摘要 首先介紹了因特網的關鍵要素及其相互關系。然后分析了當前因特網的核心設計理念和下一代因特網提出的需求。最后提出了下一代因特網的設計理念。
1、引言
因特網在全球范圍獲得巨大的成功。因特網在我國從無到有，發展到當前超過一億用戶的網絡只用了十幾年的時間。當前，我國的因特網經濟已經形成一定的規模，成為繼農業經濟和工業經濟之后需要研究的新的經濟形態，但是受技術等因素的限制，因特網已經不能繼續高速地發展。當前，無論是國外還是國內都在關注下一代因特網的研究工作。本文通過分析當前的因特網，從而提出下一代因特網的設計理念。
2、因特網的關鍵要素
2.1 相關概念介紹
（1）設計理念。設計理念是因特網的本質核心，因特網技術直接來自設計理念。
（2）技術特征。在設計理念的指導下，技術人員選擇因特網技術。因特網技術的主要特征有：統一編址和域名查詢、泛在的連通性、動態路由機制、網管分布實施、無連接分組轉發、業務在終端實現，獨立于網絡、網絡與底層技術無關、管理和信令帶內傳送、提供盡力而為的服務質量、只依據目的地址路由等。
（3）外在特征。因特網的外在特性一部分由設計理念所確定的技術特征決定，另一部分由設計和采用的因特網技術決定。有些外在特征（如網絡遍及全世界，包含海量信息等）雖然不是由設計理念或技術本身決定的，但是已經被使用者廣泛接受，成為因特網不可分割的一部分；有些外在特征雖然是設計理念或技術所引入的，但不是使用者需要的，如無服務質量保障、沒有安全保障等。因此需要根據這些需求對因特網技術（協議）進行修改和完善，對于受技術限制而無法改進的，需要引入替代的新技術。
（4）使用者。因特網使用者包括專業使用者和一般使用者。一般使用者僅使用現成的業務和應用，但是用戶反饋可能會影響業務、應用和技術的進展。專業使用者利用因特網技術開發應用。
2.2 相互之間的關系
設計理念實際上是一些內在的、深層次的規則，它決定了因特網所采用的技術以及技術特征。因特網的外在特征來自于技術特征以及典型業務的開展。因特網的設計理念、技術特征、外在特征以及使用者的關系如圖1所示。
圖1 因特網相關關系示意
（1）設計理念決定部分技術特征。因特網的技術特征一部分是由因特網設計理念決定的，如業務在終端實現，獨立于網絡、網絡與底層技術無關等。
（2）技術特征影響設計理念。技術的選擇反過來也直接支撐上述設計理念。一部分技術特征是設計理念沒有涉及的，而是所采用的技術引入的，原則上沒有違背設計理念，但是束縛了設計理念，使設計理念不能輕易修改。
（3）技術特征決定外在特征。因特網是一個相對復雜的系統，不同身份的人看到不同層面的內容。普通用戶看到的是有用和有趣的應用，如查看各種各樣的信息、聊天、玩游戲、資料共享等等；專業用戶看到的是一個泛在的連通性、無連接分組轉發、提供基于UDP和TCP的Socket接口、服務質量不確保、可以自由設計業務服務的網絡。可見，普通用戶看到的是因特網的外在特征，專業用戶看到的是因特網的技術特征。因特網的技術特征無論是由設計理念所決定還是由采用的技術所引入，一般來說只有專業人員關心，普通用戶既看不到也不關心。
（4）用戶在使用因特網業務時，會對業務和應用提出新需求，從而影響因特網的外在特征，進一步對因特網設計理念產生影響。
3、當前因特網的設計理念
因特網的核心設計理念包括端到端透明原則、用戶自律原則、公平平等原則和簡單開放原則。這些原則直接決定了因特網的技術特征。
3.1 端到端透明原則
端到端透明原則包含幾層含義：（1）網絡提供端到端分組傳遞服務，終端間通信與網絡層以下的協議、鏈路及設備同構與否無關；（2）網絡對用戶數據透明傳輸，對所傳遞分組不做修改；（3）所有終端（服務器）間存在泛在連接，終端（服務器）間通信不需要通知網絡（例如建立連接）；（4）所有終端（服務器）間協議交互不需要通知網絡，應用層協議端到端處理。
3.2 用戶自律原則
由于最初因特網是為科研工作者研究和通信設計的，因此假設使用者相互信任。具體體現在：
（1）最初多數路由協議沒有設計認證；（2）TCP協議的慢啟動和丟包后窗口減半；（3）沒有隔離管理平面和數據平面、控制平面和數據平面；（4）對UDP無限制占用資源沒有控制措施；（5）沒有設計和建立信任體系用于例如商業；（6）沒有強制實行網絡溯源技術和管理；（7）對善意和惡意用戶沒有設計獎懲措施；（8）沒有統一管理、統一監測審核的技術和手段。
3.3 公平平等原則
最初的因特網只是多個校園網的互聯，骨干鏈路大多是各自分擔或者利用國家提供的資源，因此，骨干網絡是所有用戶共有，網絡資源也是共有的，沒有所謂的因特網服務提供商（ISP）以及因特網內容提供商（ICP）來規劃管理網絡和協調資源。雖然IP協議中設計了優先級比特，但是在當前網絡上沒有得到廣泛應用。所有用戶共享網絡資源，帶寬統計復用，網絡盡力而為提供服務。網絡按自治域分布式管理。
3.4 簡單開放原則
因特網所有的協議和接口都是公開和開放的，任何有興趣的個人或公司都可以從網上免費得到所有的相關標準，按照標準實現各種協議基本不涉及專利，所有有興趣的個人和公司都可以申請提交因特網標準。因特網對底層接口開放，允許各種鏈路層和物理層技術構建因特網。終端網絡層利用網絡提供的IP傳送服務為上層提供TCP/UDP接口，用戶可以在不改動網絡的同時設計任何服務和應用。
4、當前因特網存在的問題
總體來看，因特網已經獲得成功，但是當前在服務質量、商業模式、安全以及地址空間等方面存在的問題制約了它的快速發展。
因特網是一個網絡層而非基于連接的網絡，因此很難為每個業務流預留資源。因特網的典型業務如web瀏覽，也不適合傳輸層基于連接預留資源。此外，當前因特網的流量模型沒有定論，很難仿照傳統的電信網按愛爾蘭計算，在限制接入的條件下基于流量流向配置資源。因此當前因特網在服務質量方面采用最多的就是大帶寬輕載模式。
當前的因特網沒有建立有效的商務模式，具體說來是網絡運營商缺少商業模式。一方面，網絡與業務分離導致運營商很難將業務綁定到終端或者網絡上來開展；另一方面，用戶已經習慣傳統因特網的免費服務，不再愿意為運營商的服務付費，多數運營商只能通過接入來收費。但是隨著接入市場競爭的激烈化，通過壟斷接入手段來收取高昂的費用已經不可能。同時，網絡上P2P、即時通信等都在蠶食傳統電信市場。如果電信運營商未來仍只能收取接入費用，那么電信產業將成為沒有技術含量、低附加值的產業。
當前因特網已成為國家重要的基礎設施，網絡安全已成為影響國家安全和社會穩定的重要因素。雖然網絡安全備受關注，但是實際狀況不容樂觀。
在地址空間方面，IPv4地址雖然數量不少（約43.9億個），但是地址分配的不合理、用戶的劇增、家庭網絡和家電上網等業務需求的進一步發展，因特網地址將在較短的時間內耗盡。由于地址有限，地址分配機構表示將不為手機分配IPv4地址。在3G技術的發展中，IPv4地址資源將可能成為移動通信進一步發展的瓶頸。
上述問題的存在，下一代因特網通過恰當地調整設計理念是可以解決的。
5、下一代因特網的設計理念
總的來說，當前的因特網雖然存在諸多問題，但不可否認，它也取得了成功。而因特網的成功并不僅僅是技術和業務的成功，還應該歸功于核心設計理念的成功。只有認真研究下一代因特網的設計理念，才能使下一代因特網走向成功。但是設計理念的變更必須慎之又慎，不恰當的變更可能會扼殺因特網的生命力。
5.1 端到端透明原則
端到端透明原則必然會在下一代因特網中繼續采納。最初的端到端透明原則嚴格要求網絡對用戶發出的IP包不做任何修改（TTL和相應的校驗和）。現在常見的網絡設備修改IP包優先級、NAT設備地址轉換等最初都被認為是違背因特網端到端透明原則的，但是隨著地址空間和安全等需求的出現，這些應用都逐漸標準化，而且沒有對因特網的發展形成很大的阻礙。因此下一代因特網應該針對地址空間、安全等需求有所優化，但是端到端透明的原則應當以不影響用戶應用和創新網絡業務為限。
5.2 用戶自律原則
下一代因特網并非不需要用戶自律，但是不能只依賴用戶自律，必須采用一定的機制來監督用戶行為，并且應該采用一定的技術或者手段對用戶的行為進行獎懲。
5.3 公平平等原則
在當前的因特網中，用戶之間已經不存在完全的公平平等，網絡服務提供商和內容提供商存在的必要性與價值進一步突出，因此下一代因特網的公平平等原則必須考慮價值鏈的公平平等原則。
5.4 簡單開放原則
因特網與TCP/IP的成功在很大程度上取決于簡單開放原則。下一代因特網相關網絡層協議必須開放接口，才能令業務和應用靈活開展；業務和應用層接口只有盡可能開放，才可能有豐富的客戶端軟件投入應用。因此簡單開放原則在下一代因特網的設計理念中必須繼續堅持。
5.5 適度安全保障原則
由于下一代因特網仍堅持端到端透明原則，因此用戶通信的機密性應當提供端到端保障；下一代因特網除了對協議增加魯棒性設計外，還應當在網絡上建立信任體系，并對網絡行為提供來源追查的功能。此外，接入手段也應該保障適度的安全。
6、結束語
因特網的核心設計理念在IT界已經被提到了相當高度。為了使下一代因特網繼續成功，有必要根據需求適當調整核心設計理念。筆者認為，下一代因特網應當有不影響用戶業務創新的端到端透明、帶獎懲機制的用戶自律、考慮價值鏈的公平公正、無條件的簡單開放以及適度安全保障原則。
