如何建造新一代互联网

　　2011年2月11日奥巴马总统宣布美国将推进以4G为主的移动互联网建设;2011年2月4日北京时间互联网域名管理机构(ICANN)在美国迈阿密宣布，IPv4地址库已经告罄。这是世界互联网的重大历史事件，也意味着新一代互联网进入了加快建造的时代，由此更需要从全球互联网的顶端高度理解新的IPv6地址模式所带来的变革意义。为此，本报特约请作为国际着名学者的国际智能电网联盟理事、中国国际经济交流中心智能能源研究组组长、《科学时报》首席经济学家武建东教授讲述中国新一代互联网的总体发展战略。在本报告中，武教授在国际上首次指出，IPv6地址升级只是表面问题，它的本质实际上是TCP/IP协议和域名管理系统向更高一级的组织变迁，IPv6地址升级是历史的必然。但是，以目前的互联网域名管理机制实施IPv6的转型，实际上蕴蓄了互联网分权革命和民主化的种子，真正的胜者就是要化解这个潜在矛盾，IPv6升级更需要的是与之对称的域名管理权民主化。

　　武教授还特别强调，应重新梳理我国3G移动通讯网络的战略，维持并提升现有的2G网络安全运营，暂缓部分3G网络建设，转型建设一个开放、具有互操作性，囊括电力、电视产业充分参与的有线、无线紧密衔接的过渡性网络，适时再以4G网络为基础启动新网络建设，快速发展太空互联网，建设一个国际领先、产业生态完整，具有综合产业互动能力的创新网络。

　　2010年中期选举的落败，促使奥巴马政府2011年将核心集中精力落实在打造“赢得未来”的发展战略上来。在这个转变之中，我认为奥巴马总统实际上选择了创新点和制高点相结合的新发展模式，而且，奥巴马还以罕有的政治承诺的方式不断宣布跨总统任期的战略目标，其中最引人关注的就是如何提升美国在互联网产业上惊天动地的创造力，实现这一点既需要目标，也需要行动，美国都做到了。

　　2011年2月11日，奥巴马在密歇根州发表“无线网络创新与基础设施建设”的演说时表示：“对我们的家庭和企业来说，4G是下一个火车站、下一个匝道。我们将以此激发新创造、带来新投资、创造新岗位。”“为吸引最好的工作和最新的行业，我们必须在创新、教育、建设和发展步伐上超过世界其他地区。这就要求我们必须投资于先进的研究和技术”。奥巴马还描述了是项建设的路线图，即计划到2016年将使98%的美国人享用4G网络。同时，美国政府宣布在这个计划上投资150亿美元，其中，100亿美元用于发展公共安全机构的全国性宽带网络;另投入50亿美元建设基础设施，以帮助乡村地区接入高速无线网络。嗣后，白宫更发表声明强调这个网络必须是“最先进、安全、全国性以及可实现互操作性的移动通讯网络”。

　　而在此前数日，全球互联网IP地址管理机构ICANN亦于2011年2月4日在美国迈阿密发表新闻公报正式宣布，基于互联网通信IPv4协议的最后5组地址已经被分配给了全球5大区域互联网注册管理机构，IPv4地址总库已经配罄;互联网的未来发展将系于在全球范围内普及下一代互联网通信协议IPv6。所谓IPv4，即互联网协议(Internet Protocol，IP)的第四版，也是第一个被广泛使用，构成现今互联网技术的基石的协议。目前，IP协议版本分为IPv4和IPv6两种，而IPv6能提供比IPv4更庞大的地址资源。

　　加之美国政府在2010年已经推进的智能电网建设、太空互联网实验、GENI等未来互联网的架构设计诸项目，美国新一代领先世界的互联网建设已经形成了体系性的发展战略和实施方案。这个战略的基本特点是将立足开放和互操作性原则，推动美国互联网、无限网络、电力网、电视网、太空通讯、芯片技术、终端等实现翻天覆地的重组和改造，以保持世界上最强的竞争力。

　　目前来看，这个战略也将迅速向世界传导，国际互联网产业将作出重大调整!以中国为例：2009年1月7日刚刚发放了牌照，拟两年投资2800亿元人民币，带动2万亿元社会投资的3G网络的建设战略就需要第一时间做出应变。重组我国在移动互联网的创造力、建设力已迫在眉睫。我认为较为明智的举措就是，重新梳理我国移动通讯网络的战略，维持并提升现有的2G网络安全运营，暂缓部分3G网络的建设，转型建设一个开放、具有互操作性，囊括电力、电视产业充分参与的有线、无线紧密衔接的过渡性网络，适时以4G网络为基础启动新网络建设，快速发展太空互联网，建设一个国际领先、产业生态完整，具有综合产业互动能力的创新网络。当然，这场互联网变局最需要我们从全球角度认识它的本质和特征!我想这个本质既包括如何建造适应21世纪市场的综合网络，更蕴涵着如何实现互联网的国际大分工和国际利益分配。

　　正确认识新一代互联网的四种发展模式

　　什么是互联网的基本权力?它应该如何运转?这是互联网升级、重组、改造的首要问题。

　　由于互联网内的一切服务都有赖于域名的解析，以及唯一性的IP地址联系才能实现互动，因此，互联网两项最基本的权力就是TCP/IP协议和域名管理系统，它们之间的精契结合构造了互联网的核心机制。就两者性质而言，前者执表，后者为里;就两者地位而言，前者如架，后者犹框;就两者表达而言，前者分布全球而无孔不入，后者就是以美国为主的ICANN管理中枢而居互联网权力之巅。设计任何互联网的变革战略都离不开以上两个要素，它们之间密不可分、缺一不可，其中域名管理权拥有决定地位，IP地址是否配罄，抑或地址如何升级都居于互联网架构的从属地位。

　　因此，不同的域名管理思想的设计体现不同互联网的发展模式，而不同的互联网发展模式也都应该立足于重大的技术变革和市场扩张。

　　互联网不仅是生产力，也是与货币、能量并列的第三通货。互联网应该反映市场主流意识，体现世界核心利益，焕发人类创新精神。

　　我认为，互联网再造大体可以有四种模式。

　　其一，继续维持以ICANN为主的互联网社团治理的模式，这个模式的核心实际上是维持了以美国为主的根服务器的解析模式，它的局限性是向主权性、私密性市场扩张力受到限制。倘若国际社会以互联网市场发展为第一目标，这个模式就需要与时俱进、包容各种挑战和转变。

　　其二，实行以多个国际组织共同治理的模式，也即从一国一组的ICANN管理模式转变为多国多组的国际化模式，这个模式的核心是通过不同国际组织实现根服务器管理的扩大化、自主化，可以兼容能源网、金融网、环境网等安全性的需求，这个模式的转型红利是以互联网管理有限度的民主化换取了市场的扩张化。

　　其三，参考国际电信联盟ITU的编号、命名、寻址和识别资源的分配和管理程序，建立以主权国家为主的互联网域名管理互联互通的机制，例如：可参考ITU之E.164标准所分配的国际长途电话区号模式。这个模式的核心是可以建立以各国家或有关地区为主的松散的根服务器管理模式，它的转型难点是如何启动并管理这个体系。

　　其四，将现有的互联网改组重组为大国治理模式。例如：以作为世界主要互联网中心的大国或大国联盟为基础的协调机制;或者重组为以G20国家为基础的合作机制;或者以其他混合机制为基础而造就的主要国家责任制模式。这个模式的核心是将现有的以美国为幕主、以ICANN为运营主体的互联网社团治理模式演化为大国责任制，它的优点是既解决了互联网的民主化，也解决了互联网的市场化，特别是落实了互联网升级的资本积累和新技术扩张的市场。

　　以上四个模式反映了与主权国家或国家联盟对应的主权利益，契合了互联网是与海洋、太空并列的全球共享的财产的基本特征。这四个模式更多属于一种发展框架模型，最终可能形成几个模式的复合发展;或可将多个模式重组为分部实施的交叉战略，应该具有“答复互联网应该是什么的哲学思考，又应该包含着互联网将会是什么的科学判断，也必须提供互联网可以是什么的创新资源”的主要特征。

　　以上架构也解决了困扰互联网IPv6升级的逻辑起点问题，即无论是从IPv4升级到IPv6，还是单纯的互联网域名服务器的扩展，它的基点都应该是复合式的，即以TCP/IP协议和域名管理系统变迁并重演化。域名管理系统的牵出，不但揭示了从IPv4升级到IPv6的本质，也说明了新一代互联网建设的艰巨和深刻!

　　建造互联网的反思：历史上如何确立了IP协议的统治地位?

　　互联网的创造起源于思想实验而不是技术发明，这注定了互联网的架构建造具有体系性和长周期的特点，并且体系创新高于技术创新，互联网思想家的职责重于工程师，前者决定模式，后者设计路径。为此，互联网变革首先是思想革命，那些能够驾驭网络未来创新思想的国家才能够赢得未来、拥有未来，而这个前提就是要集中于架构创新。据此，全面开放的思想、集中力量实施技术和资源突破的原则、兼容多种网络的思想、超级互联原则、民主化治理全球网等战略规划思想都可以充分体现、充分应用。可以说，互联网的真正领导力主要表现在思想上的领导力。回顾历史可以更清楚地理解上述结论。

　　正确认识约瑟夫?利克莱德的互联网初期架构设计

　　全球互联网公认的开山领袖之一是美国麻省理工学院(MIT)的心理学和人工智能专家J.C.R.Licklider(约瑟夫?利克莱德)教授。1960年，他设计了互联网的初期架构，即这个网络是指以宽带通信线路连接起来的电脑网络，目的是实现信息存储、提取以及实现人机交互的功能。

　　目前来看，这个思想的创新性是继电话网络、电报网络、无线电网络之后，催生了以电脑联机为主的第四网络;它的局限性则是将电脑网络作为与其他通讯网络等量齐观并列的其中一种网络，未将其作为超越通讯、能源、工业、交通以上的万网之网的超级体系以统一或兼容其他网络;未将其作为与自然网络并列的人工智能网络以提升大体量的超级网络。

　　从某种程度而言，这种架构的初期设计约束了互联网这个有爆炸性格的扩张天性，导致了嗣后设计互联网协议和建造其组织管理模式的诸多天然不足，以致造就了当代互联网协议的脆弱性和有限性，后人只能以不断添加补丁和升级协议的刓方就圆的方式推进互联网管理的进化!

　　所以，时至今日，业界一直存有再造一个互联网的各种创新规划，也许启用它们比重组互联网更容易。是故，从美国的GENI计划到欧洲的LP7行动，再造互联网一直是洛阳纸贵，公听并观，垂明当世!

　　J.C.R.Licklider教授后来成为美国国防部高级研究计划署的首批核心领导者。依据上述思想他提出的电脑网络发展路线，可以概括为“试验网——电脑网络”的模式，而不是运转电脑网络与电话网络、电报网络、无线电网络建立“协同网—综合网”的发展路线。

　　从这个意义而言，互联网的战略架构具有先天不足的设计之处，也使得TCP/IP的分层体系存在天然变化的变革空间，直至造就了我们今天推进互联网大变革的突破口。

　　IP协议统治力的建构

　　1969年，为了能在未来战争之中创建新的通信网络系统，美国国防部高级研究计划署(ARPA)支持建立了世界上第一个分组交换试验网ARPANET，即着名的阿帕网。1969年10月29日，斯坦福大学和加州大学洛杉矶分校的电脑首次完成连接，构建了互联网的先期框架。以后的电脑试验网络还有UUCP、USENET、BITNET、CSNET、X.25网络，但阿帕网继续保持领先发展势头。1973年至1974年，ARPA的罗伯特?卡恩和斯坦福大学的温顿?瑟夫成功开发了电脑网络之间通讯的基础协议——TCP/IP协议，这也就相当于建造了世界互联网大厦的框架。

　　TCP/IP协议也被称作DoD模型(Department of Defense Model)，它包括两个协议，即：TCP(传输控制协议)和IP(网际协议)。1983年1月1日，阿帕网通过将核心协议由NCP(Network Core Protocol)转换为TCP/IP协议，确立了TCP/IP协议在整个互联网的统治机制。1984年，美国国防部将TCP/IP作为电脑网络的应用标准。1985年，互联网架构委员会邀约了250家厂商与会，确立了TCP/IP协议的商业应用架构。据此，TCP/IP协议成为互联网上所有主机间的共同协议。

　　倘若评价这个进步，它的作用相当于人类历史上以飞机取代客船，这个创新协议成功地解决了电脑之间的沟通方法。

　　应该说，罗伯特?卡恩和斯坦福大学的温顿?瑟夫开发的TCP/IP的协议基本上是一个必然发现。时年美国国防部布置了三个研究团队开发TCP/IP的协议，罗伯特?卡恩和斯坦福大学的温顿?瑟夫团队只是一个领先团队，而不是唯一开发的团队。TCP/IP协议被开发出来基本上是美国科研能力的正确表达。以后，TCP/IP协议经过跨国传输的大范围应用试验获得成功，IP协议最终建立了它的统治地位，现代互联网的核心机制也得以确立，它使人类拥有了微空间的建造基础。

　　正确把握互联网的进化方向

　　就互联网地位而言，罗伯特?卡恩和斯坦福大学的温顿?瑟夫属于J.C.R.Licklider教授思想架构的施工队，历史应该给予J.C.R.Licklider教授更高的褒扬赞誉，也应该更深刻地反思他那一代先驱们在建造互联网过程之中的有限性。

　　这个反思的意义就是当代世界是否需要再造互联网，还是宜通过优先升级到IPv6码址水平，再整体改造互联网。无论何种路线取向，2011年世界注定需要采取积极路线革传统互联网的命，这个革命的主题就是如何建造一个新型的兼容多种网络的互联网架构，它既需要思想变革的推动，也需要技术上的大发明和不断创新。

　　再造新一代互联网变革之一：实现从IPv4到IPv6的升级

　　互联网编号分配机构(IANA)创始人Jon Postel早在1981年Internet Society(ISOC)互联网工作组编制的Request For Comments(RFC)791文件中即对IP进行了定义：“互联网协议(IP)特指为实现在一个相互连接的网络系统上从一个源到一个目的地传输比特数据包(互联网数据包)所提供必要功能的协议。其中并没有增加端到端数据可靠性机制、流量控制机制、排序机制或者其他在端到端协议常见的功能机制。互联网协议可在其支持的网络上提供相应服务，实现多种类型和品质的服务。”

　　据此，我们可以理解IP协议有两个基本任务：其一，提供无连接的和最有效的数据包传送;其二，提供数据包的分割及重组以支持不同最大传输单元大小的数据连接。

　　IPv4的发展现状和潜力

　　我们现在使用的IPv4是IP协议的第一个正式应用版本。1985年，国际互联网上联机的主机台数为2000台，这导致了IPv4地址体系设计的保守安排，以致地址的有限性近年来一直困扰互联网的发展。

　　IPv4使用的是32位地址，可以运行在各种的底层网络中，理论上可以编址1600万个网络、拥有4,294,967,296(=232)个地址、运行40亿台主机。但是，由于互联网采用了A、B、C三类编址方式，可用的网络地址大打折扣。仅就中国而论，截至2010年底，IPv4地址数量已近2.8亿个，而截至2011年2月3日全球IPv4地址总库已经配罄。这样就要从战略上设计解决IP地址的资源问题。

　　倘若在IPv4地址资源内，目前有以下几个方法可以盘活IP地址利用率，其一是采取政策释放预留的地址资源;其二是建立国际市场交易现有的地址资源;其三是以NAT的方法解决扩容;其四是设计新的组网等其他方式。这些开发IPv4地址资源的战略手法既可以提高IPv4地址资源的利用率，也可能延缓新一代互联网地址模式的采用，为重组互联网管理权提供各种讨价还价的空间。以上方法都足以延缓IPv6的推广使用路线和利益分配，决定世界上IP码址的战略走向。

　　此外，解决问题的另一种思路就是实现从IPv4到IPv6的过渡，推动IPv4升级到更高级的水平，IPv5已经存在，它是一个实验性协议，被称为互联网流协议(ST)，按照目前IP地址升级的协议进程，只能优先甄选IPv6协议了。

　　为此，我们说，2011年，ICANN的IPv4地址告罄的公告并不足以让世界引起恐慌。一方面，全球5大区域互联网注册管理机构最终完成IPv4地址配售还需要一定时日;另一方面，IPv6应用还没有找到商业主战场，它的推广期间也将是最优惠的申请周期。但是，互联网IP地址资源确实成为当今世界上最热点的话题之一，需要我们拿出智慧解决这个问题。