互联网新技术的发展与应用
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作者: 郭立华
摘要：首先分析了当前互联网技术架构所面临的新的挑战，介绍和分析未来互联网的核心设计原则，接着分析了新时期的互联网新技术-网格技术、WiMAx技术和IP over WDM技术认为期将是未来互联网技术发展的必然趋势。
关键词：互联网；网格；WiMAx；IP over WDM
中图分类号：TP393文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2007)18-31564-02
伴随着互联网技术的高速发展，我国互联网事业持续、快速发展，网络规模不断扩大，网络技术推陈出新，互联网的影响日益俱增。在促进经济发展、推动社会进步、提高人民生活质量等方面，互联网发挥着越来越重要的作用。希望互联网行业及各有关部门要坚持以科学发展观为指导，求真务实，开拓创新，推进信息化带动工业化战略实施，推进互联网技术创新和应用。
1 互联网技术面临的挑战与未来的核心设计原则
1.1 互联网技术面临的挑战
传统电话和广播电视等信息网络的用户一般只能被动接受服务，与此不同的是，互联网在其发展历程中一直秉承着“人人参与”的理念，即人人都能够参与互联网的发展和创新。互联网的每个用户既可以是信息消费者，也可以是信息提供者。在新时期，互联网由教育科研的应用环境向社会化应用场景转变的发展过程中，出现了很多与技术密切相关的问题，如安全、服务质量和商业模式等，使得原来理想化的互联网核心设计技术遇到了极大的挑战。首先是用户群体发生变化。互联网最初由具有共同爱好的技术专家设计开发，在一个规模很小、关系密切能力很强的小区域内的用户之间自行使用，因此互联网的技术架构也就建立在用户自律和彼此信任的重要假设之上。然而，随着互联网应用范围的不断扩大，互联网从人人都彼此认识的小区域发展到了大家相互陌生的大区域，用户构成日益复杂，非专业人员成为用户主体，用户之间的信任度降低，普遍缺乏对智能终端的操控技能，并且不同用户彼此可能存在利益冲突，使得技术架构受到严峻挑战。最初的互联网用户自律和彼此信任的基本假设在用户群体发生变化的今天已经不复存在，原有技术为安全攻击、病毒和其他有害信息的传播打开了方便之门。同时应用目的也发生变化。互联网初期是由科研团体或政府机构管理的非商用的实验网，而现在已经发展到社会化应用阶段。原有的互联网技术架构割裂了网络运营商、业务运营商和用户三者之间的关系，产业链不同角色间一些重要功能发生错位、越位或缺位的现象。此外，机器对机器的通信已成为互联网新的应用需求，互联网应用中也出现了非智能终端。
1.2 未来互联网的核心设计原则
未来的互联网， 可能有很多地方都需要发生改变。但无论如何改变，有一点是不能改变的， 那就是互联网所崇尚的“人人参与”的精神理念， 否则互联网就失去了前进的动力。因此，现在是改变互联网核心设计理念的时候了。对设计理念的改变， 出于演进的考虑，应该是循序渐进的，采用扬弃的方法。首先是未来的互联网设计应该坚持的“端到端透明性”将是有条件的，而不是像现在这样无条件的。互联网在正常情况下，将是“端到端透明”的；当用户不自律， 或者因为其他原因需要网络参与一些工作时，网络就是“不透明”的，但用户却感觉不到，可能仍然会感觉是“透明”的。同时在未来的互联网设计中，增加对用户的监测机制，奖励那些自律的用户，惩罚那些不自律的用户。还要继续坚持平等性原则和“尽力而为” 的工作方式，但网络中需要内置“反不平等”机制，以便在出现利益纠纷时提供支持。继续坚持开放性原则，但对涉及国家安全等方面的资源，则应是有边界的和有限度的，不能是无条件的。
2 新时期的互联网新技术
2.1 网格技术
网格是一种新兴的技术，正处在不断发展和变化当中。但可以简单地说，网格是一种信息社会的网络基础设施，它将实现互联网上所有资源的互联互通，包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等。网格将连通一个个信息和资源孤岛，让人们的工作和生活变得更方便。它将分布在不同地理位置的计算资源包括CPU、存储器、数据库等，通过高速的互联网组成充分共享的资源集成，从而提供一种高性能计算、管理及服务的资源能力。人们用这些资源就像用电源一样，不必计较这些资源的来源和负载情况。通过网格计算技术，位于日内瓦的西欧高能物理研究中心工作人员，在网上操作，就可以把任务交给位于法国里昂的计算机集群上去完成，而不必花许多钱去建立一个巨大的计算机集群。网格计算作为一种能带来巨大计算、存储能力和其他IT资源的新型网络，可以应付需要做高性能计算(HPC)之用，通过共享网络将不同地点的大量计算机相联，从而形成虚拟的超级计算机，将各处计算机的多余处理器能力合在一起，可为研究和其它数据集中应用提供巨大的计算能力。有了网格技术，那些没有能力购买价值数百万美元的超级计算机的机构，也能利用其巨大的计算能力。同时，网格技术将会对目前已得到广泛应用的各种主流存储技术造成深远的影响。网格技术意义并不在于其自身，而在于它们将改变服务器和存储市场的格局，在相互独立的设备之间搭建起沟通的桥梁，构筑一个和谐统一的存储操作环境。
目前，网格的研究主要在美国和欧洲。英国政府已投资1亿英镑，用来研制“英国国家网格(UK National Grid)”。美国军方正规划实施一个宏大的“全球信息网格(Global Information Grid)”网格计划。随着网格研究在学术界的加速，信息产业界的大公司也相继公布了与网格目标一致的研究开发计划。惠普、微软、Sun等公司最近取得共识，支持XML、SOAP、UDDI等万维网标准，从而更有利于开发新一代的网络应用，即万维网服务。其目的是将因特网上的资源和信息汇聚在一起，组合成企业和消费者所需要的服务。惠普推出了eSpeak万维网服务平台；微软的路线是通过其Net计划和C#语言实现万维网服务；Sun则通过Open Network Environment(Sun ONE)计划和Java平台来实现它。在国内，中国科学院计算技术研究所对网格技术的研究已较为深入。计算所的网格技术研究在尽量使用国际上已有的先进技术的同时，坚持自己的创新。有特色，才能参与国际标准的制订。计算所网格研究的最大特色是“服务网格”的思想，而国际上的网格研究目前主要面向科学计算。
2.2 WiMAx技术
WiMAX的中文含义是微波接入全球互通，属于新一代宽带无线城域网(WMAN)技术，特指以IEEE 802.16的系列宽频无线标准为基础的宽带无线接入技术。IEEE 802.16标准体系中包括802.16、802.16a、802.16e、802.16d、802.16e等标准。 WiMAX采用的先进技术有(1)在物理层采用未来第四代移动通信的主流技术-正交频分复用(OFDM)，使得WiMAX能获得更高的频谱利用效率。(2)在天馈技术上采用自适应天线阵(AAS)、多人多出(MIMO)和空时编码(STC)等增强型天线技术，使得WiMAX的非视距传输能力大大增强。(3)在数据链路层采用混合重传(H-ARQ)、自适应编码(AMC)技术，减少到达网络层的信息差错，大大提高了WiMAX系统的业务吞吐量。WiMAX技术相对于其他宽带接人技术而言具备以下优势：(1)大容量、广覆盖。(2)非视距传输。当视通不再成为网络部署的必要条件时，站址选择、网络组织、基站部署都将变得更为灵活，并会加快设备的部署。(3)标准统一。传统的3.5G无线宽带接入技术由于标准不统一，接口不开放，大大制约了该技术的发展。WiMAX采用全球统一的技术标准和统一的产品认证体系，使得产品、接口等兼容性大大增强。(4)低成本。完整的产业链、众多运营商和设备制造商的参与，都将大大降低WiMAX的产品成本。(5)WiMAX与wi-Fi完美结合。用户可以快速容易地访问、漫游Wi-Fi热点。笔记本电脑、个人手持终端(PDA)、手机也可以通过在Wi-Fi和WiMAX间自由切换访问互联网，实现无缝的无线连接。虽然目前全球有近150个WiMAX试验网。但商用网络只有少数几个。WiMAX的发展还需要IEEE 802．16和WiMAX论坛各工作组的大量工作、产业链上各环节的贡献以及各方利益的平衡。
2.3 IP over WDM技术
IP over WDM也叫光因特网或IP优化光互联网，是指直接在光网上运行因特网。IP over WDM 技术是用以光纤为传输媒介、以WDM 为传输技术、以IP为网络通信协议，并在此基础上承载各种业务。从广义上看，它是使用了WDM 传输技术的IP网，即IP数据包在WDM系统网络上来进行传输或交换。从狭义上看，只有IP设备(路由器)与WDM 设备组成的网络，指采用新型帧格式将IP包直接封装到WDM 光层上的一种IP传送方式，它完全不采用SDH，ATM 等设备。从发展上看，IP over WDM 光互联网由高性能WDM 设备和吉比特、太比特路由交换机组成，是综合利用IP技术和基于WDM 的光网络技术各自特长的一种优化网络。它的上层是数据网络，底层是采用WDM 技术的物理传输网络。网络层综合现有和未来的所有业务，通过适当的数据链路层格式把IP包直接映射到光层，用高速新型的路由器作为网络核心建成一个能够体现先进性、开放性、创新性和可持续发展性的宽带综合信息网络。它能让数据包直接在光路上传送，减少网络层之问的冗余部分。由于省去了中问的ATM 和SDH层，其传输速率最高，节省了网络运营商的成本，同时也降低了用户获得多媒体通信业务的费用，是一种最直接、最经济的IP网络体系结构，非常适用于超大型IP骨干网。
2.4 IPv6技术
随着互联网用户数量不断增长以及对互联网应用要求的不断提高，IPv4的不足逐渐凸现出来，其中最尖锐的问题就是不断增长的对互联网资源的巨大需求与IPv4地址空间不足的先兆，目前可用的IPv4地址已经分配了70％左右，其中，B类地址已经耗尽。语音、数据、视频融合的电信网对安全性、服务质量和移动性都提出了更高的要求。一共43亿个地址，全部分配到中国都不够用，更何况由于历史的原因，IP地址分配极为不均，我国拥有的地址总数还不足200个B类地址。据IETF预测，基于IPv4的地址资源将会在未来5年内枯竭；另外，由于IPv4地址方案不能很好地支持地址汇聚，现有的互联网协议IPv4在地址空间、端到端的IP连接、服务质量、网络安全和移动性等方面都暴露出了不足，现有的互联网正面临路由器不断膨胀的压力；同时，对服务质量、移动性和安全性等方面的需求都迫切要求开发新一代IP协议。而IPv6所提供的巨大的地址空间以及所具有的诸多优势和功能，将使其成为构筑下一代网络的重要基础o当前，对IPv6的研究主要集中在两个方面：一是关于IPv6协议自身的标准化工作，包括IPv6协议体系结构的完善，IPv6中的路由、安全性等问题的研究；二是关于IPv4网络向IPv6网络(下一代互联网络)的过渡策略。随着协议标准的逐步完善，今后的研究工作将更多地集中在后一个方面。我国对IPv6的大规模研究试验始于2O03年启动的中国下一代互联网示范顶目。本着“需求牵引，技术驱动，结合国情”的发展思路，CNGI主要解决IPv6网络可扩展性、移动性、安全性和可持续发展性四个方面的问题。按规划进程。NGI将在2O06至2010年间建成全球最大规模的下一代互联网络，大力推广下一代互联网的重大应用；同时形成中国下一代互联网产业，提高我国的综合国力和可持续发展能力。前不久通过的“十一五”规划中已明确地提出，未来的五年计划中要加强“下一代互联网等信息基础设施建设”。
2.5 NGN与NGI
下一代互联网技术主要是NGI与NGN，但是现在人们对他们的理解还有所不能够。一种是电信界的看法，认为NGI是NGN的重要组成部分，NGN和NGI技术可以互相借鉴，在竞争中发展；但NGI并非NGN必由之路，NGI不是电信的最终目标。另外一种是互联网界的看法，认为NGN是未来互联网的组成部分，是一个很好的发展方向；虽然NGN不会是未来互联网的全部，但却是重要的发展方向之一。二者的看法显然存在分歧，而且都认为对方是自己的组成部分之一。主张NGN的声音主要来自电信界， 标准组织以ITUT为代表，主要关注的是融合、架构、商业模型、互联互通、安全、QoS信令、固定移动融和(FMC)等方面的问题。主张NGI的主要来自传统互联网(计算机界)， 标准组织以IETF和W3C为代表，主要关注的是安全、IPv6、音视频通信、P2P、即时通信、虚拟专用网(VPN)和WEB2.0等方面的问题。
当前，互联网事业既有难得的发展机遇，新技术层出不穷，同时也面临着新的挑战。希望互联网行业及各有关部门坚持以科学发展观为指导，求真务实，开拓创新，推进信息化带动工业化战略实施，推进互联网技术创新和应用，让互联网技术和资源更好地造福社会与人民。
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