前言

从20世纪30年代TCP/IP正式部署以来，互联网承载的业务不断丰富，电子邮件、社交网络、在线购物、视频直播等业务给人们的生活带来了翻天覆地的改变。随着网络生产力的发展，网络技术已经跨入专用网络及边缘网络飞速发展阶段。此阶段的特点为消费互联网、工业互联网、物联网等异构网络共存，以及园区网、城域网等边缘网络共存，网络协议的主要设计目标是为千行百业的专用网络以及边缘网络，在内生安全可信、确定性性能保障、海量信息传输、大连接下的资源感知与管控、泛在移动性支持、网络主权管理等方面，提供差异化的性能保障，而这些新技术特征在根逻辑上是现有的协议体系难以支持的。因此，当前的网络协议无法满足千行百业的专用网络以及边缘网络差异化性能的需求。

基于互联网协议（IP）的发展历程及未来场景的应用需求，泛在全场景新IP体系被提出。泛在全场景新IP体系以面向有限域、灵活定义扩展及内生安全为设计理念，目标是为千行百业的应用提供差异化的网络服务，并满足内生安全可信、确定性性能保障、海量信息传输、大连接下的资源感知与管控、泛在移动性支持、网络主权管理等需求，通过网络层和传输层的协议创新使能相关网络能力。本书的主要内容是结合传统的互联网协议体系架构，针对泛在全场景新IP体系进行介绍。

本书首先从网络发展历史和重要体系协议对比两方面引出互联网协议体系发展历史概况。首先，通过时间顺序，将网络协议体系发展分为主机互联、网络互联和人—机—物互联3个阶段，同时分析了各个阶段的代表性技术及发展概况。其次，介绍了NCP、TCP/IP、ATM等设计模型的发展情况和模型间的演变历史。

第3章是在第2章网络协议发展历程上的进一步延伸，从演变的历史分析到演变的内在原理。针对TCP/IP协议栈展开，TCP/IP协议栈作为目前成功的网络协议技术必然有相应的原因，结合TCP/IP的设计原理和技术分析其设计缘由及演变方向。其次，还从目前有代表性的互联网协议角度，分别介绍了目前IP的发展方向、各个方向的发展现状和技术进展情况，以及其发展过程中面临的问题。最后介绍了目前网络协议演进的相关推动力及相关标准化组织，如国际电信联盟电信标准部（ITU-T）、欧洲电信标准组织（ETSI）、电气电子工程师学会（IEEE）、因特网工程任务组（IETF）、中国通信标准化协会（CCSA）、中国通信学会（CIC）等。

经过第2～3章对网络协议发展历史脉络的梳理和主流协议体系的介绍，我们自然而然地引出面向未来互联网协议发展的方向和可能面对的问题。由此，本书在其后的章节中提出通过泛在全场景新IP体系来解决当今互联网协议体系发展的瓶颈问题。

第4章针对目前网络发展所面临的问题和挑战进行总结，主要从需求角度、技术能力扩展和过渡演变趋势3个角度进行分析。可以发现，随着网络生产力的发展，网络技术已经跨入专用网络及边缘网络的井喷时代。新的技术需求让传统IP体系在根逻辑上面临重大挑战：用户需要网络承载更多的功能特性，但尽力而为的3层协议设计无法灵活适配和赋予网络多样化的功能。因此，当前的网络协议无法满足千行百业的专用网络以及边缘网络差异化性能的需求。这也进一步倒逼IP体系的变革，即通过推动协议体系的泛在性演进，使网络技术深度进入并统一支撑非IP、标准IP或因环境因素受限而难以通过传统IP及其补丁式改进支持的场景。

第5章对泛在全场景新IP设计进行总结梳理，包括泛在全场景新IP体系设计原则、架构与能力愿景和概览3个部分。其中，设计原则涉及维持TCP/IP分层模型和“尽力而为”转发机制的基础思想，架构与能力愿景主要结合泛在全场景新IP体系架构展开介绍。最后，进一步总结和设想泛在全场景新IP适用的场景：通过提供一套综合视角的网络协议设计及评价方法，用于牵引众多网络协议向融合统一的协议框架发展，为万网互联、万物互通破除技术体系上的障碍。

第6章着重介绍了泛在全场景新IP基础技术。泛在全场景新IP体系使用的地址具有长度可变化、地址语义多样化两项技术特点。灵活IP技术作为可变长多语义地址的领先技术，可以从技术上满足未来网络协议发展的需求及问题。基于此，灵活IP技术包括地址编址技术、报文封装技术、灵活IP寻址技术、泛在发现协议等，通过介绍灵活IP与现有协议互通技术以及灵活IP应用实例，展示灵活IP如何满足有限域差异化的特征和定制需求。

第7章基于泛在全场景新IP目前的产出情况，介绍泛在全场景新IP关键使能技术。从确定性IP技术、网络自组织协议、内生安全协议、运营级优简多播协议、新传输层协议5个方面，以技术的需求场景为切入点，结合泛在全场景新IP体系的应用场景，并分别阐述相关技术的设计框架以及相对应的技术实现原理。

第8章主要介绍泛在全场景新IP基础设施，其中重点介绍了去中心化互联网基础设施。通过分析互联网中心化管控面临的问题，引出去中心化互联网基础设施架构、去中心化互联网技术的概况，并进一步总结提出互联网基础设施演进方案，即提供一种可以从当前集中式资源管理方式进行演进的方案，在不影响资源使用的基础上，逐步实现核心资源的去中心化管理。

第9章主要介绍了泛在全场景新IP体系在业内多种高价值场景开展应用和部署的实践案例，例如，灵活IP智慧园区场景测试、灵活IP支持智能汽车无感充电支付场景、确定性IP跨广域网承载工业控制场景、智能电表自组织网络以及Anti-DRDoS防护案例示例，这些案例展示了新协议体系在全行业数字化转型和网络化升级方面的巨大潜力和应用价值，为泛在全场景新IP未来的发展场景和方向打开了一扇窗户。

本书作者所在的团队长期以来一直致力于网络协议的研究以及产品开发工作，具有丰富的研究经验以及项目开发经验，对从理论到工程的范围都具有较好的理解。本书的内容取自泛在全场景新IP的相关研究成果与工作积累，较好地结合了理论与工程实践，具有一定的参考价值。

在此，需要特别感谢为支持本书撰写而辛勤工作的同事们，包括周玉晶、杨言、任首首、江伟玉、孟锐等。

作者
2022年8月