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中国工程院院士吴建平:IPv4向IPv6迭代是大势所趋


   (来源 信息服务部)

   4月20-21日,第十四届中国电子信息技术年会在合肥召开。中国工程院院士、清华大学计算机系主任吴建平教授作了"下一代互联网体系结构发展趋势"的主题报告。

   吴建平
中国工程院院士、清华大学计算机系主任

   50年前,人类发明了互联网,25年前,互联网正式接入中国。今天,依托飞速发展的各种通讯技术,互联网已经成为网络空间最重要的信息基础设施,和网络信息体系最基础的承载平台。

   互联网体系结构是互联网的关键核心技术,主要研究互联网的各部分功能组成及其相互关系。在这个体系结构中,网络层承上启下,保证全网通达,是体系结构的核心。

   网络层向下兼容当前各种通信系统,包括高速光纤通信系统、卫星通讯系统,以及当前最热的3G、4G、5G等现代移动通信系统。各种各样的通信系统,使互联网自身的传输速度和带宽不断优化和发展。另外,在网络层之上,由于信息技术的创新,新的应用层出不穷,从而使互联网成为推动整个社会进步的重要支撑力量。

   体系结构是互联网核心技术

   互联网是连接计算机的网络。目前在计算机技术领域,包括CPU的芯片技术以及软件的操作系统等信息社会发展中所依赖的最基础的关键核心技术,我们都没能牢牢地掌握在自己手里,对其贡献非常有限。互联网诞生后,给我国的信息网络核心技术研究提供了机会。

   互联网体系结构包含三个基本要素,第一是全网统一的传输格式,IPv4是现有互联网传输格式的协议,IPv6定义了未来新的传输格式,通过IPv6的格式定义,网络层过渡到了新的一代,传输格式是网络层的最基本要素,从互联网发明到今天已经50年,传输格式的迭代只有IPv4和IPv6两个阶段。第二是转换方式,在统一的传输格式基础上,互联网要解决如何将数据和信息从网络的一个端点传送到另一个端点的传输模式。对于互联网的转换方式历史上曾经出现有连接、无连接两种不同的技术路线,经过长时间的比较竞争,互联网无连接分组交换技术成为主流,它保证了互联网的传输以最高效的方式得以实现。第三是路由控制,在传输格式和转换方式相对稳定的基础上,路由控制必须不断地满足不同应用和不同通讯手段、通讯方式变化的需求,以达到全网最优。

   IPv4向IPv6迭代是大势所趋

   互联网体系结构的发明人、图灵奖获得者温登?瑟夫指出,互联网在设计之初,就定义了原型必须满足五个条件:

   第一,互联网必须具有面向任何应用的普适性,即互联网不是为任何特殊应用而设计的网络:像传送明信片一样,语音、视频、IP电话……任何应用都可以在互联网上得到支撑。

   第二,互联网的信息传输可以针对任何通信技术实现兼容,包括电子电路、微波、光纤、无线、3G/4G/5G……等。

   第三,允许在网络边缘创新,不需要为增加任何新的应用和服务而改变网络结构,这就是窄腰结构的优势,基本结构保持不变,应用可以无限扩展。

   第四,可扩展。互联网需要支持用户规模的持续扩大,现在互联网上连接的用户已经近40亿,IPv4的地址空间不足,因此发展IPv6势在必行。

   第五,互联网向任何新协议、新技术和新应用开放。互联网的兼容、开放、可扩展特征,决定了它是一个不断演进,不断延伸,不断成长的网络,路由控制是互联网创新的最主要领域。

   随着人工智能、万物互联的技术趋势,互联网上承载的应用将会日益繁多,从IPv4向IPv6迭代已经是大势所趋

   推动互联网技术发展的国际组织是IETF(The Internet Engineering Task Force)。IETF的最高领导层为IAB (Internet Architecture Board)即互联网体系结构工作组,其使命是保证互联网平稳的发展。IAB已经在全球确立了互联网从IPv4向IPv6演进的必然趋势。但其演进过程还会出现各种各样的问题,IETF组织的主要宗旨就是发现问题,并且有针对性地解决问题,将其确定为国际标准。截至到2018年6月30日,IETF已完成8439项RFC(Request For Comments),其中由中国牵头的有101项。可见中国在整个互联网体系结构和互联网关键技术领域还是初学者,发言权非常有限。

   IPv6是网络强国的重要契机

   IPv6是中国参与全球互联网技术发展的重要契机。2017年,两办通知从国家战略的层面确立了推动下一代互联网规模部署的行动计划,进一步明确了发展下一代互联网的必要性、主要目标、重点任务和保障措施。为落实习总书记关于"美欧等主要国家正在加紧布局下一代互联网,我们要加快实施步伐,争取在下一轮竞争中迎头赶上"的重要讲话精神,文件确定了五项重点任务,要求"从互联网应用、网络基础设施、应用基础设施、网络安全、关键前沿技术等五大领域深化IPv6发展。"其中特别强调了要强化网络安全,维护国家信息网络安全保障,突破关键前沿技术,构建自主创新的下一代互联网技术产业形态。

   当前,下一代互联网技术发展仍然面临着三个巨大的挑战,包括可扩展性、安全性和实时性。每一个技术挑战背后都有着很复杂的科学问题,例如可扩展性,实际上是超大空间的高效路由寻址问题;安全性,是开放性网络跨域可信的访问问题;实时性,是在资源竞争状态下的实时传输控制问题。这些重大科技问题的解决,需要我们从基础研究、科技攻关到大规模应用等方面不断深化互联网体系结构的科研和创新。下一代互联网体系结构为解决互联网的问题提供了新的平台和新的途径,需要我们去发明、去创造,IPv6是未来互联网体系结构最重要的创新领域。只有牢牢把握住这个核心,才能将网络强国的国家战略落到实处。


 
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