11.3 下一代互联网网络建设与运营面临的挑战
近两年下一代互联网呈现了高速发展态势，但网络建设与业务开发等方面仍面临挑战，主要表现在以下几方面。
（1）业务和流量的缺乏导致网络建设动力不足。IPv6已经发展了十多年，但到目前为止并没有广泛商用，据Arbor Networks公司最近数据显示，IPv6的网络流量占整个互联网网络流量不足1%。虽然Google等互联网巨头已经积极实施向IPv6演进的相关项目，但对此仍持谨慎态度，毕竟用户与网络流量才是CP/SP关注的焦点。当前IPv6用户人群较少且单一，网络流量不足也很难激发CP/SP开发IPv6新业务的动力，缺乏IPv6杀手级应用反过来也很难吸引用户与流量。IPv6用户、流量、业务的缺乏也导致运营商网络建设时动力不足，整个下一代互联网产业急需产业链各方共同推动，形成用户流量、业务与网络建设相互促进的良性循环。
（2）过渡方案多样化，但仍缺乏电信级、操作性强的方案。从IPv4向IPv6的平稳过渡是部署下一代互联网的重要问题，也是取得成功的关键所在。从网络建设的角度来看，相对于搭建一张全新的、纯粹的IPv6网络而言，从IPv4到IPv6的平稳过渡，则是一个更为复杂的系统过程，既要确保已有IPv4用户的业务体验，保障提供原有的服务质量；又要解决IPv6部署中面对的一系列问题，为用户增加一些新服务。
为确保用户体验，网络运营商在演进过程中必然选择成熟电信级的过渡方案，但现实情况中由于没有规模化应用的驱动力，仍缺乏可操作性强、电信级的过渡方案。从有状态过渡方案（如DS-Lite、NAT444等）到无状态方案（dIVI-pd、4rd、stateless 4over6、4v6等）及轻量级方案（如LAFT 4over6、public 4over6等），针对下一代互联网演进，国内外提出了各式各样的过渡方案。但运营商现网的复杂性与需求的多样性使得很难找到电信级、操作性的过渡方案，这也导致了向下一代互联网演进的步伐放缓。
（3）终端对IPv6的支持程度不一。PC机主流操作系统除一些旧版本外几乎都支持IPv4/IPv6双协议栈。相比PC机，处于移动互联网浪潮中的手机终端对IPv6的需要更为迫切。
移动互联网的蓬勃发展带来了手机终端大量访问互联网业务的高流量，这对下一代互联网的发展是一次前所未有的机遇。在移动互联网产业链中，加快推进移动手机终端、网络建设、业务应用对IPv6的支持，将有力促进下一代互联网的发展演进。目前手机终端对IPv6的支持程度较低，以CDMA2000/EVDO现网为例，处于终端研发体系源头的基带芯片还没出现支持IPv6的正式商用版本，由此影响了整个手机终端产业链支持IPv6的研发进程。
除了基带芯片，手机操作系统对IPv6的支持也是手机终端IPv6化的必要环节。主流手机操作系统对IPv6的支持程度不一，相关情况如下：
①支持IPv6的有Windows Mobile、Windows CE、BMP、Symbian、Linux等；
②部分支持IPv6的有Android（WiFi部分支持，2G/3G不支持）；
③不支持IPv6的有Brew、Java、Windows Phone7、RIM等。
另外，高通号称BrewMP操作系统支持IPv6/DHCPv6，但目前还未出现真正采用BrewMP支持IPv6/DHCPv6商用终端。中国电信北京研究院基于Android平台，设计了不依赖基带芯片（Relay模式）支持IPv6功能实现方案，这将是对手机终端支持IPv6的重要推进。
11.4 下一代互联网关键设备、软件、系统研发和产业化进展
全球设备提供商、软件提供商、芯片提供商及协议栈提供商研发了大量的IPv6产品。截至2012年1月3日，获得IPv6 Ready第一阶段认证（主要对IPv6核心协议的一致性和互通性进行测试，以检验基本的IPv6可支持性）的设备厂商共有480家、第二阶段认证（除了对核心协议测试增加了路径最大传输单元PMTU测试，还能进行可选协议测试）的设备厂商共有675家，主要集中在美国、日本和中国台湾。
IPv6产品类型十分丰富，覆盖了IPv4产品类型，并且取得了一定规模的应用。个别不成熟的产品类型，如IPv6软交换、媒体网关及移动终端等，主流厂商也已经完成了相关技术积累，一旦市场需求启动，可以在短期内推出相应产品。具体来看，主流网络设备厂商如华为、思科、Juniper等，现阶段能够提供支持IPv6的路由器、BRAS及交换机等设备。由于IPv6技术标准化特别是IPv6接入等技术尚处在完善阶段，各厂商设备在IPv6技术跟进、支持能力方面差异较大。在固定终端上，思科、IBM、惠普、戴尔等厂商针对IPv6开发了相关的IPv6固定终端产品，涉及个人电脑、服务器、打印设备、存储设备、智能电话、应用层网关、家庭网关及传感器等；在移动终端上，限于芯片对IPv6特性支持的滞后，市面上三种主要制式的手机终端基本不支持IPv6，仅有少量定制化芯片的移动终端可在测试中使用。在操作系统上，主流操作系统均有相应成熟版本支持IPv6，70%以上的移动智能终端操作系统均支持IPv6。但是，软件及终端仍是IPv6产业链最为薄弱的环节，主要表现在支持IPv6的应用软件较为匮乏。
我国在CNGI示范网络建设中，坚持以国产设备为主，带动了国内的产业发展，加速了我国下一代互联网核心设备的产业化进程[14]。目前CNGI示范网络的国产设备占50%以上。路由器、交换机、宽带接入设备、互联网关、音/视频监控摄像终端、无线传感器网络节点等产品已经批量投入市场，设备研发和产业化能力达到国际先进水平。设备制造商积极参与IPv6设备认证，截至2012年1月3日，我国设备厂商获得IPv6第一阶段预备认证的共有29家，获得第二阶段预备认证的共有70家。
总之，IPv6网络设备相对成熟，主流厂商产品的成熟度和稳定性已经在网络运营中得到验证。IPv6终端以固定终端为主，移动终端还没有规模应用。操作系统软件均已支持IPv6，通用软件对IPv6的支持也较为成熟，但用户应用软件支持IPv6较少。
11.5 业务运营模式和行业应用情况
各国IPv6业务运营模式比较接近，多数通过政府部门主导的示范性项目进行推进。运营商对基于IPv6的业务与应用进行了积极探索，并开展了部分业务的试商用，现阶段主要集中于提供接入、承载及封闭型业务的服务。
日本在IPv6业务运营方面走在世界前列，NTT公司形成了清晰的运营发展思路，即积极开展隧道和双栈互联穿越，并通过IPv6延伸到IPTV、传感器及移动设施等应用领域。欧洲运营商更注重移动通信领域，采取“先移动，后固定”的战略，在第三代移动通信网络中率先引入IPv6。
我国通过CNGI建设，相关企业、科研单位取得了大量示范性应用成果，部分已经在我国经济和社会建设中发挥了积极作用。例如，四川汶川特大地震灾害发生后，利用CNGI项目支持的中欧高速互联线路，把欧洲联合研究中心卫星观测的高分辨率的灾区遥感图片实时传送到中科院对地观测中心。北京奥运会期间，CNGI北京互联中心开通IPv6奥运官网镜像站点，成为我国面向全球的IPv6重要应用示范，CNGI项目支持开发的IPv6视频监控和传感器系统，成功应用于全国各地的48个体育场馆，圆满完成奥运通信保障任务，在国际上引起了很大反响。此外，“基于IPv6无线传感网络的环境监测系统”以开发淮河流域水资源污染监测系统为目标，为实现流域综合管理和灾害预警提供了先进的手段；“澜沧江—湄公河次区域资源环境安全区域合作中的应用示范”针对区域生态监测需要开发建立了试验平台。国内电信运营商建设的基于IPv6物联网的“湖南农业综合监控系统”获得了国际IPv6全球颁发的第一个IPv6 Enabled ISP认证证书。全球获得IPv6可用认证的网站共有1414个，其中中国共有306家，占比达21.64%，在全球国家和地区中位列第一。
11.6 网络与信息安全情况
下一代互联网的网络和信息安全问题受到了各国的高度重视，世界各国纷纷加强网络安全技术研究与系统部署。
美国在国土安全部内专设“国家网络安全局”，负责制定国家整体网络安全战略及其总体规划。欧盟成立了网络信息安全局，用以处理各种信息安全事件、评估终端用户的信息安全意识等级，并探讨全欧洲多语言信息安全共享及警告系统的可行性。日本总理府办公厅设立了网络信息安全中心，并在总理府IT战略本部中设立网络信息安全政策委员会。
我国在CNGI示范工程的支持下，网络与信息安全方面取得了大量成果，主要包括：下一代互联网安全接入技术的基础架构研究及标准化、真实IPv6源地址寻址体系结构、面向IPv6的互联网安全体系结构和关键技术研究、IPv6安全网关、基于CNGI网络环境的跨机构统一认证与资源授权中间件研发及产业化等。
11.7 技术、标准专利情况
IETF是国际IPv6标准化的主体，已制定200余项IPv6相关标准，核心标准体系已经形成，目前主要工作集中于过渡技术及已有标准的完善上。除IETF之外，其他国际组织，如ITU-T、3GPP、IEEE等，也参与了IPv6相关标准的制定。ITU-T偏重于IPv6应用于NGN的场景和需求；3GPP则侧重于IPv6应用于3G/LTE的承载及业务应用；IEEE侧重于无线局域网、智能电网、绿色节能等领域的IPv6应用标准化工作。
通过CNGI工程，我国初步形成了较为完善的IPv6标准体系。据统计，在2003—2008年的CNGI示范工程建设过程中，形成国家标准4项、行业标准10多项；在国际标准方面，向国际移动通信组织提交文稿27项，向国际电信联盟提交文稿数十篇，获得批准2项，向国际标准化组织信息安全技术领域提交草案1项，向互联网工程任务组提交标准草案12项，获得批准2项。期间共申请国内专利763项（已授权12项，绝大多数为发明专利），申请国外专利17项。
在CNGI示范工程的带动下，近年来我国在国际互联网标准化工作方面取得了长足进展，在国际互联网标准化组织IETF中的主动权和话语权日益扩大。特别是在安全和过渡技术方面，我国在国际上首次提出“真实IPv6源地址网络寻址体系结构”和“IPv4 over IPv6网状体系结构过渡技术”，推动IETF分别成立专门工作组SAVI和Softwire，已有4项标准草案被批准为RFC（4925、5210、5565、5747），改变了我国长期以来在互联网核心技术方面受制于人的被动局面。
11.8 基础理论研究情况
在下一代互联网基础研究领域，发达国家开展了多个重大研究计划，希望能保持和取得在此领域的竞争优势。
美国自然科学基金会2005年启动了FIND（Future Internet Design）和GENI（GlobalEnvironment for Networking Innovation）计划。FIND计划的目的是设计一个全新的满足未来15年社会需求的网络，侧重于未来互联网体系框架、设计原则和运行机制的研究。GENI计划的目标是构建一个能够支撑对各种新型网络体系结构及其技术方案进行试验验证的下一代互联网试验床。
欧盟在其第七框架计划（FP7）中设立了FIRE（Future Internet Research and Experimentation）计划。FIRE是一项长期的实验驱动的原创性研究，主要研究内容包括：新的网络体系结构和协议，未来互联网复杂性、移动性、安全性、可管理性和通透性机制，物理和虚拟结构相结合的大规模测试环境搭建和验证技术。
我国在国家自然科学基金、国家973计划等项目支持下，已在基础理论和技术研究方面取得了重大进展，在下一代互联网体系结构等方面取得了初步研究成果。同时，已在下一代互联网基础研究方面开展了广泛的国际合作。目前已和美国的GENI计划签署了战略合作协议，双方将在信息和通信技术领域开展合作研究，进而建立中美未来互联网研究联盟。斯坦福大学的OpenFlow项目是GENI计划的亮点单元技术，目前斯坦福大学已和我国高校签署了关于“未来互联网研究”的合作协议。
11.9 我国下一代互联网发展存在问题分析
11.9.1 网络基础设施和宽带普及率方面
1.我国IP地址资源不能满足发展需要
截至2011年12月，我国互联网普及率仅为38.3%，落后于美国、韩国等国家（70%以上）。要使我国互联网普及率达到50%，基本条件是要拥有足够的互联网基础资源。我国IPv4地址资源明显不足。我国对IPv6地址的申请仍不够积极，IANA IPv6地址分配显示，我国IPv6地址数量为9398块（/32），居全球第5位。为满足我国未来10亿人口上网，以及物联网等新应用的发展需求，我国仍需尽快扩展IPv6地址数量。
2.已建成的CNGI示范网络需要完善
CNGI示范网络在我国前期的下一代互联网技术试验、应用示范及产业化方面发挥了重要作用，但是建成的试验网已经投入运行5年，部分网络设备需要升级改造，增加新的技术功能，以便更好地发挥技术试验及创新平台的作用。CNGI示范网络也要为下一代互联网关键技术及应用创新，特别是探索新型互联网体系结构提供开放性的研究试验环境，从而为提升我国下一代互联网领域的原始创新能力提供实验基础平台。
3.向下一代互联网过渡的准备不足
三个国内网络运营商都建有CNGI商业试验网，开展了IPv6业务试验和示范应用，但是整体看运营商对于IPv6过渡的准备不足：①由于目前的过渡技术正在标准化中，支持网络过渡技术的产品还不成熟；②运营商还没有完备的过渡整体方案来有效解决IPv4/IPv6互通问题；③下一代互联网的业务模式和运营机制需要创新，需要资金投入和人员培养等，但投资回报方面给运营商带来很大压力。
4.互联网面临的新的重大技术挑战亟待解决
移动互联网、云计算、三网融合、物联网等新技术和新应用的出现，给互联网体系结构带来了新的技术挑战，发展下一代互联网必须解决上述重大技术挑战。
下一代互联网也为节能环保提供了解决平台。可以利用云计算等平台，按需提供资源，最大限度地利用资源、节能环保。
11.9.2 产业链培育和业务应用方面
1.我国下一代互联网产业链有待增强
国内主流设备提供商、软件提供商及协议栈提供商已经研发了大量的IPv6产品。国产IPv6路由器在技术上达到了国际先进水平，已经在示范网络中投入使用，能够满足大规模IPv6网络部署与运营的基本需求。国产IPv6三层交换机也已经大量投入市场，特别是中低端交换机的性价比较高，存在的问题是普遍没有自主研发的三层交换机芯片。目前尚缺乏国产IPv6网络设备（包括防火墙、流量监控设备等）。另外，自主研发的IPv6终端、基础软件还非常有限。
2.下一代互联网业务应用相对较少
目前，我国能够提供IPv6服务的内容服务提供商ICP数量较少。开展下一代互联网业务应用的关键，是需要网络运营服务者、网络应用与资源提供者和终端用户三部分共同向IPv6过渡。在过渡的过程中，很难保证三者同步，由于IPv4与IPv6协议不兼容，存在着IPv4/IPv6并存时期的互访问题，需要新的资金和人力投入，可能会对目前的业务应用带来负面影响。目前，参与向IPv6过渡的终端用户、应用开发商和电信运营商对过渡的紧迫性认识不统一，形成了相互等待的局面。迫切需要政府引导，打破僵局，推动下一代互联网业务应用的发展。
11.9.3 网络安全和管理方面
1.安全关键技术问题尚待解决
物联网和云计算等新型应用引入后的下一代互联网安全问题，以及多种业务模式下的网络安全审计问题等，都是需要解决的关键技术问题。
2.IPv6网络安全设备不够成熟
IPv6协议的一些特点使得原来在IPv4网络中的攻击特点和原理发生变化，需要研发IPv6的网络安全设备。同时，目前IPv6尚未大规模商用，还缺乏大规模的IPv6网络环境来验证IPv6安全设备的有效性。
3.域名体系存在安全隐患
我国仍然缺乏对根域名服务器的最终管理权，域名体系安全受制于人、存在隐患。此外，我国域名服务体系缺少统一的管理体系、监控分析、技术规范及安全防范措施，无法保障长期安全、稳定地服务。
11.9.4 理论研究、技术和标准突破方面
1.理论研究相对薄弱
长期以来，我国的下一代互联网基础理论研究相对薄弱，在新一代互联网络的体系结构和协议的原理、可扩展性、安全机制、服务质量、移动性、业务感知、资源控制及过渡机制等方面急待创新和突破。我国在下一代互联网国际主流理论和技术上的发言权还相对较小。
2.关键技术有待突破
我国在下一代互联网急需解决的关键技术研究方面，包括IPv6整体过渡技术与方案、网络管理及网络安全等还需要技术创新和规模试验验证，为运营商提供可行的解决方案。在IPv6提供的新的技术平台上，需要深入研究网络的可扩展性、安全性、高性能、实时性、移动性、可管理性等关键技术。
3.尚未形成系列化的核心技术标准
我国虽然在国际标准方面起步较晚，实力较弱，但是近几年我国在IETF中的主动权和话语权日益扩大的趋势明显，为了进一步推进国际标准制定，还需要国内学术界和产业界在标准制定、推广应用、知识产权、产品跟进等方面相互配合，形成系列化的核心技术标准，使得我国主导的下一代互联网研究成果得到世界的认同。
11.10 我国发展下一代互联网的重要战略意义
1.国家信息基础设施对下一代互联网的重大需求
随着三网融合和互联网的迅速发展和广泛应用，社会生活的各个层面对互联网的依赖将日益增强。互联网不仅是国家、经济和社会运转的重要支撑环境，也对国家安全产生重要影响。
我国目前虽然是世界上使用互联网人口最多的国家，2011年年底达到5.13亿，但是普及率仅有38.3%，刚刚超过世界互联网23.8%的平均普及率，离发达国家互联网70%的普及率有相当大的差距。建设世界上最大的先进下一代互联网，尽快使我国互联网平均普及率达到50%甚至70%，对于我国未来10～20年经济发展、社会进步和国家安全具有极其重要的战略意义。由于目前互联网IPv4地址已经分配殆尽，只能选择采用IPv6协议的下一代互联网。可以预见，技术上有了新突破的下一代互联网是我国未来经济发展的最重要信息基础设施，将极大地影响国家经济竞争力。
2.走新型工业化道路对下一代互联网的重大需求
今后10～20年是我国经济和社会发展的重要阶段，是进行经济结构战略性调整的重要时期。大力推进国民经济和社会信息化，以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走新型工业化道路，是带动现代化建设全局的战略举措。信息产业自身大而不强的问题也迫切需要寻找突破口、寻找新的增长点，以实现跨越式发展，而发展下一代互联网为此提供了契机，在我国走新型工业化道路的过程中，下一代互联网及相关技术在改造和提升传统产业、培育和形成新兴产业、构建我国未来信息社会形态等方面必将发挥极其重要的作用。
3.发展下一代互联网可以对我国经济增长带来直接贡献
通过发展下一代互联网，可以推动国家信息基础设施建设，带动社会信息化投资，给互联网设备制造业、软件业和信息服务业带来巨大的发展空间。预计到下一个五年计划中期，下一代互联网服务产业、软件和设备制造业的市场规模将达到数千亿元，甚至上万亿元，还将带动电子商务等快速发展，这些新的经济增长点的形成将对我国国民经济发展带来直接贡献。
4.下一代互联网是我国信息高技术领域自主创新、实现跨越式发展的战略机遇
由于这一代互联网的核心技术已被美国等发达国家所控制，我国难有较大作为。但在下一代互联网及其应用的研究开发方面，我国与发达国家的差距并不大，这几年更是在国际互联网RFC标准方面取得了重要突破，并且遇到了更新换代的难得历史机遇。如果能以下一代互联网核心技术开发为契机，继续发扬前些年我国在互联网应用服务业的优势，形成具有自主知识产权的核心技术，并力求在国际标准上占有地位，在产业上掌握先机，在安全上占据主动，在应用上实现创新，一定能够实现我国在下一代互联网领域的跨越式发展。
5.下一代互联网促进社会进步、提高人民生活质量的重要手段
发展下一代互联网，显著提高互联网的普及率，必将大大缩小城乡居民的数字鸿沟，促进和谐发展。有助于实现教育的公平性，有助于人人享有基本医疗卫生服务，有助于提高社会的公共服务水平和应急响应能力，有助于构建社会化、网络化的服务体系，提高全社会创新效率，促进知识成果传播、转化、应用。有助于全面促进社会进步和提高人们的生活质量。
11.11 我国发展下一代互联网战略
当前下一代互联网网络建设仍面临挑战，这不仅需要政府部门在国家政策层面的统一部署与协调，更需要网络运营商的积极推动，同时产业链各方应积极响应，发挥各自优势，促进下一代互联网产业用户、网络、内容的良性循环。
向下一代互联网过渡是一个复杂的系统工程，涉及核心网络、用户的接入设备、终端、业务应用、CP/SP网站、配套软件等各个环节的同步建设和改造迁移，需要产业链的协同配合，因此需要国家层面的统一协调管理与推动，这是保证成功过渡的关键。
2003年以来，党中央、国务院对发展我国下一代互联网做出了战略部署，实施了一系列国家级技术创新计划、应用示范和试商用工作，取得了举世瞩目的成绩，推动了我国下一代互联网发展。2011年年底召开的国务院常务会议做出加快发展我国下一代互联网产业的研究部署，明确了今后一段时期我国发展下一代互联网的路线图，这些都反映了国家发展下一代互联网产业的决心。但下一代互联网产业涵盖“用户”、“网络”、“内容”等多个方面，产业链条长，涉及面广，仍需政府主管部门持续制定更为明晰的方针政策，引导产业链各环节的良性循环。
2011年12月23日国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，研究部署加快发展我国下一代互联网产业。会议指出，抓住新形势下技术变革和产业发展的历史机遇，在现有互联网基础上进行创新，发展地址资源足够丰富、先进节能、安全可信，具有良好可扩展性和成熟商业模式的下一代互联网，对于加强信息化建设、全面提高我国互联网产业发展水平具有重要意义。会议还明确了今后一个时期，我国发展下一代互联网的路线图、主要目标和重点任务。要求加强部门间协调配合，建立健全推进产业发展的体制机制。通过加大财政投入，引导和鼓励社会资金投入。鼓励产学研结合，提升创新能力。加强知识产权保护，优化市场环境。深化国际合作，用好国际优势资源。
2012年，根据党中央、国务院关于从战略高度重视下一代互联网发展的精神，按照《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》和《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》的统一部署，为加快推进我国下一代互联网发展，国家发展改革委、工业和信息化部、教育部、科学技术部、中国科学院、中国工程院、国家自然科学基金会研究制定了《关于下一代互联网“十二五”发展建设的意见》[18]（见附录A），并下发给各省、自治区、直辖市人民政府办公厅，国务院各部委、各直属机构办公厅（室），各中央管理企业，要求按照《意见》中提出的我国发展下一代互联网的指导思想、基本原则、发展目标、产业发展路线图和时间表等内容，研究制定相关措施，切实做好贯彻落实工作。
这是我国推动下一代互联网发展的重要举措和行动。在具体实施过程中，需要建立统一的管理机制和政策协调机制。在国家的统一推进、协调之下，地址分配机构、网络运营商、设备制造商、软件开发商和标准制定机构共同推动IPv6技术的快速、稳定应用。
参考文献
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[10]APAN：http：//www.apan.net/.
[11]TEIN2：http：//www.tein2.net/.
[12]TEIN2＆TEIN3 NOC：http：//noc.tein2.net/.
[13]CNGI-CERNET2：http：//www.cernet2.edu.cn/metadot/index.pl.
[14]CNGI专家委.互联网发展参考.2012年4月，第1期.
[15]世界IPv6日：http：//www.internetsociety.org/ipv6/archive-2011-world-ipv6-day.
[16]Monitoring World IPv6 Day.ArborNetworks：http：//ddos.arbornetworks.com/2011/06/monitoring-world-ipv6-day/.
[17]World IPv6 Launch：http：//www.worldipv6launch.org/.
[18]关于印发下一代互联网“十二五”发展建设的意见的通知.http：//www.sdpc.gov.cn/zcfb/zcfbtz/2012tz/t20120329_470266.htm.
