王继龙:从试验平台孵化出未来互联网 小概率会基于模拟仿真平台诞生一些关键技术

  互联网的诞生起源于试验平台,互联网试验平台是互联网核心关键技术创新和实践的基础。近日,在《中国教育网络》杂志对APAN主席、清华大学教授王继龙的专访中,他梳理了全球互联网试验平台的发展状况,分析了未来互联网试验平台发展的理念思路。王继龙表示,下一代互联网,可能小概率会基于模拟仿真平台诞生一些关键技术,大概率会在试验孵化平台里成长出来。

王继龙:从试验平台孵化出未来互联网 小概率会基于模拟仿真平台诞生一些关键技术
王继龙 APAN 主席、清华大学教授

互联网试验平台的多重定位

  《中国教育网络》:全球主要有哪些国家在进行对未来互联网试验平台的研究?按照定位类别,您认为可以分为哪些类别?

  王继龙:做互联网试验平台的国家大部分都是经济条件比较好的国家,因为一般情况下,互联网试验平台的成本较高,且没有直接的经济效益。

  除了早期的互联网(本质上也是一个试验平台),美国在上世纪90年代初就开展新一代互联网试验平台建设,是最早对未来网络试验平台进行研究的国家。

  当前,亚太、欧盟、甚至南美的诸多国家都纷纷开展互联网试验平台的研究和建设,包括中国、日本、韩国、德国、法国、加拿大、荷兰、比利时、巴西等等。2000年以后,全球几乎每年都有新的试验平台诞生。

  如果将试验平台分类的话,要从不同的角度来看。

  首先,从服务对象来看,试验平台可以分为两类:服务于自己的平台和服务于大众的平台。

  服务于自己的平台是有特定诉求的平台,具体来说,就是某些机构为了发展某种技术而搭建的平台,这种平台的特点是目标更聚焦,如果从孵化技术的角度来说可能也更有成效。

  服务大众的平台是公共性的平台,它往往会涉及到专门进行管理调度的服务支持系统。

  例如,美国的PlanetLab就是比较典型的公共服务平台,该平台分布于全球几十个国家,有上千个节点,大量学术论文基于平台发表,影响力比较大。

  公共性的平台虽然有比较完善的服务系统,但与此同时其试验能力可能也会受到服务系统的限制,有比较明显的局限性。

  其次,从试验平台的性质来看,可以分为两类:模拟仿真平台和试验孵化平台。

  模拟仿真平台比较适宜实验室的环境,其规模大小不一。

  例如,PlanetLab就是典型的大规模的模拟仿真平台。PlanetLab没有自己的网络基础设施。它拥有很多用户单位,用户按照其标准连进平台、开展试验,也可以进行资源共享。

  美国的GENI(Global Environment for Networking Investigations)也是大型模拟仿真平台。GENI在过去10多年里影响力很大,它本身没有网络,而是依托于美国的Internet2互联了一些专用的试验资源,资源类别比较丰富。

  试验孵化平台从未来互联网发展来看应该更为重要。因为互联网本身就是由试验平台孵化而来。

  例如,美国的NSFNET就属于试验孵化型的网络。中国的CERNET、CERNET2本质上也是试验孵化平台,分别启蒙了中国的第一代互联网和下一代互联网IPv6。

  这种平台还有一个特点就是有真实的网络用户而不只是试验研究用户,有了用户,才能逐渐发展成一个真正的生产网络。下一代互联网,可能小概率会基于模拟仿真平台诞生一些关键技术,大概率会在试验孵化平台里成长出来。

  第三,从试验平台的服务看,可以分为两类:自助试验平台和定制试验平台。

  自助试验平台事先设定好一些基本规则,用户在试验系统里自助生成试验环境,然后再做试验。

  定制试验平台则是为了支持某个试验而搭建。这种平台往往需要建设管理机构和试验用户一起来建设。

  第四,从技术场景来看,可以分为两类:针对性的平台和综合性平台。

  有一些平台是专门针对特定领域的,比如针对网络应用、针对移动通信而打造的平台。

  另一类平台则比较综合,例如,欧盟的FIRE(Future Internet Research and Experimentation)、美国的GENI等,这些平台功能比较多,不局限于特定领域。

  一个试验平台是支持各种试验,还是支持某些特定的试验,这一点其实非常重要。很多网络平台的建设容易有好大喜功的倾向,希望什么都能支持,结果往往会什么都支持不了。而功能相对聚焦、有明确目标的平台则可能更有成效。

  总之,全球的诸多互联网试验平台,有一些大型平台影响力大,很有“名气”;而有些比较小的试验平台虽然只在特定的圈子里被人熟知,但也可能非常重要,拥有不少成果。

全球NRENs互联形成独特生态

  《中国教育网络》:其中,您认为最有代表性的试验平台有哪些?它们在建设之初的使命是什么?各自都有哪些特点?

  王继龙:比较有代表性、比较有名气的平台,也可以分类来讨论。

  第一类就是NREN(National Research and Education Network)。

  作为国家级教育科研网络,NREN的诞生就肩负着教育和科研创新的使命。例如,CERNET就是最典型的NREN。CERNET一方面和运营商一样能提供互联网服务,另一方面还有一个很大的不同之处就是国家赋予的教育科研使命。

  全球主要国家和地区,都有自己的NREN。知名的有美国Internet2、欧盟的GEANT、亚太地区的APAN(The Asia-Pacific Advanced Network,亚太先进网络组织)等等。

  各国教育科研网除了肩负同样的教育科研使命,通常也是该国的主要互联网之一。此外,NREN还有一个重要特点,它们之间通常是互联的,这在整个全球互联网里是一个非常独特的生态。

  例如:APAN作为亚太地区最具影响力的教育科研网络学术组织,由来自19个国家和地区的教育和科研网络组成;跨欧亚信息网Asi@Connect连接了欧盟所有的国家和亚太24国。

  总之,全球的教育科研网络除了连接商业网络之外,它们互相之间又连接成另一个“全球网络”。这个“全球网络”本身就是最典型、最具代表性的试验平台,也无疑是迄今为止规模最大、能力最强、影响力最大的试验平台。

  但与此同时,NREN平台因为和商业网络互联,有很多用户,所以试验的限制条件也比较多。比如不能在平台上做大量的网络安全攻击实验,或特别大流量的实验,这可能会影响日常的网络运行,甚至可能给全球互联网带来影响。

  第二类比较重要的平台,其投入比较大、技术水平也比较高。

  在过去的10到20年间,美国的GENI、欧盟的FIRE是此类平台中最有名气的。它们没有自己的网络基础设施,而是基于现有的NREN平台去互联一些额外的试验资源。

  近些年,欧盟启动了FIRE+(FIRE Plus),Fed4FIRE(Federation for FIRE)、Fed4FIRE+(Federation for FIRE Plus)等平台,都是FIRE的延续。

  美国在GENI之后又推出了FABRIC、Pronto。与GENI相比,FABRIC有自己的主干网络去互联各种试验资源,可以理解为更进一步的试验平台。Pronto的特点是承载5G、物联网等新型试验的支持比较多。

  我国也有类似具备影响力和技术水平的试验平台。例如清华大学建设的Dragonlab,起步比较早,联合了国内上百个高校,同时也和欧盟的FIRE有合作,教育部科技发展中心基于Dragonlab成立的互联网应用创新开放平台联盟,基于CERNET互联的高校承载了很多试验资源。

  此外,就是今年4月开通主干网的未来互联网试验设施FITI(Future Internet Technology Infrastructure)。

  FITI是在我国信息领域第一个国家重大科技基础设施项目“未来网络试验设施”支持下完成的,“未来网络试验设施”由江苏省未来网络创新研究院、清华大学等40所高校、中国科学技术大学、深圳信息通信研究院四方共同承担、分别建设,其侧重点和特点也各有不同。

  FITI基于35000公里光纤通信基础设施,建成覆盖全国的高性能主干网络,主干网核心节点间的最高带宽达200G,拥有4138个自治域号码(此前中国全部自治域数量不到2000)和/20超大规模IPv6地址空间,成为全球最大的互联网试验平台。

最好的试验平台一定是互联网的一部分

  《中国教育网络》:在您提到的诸多试验平台中,GENI是下一代互联网试验设施的重要代表,您之前提到,我们可以从GENI中得到一些经验和教训,如何理解这一点?

  王继龙:GENI项目是美国国家科学基金会(National Science Foundation,NSF)于2008年资助的。该项目在2016年结题。试验平台往往都有这样一个从创建到关闭的过程。这些平台在不同的历史时期,完成了各自不同的使命。

  一方面,GENI有特别重要的影响力和价值,以至于在相当长一段时间里,全球的试验平台都对标GENI去推进建设。

  GENI有着战略性的投入,互联了很多关键性的资源,建成了超大规模的试验平台,为用户提供了综合性的服务。GENI在全球范围都有积极影响,对我国建设试验平台也有非常大的借鉴作用。

  另一方面,GENI也存在一些比较明显的局限性。

  首先,它没有自己的网络基础设施,作为互联网的试验平台,没有自己的主干网络,这一点是比较遗憾的。

  其次,它没有建立起互联网试验的理论方法体系。因为试验并不只是提供资源,它还要有理论方法,有专门用于试验的工具体系。关于这一点,很多其他学科的做法值得借鉴,比如自然科学、工程技术学科等。

  此外,GENI最大的遗憾就是在项目结束时,并没有标志性的贡献和成果,没有未来互联网体系结构方面的成果,也没有影响互联网发展的具体关键技术成果。我认为,其中很重要的原因在于GENI没有很清晰的试验目标。

  这一点我们从很多物理学实验里都能受到启发。很多经典的物理学实验并不是某种随机的“发现”,其验证的色彩和成分往往更多,也就是先假定推断,再试验验证。

  比起漫无目的的试验,有很强目的性的试验往往效率更高。如果只是搭一个平台,然后用守株待兔的方式试验,可能很难产出改变世界的成果。

  “未来互联网试验平台”的标签本身就明确了平台的目标和使命。做未来互联网创新,试验平台需要有技术路线倾向性,而不是完全“中性”,哪怕它有可能失败,有可能因此而有更大的风险,但是同样也会因此而有更多的机会。

  GENI等试验平台还带给我们一个启示,就是试验平台的可持续发展尤为重要。试验平台的属性注定了它往往没有自主生存能力,也很难有经营的价值。一方面,试验平台要依托政府及第三方机构的资金投入;另一方面,如果平台本身的产出足够有价值,未来也会有机会持续发展。

王继龙:从试验平台孵化出未来互联网 小概率会基于模拟仿真平台诞生一些关键技术
全球互联网地理位置图

  《中国教育网络》:您认为一个理想的未来互联网试验平台,应当具有哪些条件和理念?对于未来互联网试验设施的发展,您有什么思考?

  王继龙:理想的试验平台这个命题本身可能有点问题。一般来说,很难有真正理想的试验平台。而一个比较有特点的试验平台,应该具备以下特性。

  第一,有明确的技术理念,相对聚焦,并给试验用户提供尽可能大的自主操控空间。

  将试验平台上的资源做出很智能的“包装”后再提供给用户,用户反而被限制在特定的试验环境里,其操作的空间会变得很小。

  第二,真正有机会去演化成拥有实用的技术和服务的平台。

  也就是说,最好的平台一定不是实验室的平台,而是互联网的一部分,它的技术和服务有机会直接面向用户。只有和真正的互联网连通,才能直面互联网上的所有问题。

  未来互联网就是要解决现在互联网存在的问题,如果不能直面这些问题,就没有经受过真正的考验。直面互联网波涛汹涌的安全形势,才能历练出真正经得起打磨和落地的互联网技术。

  我们希望FITI就是一个拥有上述特点的平台。

  一方面,FITI与全球互联网相连接,互联网遇到的问题,FITI同样有机会遇到,包括网络路由问题、网络安全攻击等。FITI还是一个相对开放的平台,不局限于专门建设的资源,作为全球互联网的一部分,未来也会把更多的资源互联上来。

  另一方面,FITI强调给用户最大的自主性。FITI申请了真实的IP地址和真实的自治域(AS)号码,希望能“切片”出一个个独立自主的、真实的网络,让用户拥有完全的操控权。这个“整网切片”包括主干网,也包括云端的专用试验服务资源,为用户提供以前没办法得到的平台和资源,去进行未来互联网研究和探索。

  总之,如果从一个试验平台孵化出一个未来互联网,它的过程一定是这样的:这个平台上创建的某个未来互联网环境,在条件成熟的时候,就可以直接提供服务,拥有真实的用户,然后逐渐成长起来,最后变成一个真正的“未来互联网”。而实现这样一个场景,不仅需要创新的技术,还需要政策的支持。

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