下一代互聯(lián)網

前言

　　互聯(lián)網是現(xiàn)代社會最重要的信息基礎設施之一，對世界經濟、科技、軍事、文化和社會生活等各方面產生著重大影響，產業(yè)利益大，更關系到國家信息安全。互聯(lián)網發(fā)展及其應用水平已逐漸成為衡量一個國家綜合實力的重要標志?！　”M管互聯(lián)網憑借著包容各種網絡通信技術和支撐用戶開發(fā)創(chuàng)新應用的巨大技術優(yōu)勢，近三十年來，規(guī)模不斷擴大、技術不斷改進、應用不斷創(chuàng)新，但是也面臨著越來越嚴峻的技術挑戰(zhàn)，如地址空間即將耗盡、網絡安全可信度差、移動漫游能力有限、網絡質量難以保障、運營管理水平急待提升等?！　∫话銇碚f，“下一代互聯(lián)網”是指既保留目前互聯(lián)網的技術優(yōu)勢，又較好地解決上述重大技術挑戰(zhàn)的新一代互聯(lián)網。除了IPv6是其基本特征外，業(yè)界期待下一代互聯(lián)網能夠具備可控、可管、可擴、可信能力。盡管IPv6并不能概括下一代互聯(lián)網的全部，但已經形成了一個完整、成熟的標準體系，目前業(yè)界一般泛指的下一代互聯(lián)網的核心內容往往就是IPv6?！　∶绹劝l(fā)達國家15年前就開始實施下一代互聯(lián)網研究計劃，意圖搶先掌握未來網絡核心技術，在新一輪產業(yè)技術和國家經濟競爭中贏得主動，以謀求更大的經濟利益和戰(zhàn)略利益。2003年，黨中央、國務院審時度勢，對發(fā)展我國下一代互聯(lián)網、建設我國下一代互聯(lián)網示范工程CNGI做出了戰(zhàn)略部署。根據當時國內外下一代互聯(lián)網技術的研究情況和發(fā)展趨勢，慎重選擇了現(xiàn)實可行的IPv6協(xié)議作為中國下一代互聯(lián)網的核心協(xié)議，并且在IPv6下一代互聯(lián)網上攻克關鍵技術、開發(fā)創(chuàng)新應用和推動其產業(yè)化?！　啄陙?，雖然我國下一代互聯(lián)網技術發(fā)展已經取得了重要成果，但是隨著2011年2月3日國際互聯(lián)網編號分配機構IANA宣布全球IPv4地址已分配完畢，全球互聯(lián)網從IPv4向IPv6過渡變得十分迫切，使我國下一代互聯(lián)網發(fā)展進入了一個非常關鍵的時期。當前，全球金融危機和經濟危機對我國經濟轉型、走新型工業(yè)化道路提出了更加嚴峻的挑戰(zhàn)，我國發(fā)展以下一代互聯(lián)網為代表的高技術新型產業(yè)的意義就更加重大?！　?011年12月23日國務院總理溫家寶主持召開國務院常務會議，研究部署加快發(fā)展我國下一代互聯(lián)網產業(yè)。會議指出，發(fā)展下一代互聯(lián)網對于加強信息化建設、全面提高我國互聯(lián)網產業(yè)發(fā)展水平，具有重要意義。會議明確了今后一個時期，我國發(fā)展下一代互聯(lián)網的路線圖、主要目標和重點任務。2012年3月，國家發(fā)改委等7部委聯(lián)合發(fā)布了《關于下一代互聯(lián)網“十二五”發(fā)展建設的意見》，提出了我國發(fā)展下一代互聯(lián)網的指導思想、基本原則、發(fā)展目標、產業(yè)發(fā)展路線圖和時間表等內容。以上這些，不僅對我國下一代互聯(lián)網研究工作是極大的鼓舞和鞭策，更為進一步推動我國下一代互聯(lián)網產業(yè)發(fā)展工作指明了方向?！　”緯某霭孢m逢我國下一代互聯(lián)網發(fā)展的關鍵時期，從基本概念、發(fā)展歷史、體系結構和關鍵技術、標準和研究現(xiàn)狀等多個方面對下一代互聯(lián)網進行了詳細的介紹。本書的組織結構具體如下?！　〉?章，互聯(lián)網發(fā)展歷史和現(xiàn)狀。本章簡要回顧互聯(lián)網的發(fā)展歷史和演變過程，總結互聯(lián)網發(fā)展的技術特點和成功經驗；分析互聯(lián)網目前面臨的挑戰(zhàn)，以及下一代互聯(lián)網出現(xiàn)的背景?！　〉?章，下一代互聯(lián)網基本概念和重要意義。本章介紹下一代互聯(lián)網的基本概念及其主要特征，然后對下一代互聯(lián)網的關鍵技術進行簡要介紹?！　〉?章，新一代互聯(lián)網體系結構研究進展。本章介紹下一代互聯(lián)網體系結構發(fā)展的兩種不同的路線，即革命式路線和改良式路線，通過對比分析，提出了基于演進的新一代互聯(lián)網體系結構的發(fā)展思路?！　〉?章，下一代互聯(lián)網過渡技術研究進展。本章對IPv6過渡的基本問題、異構地址穿越和異構地址互聯(lián)進行分析，在此基礎上介紹隧道技術和翻譯技術的基本原理，以及當前主流隧道和翻譯機制?！　〉?章，下一代互聯(lián)網安全和可信任互聯(lián)網。下一代互聯(lián)網安全機遇與挑戰(zhàn)并存，可信任互聯(lián)網是構建安全可信的下一代互聯(lián)網的關鍵技術。本章重點介紹基于真實IP源地址驗證體系結構構建可信任的下一代互聯(lián)網?！　〉?章，可編程和可重構路由器研究進展。隨著互聯(lián)網的發(fā)展和規(guī)模的膨脹，對路由器的功能需求也在不斷發(fā)展，本章介紹可編程和可重構路由器領域的研究進展及可重構路由交換平臺關鍵技術。　　第7章，移動互聯(lián)網進展。本章介紹移動互聯(lián)網技術的主要發(fā)展趨勢，然后以無線局域網的動態(tài)頻譜訪問技術和互聯(lián)網端到端多徑并發(fā)傳輸兩方面為例，具體介紹移動互聯(lián)網技術的研究進展?！　〉?章，數據中心網絡的研究進展與趨勢。數據中心是云計算的核心基礎設施。本章介紹數據中心網絡的國際研究現(xiàn)狀，包括拓撲設計、傳輸協(xié)議、無線通信、虛擬化、增強以太網和節(jié)能機制等內容，以及軟件定義網絡應用到數據中心網絡的情況?！　〉?章，下一代互聯(lián)網與物聯(lián)網。本章介紹物聯(lián)網的主要技術，以及融合物聯(lián)網的下一代互聯(lián)網體系結構及存在的主要問題?！　〉?0章，下一代互聯(lián)網標準進展。本章首先對全球互聯(lián)網最具權威的技術標準化組織IETF進行詳細介紹，然后對我國的CCSA和WAPI標準進行介紹?！　〉?1章，下一代互聯(lián)網發(fā)展現(xiàn)狀。面對全球下一代互聯(lián)網產業(yè)的加速發(fā)展態(tài)勢，本章從主要國家戰(zhàn)略布局和規(guī)劃、網絡建設、軟/硬件和系統(tǒng)研發(fā)、行業(yè)應用、技術標準等多個方面對全球下一代互聯(lián)網發(fā)展情況進行了介紹，并且分析了我國下一代互聯(lián)網發(fā)展存在的問題，指出了我國發(fā)展下一代互聯(lián)網的重要戰(zhàn)略意義，介紹了我國發(fā)展下一代互聯(lián)網的具體戰(zhàn)略部署。　　本書的撰寫得到了清華大學網絡科學與網絡空間研究院、計算機科學與技術系、電子工程系的多位教師的大力支持，他們是李崇榮、徐恪、崔勇、李丹、徐明偉、畢軍、李賀武、李風華等，在此表示衷心的感謝?！　∽髡摺　?012年5月

內容概要

　　《下一代互聯(lián)網》系統(tǒng)介紹了下一代互聯(lián)網的進展情況，包括下一代互聯(lián)網的概念解析，國內外下一代互聯(lián)網的最新發(fā)展情況，下一代互聯(lián)網的關鍵技術進展，以及各國發(fā)展下一代互聯(lián)網的政策計劃。最后分析了下一代互聯(lián)網對未來社會的影響，提出我國發(fā)展下一代互聯(lián)網的政策建議等。

作者簡介

吳建平，清華大學計算機科學與技術系教授，博士生導師。IEEE Fellow，互聯(lián)網技術專家。現(xiàn)任清華大學信息化工作辦公室主任、計算機科學與技術系主任、網絡科學與網絡空間研究院院長、信息化技術中心主任。同時擔任中國教育和科研計算機網CERNET專家委員會主任、網絡中心主任，下一代互聯(lián)網核心網國家工程實驗室主任；國家信息化專家咨詢委員會委員，國家973計劃項目首席科學家，中國下一代互聯(lián)網示范工程CNGI專家委員會副主任，國家“十二五”863計劃信息領域網絡與通信主題專家組成員；亞太先進網絡學會主席。曾獲“何梁何利科技獎”和國際互聯(lián)網界最高獎“喬納森?波斯塔爾獎”。 李星，清華大學電子工程系教授，博士生導師?，F(xiàn)任清華大學信息化技術中心副主任，中國教育和科研計算機網CERNET專家委員會成員、國家網絡中心副主任、主要技術負責人；國家計算機網絡和信息安全管理中心咨詢專家。獲國家教委跨世紀人才基金、國家杰出青年科學基金和國務院頒發(fā)的政府特殊津貼待遇等。

書籍目錄

第1章 互聯(lián)網發(fā)展歷史和現(xiàn)狀
1.1 互聯(lián)網發(fā)展歷史
1.1.1 互聯(lián)網起源
1.1.2 互聯(lián)網的發(fā)展和TCP/IP協(xié)議
1.1.3 互聯(lián)網從科研向商業(yè)化發(fā)展
1.1.4 互聯(lián)網的主要技術特點
1.1.5 全球互聯(lián)網發(fā)展現(xiàn)狀
1.2 互聯(lián)網發(fā)展的成功經驗和面臨的挑戰(zhàn)
1.2.1 互聯(lián)網發(fā)展的成功經驗
1.2.2 互聯(lián)網發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)
1.3 下一代互聯(lián)網的出現(xiàn)
參考文獻
第2章 下一代互聯(lián)網基本概念和重要意義
2.1 下一代互聯(lián)網概念和特征
2.1.1 基本概念
2.1.2 主要特征
2.2 下一代互聯(lián)網關鍵技術介紹
2.2.1 IPv6協(xié)議及主要優(yōu)點
2.2.2 IPv6基本協(xié)議
2.2.3 路由和編址
2.2.4 過渡
2.2.5 移動
2.2.6 安全
參考文獻
第3章 新一代互聯(lián)網體系結構研究進展
3.1 新一代互聯(lián)網體系結構的兩種研究路線概述
3.2 基于改良式的新一代互聯(lián)網體系結構研究
3.2.1 LISP
3.2.2 CDN
3.2.3 移動IP協(xié)議
3.2.4 安全協(xié)議IPSec
3.3 基于革命式的新一代互聯(lián)網體系結構研究
3.3.1 NewArch
3.3.2 GENI
3.3.3 FIND
3.3.4 NetSE＆FIA
3.4 基于演進的新一代互聯(lián)網體系結構研究
3.4.1 互聯(lián)網體系結構可演進性定義
3.4.2 可演進的互聯(lián)網體系結構設計原則
3.4.3 基于可演進的互聯(lián)網體系結構的研究進展
本章小結
參考文獻
第4章 下一代互聯(lián)網過渡技術研究進展
4.1 概述
4.1.1 過渡背景
4.1.2 異構網絡互聯(lián)問題
4.2 翻譯技術
4.2.1 翻譯技術基本原理
4.2.2 無狀態(tài)翻譯
4.2.3 有狀態(tài)翻譯
4.2.4 主機側翻譯
4.2.5 翻譯機制總結
4.3 隧道技術
4.3.1 隧道技術基本原理
4.3.2 網狀隧道機制
4.3.3 主機間隧道機制
4.3.4 星形隧道機制
4.3.5 兩次翻譯和隧道的比較
4.3.6 隧道機制總結
4.4 我國過渡技術的研究進展
本章小結
參考文獻
第5章 下一代互聯(lián)網安全和可信任互聯(lián)網
5.1 下一代互聯(lián)網安全
5.1.1 IPv6協(xié)議相關安全問題分析
5.1.2 國際標準發(fā)展情況
5.1.3 國際下一代互聯(lián)網安全戰(zhàn)略與措施
5.1.4 下一代互聯(lián)網安全情況小結
5.2 可信任互聯(lián)網研究進展
5.2.1 可信任互聯(lián)網研究的背景和意義
5.2.2 真實源地址驗證相關研究進展
5.2.3 可信任互聯(lián)網體系結構
5.2.4 真實IP源地址驗證體系結構及其部署
5.2.5 可信任互聯(lián)網關鍵技術小結
參考文獻
第6章 可編程和可重構路由器研究進展
6.1 概述
6.2 OpenFlow技術
6.3 可重構路由器體系結構研究進展
6.4 可重構路由交換平臺關鍵技術
參考文獻
第7章 移動互聯(lián)網進展
7.1 移動互聯(lián)網技術的主要發(fā)展趨勢
7.1.1 接入數量的大規(guī)模
7.1.2 網絡結構的多樣化
7.1.3 業(yè)務和應用的復雜化
7.1.4 整體的節(jié)能化
7.2 無線局域網的動態(tài)頻譜訪問技術
7.2.1 IEEE 802.11無線局域網概述
7.2.2 動態(tài)頻譜訪問及頻譜分配研究現(xiàn)狀
7.3 互聯(lián)網端到端多路徑并發(fā)傳輸
7.3.1 研究背景
7.3.2 多徑并發(fā)傳輸協(xié)議
參考文獻
第8章 數據中心網絡的研究進展與趨勢
8.1 引言
8.2 研究現(xiàn)狀介紹
8.2.1 數據中心網絡拓撲設計
8.2.2 數據中心網絡傳輸協(xié)議
8.2.3 數據中心無線通信技術
8.2.4 數據中心增強以太網
8.2.5 數據中心網絡虛擬化
8.2.6 數據中心網絡節(jié)能機制
8.3 軟件定義網絡與數據中心
參考文獻
第9章 下一代互聯(lián)網與物聯(lián)網
9.1 物聯(lián)網簡介
9.1.1 物聯(lián)網的起源
9.1.2 射頻識別技術
9.1.3 智慧地球
9.1.4 感知中國
9.2 下一代互聯(lián)網與物聯(lián)網的關系
9.2.1 IPv6——IoT與NGN的核心
9.2.2 未來新型物聯(lián)網應用離不開IPv6
9.2.3 小結
9.3 物聯(lián)網的體系結構
9.3.1 物聯(lián)網的特性
9.3.2 物聯(lián)網發(fā)展面臨的難點
9.3.3 物聯(lián)網體系結構設計原則
9.3.4 物聯(lián)網參考模型
9.3.5 物聯(lián)網體系結構
9.3.6 融合物聯(lián)網的下一代互聯(lián)網體系結構與協(xié)議棧
9.3.7 小結
9.4 物聯(lián)網典型協(xié)議
9.4.1 802.15.4
9.4.2 ZigBee
9.4.3 6LoWPAN
9.4.4 路由機制
9.4.5 TCP/IP協(xié)議棧的簡化
9.4.6 CoRE
9.4.7 小結
9.5 融合物聯(lián)網的下一代互聯(lián)網體系結構主要的研究問題
9.5.1 可擴展層次化路由
9.5.2 輕量級IPv6協(xié)議棧
9.5.3 物聯(lián)網末梢網絡與互聯(lián)網互聯(lián)互通問題
9.5.4 物聯(lián)網安全問題
9.5.5 IPv6應用案例
本章小結
參考文獻
第10章 下一代互聯(lián)網標準進展
10.1 IETF簡介
10.1.1 IETF概述
10.1.2 IETF體系結構
10.1.3 IETF的使命
10.1.4 IETF的理念
10.1.5 IETF標準的種類
10.2 IETF主要工作組
10.3 IETF標準主要進展
10.4 中國科研人員參與IETF的情況
10.5 CCSA
10.5.1 CCSA簡介
10.5.2 CCSA相關工作組
10.5.3 CCSA標準主要進展
10.5.4 我國IPv6標準列表
10.6 WAPI
10.6.1 WAPI基本情況及關鍵技術介紹
10.6.2 WAPI的影響和意義
10.6.3 WAPI的歷史
參考文獻
第11章 下一代互聯(lián)網發(fā)展現(xiàn)狀
11.1 主要國家戰(zhàn)略布局和規(guī)劃措施
11.2 下一代互聯(lián)網網絡建設
11.2.1 全球IPv6實驗網部署現(xiàn)狀
11.2.2 全球IPv6商用網部署現(xiàn)狀
11.2.3 全球IPv6地址分配情況
11.2.4 全球IPv6域名系統(tǒng)建設情況
11.2.5 IPv6網絡利用率
11.2.6 IPv6網站部署情況
11.3 下一代互聯(lián)網網絡建設與運營面臨的挑戰(zhàn)
11.4 下一代互聯(lián)網關鍵設備、軟件、系統(tǒng)研發(fā)和產業(yè)化進展
11.5 業(yè)務運營模式和行業(yè)應用情況
11.6 網絡與信息安全情況
11.7 技術、標準專利情況
11.8 基礎理論研究情況
11.9 我國下一代互聯(lián)網發(fā)展存在問題分析
11.9.1 網絡基礎設施和寬帶普及率方面
11.9.2 產業(yè)鏈培育和業(yè)務應用方面
11.9.3 網絡安全和管理方面
11.9.4 理論研究、技術和標準突破方面
11.10 我國發(fā)展下一代互聯(lián)網的重要戰(zhàn)略意義
11.11 我國發(fā)展下一代互聯(lián)網戰(zhàn)略
附錄A 《關于下一代互聯(lián)網“十二五”發(fā)展建設的意見》

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   由于IPv6和IPv4的不兼容性，實現(xiàn)異構互聯(lián)和異構穿越并不容易。IPv6與IPv4地址格式長度相差96比特，這使得不可能建立IPv4地址與IPv6地址的——映射。雖然將IPv4地址空間映射到IPv6中很容易實現(xiàn)，但IPv6地址空間顯然不可能被完整地映射到IPv4中。 除了采用過渡技術解決上述異構網絡共存問題外，另一種可選方法就是將互聯(lián)網升級為同時支持IPv4和IPv6的雙棧網絡。任何兩個節(jié)點間都能使用IPv4或IPv6進行通信；IPv4-IPv6異構互聯(lián)或穿越問題將不復存在。在這種情況下，整個互聯(lián)網將成為兩個物理設備上統(tǒng)一而邏輯上分離的網絡。然而，雙?；ヂ?lián)網既不實用，也不是一種能長期采用的解決方案。由于地址空間耗盡，大規(guī)模地擴張IPv4互聯(lián)網是不切實際的，并且升級全網使其同時支持IPv4和IPv6的巨大開銷是不可接受的。 IETF Behave工作組（14）致力于研究異構互聯(lián)問題的解決方案，并將這些解決方案推行為行業(yè)標準。根據網絡規(guī)模及通信發(fā)起方的不同，Behave工作組提出了異構互聯(lián)問題中存在的8種不同的場景：IPv6網絡向IPv4網絡發(fā)起通信，IPv6網絡向IPv4互聯(lián)網發(fā)起通信，IPv6互聯(lián)網向IPv4網絡發(fā)起通信，IPv6互聯(lián)網向IPv4互聯(lián)網發(fā)起通信，IPv4網絡向IPv6網絡發(fā)起通信，IPv4網絡向IPv6互聯(lián)網發(fā)起通信，IPv4互聯(lián)網向IPv6網絡發(fā)起通信，IPv4互聯(lián)網向IPv6互聯(lián)網發(fā)起通信。 需要說明的是上述場景中的“網絡”與互聯(lián)網相比具有更明確、更具體的管理域，如企業(yè)級校園網、移動運營商蜂窩網絡、住宅區(qū)小區(qū)網絡等。不同的場景對可擴展性的要求不同，這使得在上述場景中實現(xiàn)異構網絡互聯(lián)的難點不盡相同。因此需要對上述場景分別進行考慮。

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《物聯(lián)網在中國:下一代互聯(lián)網》深入淺出，下一代互聯(lián)網領域的研究人員和工程技術人員可以通過閱讀《物聯(lián)網在中國:下一代互聯(lián)網》，了解下一代互聯(lián)網在體系結構和關鍵技術方面最新的研究進展；同時，普通讀者也能通過閱讀《物聯(lián)網在中國:下一代互聯(lián)網》，了解下一代互聯(lián)網的基本含義、發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢等，從而建立起對下一代互聯(lián)網更加清晰的認識。

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