摘要 首先介紹了因特網(wǎng)的關(guān)鍵要素及其相互關(guān)系。然后分析了當(dāng)前因特網(wǎng)的核心設(shè)計(jì)理念和下一代因特網(wǎng)提出的需求。最后提出了下一代因特網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念。
1、引言
因特網(wǎng)在全球范圍獲得巨大的成功。因特網(wǎng)在我國從無到有，發(fā)展到當(dāng)前超過一億用戶的網(wǎng)絡(luò)只用了十幾年的時間。當(dāng)前，我國的因特網(wǎng)經(jīng)濟(jì)已經(jīng)形成一定的規(guī)模，成為繼農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)經(jīng)濟(jì)之后需要研究的新的經(jīng)濟(jì)形態(tài)，但是受技術(shù)等因素的限制，因特網(wǎng)已經(jīng)不能繼續(xù)高速地發(fā)展。當(dāng)前，無論是國外還是國內(nèi)都在關(guān)注下一代因特網(wǎng)的研究工作。本文通過分析當(dāng)前的因特網(wǎng)，從而提出下一代因特網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念。
2、因特網(wǎng)的關(guān)鍵要素
2.1 相關(guān)概念介紹
（1）設(shè)計(jì)理念。設(shè)計(jì)理念是因特網(wǎng)的本質(zhì)核心，因特網(wǎng)技術(shù)直接來自設(shè)計(jì)理念。
（2）技術(shù)特征。在設(shè)計(jì)理念的指導(dǎo)下，技術(shù)人員選擇因特網(wǎng)技術(shù)。因特網(wǎng)技術(shù)的主要特征有：統(tǒng)一編址和域名查詢、泛在的連通性、動態(tài)路由機(jī)制、網(wǎng)管分布實(shí)施、無連接分組轉(zhuǎn)發(fā)、業(yè)務(wù)在終端實(shí)現(xiàn)，獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)與底層技術(shù)無關(guān)、管理和信令帶內(nèi)傳送、提供盡力而為的服務(wù)質(zhì)量、只依據(jù)目的地址路由等。
（3）外在特征。因特網(wǎng)的外在特性一部分由設(shè)計(jì)理念所確定的技術(shù)特征決定，另一部分由設(shè)計(jì)和采用的因特網(wǎng)技術(shù)決定。有些外在特征（如網(wǎng)絡(luò)遍及全世界，包含海量信息等）雖然不是由設(shè)計(jì)理念或技術(shù)本身決定的，但是已經(jīng)被使用者廣泛接受，成為因特網(wǎng)不可分割的一部分；有些外在特征雖然是設(shè)計(jì)理念或技術(shù)所引入的，但不是使用者需要的，如無服務(wù)質(zhì)量保障、沒有安全保障等。因此需要根據(jù)這些需求對因特網(wǎng)技術(shù)（協(xié)議）進(jìn)行修改和完善，對于受技術(shù)限制而無法改進(jìn)的，需要引入替代的新技術(shù)。
（4）使用者。因特網(wǎng)使用者包括專業(yè)使用者和一般使用者。一般使用者僅使用現(xiàn)成的業(yè)務(wù)和應(yīng)用，但是用戶反饋可能會影響業(yè)務(wù)、應(yīng)用和技術(shù)的進(jìn)展。專業(yè)使用者利用因特網(wǎng)技術(shù)開發(fā)應(yīng)用。
2.2 相互之間的關(guān)系
設(shè)計(jì)理念實(shí)際上是一些內(nèi)在的、深層次的規(guī)則，它決定了因特網(wǎng)所采用的技術(shù)以及技術(shù)特征。因特網(wǎng)的外在特征來自于技術(shù)特征以及典型業(yè)務(wù)的開展。因特網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念、技術(shù)特征、外在特征以及使用者的關(guān)系如圖1所示。
圖1 因特網(wǎng)相關(guān)關(guān)系示意
（1）設(shè)計(jì)理念決定部分技術(shù)特征。因特網(wǎng)的技術(shù)特征一部分是由因特網(wǎng)設(shè)計(jì)理念決定的，如業(yè)務(wù)在終端實(shí)現(xiàn)，獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)與底層技術(shù)無關(guān)等。
（2）技術(shù)特征影響設(shè)計(jì)理念。技術(shù)的選擇反過來也直接支撐上述設(shè)計(jì)理念。一部分技術(shù)特征是設(shè)計(jì)理念沒有涉及的，而是所采用的技術(shù)引入的，原則上沒有違背設(shè)計(jì)理念，但是束縛了設(shè)計(jì)理念，使設(shè)計(jì)理念不能輕易修改。
（3）技術(shù)特征決定外在特征。因特網(wǎng)是一個相對復(fù)雜的系統(tǒng)，不同身份的人看到不同層面的內(nèi)容。普通用戶看到的是有用和有趣的應(yīng)用，如查看各種各樣的信息、聊天、玩游戲、資料共享等等；專業(yè)用戶看到的是一個泛在的連通性、無連接分組轉(zhuǎn)發(fā)、提供基于UDP和TCP的Socket接口、服務(wù)質(zhì)量不確保、可以自由設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。可見，普通用戶看到的是因特網(wǎng)的外在特征，專業(yè)用戶看到的是因特網(wǎng)的技術(shù)特征。因特網(wǎng)的技術(shù)特征無論是由設(shè)計(jì)理念所決定還是由采用的技術(shù)所引入，一般來說只有專業(yè)人員關(guān)心，普通用戶既看不到也不關(guān)心。
（4）用戶在使用因特網(wǎng)業(yè)務(wù)時，會對業(yè)務(wù)和應(yīng)用提出新需求，從而影響因特網(wǎng)的外在特征，進(jìn)一步對因特網(wǎng)設(shè)計(jì)理念產(chǎn)生影響。
3、當(dāng)前因特網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念
因特網(wǎng)的核心設(shè)計(jì)理念包括端到端透明原則、用戶自律原則、公平平等原則和簡單開放原則。這些原則直接決定了因特網(wǎng)的技術(shù)特征。
3.1 端到端透明原則
端到端透明原則包含幾層含義：（1）網(wǎng)絡(luò)提供端到端分組傳遞服務(wù)，終端間通信與網(wǎng)絡(luò)層以下的協(xié)議、鏈路及設(shè)備同構(gòu)與否無關(guān)；（2）網(wǎng)絡(luò)對用戶數(shù)據(jù)透明傳輸，對所傳遞分組不做修改；（3）所有終端（服務(wù)器）間存在泛在連接，終端（服務(wù)器）間通信不需要通知網(wǎng)絡(luò)（例如建立連接）；（4）所有終端（服務(wù)器）間協(xié)議交互不需要通知網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用層協(xié)議端到端處理。
3.2 用戶自律原則
由于最初因特網(wǎng)是為科研工作者研究和通信設(shè)計(jì)的，因此假設(shè)使用者相互信任。具體體現(xiàn)在：
（1）最初多數(shù)路由協(xié)議沒有設(shè)計(jì)認(rèn)證；（2）TCP協(xié)議的慢啟動和丟包后窗口減半；（3）沒有隔離管理平面和數(shù)據(jù)平面、控制平面和數(shù)據(jù)平面；（4）對UDP無限制占用資源沒有控制措施；（5）沒有設(shè)計(jì)和建立信任體系用于例如商業(yè)；（6）沒有強(qiáng)制實(shí)行網(wǎng)絡(luò)溯源技術(shù)和管理；（7）對善意和惡意用戶沒有設(shè)計(jì)獎懲措施；（8）沒有統(tǒng)一管理、統(tǒng)一監(jiān)測審核的技術(shù)和手段。
3.3 公平平等原則
最初的因特網(wǎng)只是多個校園網(wǎng)的互聯(lián)，骨干鏈路大多是各自分擔(dān)或者利用國家提供的資源，因此，骨干網(wǎng)絡(luò)是所有用戶共有，網(wǎng)絡(luò)資源也是共有的，沒有所謂的因特網(wǎng)服務(wù)提供商（ISP）以及因特網(wǎng)內(nèi)容提供商（ICP）來規(guī)劃管理網(wǎng)絡(luò)和協(xié)調(diào)資源。雖然IP協(xié)議中設(shè)計(jì)了優(yōu)先級比特，但是在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)上沒有得到廣泛應(yīng)用。所有用戶共享網(wǎng)絡(luò)資源，帶寬統(tǒng)計(jì)復(fù)用，網(wǎng)絡(luò)盡力而為提供服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)按自治域分布式管理。
3.4 簡單開放原則
因特網(wǎng)所有的協(xié)議和接口都是公開和開放的，任何有興趣的個人或公司都可以從網(wǎng)上免費(fèi)得到所有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)各種協(xié)議基本不涉及專利，所有有興趣的個人和公司都可以申請?zhí)峤灰蛱鼐W(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。因特網(wǎng)對底層接口開放，允許各種鏈路層和物理層技術(shù)構(gòu)建因特網(wǎng)。終端網(wǎng)絡(luò)層利用網(wǎng)絡(luò)提供的IP傳送服務(wù)為上層提供TCP/UDP接口，用戶可以在不改動網(wǎng)絡(luò)的同時設(shè)計(jì)任何服務(wù)和應(yīng)用。
4、當(dāng)前因特網(wǎng)存在的問題
總體來看，因特網(wǎng)已經(jīng)獲得成功，但是當(dāng)前在服務(wù)質(zhì)量、商業(yè)模式、安全以及地址空間等方面存在的問題制約了它的快速發(fā)展。
因特網(wǎng)是一個網(wǎng)絡(luò)層而非基于連接的網(wǎng)絡(luò)，因此很難為每個業(yè)務(wù)流預(yù)留資源。因特網(wǎng)的典型業(yè)務(wù)如web瀏覽，也不適合傳輸層基于連接預(yù)留資源。此外，當(dāng)前因特網(wǎng)的流量模型沒有定論，很難仿照傳統(tǒng)的電信網(wǎng)按愛爾蘭計(jì)算，在限制接入的條件下基于流量流向配置資源。因此當(dāng)前因特網(wǎng)在服務(wù)質(zhì)量方面采用最多的就是大帶寬輕載模式。
當(dāng)前的因特網(wǎng)沒有建立有效的商務(wù)模式，具體說來是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商缺少商業(yè)模式。一方面，網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)分離導(dǎo)致運(yùn)營商很難將業(yè)務(wù)綁定到終端或者網(wǎng)絡(luò)上來開展；另一方面，用戶已經(jīng)習(xí)慣傳統(tǒng)因特網(wǎng)的免費(fèi)服務(wù)，不再愿意為運(yùn)營商的服務(wù)付費(fèi)，多數(shù)運(yùn)營商只能通過接入來收費(fèi)。但是隨著接入市場競爭的激烈化，通過壟斷接入手段來收取高昂的費(fèi)用已經(jīng)不可能。同時，網(wǎng)絡(luò)上P2P、即時通信等都在蠶食傳統(tǒng)電信市場。如果電信運(yùn)營商未來仍只能收取接入費(fèi)用，那么電信產(chǎn)業(yè)將成為沒有技術(shù)含量、低附加值的產(chǎn)業(yè)。
當(dāng)前因特網(wǎng)已成為國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)安全已成為影響國家安全和社會穩(wěn)定的重要因素。雖然網(wǎng)絡(luò)安全備受關(guān)注，但是實(shí)際狀況不容樂觀。
在地址空間方面，IPv4地址雖然數(shù)量不少（約43.9億個），但是地址分配的不合理、用戶的劇增、家庭網(wǎng)絡(luò)和家電上網(wǎng)等業(yè)務(wù)需求的進(jìn)一步發(fā)展，因特網(wǎng)地址將在較短的時間內(nèi)耗盡。由于地址有限，地址分配機(jī)構(gòu)表示將不為手機(jī)分配IPv4地址。在3G技術(shù)的發(fā)展中，IPv4地址資源將可能成為移動通信進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。
上述問題的存在，下一代因特網(wǎng)通過恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整設(shè)計(jì)理念是可以解決的。
5、下一代因特網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念
總的來說，當(dāng)前的因特網(wǎng)雖然存在諸多問題，但不可否認(rèn)，它也取得了成功。而因特網(wǎng)的成功并不僅僅是技術(shù)和業(yè)務(wù)的成功，還應(yīng)該歸功于核心設(shè)計(jì)理念的成功。只有認(rèn)真研究下一代因特網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念，才能使下一代因特網(wǎng)走向成功。但是設(shè)計(jì)理念的變更必須慎之又慎，不恰當(dāng)?shù)淖兏赡軙髿⒁蛱鼐W(wǎng)的生命力。
5.1 端到端透明原則
端到端透明原則必然會在下一代因特網(wǎng)中繼續(xù)采納。最初的端到端透明原則嚴(yán)格要求網(wǎng)絡(luò)對用戶發(fā)出的IP包不做任何修改（TTL和相應(yīng)的校驗(yàn)和）。現(xiàn)在常見的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備修改IP包優(yōu)先級、NAT設(shè)備地址轉(zhuǎn)換等最初都被認(rèn)為是違背因特網(wǎng)端到端透明原則的，但是隨著地址空間和安全等需求的出現(xiàn)，這些應(yīng)用都逐漸標(biāo)準(zhǔn)化，而且沒有對因特網(wǎng)的發(fā)展形成很大的阻礙。因此下一代因特網(wǎng)應(yīng)該針對地址空間、安全等需求有所優(yōu)化，但是端到端透明的原則應(yīng)當(dāng)以不影響用戶應(yīng)用和創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)為限。
5.2 用戶自律原則
下一代因特網(wǎng)并非不需要用戶自律，但是不能只依賴用戶自律，必須采用一定的機(jī)制來監(jiān)督用戶行為，并且應(yīng)該采用一定的技術(shù)或者手段對用戶的行為進(jìn)行獎懲。
5.3 公平平等原則
在當(dāng)前的因特網(wǎng)中，用戶之間已經(jīng)不存在完全的公平平等，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商和內(nèi)容提供商存在的必要性與價值進(jìn)一步突出，因此下一代因特網(wǎng)的公平平等原則必須考慮價值鏈的公平平等原則。
5.4 簡單開放原則
因特網(wǎng)與TCP/IP的成功在很大程度上取決于簡單開放原則。下一代因特網(wǎng)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議必須開放接口，才能令業(yè)務(wù)和應(yīng)用靈活開展；業(yè)務(wù)和應(yīng)用層接口只有盡可能開放，才可能有豐富的客戶端軟件投入應(yīng)用。因此簡單開放原則在下一代因特網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念中必須繼續(xù)堅(jiān)持。
5.5 適度安全保障原則
由于下一代因特網(wǎng)仍堅(jiān)持端到端透明原則，因此用戶通信的機(jī)密性應(yīng)當(dāng)提供端到端保障；下一代因特網(wǎng)除了對協(xié)議增加魯棒性設(shè)計(jì)外，還應(yīng)當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)上建立信任體系，并對網(wǎng)絡(luò)行為提供來源追查的功能。此外，接入手段也應(yīng)該保障適度的安全。
6、結(jié)束語
因特網(wǎng)的核心設(shè)計(jì)理念在IT界已經(jīng)被提到了相當(dāng)高度。為了使下一代因特網(wǎng)繼續(xù)成功，有必要根據(jù)需求適當(dāng)調(diào)整核心設(shè)計(jì)理念。筆者認(rèn)為，下一代因特網(wǎng)應(yīng)當(dāng)有不影響用戶業(yè)務(wù)創(chuàng)新的端到端透明、帶獎懲機(jī)制的用戶自律、考慮價值鏈的公平公正、無條件的簡單開放以及適度安全保障原則。
