我国下一代互联网建设面临的挑战与对策部署

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  摘 要:本文阐明了我国下一代互联网发展的重要性,分析了我国下一代互联网发展的基础以及面临的挑战,并介绍了我国电信运营商和互联网企业的对策和部署。
  关键词:IPv6 下一代互联网 挑战 对策 部署
  【中图分类号】G202 【文献标识码】A
  国际互联网协会将每年的6月6日定为世界IPv6①日,旨在推动IPv6在全球的部署。今年的IPv6日,由中国下一代互联网示范工程(CNGI)专家委员会主办的“下一代互联网发展建设峰会”在北京召开,国家发改委、工业和信息化部、教育部、科技部、中科院领导出席会议并致辞,三大运营商和互联网相关企事业单位一千多位代表参会,共同探讨推进我国“十二五”期间下一代互联网建设。
  互联网是与国民经济和社会发展高度相关的重大信息基础设施,互联网的发展水平已经成为衡量国家综合实力的重要标志之一。但是基于IPv4的现有互联网,用于标识网络设备和终端设备的网络地址约有40亿个,目前已经基本分配殆尽,2011年2月3日,全球IP地址分配机构IANA(互联网编号分配机构)的IPv4地址分配完毕,2012年4月15日,亚太地区IP地址分配机构APINC(亚太互联网信息中心)的IPv4地址基本分配完毕。中国互联网络信息中心(CNNIC)2013年1月15日发布的第31次《中国互联网络发展状况统计报告》显示,截至2012年底我国网民数量达到5.64亿,普及率为42.1%,②互联网已经渗透到国民经济和社会发展的各个领域。但是由于技术和历史原因,我国互联网存在着网络地址获取量不足、安全可信度较差、服务质量较低等突出问题。尤其是我国仅拥有3.30亿个IPv4地址(不含港澳台地区),人均约0.24个,远远低于美国的4.95个和韩国的2.22个,即使大量使用地址翻译(NAT)技术,仍不能满足快速增长的应用需求。基于IPv6的下一代互联网,地址空间是现有互联网的1029倍,我国拥有的IPv6地址数量位于第五位,占全球已分配IPv6地址总量的5.64%。截至2012年5月,全球13个域名系统(DNS)根服务器中共有9个添加了有效的AAAA记录(指向IPv6地址的记录),全球313个顶级域名服务器中支持IPv6的达到266个,全球活跃的IPv6 BGP路由数为9340条。
  推动互联网由IPv4向IPv6演进过渡,并在此基础上发展下一代互联网已经成为世界各国政府的共识,欧洲和美国、日本等发达国家纷纷出台国家战略层面的规划和布局。美国为了继续保持互联网的全球领袖地位,在网络改造、运营、制造、资源储备等方面加快布局,并以政府网络为先导带动IPv6转换。2012年5月,美国发布政府网络的新版IPv6发展路线图,制定2012~2014年工作计划,确定在2014年实现网络、业务、DNS服务器、手机终端全部支持IPv6,并完成向IPv6的过渡。同时,将美国政府其他各项行动计划,如云计算、数据中心、可信连接、DNSSec等与IPv6统筹考虑。欧洲希望改变在互联网领域落后美国的局面,通过“先移动,后固定”的方式应用IPv6,彻底解决未来移动网络服务可能面临的地址空间问题,并凭借在移动通信领域的优势力争在未来网络经济中与美国并驾齐驱。日本较早开始IPv6技术和应用研究,积极开展物联网、泛在网络等应用领域的部署,希望在未来的通信领域缩小与欧美的差距。
  一、我国高度重视下一代互联网发展
  “十二五”期间,我国将加快推进经济结构调整和发展方式转变,加快培育战略性新兴产业,为下一代互联网提供新的战略机遇。2011年12月23日,国务院总理温家宝主持召开常务会议,研究部署加快我国下一代互联网产业发展问题。会议指出,抓住新形势下技术变革和产业发展的历史机遇,在现有互联网基础上进行创新,发展地址资源足够丰富、先进节能、安全可信、具有良好可扩展性和成熟商业模式的下一代互联网,对于加强信息化建设,全面提高我国互联网产业发展水平,具有重要意义。2012年5月9日,国务院常务会议研究部署推进信息化发展、保障信息安全工作,提出“加快部署下一代互联网,重点研发下一代互联网关键芯片、设备、软件和系统,推动产业化”。
  2012年3月27日,国家发改委、工业和信息化部、教育部、科学技术部、中国科学院、中国工程院、国家自然科学基金会研究制定并下发《关于下一代互联网“十二五”发展建设的意见》,确定了我国发展下一代互联网的指导思想、基本原则、发展目标、发展路线图和时间表。
  “十二五”时期,我国发展下一代互联网的路线图和主要目标为:2013年底前,开展国际互联网协议第6版网络小规模商用试点,形成成熟的商业模式和技术演进路线;2014年至2015年,开展大规模部署和商用,实现国际互联网协议第4版与第6版主流业务互通。在此过程中,形成一批具有较强国际影响力的下一代互联网研究机构和骨干企业,全面增强互联网产业对消费、投资、出口和就业的拉动作用,增强对信息产业、高技术服务业、经济社会发展的辐射带动作用。重点包括如下五项任务:第一,加强资源共建共享,建设宽带、融合、安全、泛在的下一代国家信息基础设施,推动网站系统升级改造;第二,重点研发下一代互联网关键芯片、设备、软件和系统,加快产业化及现网装备;第三,推动下一代互联网商用进程,促进新型业务研发、现网试验和在线应用,建设基于国际互联网协议第6版的三网融合基础业务平台,加快发展融合类业务应用,支持物联网、云计算、移动互联网发展;第四,加强网络与信息 安全保障,强化网络地址及域名系统的规划和管理,全面提升下一代互联网安全性和可信性;第五,完善技术和产业标准体系,加强关键理论和核心技术研究。
  目前,互联网产业链各环节已经形成了加快发展下一代互联网的迫切需求,国内运营商亟需获取丰富的地址资源,设备制造商亟需寻找新的增长点,服务提供商亟需开发特色服务,用户迫切需要更先进的网络设施和更安全优质的业务体验。国家相关部委相继出台了促进下一代互联网发展的相关政策和规划。国家发改委副主任张晓强提出,物联网、云计算、移动互联网、三网融合等新兴交互式应用将大规模发展,“需要更多的网络地址空间和更坚实的网络基础设施”。2012年2月17日,国家发改委办公厅发布《关于组织实施2012年下一代互联网技术研发专项、产业化和规模商用专项的通知》。工业和信息化部副部长杨学山指出,下一代互联网也是我国“经济社会发展大局和信息化建设大局的关键环节和重要内容”,是提高劳动生产效率、转变发展方式的关键。工业和信息化部先后制定了《互联网行业“十二五”发展规划》等11个下一代互联网相关规划。   二、我国下一代互联网的发展基础
  近年来我国组织实施了下一代互联网示范工程(CNGI),并通过国际科技重大专项和其他相关科技计划,在基于IPv6的下一代互联网理论研究和标准制定、网络基础设施建设、关键设备研发、技术实验与应用示范等方面取得了一系列成果,锻炼培养了一批专业人才,为下一步产业发展打下了良好基础。中国下一代互联网示范工程(以下简称CNGI)经国务院批准于2003年启动,由国家发改委、工业和信息化部、教育部、科学技术部、中国科学院、中国工程院、国家自然科学基金委等部委联合组织实施,是涵盖下一代互联网理论与技术研究、科学实验、设备研发及产业化、网络建设优化、新型业务运营、关键标准制定、重要行业应用、网络安全防护等领域的重大系统工程。CNGI以政府推动、企业主导、市场选择、保障信息安全为发展原则,以自主创新与国际合作相结合为发展途径,以培育和完善下一代互联网产业链为核心任务。CNGI先后支持建设了六个主干网(覆盖全国22个城市、连接59个核心节点)、两个国内/国际交换中心(北京和上海)、273个驻地网。2005年至2006年,共设立103个CNGI研究开发、产业化及应用示范项目,其中技术实验、应用示范和标准研究56个,系统研发及产业化项目47个。2008年底开始组织实施下一代互联网业务试商用及设备产业化专项,在新型技术业务的应用和试商用、关键设备产业化、重要标准规范的研究制定三个领域,重点支持了46个项目,积极推进下一代互联网向更高层次、更广领域应用。
  CNGI-CERNET已经建成CNGI-CRENET2/6IX互联交换中心和CNGI高校驻地网等下一代互联网试验网基础设施,基于已经取得的IPv6关键技术成果,开展了多种教育和科研重大应用的部署。在100所高校全面推进校园网IPv6技术升级改造。与国内厂商合作,开发了基于IPv6网络服务平台、网络管理与安全检测系统、IPv6网络过渡系统、物联网设备与系统等,共同推进IPv6网络支撑技术试商用。CERNET2项目取得了良好的效益和应用成果,为我国一大批下一代互联网科研项目和课题提供了开放性实验环境,为国产IPv6核心路由器提供了实际使用环境,提高了国产网络核心设备的竞争力,提高了我国在下一代互联网研究中的国际地位,培养和储备了下一代互联网技术的高层次人才。
  三、下一代互联网发展面临的挑战
  在安全方面,IPv6自身可能带来多种安全威胁。IPv6和IPv4传输数据包的基本机制没有改变,IPv4网络中除IP层以外的其他四层出现的安全攻击在IPv6中仍然会存在。IPv6地址扩展虽然能够解决网络地址的紧缺问题,但是它的规模也为安全检测带来难题,如海量地址的查询变得更加复杂。IPv6协议本身也存在诸多安全隐患,例如:攻击者可能利用IPv6分组的扩展头部,通过自制恶意数据包来攻击路由器和主机,无状态地址自动分配可能使非授权用户更容易接入和使用网络等。IPv4向IPv6过渡时期中,IPv4与IPv6间的非对称性、过渡形式的多样性等,安全防护将面临更复杂的形势。目前我国正处于IPv6网络的推广阶段,尚未真正大规模商业化部署,大量未知威胁尚未暴露。我国网络安全基础设施、重要行业对IPv6的安全防护能力不足,无法应对下一代互联网大规模推广应用带来的安全问题,产业化不足,无法满足安全防护需求。
  IPv6网络的发展仍然缺少商业需求,可以预见在未来很长一段时间内IPv4将与IPv6共存。目前国内外已经提出多种过渡技术方案,但是需要在这些方案中做出选择和协调。国内的互联网企业在演进过渡中也面临很多挑战,例如现有很多业务系统不支持IPv6,需要花费大量的人力进行开发、升级和测试工作。
  四、我国电信运营商和互联网企业的对策及部署
  根据网络技术发展趋势和发展下一代互联网的历史机遇,国内电信运营商很早就开始布局下一代互联网的规划研究,并制定了“十二五”以及更长时期下一代互联网的发展计划。
  中国电信自2001年起在下一代互联网领域开展研究及技术储备,围绕网络、业务和终端,在演进策略、技术研发、设备测试、现网实验等方面做了大量的探索和积累,其发展里程可以分为四个阶段:2001~2002年,技术试验阶段;2003~2006年,CNGI网络建设阶段;2010~2011年,现网实验阶段;2012年开始,承接国家商用试点阶段。面对试商用的需求,中国电信已经开展了全方位的准备。中国电信与清华大学于2009年成立联合实验室,共同研发关键技术,推动标准化与产业化。推动网络设备和终端设备的成熟,发布IP网络各项设备的技术规范,开展现网实验验证,积极参与终端厂家合作,推动其支持双栈等过渡技术,并积极推动CP/SP向IPv6迁移,为中小CP/SP提供低成本的迁移方案,探索基于IPv6的物联网应用和行业应用,支撑了上海世博会和深圳大运会等重大项目,所开展的这些工作为下一代互联网的演进奠定了基础。
  中国电信下一代互联网的推进计划主要包括四个方面内容:架构演进、技术创新、网络升级、推广应用。下一代高智能网络架构具有应用层开放、可管可控、网络资源云化、边缘智能的特点。在网络过渡技术创新方面,中国电信以双栈技术为基础,结合DS-lite、LAFT 4over6等IPv6接入过渡技术,实现用户向IPv6的平滑升级,并制定符合现网业务的设备规范,积极与产业链各方合作推进设备成熟。终端技术创新方面,推进芯片产业支持IPv6的同时,在Android平台实现不依赖基带芯片的IPv6功能,固网家庭网关要求支持双栈、DS-lite、LAFT 4over6等过渡技术及自动化配置。为了承接国家下一代互联网专项工作,中国电信扩大现场实验规模,升级网络,为用户和CP/SP提供IPv6网络环境,升级改造CP/SP集中的重点城市大型IDC网络环境,全面开展骨干网双栈化改造,京沪穗部分城域网开启双栈并引入DS-lite等过渡技术。
  中国移动的移动用户超过6亿,IPv4地址严重不足。LTE具有永久在线特性,用户开机至少需要一个IP地址,发展LTE和移动互联网将消耗数十亿地址,推进向IPv6演进是发展移动互联网的需要。中国移动主要在三个方面推进IPv6:大范围开展现网IPv6试点,在11个省市启动了IPv6试点,首次实现IPv6TD-SCDMA终端接入现网;推进TD-SCDMA/TD-LTE产业IPv6发展,尤其是联合厂商推出支持IPv6的TD-SCDMA和LTE芯片,促进终端和设备成熟;积极参与国际标准化组织IETF和3GPP工作并取得突破,发布3GPP首个IPv6指导性标准规范,在IETF发起LWIG工作组并担任主席。结合国家发展下一代互联网战略,计划在2013年发展300万IPv6用户,到2015年实现全网升级到IPv6,尤其重视移动互联网产业链中终端IPv6芯片和系统的成熟。
  中国联通全面参与了CNGI核心网、驻地网以及研发和应用示范项目,承担了大量下一代互联网体系架构、宽带业务和应用项目,推动IPv6的发展,并制定了在2013年实现不少于300万IPv6宽带接入用户的目标。
  在下一代互联网应用方面,腾讯公司提出了调研、试点、准备、实施的四步走IPv6演进策略,目前已经完成IDC的技术测试和验证,搭建了IPv6的试点运营平台,支持各业务的进驻,同时已经完成主域名www.qq.com的IPv6支持工作,运营支撑系统也开始支持IPv6。以服务于智能电网建设为目标,国家电网公司计划建设实验网络,两个试点网络,三个典型示范应用,覆盖七个省市示范单位,最终实现IPv6在智能电网中的推广应用。
  (作者单位:清华大学计算机科学与技术系)
  (本文编辑:莫玉玲)
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