互联网创新的昨天
　　2001年，美国工程院将Draper奖授予了互联网的四位先驱——Lawrence Roberts、Robert Kahn、Leonard Kleinrock、Vinton Cerf。这四位科学家为互联网分别作出了杰出的贡献。

　　分组网理论创始人Leonard Kleinrock
　　在MIT（麻省理工学院）众多同学选择热门的信息理论做博士论文的时候，1959年Kleinrock选择了当时未知的数据网作为研究方向，1962年完成了“大通信网的信息流”论文。其成果1964年发表在MIT出版的“通信网”一书中，奠定了分组交换的基础。1963年他进入UCLA大学工作。

　　上世纪60年代中，分组网一度被冷落，直到美国ARPA项目的开始。ARPA需要众多的分布在各地的科学家参与工作，但又无法为每一科学家提供计算机，ARPA提出开发数据网ARPAnet使少量计算机互连并共享使用的要求。1968年ARPA邀请Kleinrock参加这一项目。1969年Kleinrock所在的UCLA作为ARPAnet的第一个节点，并领导ARPAnet测量中心，负责ARPAnet的运行维护。

　　事实上，1965年MIT曾在两台计算机间进行通过拨号电话网上传送数据分组实验， 证明在电路交换网上传送分组既慢又不可靠且成本高。1967年冷战时期， 中俄原子弹试验成功，美国国防部为此研究当部分网络或控制中心受攻击后，底层是不可靠的，能否让信息继续透过其它未瘫痪的网络传输。
 
　　ARPAnet之父 Lawrence Roberts
　　Roberts 在MIT取得博士学位后到林肯实验室工作，在1967年29岁的Larry Roberts 就被指定作为ARPAnet领导和网络体系总设计师，提出“分时共享计算机的合作网络”计划。

　　在Len Kleinrock排队理论的基础上。Roberts提议ARPAnet采用分组交换网：通过实验确定分组结构，通过实验确定计算机接口。到1973年他离开ARPAnet，仅用2600万美元发展到23个节点。Roberts认为ARPAnet项目是政府经费支持的，因此他没有申请任何专利。所以，互联网始终是开放的，由此有了一个良好的开端。

　　Bob Kahn 引入开放网络体系四规则
　　Bob Kahn在1972年引入了开放网络体系的四个规则：其一，每一个网络有其自身的特点，不因连到Internet而要求内部的改变；其二，通信将基于尽力而为策略，如果分组不能到达最终目的地，源端将很快重传该分组；其三，黑盒(后来被称为网关和路由器) 将用来连接网络，网关将不保留所通过的分组流的信息，以便简化实现和避免在各种故障情况下的复杂适应及恢复；其四，在操作级不存在全球控制。

　　TCP／IP 发明人 (Vinton G.Cerf & Robert E.Kahn )                 
　　有些人认为，互联网是由于偶然事件和市场与技术的随机互动才得以诞生和发展的。这一观点显然并非事实。互联网的诞生凝聚了大批网络工程师、软件开发商、硬件提供商以及企业家的真知灼见和不懈努力，也离不开丰富的想象力。
　　——Vinton G. Cerf， 2006.2.7

　　Cerf博士出生于1943年，于1965年在斯坦福大学获得了数学学士学位。在IBM工作两年后，考取了加州大学洛杉矶分校的研究生院，取得计算机科学博士学位。

　　1972年，Cerf博士作为助理教授回到斯坦福大学，他面临设计一个“网关”计算机互连具有不同协议的网络的难题，他与Robert Kahn一道，在1974年5月提出了命名为TCP的分组网互通协议。1978年他们将TCP分解为TCP/IP。在发明和设计TCP/IP 时，使它可以架构在现有和新的技术上。现在看来，这个原则保证了以后互联网发展的适应性。

　　Robert E. Kahn出生于1938年12月，1960年从纽约城市学院获得其学士学位，1962年和1964年分别从普林斯顿大学获得其硕士和博士学位。在贝尔实验室工作一段时间后，Kahn成为MIT电子工程系的一个助教。1969年，他负责ARPAnet的“接口信息处理机”(IMP) 系统设计，IMP就是今天路由器的前身。

　　1972年，Kahn加入了DARPA，并且成为IPTO的部门主管。Kahn与Cerf一起合作提出了TCP/IP协议。1986年，Kahn离开DARPA并且创办了非营利的国家研究促进公司CNRI并担任董事长和CEO。

　　Cerf 和Kahn 提出的“网络互连原则”确定了互联网体系，这四大原则是：最少、自治原则，不因为网络互连而变化各网络的内部（黑盒设计）；尽力而为的服务模式（丢失的分组将被重传而实现误码恢复）；无状态路由器（网络连接性： 任何网络可通过网关连到另一个网络）；分散控制（没有集中的网络管理与控制）。到现在，互联网经过了很多演变，但无论怎么变，其基本原则没有变化。

　　WWW发明人（Tim Berners-Lee)
　　Tim Berners-Lee于1955年出生于伦敦，1976年从英国Oxford（牛津大学）毕业，1980年在欧洲粒子物理研究实验室CERN找到为期半年的软件咨询员的工作。

　　因该实验室的研究人员分布在世界各地，他编写了一段称为Enquire的程序，使用随机关联方法存储信息，帮助他记住实验室的人和项目的关联。这是未来WWW的概念基础。

　　1984年，当29岁的Berners-Lee作为长期雇员回到CERN实验室时，他注意到分布在全球的CERN研究人员如果想共享文件，必须使文件与CERN主机兼容，但问题是很多研究人员并不愿意花更多的努力去做这样的事。

　　1989年，他向CERN提出了开发一个信息Web的提议，这一Web是分布式系统，利用Web任何人在任何地方无需中央授权就可共享信息。

　　1990年，他写出HTTP协议(在互联网上实现超文本通信的计算机语言)；设计了互联网上文件地址的方案，即现在用的URL (统一资源位置)。在该年底，他还写出用于检索和浏览超文本的客户程序，他将这些客户称为WWW。他编写了HTML以便格式化超文本页面；他还写了Web服务器软件，可使Web页在计算机上存储并方便其他人接入。

　　由于CERN（欧洲核子研究中心）对推广他的创新反应较慢，1991年夏天，他将WWW浏览器和Web软件放到互联网上，Web的应用开始起飞，实现了他的全球信息空间的梦想。1994年，他在MIT创建了WWW联盟。

　　World Wide Web是在互联网上利用特定通信协议的设备(web 服务器) 的子集，其三个关键点分别为：文件传送协议HTTP，链路上文件格式——HTML 和URLs 。

　　互联网上的普及开发，最初都是由应用需求推动的，并且免费开放使得其普及更快。

　　DNS创始人 Mockapetris
　　1983年，Paul V. Mockapetris博士在南加利福尼亚大学信息科学学院提出了关于DNS体系结构的RFCs882和883。他意识到早期ARPAnet通过单一主机的单一链表将域名转换成地址存在的问题，于是提出了一个分布式的动态的DNS数据库，本质上就是我们今天所使用的DNS。他和JON POSTEL一起，被公认为DNS的创造者。

　　1978年，Mockapetris加入ISI，在那里他创造了第一个SMTP邮件服务器，使得e-Mail普及开来。1981年，他在《EE Times》上发表文章，在文章中正确预测了多任务操作系统的广泛发展将成为计算机网络广泛应用的先决条件。

　　Mockapetris携其DNS设计及应用荣获了1997年John C. Dvorak电信杰出成就奖“个人成就奖——网络工程学”，2003年因其对DNS的贡献又获得IEEE互联网络奖，以及来自加利福尼亚大学Irvine分校的杰出人物奖。

　　2005年，他获得了ACM（美国计算机协会）数据通信专业组终身成就奖。

　　互联网演进的今天
　　互联网的演进非常迅速。回顾历史，我们发现，互联网是一个从复杂到简单，又从简单到复杂的发展过程。而在这一过程的不同阶段，也会出现一些里程碑技术。我们看到，每十年互联网的端口速度就提高十倍，而协议也越来越复杂。互联网最早遵循七层协议ISO-OSI协议，之后是TCP/IP协议，而现在的互联网又渐趋复杂。

　　Internet体系的演进
　　互联网正在向复杂发展，体系上终端正在向Peer to Peer发展，网络嵌入存储、P2P文件共享、内容分配网络、可扩展的目标定位、可扩展的事件传播，整个体系从过去IP over  everything，演变到如今的everything on Web，相应地，互联网正在从注重传送向注重应用变化。

　　在复用性上，互联网从原来以可变长度分组作为复用数据流的通用方法复用，发展到面向电路的分组交换，例如MPLS；在无连接方面，从原来网间分组传递机理是无连接的，转变为现在的显式通道/源选路，例如MPLS；在可达性上，主机能够直接发送数据到任何其他主机，发展到必须开发DOS预防和缓解工具；在透明性上，从过去在无误码情况下，用户数据透明传送，发展到现在须考虑中间的DPI引擎、Caches；在公共承载业务上，从过去互联网“三原则”提供无连接、端到端、尽力而为业务，发展到还需提供Diffserv、MPLS-TE、NSIS等业务；在移动性方面，从过去Internet优化非移动性运用，发展到现在正在调查（例如HIP）；在最小依赖性上，从要求业务支持端到端通信，主机/网络接口是对称的，没有特定的网络接入协议，两主机无需中间介入便可直接通信，发展到现在必须考虑IMS、DPI引擎、业务控制面等，对主机提供基于SIP信令、NSIS、RSVP信令，而不是简单的两台主机相连；在安全性上，Internet没有机理限制主机发送过多的流量，特别是对DDOS攻击没有防御，没有保护自己的网元不受冲击的体系方法，认为链路加密对网络安全是足够和有效的，而现在则需要IPsec、GTSM、识别/移动性，对安全性的认识是不同的；在网络资源分配上，由原来的端节点的传送协议感受拥塞并降低流量，以足够的缓冲和环路时延为代价，发展到现在的需要Diffserv、MPLS-TE、NSIS、RSVP等网络能力。

　　互联网的这些发展和变化，是否把互联网最简单最精髓的东西复杂化了？这个问题值得我们思考。

　　IP与MPLS及Ethernet协议的应用
　　目前，IP逐渐丧失了它在核心层交换的位置。有人说：“现在到了别的网络重叠在这个网络之上的时候了，互联网正在以重叠网的方式过渡。”

　　可以看到，已经有新的层增加到互联网的网络体系中，这就是重叠网。而多年前，Internet 曾经重叠在电话网之上部署，建造使用现有Internet作为传输层的虚拟网。
　　如何创新与规模化部署挑战是目前的技术挑战。
　　美国的GENI(全球网络环境创新)项目，其以创造新的网络和分布系统体系为使命。其原则有四点，第一，安全与鲁棒性，新的体系架构中把安全性放在第一位；第二，具有移动性的普适计算；第三，跨越物理与Cyber空间；第四，自治连网。这些都是新的要求，提出在现有数据报、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。这是非常革命性的思路。其概念是切片，分组，虚拟化，以适合不同的业务。

　　ITU提倡的是NGN。ITU提出虚拟的综合网的概念，即基于系统的网络，可以支持现有电路交换业务，支持IMS，支持多媒体、流媒体等服务。这一网络增加了网络附件控制功能、准入控制和网关控制功能，来实现网络的能力及资源的管理控制等。

　　ITU最早在对于IPTV的定义中，提出宽带可管理的IP网，认为IPTV要在一个可管理的网络下进行。ITU-T在2008年5月召开会议，其主题是“NGN的创新：未来的网络和服务”。他希望做开放的服务接口，使现有的网络与NGN沟通，实现无缝漫游、多归属的和移动性、汇聚的多媒体，并提出多种应用。
　　在这一层面上，无论ITU或是IETF，都瞄准在如何建立一个创新的体系。ITU-T也强调对现有的一些建议，强调在社会、经济和策略方面，研究UNIX及泛在的应用。

　　互联网挑战的明天
　　未来，对互联网具有挑战性的工作是协议的扩展、体系的探索和持续的创新。

　　互联网设计之初的假定，在互联网发展的今天已经一一被现实推翻。第一，以主机为中心的假定——智能终端，但此假定并不适应RFID和传感器连网；第二，主机固定使用的假定，认为使用者、主机、物理位置和IP地址是等效的，不考虑移动与共享；第三，网络是黑匣子的假定，假设整个网络是傻瓜网络，该网络与业务类型无关；第四，尽力而为服务的假定，不认为需要考虑QoS问题；第五，业务流可信任的假定，认为无须顾及安全问题；第六，与商业应用无关的假定，未设计可持续发展的赢利模式。

　　然而，互联网的应用已超越初衷，这同时也是其能如此发展的重要因素。互联网设计之初只考虑支持尽力而为的数据业务，而现在的互联网应用已无所不包。这些应用诸如，进入实时业务领域并在长途通信中成主导的VOIP；进入流媒体业务领域的Web-TV与IPTV；进入无线业务领域的Mobile IP 和WiFi / WiMax；从C/S模式到P2P的BT、Skype等；从互联网到物联网的传感器网。

　　IP协议的成功与局限
　　回顾IP协议的成功与局限，我们可以发现IP的最大贡献是：第一，跨过与底层的承载技术无关的多种网络之间交换信息的能力，使我们可以不考虑底层。第二，地址方案和消息结构的广泛可接受性，就像PSTN网上的电话编号（E.164)和语音编码标准(G.711)那样。

　　然而，IP选路和路由分配协议越来越复杂。现在看来，IP选路协议越来越不那么成功，很多IETF草案的出现以及协议的变异和互作用增加了IP协议的复杂性，对IPv4和IPv6双栈的需要更加重了这一影响。

　　另外，IP协议的应用范围也逐渐受限。在LAN/MAN的接口和自治域间接口，全IP选路仍占支配地位，但在LAN交换机已不占主导；在核心网，IP则让位于标签交换，对于VPN，IP转发不如MPLS，后者使用面向连接的虚电路方式更为简单；由于企业通常采用VPN，因此MPLS将会扩展用到企业网与运营商的网络边界处，运营商还可能进一步将MPLS推到端用户边缘。

　　随着流媒体业务在互联网中的比重越来越大，IP协议对流媒体业务的支持也面临一些新的挑战。
　　IP的寻址和消息格式适于MPEG4传送，但并不能很好地适用于IPTV的选路与交换，IP的转发和组播的重集合时间可能不能满足IPTV重配置时间少于50ms的要求，在IP网中分组抖动也是需要控制的。

　　SDH虽然是很多年的技术了，但仍然是混合业务和中长距离传输的主要技术，SDH能保证50ms的重选路时间，MPLS-TE的第二层选路具有快速重选路能力，MPLS与SDH的结合比纯IP更适用于IPTV。光网络得到迅速发展，可配置的光分插复用器（ROADM）如能改进可交换波长的颗粒性及控制面特性，将更适应IPTV的要求。

　　营造持续创新的环境
　　互联网的发展是“逢山开路，遇水搭桥”一步一步地走过来的，互联网将如何发展，是目前业界普遍思考和研究的一个话题。

　　对于下一代互联网的发展，目前业界有两种思路。一是修补式，即针对出现的问题个别解决，在目前体系上增大容量。不能断言这一路线会失败，但这种解决方案会增加互联网的复杂性，使网络难于管理，使网络对新的应用不友好。有人说，互联网的体系已硬化，由于现有体系的限制，已走到尽头。这是一方面的看法。

　　另一种观点是革命式的，即用新的网络体系替换现有互联网。当然目前的问题是我们还没有找到理想的路线。有人说，不能放弃革命式的选择，但目前尚未有结论。

　　在开发第二种路线的同时将为第一种路线的改进提供机会,目前还未看到可能的解决方案,对第二种路线仿真的模型还比较简单，还缺乏应用经验。

　　现在，试验床面临进退两难的境况，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。
　　让我们来看看先驱者们的论断。

　　Lawrence Roberts ：互联网成功的经验和发展问题
　　首先，协议是重要的。初始的NCP协议设计用于小网，缺乏可扩展性， IPv4 改进成为全球通用的互联协议是关键的； IPv6的设计解决IPv4地址空间的限制， 不过IPv6的好处不仅仅是地址可扩展性（这一点对美国并不重要），更重要的是改进安全性、QoS 和移动性。

　　第二，技术的引入。1969 年，当ARPAnet建立时，研究人员并不愿意在网上多人共享计算机， ARPAnet 采取了“胡萝卜加大棒”的政策，新的计算机一律连网，并承诺用网络研究经费来支持。1983年，DARPA网再次采用“胡萝卜加大棒”即以对计算机界重要投资的政策强制转换到IPv4。然而，今天DoD已经声明要转到IPv6，但既没有“大棒”也没有太多的“胡萝卜”。

　　第三，用户群应当控制协议的方向。 ARPAnet安排一组来自使用单位的研究生来设计协议，类似地，IPv4 和IPv6协议在设计之后也是由研究单位来评价。但今天IP协议的扩展却主要被支配IETF的产品制造商所控制，由于可能影响到产品周期，因而在创新方面很少进展。因此，目前对于安全实时业务和快速Web接入有重要意义的IPv6 QoS 信令协议，主要转到面向用户的标准实体如TIA 和ITU。

　　他认为安全性需要强制: “历史上对安全性的改进并没有从商业的需求产生，因为单个用户不可能改变使用环境，安全性必须由政府引导。IPv6 由于具有对源端的认证能力，可以有助于安全性的改进，但只有所有用户都采用才有此效果。因此，强制转换到如IPv6等安全协议应当是政府的职责，而不应该留给用户的购买选择。”

　　关于宽带普及率，他认为Internet 的历史表明高带宽给用户提供了许多新业务和机会。美国现在的宽带普及率和每用户的业务量都远低于韩国，这很大程度上约束了视频教育等新业务，对美国经济有非常不利的影响。美国ISP产业因缺乏边缘接入能力和期待的业务量而不成功， 美国到现在还没有公共的政策来支持宽带和IPv6。

　　TCP／IP 发明人之一Vinton Cerf
　　Vinton Cerf将今天互联网成功的原因之一归结于他和Kahn 当年没有把TCP/IP 申请专利。

　　他认为“安全性与可靠性是迈向未来互联网最基本的两个门槛，否则这个架构将无法存活。” “我认为中国应该尝试使用IPv6。中国绝对有机会成为领先者，领跑者。开新路是对IPv6应用的最好描述，比如小的设备，手机、PDA等。在这一点上，中国、日本、美国是站在同一起跑线上，而且中国的新用户非常多，规模化不会成为问题。”

　　互联网充满创新空间
　　熊彼德1912年在《经济发展理论》中，提出“创新就是生产函数的变动”，他认为创新包括以下五种情况：

　　第一，引入一种新的产品或提供产品的新质量，如Microsoft；第二，采用一种新的生产方式，如戴尔；第三，开辟一个新的市场，如google；第四，获得一种原料或半成品的新的供给来源，如SKYPE； 第五，实行一种新的企业组织形式，如P2P、Web2.0等。

　　互联网发展的创新理念，我归结为从简单的网络原则起步——端对端设计、层次化架构以及开放性的标准。由于TCP / IP 发明者放弃申请专利，互联网很快走出象牙塔，开辟了一个开放的环境，拥有共享的平台。实践是检验真理的标准，以需求为导向，应用驱动了技术发展。可以说，群众才是真正的英雄，互联网的创新都是在应用中发展的。

　　IP是一个开放标准，它并不关心基础的物理网络和使用该网络的无数应用与设备。互联网的一位老专家说：“我们不预测未来，我们创造未来……”

　　互联网的路还很长。每个人都可在这个时代创造新的东西。互联网还处于青春期，有很多因素正在促进其发展。

　　举个例子，2003年，400美元的iPod能存几首歌，2006年，349美元的iPod已经可以存电影，有关机构预测，预计到2025年可以用400美元买到40000000GByte(40PByte)的iPod，可存2000万本书。有人提出：存储能否代替传输？这样的话，互联网的压力会更小一些。可以看出，未来互联网的发展有很大动力。

　　Vinton G. Cerf 说：“互联网一直面临斗争和挑战。” “我们一直在克服这样或那样的障碍，好象在翻山越岭一样，爬到顶，然后落下来，再释放能量。”

　　互联网后面是什么，谁也不能预测。但可以肯定的是它将迎来创新的下一波。

　　接下来，我们拟在CNGI上开展与互联网体系有关的试验，如源地址认证(SAVA)，用二层交换代替三层选路，试验通用业务平台，基于分组的未来电信承载网（FPBN），利用信令为同一用户信息流建立固定路由等。

　　互联网起于创新，只要有创新，生命力就强。目前的互联网尽管与开始时相比已发生很多演进，但体系上并没有很大变化。相对于互联网的体系，应用上的创新显得更加显著和丰富。互联网体系上的演进与革命都需要支持，而应用上的创新则需要进一步加强。

　　注：本文原刊登于《中国教育网络》2007年7月刊，本文集略做修改后予以刊载。