下一代互联网的光荣与梦想

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发表时间:2014-01-25 00:00 来源:办公室

——写在首个中国下一代互联网核心网CERNET2正式开通之际

  CERNET2:开启未来的梦想

当你在家看电视的时候,突然有电话打入,互联网将主动把电视调成静音,接完电话后,声音又将自动调回。如果你要出门,互联网会将你出门的信息传送给电梯,当你到达电梯口时,电梯就已经停在你所在的楼层等你。

在2008年的奥运会上,你可能会看到这样的转播:每一个运动员身上都有一个传感器和摄像头,你可以自由选择不同角度的转播。当你戴上相关设备后,你还可以以运动员或裁判员的身份感受比赛。

这不是天方夜谭。中国科学家正在研究的下一代互联网,将把我们带进真正的数字化时代:家庭中的每一个物件都将可能分配一个IP地址,一切都可以通过网络来调控。

如今梦想将开始逐渐变成现实:12月25日,我国第一个全国性下一代互联网CNGI核心网CERNET2(第二代中国教育和科研计算机网)主干网在北京宣告正式开通。全国100所高校将很快以1-10G的高速连接在一起。

其实,科学家给我们描绘的下一代互联网的前景更加广阔:

支持大规模科学计算:实现网格之间大容量、高可靠性的数据传输,实现分布式高速安全交易和全网计费审计,为具有大规模、多站点分布式计算和数据挖掘技术特性的重大应用提供服务。

支持大规模点到点的视频通信:提供端到端高性能传输和无线/移动接入服务,实现大规模点到点的视频通信。

支持大规模视频会议、高清晰度电视:建设纯组播环境,提供服务质量控制,实现基于组播、具有网络性能保障的大规模视频会议和高清晰度电视广播应用。

支持远程仪器控制、虚拟实验室:建立具有实时远程控制功能的虚拟现实环境,实现远程仪器控制和虚拟实验。

实现真正的远程教育:基于交互协同视频会议技术进行远程授课和辅导;基于高清晰度视频广播技术进行授课内容回放;基于按内容流媒体检索和点播技术实现随时随地按需学习;实现海量信息存储与检索等。

中国教育和科研计算机网(CERNET)专家委员会主任、清华大学教授吴建平用5个“更”字概括了下一代互联网与现有网络的区别:更大、更快、更安全、更方便、更及时。他说:“在人类发展史上,火的使用是野人与文明人的分界线,那下一代互联网对我们的意义与影响,就如同火的使用一样。”

我们获得了平等发展的机会!

下一代互联网,顾名思义是指不同于现在的互联网的新一代互联网。

上世纪60年代末,美国出于军事目的开始研究互联网,随后转为民用,这也是我们目前广泛使用的互联网。

1994年,被称为中国互联网元年。这年4月,中关村地区网与美国的互联网连接。同年,第一个全国性互联网——中国教育和科研计算机网(CERNET)初步建成。

然而,仅仅两年之后,美国就已经开始进行下一代高速互联网络及其关键技术研究。

1996年,美国国家科学基金会设立了“下一代Internet”(即NGI)研究计划,支持大学和科研单位建立了高速网络试验床vBNS,进行高速计算机网络及其应用的研究。1998年美国100多所大学联合成立UCAID,从事Internet2研究计划。UCAID建设了另一个独立的高速网络试验床Abilene,并于1999年1月开始提供服务。

美国科学界的举动,马上引起了中国科学家的重视。

1998年,来自CERNET的专家及时跟进,开始了中国下一代互联网研究与建设,建起了CERNET-IPv6试验床。2000年,建成我国第一个下一代互联网交换中心,并代表中国参加国际下一代互联网组织,实现了与国际下一代互联网的互联。在清华大学、中国科学院计算机信息中心、北京大学、北京航空航天大学和北京邮电大学联合建成我国第一个下一代互联网研究试验网的基础上,2001年,CER鄄NET提出建设全国性下一代互联网CER鄄NET2计划。

2002年“两会”期间,中国空间自动控制学家杨嘉墀等57名院士提出“建设我国第二代因特网的学术性高速主干网”的建议,向中央建议立即研究建设下一代互联网,受到了国务院领导的高度重视。

当年8月,在原国家计委主持下,在教育部、科技部、中国科学院、国家自然科学基金委、信息产业部等部门的支持下,成立了我国“下一代互联网发展战略研究”专家委员会,开展我国“下一代互联网发展战略研究”重大软课题研究。

2003年2月,专家委员会提出《中国下一代互联网示范工程CNGI项目实施方案建议》,建议把“中国下一代互联网CNGI示范工程”作为我国实施下一代互联网发展战略的起步工程。2003年8月,由中国工程院牵头的中国下一代互联网示范工程CNGI示范网络核心网建设项目启动。CERNET承担建设规模最大的核心网——CERNET2的建设,并承担建设中国下一代互联网交换中心。

第二代中国教育和科研计算机网CERNET2是中国下一代互联网示范工程中最大的核心网和唯一的全国性学术网,是采用纯IPv6技术的下一代互联网主干网。

2004年3月19日,是我国互联网发展历史上值得铭记的一天。这一天,CERNET2试验网作为我国第一个下一代互联网主干网开通并提供服务。不足10个月后,连接20个城市,接入了25所高校的CERNET2正式开通。

如果从美国正式开始下一代互联网研究算起,中国与世界第一代互联网的差距是20多年,但在第二代上,则只有短短数年,中国科研人员可以骄傲地说:这次我们真正地抓住了历史机遇。

互联网技术已经不仅仅是一门技术

从建议到实施,我国下一代互联网工程用了不到两年时间,这在重大科研项目中可以称为“前所未有”。而在这一速度的背后,是国家对发展下一代互联网的支持和重视以及我国科学家对互联网发展的深刻认识。互联网的诞生和发展给美国带来了巨大的利益。从光纤到PC机(芯片),从路由器到操作系统,所有的一切都是美国制造,甚至全世界的网络都在为美国支付带宽费用。从经济到社会发展、乃至军事,互联网续写了美国神话,维持了美国经济发展史上少有的10余年的持续繁荣。

“我们现在使用的互联网是被美国垄断的。”吴建平说,美国利用“互联网发源地”的优势,占据了全世界共40亿IP地址中的74%。而基于战略考虑,美国分配给其他国家的IP地址却少得可怜,全中国所有的IP地址量仅仅相当于美国加州大学一个学校的IP地址。中国有8000多万互联网用户,但IP地址的拥有量仅有2500万,很多人不得不用假地址进行转换,在带来安全隐患的同时,也直接降低了互联网的效率。

吴建平说,实际上,互联网技术已经不仅仅是一门技术,而成为一个国家的战略需求。

“下一代互联网的发展,给我们提供了前所未有的机遇。”吴建平说,过去,我们没有条件与发达国家抗衡,但现在无论从技术还是设备以及综合国力,我们都具备了基础条件。

吴建平认为,下一代互联网首先给了大家共同发展的可能与机会。1969年美国开始第一代互联网的研究,我国则在1994年才由CERNET建设了第一个全国性试验网络。但正因为互联网的发展,让彼此之间的差距大大缩小。1996年美国政府出台NGI计划,1998年,中国专家则开始了这方面的研究工作。

在经济上,网络体系的变革,给了大家共同的机会。下一代互联网,从IPv4到IPv6,所有配套的软硬件都将逐渐面临一个挑战,来一次从新洗牌,这给了很多企业以新的机会,有可能打破现有网络经济的格局。比如在路由器上,就可能不再是思科一家独大。在各种应用上,则将会给无数国家及公司更多机会。

“未来社会,网络是一个基本要素,它将对社会经济、科技教育发展,乃至国防等都将起到决定性的影响。”吴建平教授说:“如果我们失去对下一代互联网的发言权,我们也将在很大程度上受制于别人。”

让人高兴的是,我们已经结出了硕果。

路由器是互联网的重要设备,被称为互联网的枢纽和“交通警察”。互联网就是由分布于全世界的无数个大小不一的路由器连结起来的,由此形成了主体脉络。作为互联网的主要节点设备,路由器的处理速度是网络通信的主要瓶颈之一。

由于高端路由器技术难度极大,目前国际上只有极少数国家能研制开发。就在CERNET2试验网开通不久,3月28日,我国第一个下一代互联网核心技术——IPv6核心路由器BE12016由清华大学计算机系和清华紫光比威公司共同研制成功。目前,该路由器已成功应用于国家863计划“新一代互联网技术综合试验环境”和我国第一个下一代互联网CERNET2试验网。

BE12016的研制成功并达到国际同类产品的技术水平,标志着我国已基本掌握了下一代互联网的核心路由器关键技术,对于保障我国互联网的安全运行和服务水平,提高我国在下一代互联网技术中的国际竞争力,具有重要的意义。

我们不预测未来,我们会努力创造未来

“下一代互联网是为了应对现在互联网的挑战而产生的。这一挑战主要有3个方面,一是可扩展性,二是安全性,三是服务质量。”李星以我国人口基数为例子说:“每一个大学生用1M的带宽资源上网,总的类聚带宽就将达到4000G,而现在40G带宽的网络刚出来,按照摩尔定律硬件速度每18个月翻一番的规律计算,自然增长需要的时间太长,而要不停地增加带宽以满足需求的话,成本会非常高。”李星介绍,下一代互联网的带宽,一开始将首先是40G的带宽。

在安全性上,现有网络很容易受到攻击。虽然原有的TCP/IP体系结构设计没有大的漏洞,但根据漏桶原理,系统的安全问题是最弱的地方造成的,现有的互联网设计考虑的不够完备,比如原地址认证问题。

李星认为,CERNET的建设经验,第一是吃透别人做的。“互联网TCP/IP协议教师都使用过,体会比较深,避免了走弯路。”

第二是网络的可扩展性。“中国有3亿多学生,有这个数字在脑子里再进行设计,就不会小家子气。”李星说,网络架构设计和设备,大都是从发达国家引进,但不同的人口基数会使这些设计和设备在国内跟不上网络扩展的速度。在总体设计上,CERNET从一开始就考虑好了这个问题。

第三是网络的可管理性。在这一代互联网建设中,“CERNET在每个节点放两台路由器,一台由国家管,一台由当地节点管理。这就是该管的要管住,该让底下发挥积极性的要留出空间。”同时,CER鄄NET对自身域名的发放也是按照行政管理方式,核实身份下发

。这些特性,在下一代互联网提供的IPv6地址协议和更高的安全性时,互联网的可管理性已经不仅仅局限于前十年的行政管理方式,以平等原则设计的互联网将变得更加透明,互联网自身可管理性的加强为将来的运营模式改变带来可能,新的通信方式、新的应用将从这些基础研究中孕育出来。

而在CERNET提出的建设下一代互联网CERNET2网络方案中,CERNET专家组提出先把IPv4和IPv6的过渡、兼容问题放开,不予考虑,扔开包袱可能会做出一些东西来,破釜沉舟直接上IPv6网络。

李星认为,做事成功的条件之一是创新,要具有反向思维能力。别人怎么做,你跟着做肯定是不行的。

“下一代互联网已经开始启动,我们要把它设计得好一点,让数字化生活实现得更好。总之,要对人类文明多一点正面因素,少一点负面的东西。”李星说。

2004年11月17日,TCP/IP协议合作发明者、互联网雏形Arpanet网络系统设计者罗伯特·卡恩博士在访问CERNET等单位后表示:“美国对下一代互联网的发展还不积极。就发展情况来说,美国需要尽快追赶中国。”但李星认为,在下一代互联网的研究上,我国和国际的差距还很大,要走的路还很长。

当追问下一代互联网的影响时,李星说:“我们不预测未来,我们会努力创造未来。”(刘万永)

背景 两代互联网有何不同?

据中国教育和科研计算机网(CERNET)专家委员会主任、清华大学教授吴建平介绍,与现在使用的互联网相比,下一代互联网有以下几个特点:

更大:下一代互联网将逐渐放弃IPv4,启用IPv6地址协议,IP地址数量将从2的32次方增加到2的128次方,有人形容世界上每一粒沙子都会有一个IP地址。

更快:在下一代互联网,高速强调的是端到端的绝对速度,至少100兆。至于能高到什么程度,这有赖于传输技术的不断发展。

更安全:目前的计算机网络因为种种原因,在体系设计上有一些不够完善的地方,下一代互联网将在建设之初就从体系设计上充分考虑安全问题,使网络安全的可控性、可管理性大大增强。

基于以上特点,未来的互联网将更方便、更及时,真正的数字化生活将来临。我们可以随时、随地用任何一种方式高速上网,任何可能的东西都会成为网络化生活的一部分。

互联网发展的脚印

1969年,美国国防部高级研究计划署ARPA资助建立了世界上第一个分组交换试验网ARPANET,连接美国四个大学。ARPANET的建成和不断发展标志着计算机网络发展的新纪元。

70年代末到80年代初,计算机网络蓬勃发展,各种各样的计算机网络应运而生。一系列网络的建设,产生了不同网络之间互联的需求,并最终导致了TCP/IP协议的诞生。

1980年,TCP/IP协议研制成功。1982年,ARPANET开始采用IP协议。

1986年美国国家科学基金会NSF资助建成了基于TCP/IP技术的主干网NSFNET,连接美国的若干超级计算中心、主要大学和研究机构,世界上第一个互联网产生,迅速连接到世界各地。

1994年,我国第一个全国性互联网——中国教育和科研计算机网(CERNET)初步建成。

1995年,NSFNET开始商业化运行。

1996年,美国政府推出下一代互联网发展规划NGI,旨在强化其在以互联网为代表的新经济中的领先地位,保持美国在经济、政治、军事等方面的领先优势。

1998年,CERNET在中国建立了第一个IPv6试验床。

1999年,CERNET与国际上下一代互联网实现连接。

2001年,以CERNET为主承担建设了中国第一个下一代互联网北京地区试验网NSFCNET。

2002年“两会”期间,中国空间自动控制学家杨嘉墀等57名院士提出“建设我国第二代因特网的学术性高速主干网”的建议,向中央建议立即研究建设下一代互联网,受到了国务院领导的高度重视。

2002年8月,在国家发改委主持下,在教育部、科技部、中国科学院、国家自然科学基金委、信息产业部等部门的支持下,成立了我国“下一代互联网发展战略研究”专家委员会,开展我国“下一代互联网发展战略研究”重大软课题研究。CERNET承担建设CNGI最大核心网CERNET2。

2003年10月,美国军方宣布,将采用IPv6,逐步替换现在的IPv4。

2004年1月,世界8大下一代互联网在欧洲宣布同时开通并提供服务,CERNET代表中国宣布开通服务。

2004年3月,中国第一个全国性下一代互联网CERNET2试验网开通。

2004年12月,中国第一个全国性下一代互联网CERNET2正式开通并提供服务。

《中国教育报》2004年12月27日第5版