李星：建设IPv6“三不变”

“今天我们在建设IPv6，究竟怎么做IPv6，今后怎么做IPv6？我想回顾一下最开始做IPv6想法，可能对未来怎么做有点经验启发。”

教育网IPv6的发展

任何新的方法、成就必须从实践中来，未来互联网做什么，一定是解决自己的问题的。

1994年CERNET成立，2001年，中国自然科学基金网就开始考虑下一代网络，2002年中日IPv6项目启动，2004年，57位院士联名给国务院写信，八部委联合支持建设中国下一代互联网。

CERNET实际是IPv4的网，流量越来越大，成为中国现在重要的基础设施，为什么？可以从几个数据来看，第一，在全世界网络排序中，从单个网络自治域公布最多的，第一名是中国电信，第二名是日本，教育网列第27名。第二，学校的排名，中国有一个本科院校的排名，一个研究生院的排名，我们也进行过教育网流量的排名，而前五十名流量排名跟学科排名非常相似。我们经常跟教育部领导沟通，高校有一些硬指标，如图书馆面积、藏书、实验设备，但是有一个指标值得考虑，就是每个学生平均上网带宽数、每个学生平均IP地址等等，将这样的指标用到学校里，可能是更客观的。

另外，“211三期”正在进行中，国家投入二亿多经费，将对CERNET进行大的升级，除了拉萨和乌鲁木齐，其他CERNET的34个节点城市，都会光纤直连。中国网民已经达到4.2亿，列全世界第一，中国互联网增长普及率也是逐步增长，但是能拿到的地址越来越少。中国地址数、网络规模需要翻一番，互联网资源匮乏，下一代互联网发展的紧迫性越来越大。

我参与了CERNET在下一代互联网研究与建设的整个历程。1998年，CERNET就开始IPv6网络的探索和研究，用基于IPv6 over IPv4隧道的技术（Tunnel）。

2001年我们建了中国自然科学基金网（NSFNET），这张网上实现了两个第一，一是中国最早具有10Gbps链路的网络，二是，中国第一个IPv4/IPv6双栈的网络。

到2004年，由于57个院士建议，国家启动了CNGI项目。顺便提一下，美国非常重视CNGI项目，把CNGI项目看成中国在网络上进行跨越的非常重要的战略决策。

我们认为既然认定IPv6是方向，就必须破釜沉舟，建双栈相当于“脚踩两条船”，没有促进向IPv6过渡的动力。

IPv6的设计在创新中前进

2005年，CERNET专家委员会做了一个非常重要的决策，即建设纯IPv6的网络。这件事在当时国内、国外引发争议，但我们坚持建设纯IPv6，并从而实现了若干个重要成果。如由吴建平教授提出的真实源地址认证（SAVI），基于IPv4 over IPv6隧道的过渡技术(4over6)和基于IPv4/IPv6翻译的过渡技术（IVI）。

在纯IPv6的讨论上，我们认为既然认定IPv6是方向，就必须破釜沉舟，建双栈相当于“脚踩两条船”，没有促进向IPv6过渡的动力。

CERNET2开通仪式之前，在清华大学有一个月的产品测试，即各个设备互联。结果，发现华为、比威无法连通，中间加一个Juniper，就连通了。所以，在基础设备上，我的观点是不能简单强调国内、国际设备，我们的产品和设备一定要参与国际大竞争，互联网是一定要国际化的。

另外，从复杂性来讲，我们的设计很极端。IPv6是新生事物，必须让它逐步完善。简单的网络，什么问题都暴露不出来。还有一个重要的方面是，教育领域的重要职能是培养人才队伍。清华教授考学生有一个理念，叫做教一练二考三，考试题目一定是作业没有见过的才能把水平考出来，网络环境也是如此，只有复杂的环境才能培养人。中国互联网人才基本上都是CERNET培养出来的，现在IPv6人才很多都是CNGI-CERNET2培养出来的。CERNET2是一个复杂的网络，因为复杂才能暴露问题。要创新一定要不同，必须有一点新的想法，如果循规蹈矩按照现有思路一定不能成功。可以想像，当时这些设计理念还是面临重重压力的。

在IPv4与IPv6的过渡方面，我们最初的考虑是，CERNET比较拥塞，是收费的，CERNET2轻载，又是免费的。如果你想用高质量、免费的网络，就要把应用系统从IPv4牵引到IPv6，这个确实起到很大的作用。现在CERNET2流量逐渐加大，遇到世界杯、奥运会等等赛事时，IPv6的流量就会出现一些高峰。2008年奥运会第一次开通IPv6官方网站。2009年在中央音乐学院举行了中国、美国、加拿大三地音乐会，通过IPv6传递，高清播放。

总结多年的IPv6建设经验，我认为简单把一个网络升级为双栈，并不意味着过渡到IPv6。因为IPv6上的信息和资源很少，应用也很少。

多少年来，我们一直探究一个问题：IPv6的杀手级应用究竟是什么？这是非常好的问题。一开始大家都认为是视频，然而实践表明，IPv4照样能支持视频应用。后来大家认为是P2P应用，但现在的P2P应用可以穿透NAT。究竟什么才是IPv6的杀手级应用呢？我这么多年的体会结论是，和IPv4互联互通才是IPv6的杀手级应用，如果互联互通，那么所有IPv4资源就都可以成为IPv6的资源。不幸的是，最早设计IPv6太理想主义，他们认为一个好东西大家就会选择使用。然而网络不一样，因为网络的价值是用户数的平方。只有纯IPv6的用户数超过IPv4的用户数，IPv6的价值才能体现。因此，必须解决平稳过渡的问题。

中国对于过渡这件事体会太深了，从鸦片战争中国人一直找救国的办法，最后发现问题的核心是过渡到理想的目标。1949年以来中国也是各种各样的方法来摸索走强国之路，最后十一届三中全会邓小平提出办法，后三十年确实按正确的路线走，十一届三中全会最大的胜利是找到了过渡机制。目标定了之后，就是寻找机制，现在的IPv6也是同样道理。

那么IPv6如何才能与IPv4互联互通，我们设计了一个基于无状态的翻译机制IVI，这一机制分为无状态的一对一转换和部分状态的一对N转换两种，可以同时支持IPv4和IPv6发起的通信。

物联网的英文原文是“Internet of things”，每一个温度计、每一个电灯泡都应该配置IP地址，这才是真正的物联网。那么，可以想像，如果没有IPv6，特别是没有IVI技术，物联网的发展将是有限的。

三不变应对互联网面临的挑战

互联网目前面临的挑战，第一是IPv4地址耗尽的问题，时间点是2012年3、4月份。最近我接到一封信，他们说按照新出台的规定，实际到明年2月份，IPv4地址就分配完了。我还收到一封信，他说清华的C类地址，能不能卖给我？因为现在允许IPv4的地址交易，他愿意出五千美元购买。我算了一下，CERNET目前的IPv4地址按这个价格大概值三亿多美元。

第二是流量爆炸和经济模型的问题。

现在的热点有云计算、移动互联网、三网融合、智能电网等等，IT概念推陈出新，变化莫测，有人会问，热点不断变化，如何保证远见？我建议需要坚持三条保证不变。

第一，解决实际问题不要变，把实际问题描述清楚很重要。

第二，坚持IPv6不要变。

第三，核心问题是过渡不要变。

比如云计算与IPv6结合起来的研究，IPv6的虚拟机可以不同。我有研究生做了一个IPv6虚拟机的模型。他的研究是让每个用户绑定一个IPv6地址，每个人都有一个80端口，那么在IPv6的环境下，云计算就不一定套用目前虚拟机的模型。

移动互联网的核心思想是永远在线，如果IPv4地址不够，一个手机使用私有地址上网，要实现永远在线，必须不断发送keepalive，带来能源的消耗、使电池两次充电的间隔减少20%。而使用IVI翻译技术不需要keepalive，可以节省能源，延长待机时间。

物联网的英文原文是“Internet of things”，并非很多传感器接起来，就能构成物联网。如果按照英文的意思，每一个温度计、每一个电灯泡都应该配置IP地址，这才是真正的物联网。那么，可以想像，如果没有IPv6，特别是没有IVI技术，物联网的发展将是有限的。

当然，安全仍然是IPv6的一大挑战。IPv6最大的优势是地址非常庞大，是2的128次方，然而IPv6地址前64位与目前IPv4的机制很相似，是为路由使用的，IPv6地址的后64位有很大的想象空间，例如进行编码，传送加密信息等。只是，这对安全是一大挑战。

国际形势与教育网的机会

前不久，美国政府投入了6200万美元支持建一个“100G社区网”。这是什么概念？这件事对全球科研网发展的意义极其巨大。

我们知道，互联网最早在美国诞生，到1995年，美国政府认为互联网技术已经成熟，于是决定将学术网的国家经费的支持停掉，全盘私有化、商业化。从1995年开始，美国政府每年缩减20%经费，到2000年，学术网就没有国家资助的经费，都由各个学校凑经费、拉赞助运行。2010年，美国政府通过反思发现，特别是奥巴马上台之后推行的宽带计划，实际上落后很多国家，美国终于认识到学术网还要继续支持，因此，从2010年美国建设一个网络连接大学、科研机构、医院、图书馆等所有公益性机构，而商业网并不能解决这个问题。美国的同行在上个月的国际会议上很高兴地提到了中国的教育网，中国教育科研网的建设费没有停，对美国是一个很大的刺激，现在美国要迎头赶上了。

对于未来互联网的发展，美国政府的思路是很清晰的。美国重视教育公益性网络，给予了大量经费支持，资助美国科研教育网的多个项目。

这样的国际形势对中国来说是一个压力，也是一个机遇。

在网络发展初期，国家对教育网的发展政策就确立为：建设靠国家，运行靠自己，在网络运行上长期自立。从1997年起，CERNET的运行经费就是由各个学校分担，而到2010年，整个的运行都没有亏损。早前在亚太网络交流会议上，我谈体验，谈到教育网的发展和运行模式。我讲得很得意，但会后很多人与我交流中，认为中国的信息化没有希望，说：“你们教育网这么重要，国家居然一点运行费没有出，说明领导没有远见，不知道这是培养人。”我当时非常感慨，教育网一直在依靠各个学校的力量分担费用，此后，在各个场合上，我都坚持说教育网的运行费国家应该给，不应该只给建设费。