CERNET2：下一代互聯網的新世界

文/本刊記者 王左利

2007 年3 月1 日，互聯網創始人Vint Cerf 訪問了清華大學，在參觀了CERNET2 后，他驚訝地說，在下一代互聯網的建設上，中國已經走在了美國前面。第二天，在國家會議中心舉行的互聯網技術大會上，Vint Cerf 又說，“在此我想提醒諸位，中國在IPv6 方面已經走得比世界上任何一個國家都要遠了”。

一個試驗床的誕生

20 世紀80 年代初，IPv4 協議通過。在設計之初，它被要求能承載一千萬用戶，事實上，它支持了40 億數量的接入。在互聯網高速發展10 多年后，研究學者們意識到，40 億的地址將要逼近極限。

美國最早做出反應。它意識到，要在IT 領域保持競爭優勢，必須設計新一代IP 協議。因此，從1992年到1997 年，IETF 經過不斷試錯、糾正、結合，在各國研究人員的共同努力下，IPv6 協議被最終確認——擁有2 的128 次方個地址，相當于地球上每一個平方米可以獲得10 的26 次方個地址。

IPv6 問世以后，基于未來戰略視角，全球主要發達國家紛紛開始IPv6 的研究和部署。歐洲建立GENAT2，美國建成INTERNET 2，亞太建成APAN。

在中國，1994 年合作建立CERNET 中國教育和科研計算機網的清華大學計算機系吳建平教授和電子工程系李星教授開始了對IPv6 的研究和部署。

2004 年1 月，在布魯塞爾，CERNET2 作為全球8 大下一代互聯網之一，與其他7 個下一代互聯網同時宣布開通并提供服務。CERNET 做的第一件事是建立試驗平臺，即CERNET-6Bone，也就是我國最早的IPv6 實驗床。該項目于1998 年發起，在國家自然基金委支持下，投資金額2500 萬，聯合6 所高校，在廣州、上海、北京建成廣域IPv6 網絡。

CERNET2 拓撲

這張實驗床的誕生，催生了一系列針對下一代互聯網體系結構的研究，帶動了基于下一代互聯網的應用部署，培育了一批年輕的互聯網研究人員。

反其道而行之

2000 年期間，世界各國紛紛加快對下一代互聯網的研究步伐，大家都意識到，網絡已成為國家的關鍵基礎設施，下一代互聯網是互聯網演進過程中的一次重大升級，是各國重新定位互聯網話語權的歷史機遇。

2003 年，在57 位院士的建議下，經國務院批復，8 個部委正式聯合啟動中國下一代互聯網示范工程CNGI。CERNET 承擔建設其中的核心網之一CNGICERNET2。

2004 年，CERNET2 主干網開通，成為世界上規模最大的純IPv6 大型互聯網主干網，全面支持IPv6 協議，連接了我國20 個城市的25 個核心節點。

2005 年建成的北京國內/國際互聯中心CNGI-6IX，分別實現了和其他CNGI 示范核心網、美國INTERNET 2、歐洲GEANT2 和亞太地區APAN 的高速互聯。

CERNET2 僅是一個項目嗎？當然不是。吳建平教授當時就指出，互聯網越來越普及且深入社會各個領域，它不僅涉及重大的經濟利益，更具重大的政治意義和戰略意義。他說，“在這個項目中，清華大學作為牽頭單位和主要組織者，應當對項目有清晰的認識：我們肯定不只是簡單地達到國家對項目的要求，而要考慮到，在這個過程中如何自主創新，如何做出自己的關鍵設備和掌握自己的核心技術”。

這個基本定位決定了當CERNET2 在建設中面臨一系列技術挑戰時的決策選擇。

第一個戰略選擇，在網絡路線上，CERNET2 選擇了建純的IPv6 網絡，這是非常大膽的，無論在當時還是現在，都具有重重挑戰。因為所有的資源幾乎都在IPv4 上，這樣做如同拋棄一切成就，重新建立一個新世界。

當時國際上通行的做法都是采用雙棧模式，既支持IPv4，又支持IPv6，但清華的研究團隊認識到，這實際上仍是將矛盾轉化到IPv4 上。吳建平教授和李星教授認為，要完成互聯網架構本質的創新，就需要在純IPv6 的網絡環境下進行研究。“要創新一定要不同，必須有一點新的想法，如果循規蹈矩按照現有思路一定不能成功。”李星教授說。

中國工程院院士李國杰在2007 年提到這一決策時說：“CERNET2 采用的純IPv6 網，是大膽的創新。因為IPv6 現在剛起步，應用還很少，世界上現行的一般做法是采用IPv6overIPv4 的方式，讓IPv6 上的用戶訪問IPv4 的資源。CERNET2 反其道而行之，它采用IPv4overIPv6 的方式，讓IPv4 的用戶訪問IPv6 的資源，看似很反常，但其實也很合情理，我們的目的不是要推IPv6 嗎？那就從現在開始強制培養應用，讓未來用戶轉到IPv6 上來。”

2004 年1 月，中國CERNET 與美國、歐盟等全球最大的八大學術互聯網宣布開通全球IPv6 下一代互聯網服務。

第二個戰略選擇，在組網方式上，CERNET2 選擇了復雜的組網方式：三分之二國產設備、三分之一國外設備。李星教授總結說，“要復雜，要混合，要不干凈”。為什么要這樣？因為只有復雜的網絡才能最大程度地暴露問題，暴露出問題，才會在解決中進步。這其中也蘊含著一個培養人才的思路，清華大學教授考學生有一個理念，叫“教一練二考三”，一定是平時作業中沒有見過的考試題目才能測試出考生的真實水平。網絡環境也是如此，只有復雜的環境才能培養人。同時，還有一個重要的考慮：“在基礎設備上，不能簡單強調國內、國外設備，我們的產品和設備一定要參與國際大競爭，互聯網是一定要國際化的。”李星教授說。

攻堅核心技術

在關鍵路線確定后，吳建平教授和李星教授遇到的首要挑戰是兩代網如何過渡。

由于語法、語義和時序不同，不能兼容，IPv4 和IPv6 之間的過渡非常具有挑戰性。在如何與IPv4 打通這一問題上，他們先后研究了IPv4overIPv6 的隧道過渡技術和基于無狀態IPv4/IPv6 的翻譯技術。

2005 年，研究團隊在國際上首次提出“IPv4overIPv6隧道過渡技術”，采用路由尋址變換的方式穿透IPv6主干網實現過渡。技術研發出來后，取得了重要的進展，并形成了國際互聯網標準化組織IETF 的若干RFC標準。

中國下一代互聯網示范工程CNGI-CERNET2/6IX 驗收會現場

2007 年，團隊認識到隧道技術還是不能使IPv4 和IPv6 互聯互通。所謂互聯互通，就是IPv6 的服務器要能被純IPv4 訪問，IPv4 的服務器要能被IPv6 訪問。有了互聯互通的技術，就可以逐步從IPv4 向IPv6 轉移，既可以實現服務，也可以與IPv4 完全互通，從而新建純IPv6 網絡，并逐漸將現有的IPv4 用戶轉移到IPv6 上，用戶可在不知不覺中實現過渡。

在團隊的不懈研究下，IVI 技術形成。在羅馬數字里，IV 是四，VI 是六，IVI 代表IPv4 和IPv6 的過渡訪問。實際上，這類似于讓高速行駛的四缸汽車在不熄火的情況下逐步升級成六缸汽車，IPv4 和IPv6 互通的問題得以基本解決。IVI 成為當前公認的向IPv6 過渡最可靠的方式，并獲得了9 個國際互聯網標準組織IETF 的RFC。IVI 的出現標志著清華大學CERNET2 團隊的研究成果整體達到國際領先水平，使無狀態翻譯技術首次在全球互聯網上規模使用，對于引領全球向IPv6 下一代互聯網過渡具有重要意義。

對互聯網體系結構的研究貫穿整個CERNET2 的建設與部署中。吳建平教授認為，互聯網體系結構在發展中不斷演進和創新，在演進過程中，推動著互聯網新的技術發展，科研人員應當積極參與其中。

安全性一直是互聯網的重大安全問題，斯諾登事件之后這一點更加得到全球認可，網絡空間安全的重要性引起了全球的高度重視。

吳建平教授認為，IPv6 為解決全球性重大安全問題，以及我國掌握核心技術提供了新的技術平臺。在CERNET2 的建設中，他們研究了真實IPv6 源地址驗證技術及其規模應用。接入網真實源地址驗證技術的基本思想是：通過一個由真實IPv6 地址準入驗證服務器、真實IPv6 地址準入交換機和真實IPv6 地址準入客戶端構成的系統對用戶進行準入控制。該技術為網絡攻擊行為溯源提供技術基礎，為網絡空間大國博弈提供網絡行為真實性依據。該技術由IETF 批準通過成為RFC5210，是在非中文相關的互聯網核心技術領域以我國學者為主體署名的第一個互聯網RFC。

一個協同創新平臺

CNGI 項目首期于2003 年啟動，2006 年驗收。驗收會上，CNGI-CERNET2 通過了眾多院士領銜參加的鑒定驗收。專家們高度評價CERNET2 在下一代互聯網研究上所獲得的突破性成績，“屬國際首創，總體上達到世界領先水平”。同年，CERNET2因為這些突破性成就，入選兩院院士評選的10 大科技進展。

2007 年，CNGI-CERNET2 獲得國家科技進步二等獎。2013 年，下一代互聯網4over6 過渡技術榮獲國家發明二等獎。2010 年，國際互聯網協會把最高獎波斯塔爾獎授予吳建平教授。2017 年，“基于無狀態翻譯的IPv6 融合過渡技術及應用”獲得中國通信學會科學技術獎一等獎。

百所IPv6 校園網提供千個應用服務，跨國界藝術表演。

獲國際互聯網標準RFC 情況

目前，CERNET2 擁有41 個節點，支持全部CERNET 用戶接入IPv6，是我國研究下一代互聯網技術、開發重大應用、推動下一代互聯網產業發展的重要基礎試驗設施，為我國下一代互聯網的發展做出了重要貢獻。

同時，CERNET2 成為全國范圍的產學研協同創新平臺。在CNGI-CERNET2 的基礎上，高校紛紛行動，極大豐富了IPv6 網絡上的資源，進而培育了我國最初的IPv6 用戶。2009～2012 年期間，百所高校校園網IPv6 技術升級，研制完成并規模應用了IPv6 網絡運行管理與服務支撐系統，升級改造和新開發了一批重要的教育科研IPv6 網絡信息資源與應用系統。

在發展中，CERNET2 團隊意識到，對下一代互聯網的研究一定要激發大學生群體的創造性和興趣。從2015 年開始，CERNET 國家網絡中心和賽爾網絡合作舉辦每年一度的“下一代互聯網IPv6 技術創新項目及大賽”，鼓勵和支持各會員高校師生積極開展下一代互聯網軟硬件技術及應用、網絡空間安全技術的創新研究。5 年來，高校中一批又一批的學生和教師潛心鉆研，貢獻自己的聰明才智，產生了多項具有創造力和生命力的IPv6 應用，為下一代互聯網的應用創新做出了貢獻。

迎接新的開始

經過20 年的發展，IPv4 已成為全球的重要基礎設施，但因地址已耗盡，向IPv6 過渡大勢所趨。2016 年11 月，IETF 組織最高領導層IAB 發表的關于支持IPv6發展的重要聲明指出，IAB 希望IETF 能夠在新的RFC標準中，停止要求新設備和新的擴展協議兼容IPv4，未來的新協議全部在IPv6 基礎上進行優化。這個公告的發布表明IETF 正式放棄IPv4，未來所有信息全部要建立在IPv6 的基礎上。這是互聯網發展過程中一個非常重要的里程碑，表明IPv6 成為互聯網技術無可爭議的發展趨勢和方向。

然而，2013 年以來，當世界各國紛紛加快發展部署IPv6 時，我國的IPv6 發展卻放慢腳步，運營商和互聯網企業的相互等待使IPv6 止步不前。不進則退，幾年之后，我國IPv6 的總體發展遠遠落后于許多發達國家，甚至是發展中國家。

在此背景下，2017 年底，中共中央辦公廳、國務院辦公廳及時印發《推進IPv6 規模部署行動計劃》，以國家行動推動IPv6 規模部署，IPv6 發展迎來了新時代。

2018 年中，教育部科技司司長雷朝滋指出，在正在掀起的全行業的IPv6 大規模部署中，CERNET2作為應用先鋒，要積極依托多年來在IPv6 上的網絡基礎、用戶基礎、研究基礎等優勢，加強與產業界的技術交流和經驗分享，勇于承擔向IPv6 過渡的示范重任。起到支撐“互聯網+”行動計劃，超前布局下一代互聯網的示范作用，為國家的IPv6 發展和網絡安全發揮重要示范作用。

與此同時，把握IPv6 規模部署的歷史機遇，加大對互聯網體系結構的研究，對體系研究進行持續創新和投入，依靠體系結構上的創新，解決互聯網安全問題尤為重要。“互聯網體系結構是互聯網的關鍵核心技術，互聯網體系結構研究從未停止，競爭愈演愈烈。”吳建平教授說。

2018年，吳建平教授應邀參加中央電視臺《開講啦》節目，講述關于下一代互聯網IPv6 的故事。他說：“中國不能僅僅是互聯網的享用者，更應該成為互聯網的貢獻者。我們不預測未來，我們創造未來!”