第5章 互联网发展历史和现状(2)
1.2 互联网发展的成功经验和面临的挑战
1.2.1 互联网发展的成功经验
互联网发展的成功经验主要表现在以下几方面。
1.政府战略和资助模式
互联网的第一个成功经验首先表现在美国政府的长远战略和来自联邦政府与企业的多种资助模式，美国政府对于计算机网络研究持续不断的资助，确保了科学研究的连续性；美国企业的风险投入使科学研究的成果能被及时地实用化和产品化；美国政府在一系列关键时刻的果断决策，引导互联网一步步向研究的深度和应用的广度发展。
1）有远见的、持续不断的政府支持
互联网的发源地在美国，互联网的发展始终得到美国政府的支持。在美国国防部DoD的支持下，1969年建成试验性网络ARPAnet，产生了后来互联网的核心技术：分组交换和TCP/IP协议簇。其后，美国科学基金委NSF支持网络互联技术研究，于1986年建成基于分组交换和TCP/IP体系结构的学术性网络NSFNET。1995年4月，互联网实现商业化，NSF支持建立高速学术网络vBNS。1996年10月，美国政府启动下一代互联网NGI计划，vBNS成为NGI的重要基础设施。
2）抓住机遇，果断决策
回顾互联网的发展历程，可以发现，每一个阶段都有美国政府的积极引导和果断决策，ARPAnet的建设和研制、TCP/IP协议的提出、NSFNET主干网的建成，乃至互联网的商业化，都是这种果断决策的体现。
3）企业参与和风险投入
在互联网的发展过程中，著名的通信公司和计算机公司积极支持创新技术研究和科研成果的市场转化。NSFNET得到了MCI与IBM的支持，vBNS得到了MCI的继续支持，美国大学联盟Internet2计划的高速试验网络Abilene得到了Qwest和Cisco的支持。
2.研究模式
在研究模式上，国际互联网界秉承了联合协作的开放式研究，并以建设教育与科研示范网络为研究网络新技术和验证新产品新技术的试验床。
1）联合协作的开放式研究
在互联网的发展过程中，充满活力的创业家和志愿者形成的国际性组织推动了互联网技术的不断更新和发展。这种由志愿者参加的机构最早成立于1979年，负责互联网的技术管理和发展战略制定。1986年成立的互联网工程任务组IETF是互联网的权威性技术组织，采用用户提交和评价标准草案的工作模式，通过永久性技术文档RFC，推出了很多互联网的技术标准和协议，并确立了互联网的体系结构。
2）以教育和科研示范网络为起点
计算机互联网技术具有实验物理学的研究特点，在技术成熟之前需要建立大规模的试验性网络。在互联网的发展过程中，ARPAnet、NSFNET、vBNS和Abilene等网络都以教育和科研示范网络为起点。
3.技术模式
1）简单实用的技术路线
互联网从一开始就采用简单实用的TCP/IP技术路线，特别是IP协议，体现了简洁、高效和“尽力而为”的设计思想，使技术易于工业实现，使IP技术具有持久的生命力。
2）鼓励创新，允许失败
科学发现和科学研究成果往往都是在经历了一系列的失败之后取得的，因此，鼓励创新和允许失败就显得非常重要，美国政府和企业界在网络技术研究的资助上很好地遵循了这样的原则，使得一系列创新技术得以及时诞生。
3）重视基础研究
“互联网之父”Vint Cerf在总结互联网的成功经验时，特别提到持续不断的基础研究对互联网成功的巨大作用。基础研究往往不是短时间内能够看到结果或效益的，但一经取得突破，其作用是非常巨大的。正是物理学和光学方面的长期研究，才有了今日的光通信技术的革命和Gigabit/Terabit传输技术的诞生。
1.2.2 互联网发展面临的挑战
1.互联网面临的技术挑战
随着互联网的日益普及，异构环境、普适计算、泛在连网、移动接入和海量流媒体等新应用不断涌现，人们对互联网的规模、功能和性能等方面的需求越来越高。目前互联网在“扩展性、高性能、实时性、移动性、安全性、易管理和经济性”等方面存在重大技术问题。其中，扩展性和安全性是目前互联网面临的首要技术挑战。
1）可扩展性
可扩展性是目前互联网技术取得成功的最重要原因之一。无连接分组交换技术不要求网络交换节点记录数据传送的轨迹，成为互联网易于扩展的基础；分层的路由寻址结构使得全球属于不同管理域的网络相互寻址变得相对简单可行。但是，由于IPv4地址规划策略的局限性，目前全球互联网路由表已经超30万条，并仍然保持快速增长的趋势。这不仅大大增加了路由计算的开销，也对互联网寻址路由技术的进一步扩展提出极大的挑战。尽管IPv6协议定义了海量的地址空间，但是如何对这些地址进行合理的规划和设计，以及如何在海量地址空间范围内实现高效的路由寻址，仍然是没有解决的技术难题。面对如此巨大的地址空间，理想的路由机制一定是可扩展的路由机制，是可以随着规模的不断扩大能够自适应的路由机制。因此，国际互联网标准化组织IETF在其68届大会上，直接提出了研究目标：“解决20年内100亿IP地址、超过1000万Multihoming地址的互联网路由的技术问题”。
2）安全性
目前的互联网中存在着种种安全问题。例如，网络恶意攻击不断；网络病毒泛滥；路由系统无法验证数据包的来源是否可信；追查网络肇事者异常困难；用户担心网络敏感信息或个人隐私泄露；关键应用系统的开发者和所有者担心受到网络的攻击，影响应用系统的可用性。互联网出现的这些安全问题严重影响了越来越依靠互联网运行的国家经济、社会和军事系统的安全，使人们对互联网的可信任性产生怀疑。目前的互联网安全技术相对独立，系统性不强，基本处于被动应对状态。从互联网体系结构上找出其安全问题的根源，确保互联网地址及其位置的真实可信，增强网络应用实体的真实可信，从下一代互联网体系结构上系统地解决互联网安全问题，是下一代互联网研究的重要技术挑战。
3）高性能
随着流媒体数据在互联网流量中占有的比例不断增加，基于分组交换、点到点传送和闭环拥塞控制的互联网体系表现出越来越多的不适应性，越来越多的数据传送只能依靠层叠网技术实现。由于不能感知和利用网络状态信息，无法利用路由器的数据复制和分发功能，P2P等层叠网技术在实现海量信息传送的同时，降低了互联网本身的传送效率。随着千兆位/万兆位以太网技术、密集波分复用DWDM光通信技术的发展，下一代互联网主干网和接入网的超高速传输似乎大有发展潜力。但是，应该与此相匹配的超高速分组处理技术和超高速路由寻址技术受到目前微电子技术发展的限制，不是集成度不够就是电功耗太大。要想突破这种限制，必须设计出新的超高速分组处理算法和大规模高效路由寻址体系结构。此外，还要解决全网范围的高性能端到端传送所面临的一系列技术挑战。
4）实时性
贝尔试验的研究预测表明：2010年，互联网骨干业务流量的80%以上是敏感延时的流媒体业务。如何在非连接IP网络“尽力而为”的业务模式下，为未来占统治地位的实时交互式流媒体业务提供良好支持将是下一代互联网研究面临的重要技术挑战之一。另外，对于其他大量非视频的实时性应用，如实时工业控制、自动指挥、测量监视等，互联网技术同样远远不能满足它们的实时性要求。如何提供与互联网“尽力而为”设计理念完全不同的实时性处理能力、如何支持更多的实时性应用需求，成为互联网面临的重大技术挑战之一。
5）移动性
目前发展最为迅速的手机无线移动通信主要采用电路交换蜂窝移动通信技术，如GSM和CDMA。它们以低速语音无线移动通信为主要业务，与互联网完全属于两种不同的技术体制。尽管人们现在也能通过手机系统访问互联网，但是因为受到语音通道容量的限制，一般速度较慢，无法满足互联网高速应用的访问需求。近年来，互联网的无线接入技术发展迅速，如WiFi，除了笔记本计算机可以方便地移动接入互联网外，各种无线移动终端也层出不穷，正在使互联网越来越具移动性。人们希望的下一代互联网实际上也是一个移动的互联网、一个无处不在的互联网。如何基于现有的互联网技术体制，采用先进的互联网的无线接入技术，借鉴目前无线移动通信技术的成功经验，构造出真正的移动互联网，是下一代互联网面临的重大技术挑战之一。
6）可管理性
互联网之所以管理困难、安全问题严重，是因为互联网端到端的特性决定了网上的用户个人和端系统、每个网络和运营商都是独立的、自治的。用户的通信范围不局限在接入点所在的网络，但是对跨管理域的通信行为，目前在测量和控制方面缺乏基本支持。而且互联网上独立、自治的实体之间存在着合作、竞争和对抗关系，对网络管理和安全的目标有时很难达成一致；有限的网络资源在无序的竞争或对抗中，很难达到最佳的利用效果，甚至被大量滥用或恶意破坏。如何在由自治用户、自治网络构成的复杂系统中实现有效的网络管理，使得各种网络功能可知、可控和可管，是互联网研究的又一个重大技术挑战。
2.互联网应用对网络技术和法律提出的挑战
今天的互联网及其相关技术已经广泛地应用到许多领域，然而也有许多新的活动得不到当前互联网的支持，而且这些活动往往关乎政府、研究机构和商业及社会服务业的关键任务。
同时互联网应用的进一步发展也带来了管理和社会方面的挑战。例如，远程医疗和远程手术应用，涉及大量用于采集和监视病人病情的远程传感器的使用，涉及大量分布式医疗记录（包括高清晰度的三维医学图像）和专家知识（库）的访问。
其他应用，如电子政务、电子商务、国家危机处理系统、未来的数字化战场及协同工作等，也都对网络技术本身和社会管理制度等方面提出了很高的要求。
3.互联网管理与运营面临的挑战
1）互联网的管理和运行越来越复杂
互联网在网络规模和服务范围的快速增大使得现有的网络管理和控制能力越来越捉襟见肘。目前的互联网在路由器的配置及其他管理活动方面更多地依赖于网络管理人员的手工操作。随着网络规模的增长、网络复杂度的提高，这种手工操作的方法已变得越来越不可行，一方面，工作强度非常大；另一方面，手工操作出错的可能性越来越高。1997年7月17日清晨，负责域名注册服务的Network Solutions公司的人为错误导致其DNS系统的.com和.net域名部分崩溃，使得数百万个节点不能访问。因此，在网络的配置管理方面，对自动配置工具和自组织网络系统的需求是非常强烈的。
2）经济模型和赢利模式仍不明确
早期互联网的主要用途是学术交流和研究，根本未考虑网络使用的计费问题，更谈不上赢利模式或经济模型方面的研究。随着互联网的商业化，如何通过提供互联网服务谋求利益就成了互联网运营和管理者首先要面对的问题。如何计费、根据什么计费、收费和服务质量等级、如何开展新的业务类型，更进一步地，整个互联网产业链的赢利模式，乃至互联网作为新经济增长点的经济模型等，都是互联网管理和运营者要面对的问题，也是新的互联网要解决和回答的问题。
1.3 下一代互联网的出现
下一代互联网出现具有深刻的历史、技术和社会背景。
（1）随着互联网的商业化，现有的互联网已经无法成为进一步研究和开发新的互联网技术的平台。广大教育和科研工作者需要有一个全新的非商业用途的高速网络试验床，继续研究、试验和验证新的网络技术。
（2）国际互联网发展了30多年，虽然积累了许多成功经验，同时也暴露了许多不足和问题。互联网的继续发展面临一系列来自网络技术本身、大规模新型网络应用及互联网运营和管理等方面的挑战。有些初始设计的不足和问题，很难通过简单修补加以解决。
（3）美国已经从互联网在全球的发展中获得了巨大的经济利益和政治利益。为了继续保持美国在信息和网络技术领域的垄断地位，把对网络技术的研究演变成为市场竞争的有力武器，美国政府于1996年10月宣布启动“下一代互联网NGI”研究计划时明确指出，其目的是研究21世纪计算机信息网络的基本理论，构造全新概念的新一代计算机互联网络体系结构，为美国的教育和科研提供世界最先进的基础设施，从而保证美国在科学和经济领域的竞争力。美国下一代互联网的研究，迅速引起许多发达国家的关注。英、德、法、日、加等发达国家目前除了拥有政府投资建设和运行的大规模教育和科研网络以外，也都建立了研究下一代互联网及其应用技术的高速网试验床。
一场围绕下一代互联网技术研究和开发、抢占新一轮互联网技术和新经济竞争制高点和主动权的技术革命正在全球范围内拉开帷幕。
从互联网发展的历程来看，互联网是“逢山开路，遇水搭桥”一步一步走过来的，互联网的历史是一个不断创新的历史。正如互联网的创始人Vinton Cerf所说：“互联网一直面临斗争和挑战，我们一直在克服这样或那样的障碍，好像在翻山越岭一样，爬到山顶，然后落下来，再释放能量。”互联网面临地址耗尽等重大技术挑战，今后将如何发展是目前业界普遍思考和研究的一个话题。互联网的后面将是什么，谁也不能准确预测，但是可以肯定，它将迎来下一轮创新。
参考文献
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