李星：互联网未来最重要的技术将是IPv6

“基于双栈的IPv6 过渡技术1.0 将演进成基于翻译的IPv6 过渡技术2.0。”

李星 CERNET 网络中心副主任、清华大学教授

只有分布式才能产生分组交换的思想

为什么要研究历史？有一个说法，历史是重复的，未来是一扇门，而过去是它的钥匙。把握好“历史”这把钥匙，才能打开未来的门，更好地前行。今年不仅是互联网（ARPANET）诞生50 周年，也是UNIX 操作系统诞生50 周年和阿波罗计划登月50周年，非常值得纪念。

分组交换思想

互联网诞生之前，美国、苏联、英国、法国对网络有着各自的设计思路。从时间脉络看，苏联在和美国的竞争中常常处于超前的位置，而没有压力就没有动力，ARPANET 在美国诞生很大程度上是源于这种“压力”。

冷战期间，美国兰德公司的Paul Baran 提出了新的网络思路，以对抗核打击为目标，要求网络有很强的生存性。1964 年，Paul Baran 提出的分组交换概念给出了三种网络模型：中心式（Centralized）、去中心式（Decentralized）和分布式（Distributed）网络，如图1所示。中心式（Centralized）拓扑结构能够更好地安全管控，但为了满足可生存性的需求，去中心式（Decentralized）的拓扑结构，甚至是完全分布式（Distributed）的拓扑结构是最合适，也是最有活力的，分布式拓扑产生了分组交换的设计思想。

图1 Paul Baran 提出的三种网络模型

前苏联的网络项目——全国自动化系统（OGAS）项目则不同。1959 年，苏联军方提出“红书计划”联网，1962 年正式提出OGAS 项目。从需求上来看，全国性的计算机连网对计划经济的意义比市场经济大得多，实行计划经济的前苏联比实行市场经济的美国，更需要一个全国性的网络。OGAS 项目非常宏伟，它的基本思路是，建设全国性的网络收集数据，建立数学模型，精准地实现计划经济。为了满足这一需求，需要统一管理统一控制，中心式的网络架构是最合适的，中心化可以继续使用电路交换的设计。

由此比较，互联网（Internet）和苏联计算机网（OGAS）在各个层面都有很大不同：在网络性质上，Internet 属于开放网络，OGAS 属于管制网络；在网络拓扑上，Internet 属于扁平结构，OGAS属于层次结构；在网络应用上，Internet 属于平等协作，OGAS 则属于指令及控制；在网络类型上，Internet 采用分组交换，OGAS 采用电路交换设计。可见，只有分布式才能产生分组交换的思想。

尽力而为

除了美国的Paul Baran，英国的Donald W. Davies，法国的Louis Pouzin 也分别提出了相似的分组网络的概念。英国、法国和美国一样，基于市场经济的需求，采用分布式无中心结构设计网络。国际上因此产生了电路交换和分组交换两大技术流派。ATM 试图将TDM（Time-division multiplexing，时分复用）和packet（数据包分组交换）形式结合起来，效果却不尽如人意。而Louis Pouzin 提出的Cyclades 网络结构是基于Datagram 的思想：计算机不应该相信网络，网络不可能完美，也不需要完美，这样产生了互联网的主要设计原理：（1）尽力而为；（2）端到端。

互联网（Internet）与X.25、ATM等的区别在于：在网络类型上，Internet 采用无连接分组交换，ATM 等采用虚电路分组交换；在复杂度上，Internet 是端系统复杂，ATM 是网络复杂；在网络服务上，Internet 是尽力而为，ATM 等则要保证服务质量；在互联互通方面，Internet 比较容易，而ATM 等则比较困难。因此，要进一步扩展网络功能，设计就一定要简单，简单才能成功。

OSI 和TCP/IP 之间的选择也是同样的道理。OSI 太追求完美，TCP/IP 是大道至简。最后，OSI 输了，TCP/IP 赢了。正如二十世纪九十年代人们所说的：如果OSI 是一个美丽的梦想，那么TCP/IP 正在实现它。

此外，面临IP 地址耗尽的情况，在IP 协议的发展和选择中，IPv6 最终成为全球互联网的共识选择，同样经历了很多波折。

互联网的诞生，像一个传奇故事。回顾互联网的发展史，大家会有这样一个共识：美国政府其实从来没有试图建立现在这样一张互联网，互联网的诞生是不同的、往往相互冲突的政府机构所资助的大量不同项目不断演进而来的，在这之中没有理想的、完美的规划和方案，是各方博弈的结果。

图2 为什么ARPANET（美国）能最终胜出？

总的说来，互联网（ARPANET）之所以在美国诞生，有五个重要因素：创新思想、国家战略、充足经费、市场经济、精英团队，如图2 所示。英国、法国、苏联都具备其中部分要素，而美国却拥有全部五点要素，占尽了“天时地利人和”。中国错过了互联网发展的初期阶段，但在当前互联网诞生50 周年之际，能否把握好时机，掌握未来的网络核心技术？希望未来这张图能够重新绘制，中国可以成为其中的主流部分。

CERNET 建设25 年的重要时刻回顾

回顾CERNET 建设25 周年，有很多重要的历史时刻。

1996 年2 月，国务院令第195 号《中华人民共和国计算机信息网络国际联网管理暂行规定》发布并施行，从法规的角度授权了当时中国的四大互联网主干网的运行主体，这一规定奠定了开放和竞争的格局，对于中国互联网的快速发展具有极其重大的战略意义；1997 年，CERNET 开通了卫星网信道； 2003 年，教育部高校防治“非典”科技攻关multicast 视频会议依托CERNET成功举行；2006 年，调查显示高校综合实力与网络使用率的相关性非常高，从侧面验证了CERNET 对高校综合实力水平提高的贡献。

在互联网应用及安全方面，1995 年，中国第一个电子刊物“神州学人”通过CERNET 刊出；同年，中国第一个BBS 站点“水木清华”在CERNET 上出现；“九五”国家重点科技项目（攻关）期间，CERNET 推出了网络指南针、天网搜索引擎等；1999 年，CERNET 网络紧急响应组CCERT 成立，是中国第一个网络安全事件应急响应组。

在推进 IPv6 下一代互联网建设上，1998 年，CERNET 建设了第一张IPv6 试验网；2004 年，建成全球第一个纯IPv6 网；在CERNET2 的基础上，CERNET 研发了真实源地址验证技术、4over6 隧道过渡技术及IVI 翻译技术，并获得多项国际互联网标准组织IETF 的RFC 等多个重大突破。

互联网的未来：IPv6 从1.0 到2.0

在互联网的不同发展阶段，有着不同的代表性技术热点。1970 年代，最重要的技术是NCP；1980 年代，最重要的技术是TCP/IP；1990 年代，是DNS、BGP；2000 年代，则是HTTP；2010 年后，因受斯诺登事件影响，加密的HTTPS 广受关注。而2020 年后，最重要的技术将是IPv6。这不局限于IPv6 协议本身，而是基于IPv6，提出新的系列协议，产生新的应用。

图3 IPv6 过渡2.0

基于此，我们提出了“IPv6 过渡2.0”的概念，如图3 所示。IPv6 会在2020 年后达到不同于IPv4 互联网的崭新阶段。2010年前是“纯IPv4 时代”，2010～2025 年为IPv4 向IPv6 过渡阶段，2025 年之后为纯IPv6 时代。基于双栈的IPv6 过渡技术1.0 将演进成基于翻译的IPv6 过渡技术2.0，网络构成为经过“翻译”的IPv4加上新建纯IPv6，表现模式为对外双栈、功能解耦、阶段实施、保证安全。

未来，互联网分层模型的不同层级将有各自的协议演进。在链路层，包括以太网（光纤、双绞线、WiFi 6）、2G、3G、4G、5G、6G 等；在网络层，包括IPv4/IPv6，地址，自治域号码，路由（rPKI）等；在传输层（TCP/UDP），包括TLS、dTLS、BBR、QUIC 等；在应用层，则包含HTTP、HTTPS[1.1、2.0、3.0]；域名映射方面，包括DNS、DNSSEC、DOT、DOH 等。互联网的精髓是大道至简，未来的发展方向同样如此。