統電信的通信理念有很大不同。

  第三,在傳送格式和轉發方式相對穩定的情況下,路由控制必須不斷滿足通信和應用發展的需求以達到全網最優,是互聯網體系結構研究的難點。路由控制是一個復雜多變量的求解,由于路由控制變化太多,互聯網的規模又太大,因此在全球聯通的情況下,路由控制實際上受到了很多限制,許多應用或通訊需求不能完全得到滿足,而是要考慮各種需求的平衡點,這也是為什么互聯網是一個“盡力而為”的網絡。

  吳建平指出,發展IPv6,是因為早期IPv4的設計已經不能夠滿足今天互聯網的發展。

  20世紀90年代初,在互聯網發展到一定規模時,工程師們意識到,IPv4具有的40億地址是不夠用的。新的地址空間協議IPv6經過不斷研究,于1996年形成了首個IETF標準RFC(Request For Comments)。

  IPv6擁有2128個地址,相當于地球上每一平方米可以獲得1026個地址,能滿足“地球上每一粒塵埃都分配到一個IP地址”,因此從數量上來說,IPv6的地址容量完全能夠滿足需求。

  中國推進IPv6下一代互聯網規模部署

  2016年11月,IETF(The Internet Engineering Task Force,互聯網工程任務組)最高領導層IAB(Internet Architecture Board,互聯網體系結構委員會)發表了關于IPv6發展的重要聲明。

  聲明表示,希望IETF能夠在新RFC標準中,停止要求新設備和新的擴展協議兼容IPv4,未來的新協議全部在IPv6基礎上進行優化。

  這是互聯網發展過程中一個非常重要的里程碑,表明IPv6成為互聯網技術無可爭議的發展趨勢和方向。在此影響下,各國互聯網紛紛進行向IPv6的過渡。

  吳建平指出,我國在2017年11月發布的推進IPv6規模部署行動計劃,清楚地說明了推進IPv6發展的重要意義:一是互聯網演進升級的必然趨勢;二是技術產業創新發展的重大契機;三是網絡安全能力強化的迫切需要。

  行動計劃的總體目標是:用5到10年時間,形成下一代互聯網自主技術體系和產業生態,建成全球最大規模的IPv6商業應用網絡,實現下一代互聯網在經濟社會各領域深度融合應用,成為全球下一代互聯網發展的重要主導力量。此外,行動計劃還特別強調了要強化網絡安全保障,維護國家網絡安全;突破關鍵前沿技術,構建自主技術產業生態。

  吳建平院士對行動計劃發布后的三年內,我國IPv6部署情況進行了介紹。

  經過三年的發展,固定帶寬的接入網絡已分配IPv6地址的用戶數、移動通信網絡已分配IPv6地址的用戶數基本呈逐漸上升的趨勢;城域網的IPv6流量流入流量的占比、移動通信網絡IPv6流入流量占比在不斷地增加;國際出入口IPv6流入及流出帶寬使用率也有了大幅增長。

  在IPv6的基礎資源方面,今年4月,我國獲得亞太互聯網信息中心APNIC分配的大量IPv6地址,使我國IPv6地址總數躍居全球第一。

  在云端IPv6就緒度方面,三大基礎電信企業已經完成全部數據中心(IDC)的IPv6改造。其他數據中心運營企業、內容分發網絡(CDN)及云服務產品和平臺的云端IPv6就緒度也大幅提高。

  同時,互聯網IPv6就緒度也呈現非??斓纳仙置?。三大運營商已完成LTE 網絡和城域網IPv6改造;13個主干網直聯點已經全部實現了IPv6互聯互通,中國電信、中國移動、中國聯通、中國廣電、教育網和科技網累計開通IPv6網間互聯帶寬6.39Tbps;三大運營商已開通IPv6國際出入口寬帶90Gbps。

  互聯網體系結構具有強大生命力

  互聯網從IPv4過渡到IPv6,在這個過程中,用戶基本是“無感知”狀態,這和互聯網體系結構創新發展的強大的生命力有關。TCP/IP協議的發明者,“互聯網之父”溫頓·瑟夫(Vint Cerf)曾表示,互聯網之所以長盛不衰,和互聯網設計之初所明確的基本理念是有密切關系的:

  第一,不是為任何特殊應用而設計的網絡,只傳遞數據包;

  第二,可以運行在任何通信技術之上;

  第三,允許在網絡邊緣創新,不為增加任何新的應用和服務而改變網絡;

  第四,必須足夠可擴展;

  第五,為新協議、新技術和新應用開放。

  除了設計理念,互聯網的相關組織也很特別。IETF(The Internet Engineering Task Force,互聯網工程任務組)是互聯網核心技術開發和標準組織。和其他國際性多邊治理的組織不同,IETF的參與主體是工程師個人,不代表其所在國家和企業,其使命是保證互聯網平穩發展。

  吳建平指出,IETF的最高領導層為IAB(Internet Architecture Board),即互聯網體系結構委員會,更證明了互聯網體系結構是互聯網的關鍵核心技術。

  IETF有近100個活躍的專門工作組,主要技術領域包括應用和實時領域、通用領域、互聯網領域、運行和管理領域、路由領域、安全領域、傳送領域等。

  此外,互聯網的所有的技術變成標準后,需要放棄專利權。今天的互聯網不應該為任何技術標準的使用權和專利權讓用戶付費。這也是互聯網在文化和技術方面的與眾不同之處。

  堅持下一代互聯網體系結構創新發展

  下一代互聯網體系結構的創新發展面臨很多挑戰。如果不掌握網絡空間的核心技術,網絡空間的創新發展將困難重重。

  吳建平指出,計算機體系結構在經過多年的發展,已經形成了多種獨立的生態。比如CPU芯片(Intel、ARM、新Mac芯片)、操作系統(Windows、Andriod、iOS)都有不同的生態獨立存在。其發展趨勢是在RISC(精簡指令集)的技術基礎之上不斷演進,需要解決的問題是在生態多樣情況下的“集成創新”。

  而與計算機體系結構不同,互聯網體系結構卻不允許有不同的生態存在,互聯網是互聯開放的統一生態,如果有不同的生態存在,就違背了互聯網的目標,一定會帶來互聯互通的諸多障礙,無法像今天這樣暢通。

  他指出,互聯網體系結構的發展趨勢是從IPv4到IPv6。在統一的生態下如何創新,既有可信度、又能造福于人類的社會和經濟發展,是互聯網體系結構發展的命題和挑戰。這需要人們對這個統一的生態“貢獻創新”。

  吳建平提到,比較遺憾的是,在IETF已完成的9000項RFC標準中,由中國科技人員牽頭的標準目前只有100多個。這說明,在整個互聯網體系結構和互聯網關鍵技術領域,中國的發言權、話語權還遠遠不夠,在關鍵核心技術上受制于人,尚未掌握互聯網的“命門”。

  他表示,要破解關鍵核心技術“卡脖子”的難題,需要加大力度參與互聯網問題的解決和國際標準的制定,隨著時間的推移,互聯網技術的話語權才會越來越大。只有參與才可能掌握更大的話語權。

  吳建平最后講述了兩個關于互聯網組織的小“插曲”。2020年8月,ISOC(Internet Society,國際互聯網協會)第一時間就美國“凈網”發布聲明,表達深切的失望。ISOC指出,互聯網是一個全球性互聯的網絡,體現在網絡基于自發原則相互連接,沒有中心權威。正是這種架構成就了互聯網。美國宣布的 “凈網”計劃挑戰了這個架構的最核心的理念。

  同樣地,2020年9月,ISOC再次指出,美國政府對TikTok和微信的禁令是對互聯網的直接攻擊。這種極端行為從根本上破壞了互聯網的基礎,對互聯網的開放性和可訪問性原則以及去中心化的管理方式產生了威脅。

  他表示,從這里可以看出,IETF和ISOC等互聯網國際組織,一直以來保持著互聯網的“初心”,堅持開放互聯,反對零和博弈,和我國關于互聯網發展的理念“構建網絡空間命運共同體”有著相通之處。因此,我們要更有信心在互聯網的發展中做出貢獻,推動下一代互聯網體系結構的創新發展,從而推動互聯網的創新發展。

  *本文根據中國工程院院士、中國互聯網協會副理事長吳建平在2021中國互聯網大會開幕論壇上的主旨報告整理,未經本人審閱。

  整理:項陽