来源：中国教育和科研计算机网 2010-4-6
邬贺铨
互联网是在需求驱动中演进的。2007年全球数据信息生成及复制量281EByte，等于地球上所有书本信息量之和的500万倍，相当于地球上每个人在2007年产生或复制了45GByte，5年增加了10倍！到2012年生物信息学数据库将会以平均每年4PB的速度增加，相当于10公里厚的CD光盘所记录的数据总量。
最近，IBM提出“智慧地球”的口号，按IBM的讲法是更透彻的感知。事实上，这是在互联网的基础上，向上发展新的计算应用，实现更全面的互联互通；向下将传感器连接到互联网上，其底层需要一个泛在化的传感器网络。
与此相应的，是当前在业界的几个未来网络的新概念：传感网、物联网和泛在网。我认为，这三者之间并不是完全对立的，也不是完全无关联的。
传感网是实现传感器的互联和信息的收集，它的终端是传感器。
物联网，它包含的终端不仅是传感器，可能包括一些移动通信的各种模块、GPS，红外感应器、激光扫描器等。对物联网，目前没有非常严格的定义，我认为有三点是作为物联网很重要的特征。每一件物体都可以移动，每一个物体都可以通信，还有每一个物体都可以控制。要符合这些特征的物件连在网上，才能叫物联网。
泛在网是更广义的，是通过网络的泛在互联，实现物到物，物到人，人和人之间的按需的形式获取，传递、储存、应制、分析、使用等服务，强调人际的自然关系，实现异构的网络的智能应用。所谓泛在就是说它的包含无处不在，地域上的无处不在，网络上的全部覆盖。
我们可以看到，计算机体系结构正在面临重大变革，各种新的计算技术正在重构计算机产业链。软件加速向开源化、智能化、高可信和服务化方向发展；软件的运行环境已经从传统的单机环境发展为网络环境，用户数量和复杂程度剧增；需要解决可信性问题、多核计算环境下的“软件执行效能墙”问题、基于语义的信息资源聚合和互操作、下一代互联网、网格技术、软件中间件技术、Agent技术、本体技术和云计算异军突起。
从PC时代过渡到网络时代，以软件为中心，现在又提出来云计算的时代，以服务为中心，我想下一步还会发展到以用户为中心，整个软件会伴随着计算机技术的发展，而不断地发展，当然这也对网络的发展提出一些新的挑战。
互联网发展面临的挑战
互联网之初，只考虑尽力而为的数据业务，现在互联网的应用已经无所不包了，进入实时业务的领域，进入流媒体的业务领域。互联网像一辆自行车，最早是给人骑的，现在可能包含其他的动物，原本是在地面上，现在悬挂在空中了。互联网已经不堪重负，它面临很多挑战。
当前互联网主要的挑战有六个：可扩展性的挑战、可用资源的挑战、节能环保的挑战、可管理性的挑战、安全性的挑战、互联网演进体系的挑战等。
挑战一：可扩展性
关于可扩展性的挑战，有以下几个方面：
第一，传送能力的可扩展性。尽管综合利用OFDM、PDM、DWDM等多种调制方式和多电平线路编码以及相干检测等光传输技术在实验室可达到单根光纤传输25.6Tbps(160波×160Gbps)，但在长距离传输时的色散补偿和非线性管理仍然困难，离实用仍然较远。
第二，光交换的可实用性。由于没有合适的光存储器件，用光分组交换取代路由器还可望不可及，光突发交换也有颗粒性的不足，总之，目前还没有理想的光交换设备。
第三，路由器容量的可扩展性。据称目前已研制出数10Tbps量级的超大容量的路由器，但由于可靠性和功耗原因，何时能实用尚难以估计。
第四，路由器组网的可扩展性。路由器数量的增加面临网络扁平化与路由收敛的两难选择。
挑战二：可用资源
第二大挑战是可用资源的挑战。目前两大问题值得注意，一是IP地址问题；二是可用频谱资源。
IP地址问题上，我们可以看到，现在中国固网的互联网用户平均只有0.6个IPv4地址，还未考虑目前使用私有地址的移动互联网用户，而私有地址也不足以支持移动互联网用户的发展。宽带上网的永远在线特性将需要更多的IP地址，泛在网的应用也将消耗大量IP地址，IPv4地址将在2012年耗尽，因此，转向IPv6地址势在必行。
IPv6海量的地址数对路由器的选路协议是严峻挑战，解决地址可扩展性后又面临选路的可扩展性问题。
对于可用频谱资源问题，目前频率也成为一个紧缺资源。中国现在资源紧缺，水资源不够，石油资源不够，能源资源不够，实际上中国频率资源也不够。在中国，70%的移动通信普及率意味着什么呢？在一平方公里内，室内手机的用户数有68800人，在同一平方公里，走在马路上拿手机的用户是48000人，自己开车拿手机的是900人，差不多总数是12万人，12万人在忙时，在室内打电话不超过108秒，在马路上打电话更省一点，90秒，开车打电话48秒，再加上一些短信，一些数据，需要什么样的频率呢，如果我们在室内的通话半径只有50米，在马路上的通话半径只有300米，高速公路上乐观地说只有600米，加起来，大概接听的频率上行31兆，下行36兆。而中国移动目前拿到的频率是上下行只有30兆。可以想像，未来的频谱资源紧缺将成为我们的重要挑战。
挑战三：节能环保
第三大挑战是节能环保的挑战。ICT产业已经成为全球第5大耗能产业，ICT设备的二氧化碳排放占全球2%～2.5%(其中电信约占1/4，固网与移动是3:2)，与全球航空运输业相当。尽管相对于ICT对全球GDP的贡献7%还不算大，但今后几年ICT能耗将年增5%。
比如，2008年思科的大能量路由器CRS-1容量是1.2个Tbps，功耗是15千瓦，假设我们按照日本的一个估计，十年以后增加八百倍(假设思科还做得出这样的大容量路由器)，是920 Tbps，功耗只是线性增加，达到10兆，日本人估计，假设全国有一百个这样的路由器，功耗达一万兆，相当于一个核电站。
对二氧化碳减排，通讯网本身也承担了很大的责任，2008 Google的云计算数据中心位于OREGON水电站附近，每天的耗电与欧洲的日内瓦市相当。宽带化驱动绿色节能通信产品开发和对网络体系的优化。
挑战四：节能环保
第四大挑战是可管理性的挑战。其包含流量管理、内容管理、QoS、管理体制、商业模式等。
第一，流量管理问题使运营商承受了很大的压力。以视频为代表的宽带业务对实时性和抖动有严格要求，QoS问题比过去更受关注，但仍未看到突破性的进展。P2P流加快了带宽的消耗，运营商承受网络带宽扩容的压力但又难以从这些业务中获利。此外，互联网传统的不合理的结算模式在宽带化情况下更显不公平。因此，需要解决如何监控流量及其业务特征，并建立合理的资费模式。
第二，内容管理的问题也是突出的一个方面。宽带化使得互联网用户不仅仅是消费者，也是网络内容的生产者，加强视频内容的引导，净化网络是保证宽带化发展的关键。与此同时，版权管理问题因宽带化更加突出，这也是对网络内容管理的挑战。另外，内容管理与隐私保护的矛盾也正在凸显。
当前，互联网的发展处在新旧体制并存时期。互联网的治理需要法律支撑，但目前相关法律缺失。视频是宽带化的重要应用，网络电视、IPTV的个性化点播，以及与视频相关的交互业务和增值服务有很好的推广价值，与传统广播电视互补。但目前电信与广电的管理体制问题限制了三网融合的发展，而体制改革落后于互联网的发展。
第三.商业模式与投资回报的问题。今天互联网的一个重要问题是对网络建设缺少经济激励。运营商抱怨收不到钱，而网民呢，抱怨上网费还是贵。这是一个矛盾体。宽带流量优化管理和合理的资费模式是宽带持续发展的关键(美国5%的网民消耗全网50%的带宽，而其中90%是非法下载)。
挑战五：安全性
第五大挑战是安全性的挑战。
现在安全性的问题，归根结底是计算机的问题。Windows 2000 和Windows XP 的源代码估计分别约有3500万和4500万行。平均每1500行会有一个已知的bug 或缺陷， Windows 2000 和Windows XP 的bug 或缺陷将分别达到2.3万和3万个。安全性是无法回避的技术挑战，宽带接入的永远在线特征为病毒和黑客的攻击提供了更多机会，云计算平台一旦出现故障，将使大规模的服务瘫痪。
挑战六：互联网演进体系
第六大挑战是互联网演进体系，其主要问题是理论落后于工程。
互联网本身缺乏理论支柱，面临着三大难题：测量、分析与模型(GENI Research Plan V4.5, 2007.4.23)。尽管对互联网局部的网络性能、流量的测量有一些研究，但对整个网络的数学建模，几乎还是空白。对于一个人类社会高度依赖的系统，没有明确的数学模型，没有系统的性能分析和行为预测，是非常令人担忧的。
互联网发展阶段的疑惑
针对互联网的发展阶段，我们会有不少疑惑。首先是，物联网是互联网的下一代吗？有人说互联网是连接人的，物联网是连接物的，物联网是互联网的下一代。我认为，互联网既可以连接人也可以连接物，物联网仅是互联网的应用拓展，物联网既可以在下一代互联网中应用，也可以在现在的互联网上应用。
物联网的末梢是传感器网，传感器网内部传送协议可以使用IP,但IP协议并不见得对传感网进行优化，因此可以使用不同于IP的协议，特别是传感网的自组织和中继模式应该有更高效率的协议。
就目前认识，物联网的应用因有位置感知的要求，将在IP地址管理方面有更多的需求，另外异构性更多，而且因RFID和传感器等不及PC的智能，网络需要有更多智能，但物联网的核心网络仍然是现有电信网或直接就是互联网，当然基于IPv6的互联网更好。
第二个疑惑是关于下一代互联网。
关于下一代互联网，国际上并无严格定义，但至少国际上公认，美国的NGI项目、AMBIENT项目、欧洲GEANT2项目、FIRE项目、亚太的APAN项目、韩国的FIF项目和中国的CNGI项目等都是面向下一代互联网的研究试验项目。
日本MIC发表的文件认为下一代互联网(NXNW)的特点是基于IPv6的网络。IPv6是下一代互联网的重要标志，但显然不是惟一的标志。IPv6在使IP地址海量增加的同时，将引发对选路协议的再创新，并为增加安全性提供了可能。
MIC的报告认为，下一代互联网(NxGN)有以下四个目标：第一，用基于IP的网络替换传统电话网；第二，综合IP网上的话音、数据、视频业务以及包括移动业务在内的四重业务；第三，解决互联网面对的问题：面向应用的QoS控制、支持FMC的移动性和安全脆弱性等；第四，保持电信级的安全与可靠性，满足社会设施的需要。
美国的GENI(全球网络环境创新)计划，是以创造新的网络和分布系统体系为使命的，要在现有数据报、分组和电路交换范例之外，设计新的命名、寻址和识别体系以及新的网络管理范例。该项目提出了下一代互联网的目标是：信息接入的高可用性与可信性；无论何时何地的无缝接入；实时接入物理世界的信息；动态和挑战环境的信息接入。
当然，现在世界上研究新一代、下一代互联网的项目有很多，我的看法是演进了，可以说IPv4演进到IPv6，IPv6再继续演进到新的领域。
国际上早就认为，互联网的发展有两条路线。第一是修补式的，针对出现的问题个别解决(例如Internet 2, Phosphorous, NGI)。然而，这一路线增加了互联网的复杂性，使得网络难于管理，网络对新的应用不友好。可以说，互联网的体系已经硬化，修补可能已无济于事。第二是革命式的，即用新的网络体系替换现有互联网(例如NewArch, GENI)。但是仿真的模型还不能反映实际应用环境；产品性试验床有实际用户但变化不够，研究性试验床有较多的变化但缺实际的用户。
互联网发展的思考
整个互联网发展史中，每一次都经受住了经济危机的考验。冷战时期孕育互联网；石油危机催生互联网(石油危机后的“信息高速公路”计划推动ARPAnet发展成商业网——Internet。以互联网为标志的信息技术革命，有力地帮助美国从1987年的经济危机中复苏)；网络泡沫考验互联网(在网络泡沫后期一批新兴互联网企业诞生，例如1998年成立的Google ；一些互联网新技术出现，例如2002年流行的P2P；一些新应用产生，例如1997年的博客、2003年的聚客如Second Life、2004年的播客、2004年的社交网络如Facebook) ；金融危机反思互联网(互联网产业并未因金融危机而重创)；经济复苏期待互联网。可以看到，互联网作为现代服务业的重要组成部分在金融危机后受到更为关注。
从全球互联网的路由表可以看到，在世纪之交的时候，互联网路由表没有减少，到金融危机的时候，路由表也没有变化，也就是说，互联网整个产业受金融危机的影响不大。
2008年12月6日，美国总统奥巴马提出经济振兴计划，五个方面内容之一是“在美国各地推广宽带网络应用，让每个孩子都有机会使用互联网”。
2009年11月3日，温家宝总理在《让科技引领中国可持续发展》中提出：着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”。
然而，与其他发达国家相比，我国在互联网技术与应用方面仍有很大差距。因此，今后，中国在互联网研究方面有五个重点值得关注。第一，明确方向，制定我国互联网的发展战略；第二，针对目前与未来互联网发展与应用面临的挑战开展研究；第三，关注并研究开发互联网的应用特别是移动互联网的应用和物联网的应用；第四，加大对互联网内容监管技术及网络安全技术的研究开发；第四，面向可扩展性研究互联网体系创新和超大容量节点设备；第五，加大对下一代互联网的研究与推广应用的力度；第六，部署对后IP体系的研究。
在对CNGI发展上，我有几点思考：
第一，需要重视对下一代互联网发展战略的研究；
第二，CNGI并不是中国研究互联网的惟一科技项目，CNGI是高技术产业化示范项目，应与863计划、973计划、支撑计划等有所侧重；
第三，在跨运营商网络互联的示范、跨行业的应用示范方面，CNGI应该做得比其他科技计划更好；
第四，在推动产学研用合作方面，CNGI也应该充分发挥其优势；
第五，CNGI应继续坚持多样性、包容性，提供创新平台。CNGI的目光当然要长远，既需要面向2020年的互联网需求，也应该研究后IP的体系，但CNGI不应像日本的NWGN那样，只是考虑2020年的网络。
第六，CNGI应关注下一代互联网的组网技术，包括具有可扩展性的选路协议及大容量路由器；
第七，研究下一代互联网的管理，特别是应对IPv6环境下信息内容监管的挑战是当前有关部门关心的问题，CNGI项目要从技术上提供支撑；
第八，完善IPv6推广应用的各种技术支撑，基于IPv6的技术，推动IPv6的应用继续是CNGI的重点；
第九，力图在移动互联网技术及应用创新方面取得突破；
第十，就有重点选择行业开展物联网及泛在网的应用课题；
第十一，力争在IETF的下一代互联网话语权，并进而扩大在下一代互联网标准方面的创新主导权。
互联网刚刚庆祝了它的40岁生日，现在的互联网已进入不惑之年，但是从互联网的发展来看，现在面临着很多疑惑，它还在不断演进，它的范围和能力不断地扩展和增强，它的节奏也是不断地加快的。