作者：吴建平,李星
出版社：电子工业出版社
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下一代互联网试读：
前言
互联网是现代社会最重要的信息基础设施之一，对世界经济、科技、军事、文化和社会生活等各方面产生着重大影响，产业利益大，更关系到国家信息安全。互联网发展及其应用水平已逐渐成为衡量一个国家综合实力的重要标志。
尽管互联网凭借着包容各种网络通信技术和支撑用户开发创新应用的巨大技术优势，近三十年来，规模不断扩大、技术不断改进、应用不断创新，但是也面临着越来越严峻的技术挑战，如地址空间即将耗尽、网络安全可信度差、移动漫游能力有限、网络质量难以保障、运营管理水平急待提升等。
一般来说，“下一代互联网”是指既保留目前互联网的技术优势，又较好地解决上述重大技术挑战的新一代互联网。除了IPv6是其基本特征外，业界期待下一代互联网能够具备可控、可管、可扩、可信能力。尽管IPv6并不能概括下一代互联网的全部，但已经形成了一个完整、成熟的标准体系，目前业界一般泛指的下一代互联网的核心内容往往就是IPv6。
美国等发达国家15年前就开始实施下一代互联网研究计划，意图抢先掌握未来网络核心技术，在新一轮产业技术和国家经济竞争中赢得主动，以谋求更大的经济利益和战略利益。2003年，党中央、国务院审时度势，对发展我国下一代互联网、建设我国下一代互联网示范工程CNGI做出了战略部署。根据当时国内外下一代互联网技术的研究情况和发展趋势，慎重选择了现实可行的IPv6协议作为中国下一代互联网的核心协议，并且在IPv6下一代互联网上攻克关键技术、开发创新应用和推动其产业化。
几年来，虽然我国下一代互联网技术发展已经取得了重要成果，但是随着2011年2月3日国际互联网编号分配机构IANA宣布全球IPv4地址已分配完毕，全球互联网从IPv4向IPv6过渡变得十分迫切，使我国下一代互联网发展进入了一个非常关键的时期。当前，全球金融危机和经济危机对我国经济转型、走新型工业化道路提出了更加严峻的挑战，我国发展以下一代互联网为代表的高技术新型产业的意义就更加重大。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，发展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。2012年3月，国家发改委等7部委联合发布了《关于下一代互联网“十二五”发展建设的意见》，提出了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。以上这些，不仅对我国下一代互联网研究工作是极大的鼓舞和鞭策，更为进一步推动我国下一代互联网产业发展工作指明了方向。
本书的出版适逢我国下一代互联网发展的关键时期，从基本概念、发展历史、体系结构和关键技术、标准和研究现状等多个方面对下一代互联网进行了详细的介绍。本书的组织结构具体如下。
第1章，互联网发展历史和现状。本章简要回顾互联网的发展历史和演变过程，总结互联网发展的技术特点和成功经验；分析互联网目前面临的挑战，以及下一代互联网出现的背景。
第2章，下一代互联网基本概念和重要意义。本章介绍下一代互联网的基本概念及其主要特征，然后对下一代互联网的关键技术进行简要介绍。
第3章，新一代互联网体系结构研究进展。本章介绍下一代互联网体系结构发展的两种不同的路线，即革命式路线和改良式路线，通过对比分析，提出了基于演进的新一代互联网体系结构的发展思路。
第4章，下一代互联网过渡技术研究进展。本章对IPv6过渡的基本问题、异构地址穿越和异构地址互联进行分析，在此基础上介绍隧道技术和翻译技术的基本原理，以及当前主流隧道和翻译机制。
第5章，下一代互联网安全和可信任互联网。下一代互联网安全机遇与挑战并存，可信任互联网是构建安全可信的下一代互联网的关键技术。本章重点介绍基于真实IP源地址验证体系结构构建可信任的下一代互联网。
第6章，可编程和可重构路由器研究进展。随着互联网的发展和规模的膨胀，对路由器的功能需求也在不断发展，本章介绍可编程和可重构路由器领域的研究进展及可重构路由交换平台关键技术。
第7章，移动互联网进展。本章介绍移动互联网技术的主要发展趋势，然后以无线局域网的动态频谱访问技术和互联网端到端多径并发传输两方面为例，具体介绍移动互联网技术的研究进展。
第8章，数据中心网络的研究进展与趋势。数据中心是云计算的核心基础设施。本章介绍数据中心网络的国际研究现状，包括拓扑设计、传输协议、无线通信、虚拟化、增强以太网和节能机制等内容，以及软件定义网络应用到数据中心网络的情况。
第9章，下一代互联网与物联网。本章介绍物联网的主要技术，以及融合物联网的下一代互联网体系结构及存在的主要问题。
第10章，下一代互联网标准进展。本章首先对全球互联网最具权威的技术标准化组织IETF进行详细介绍，然后对我国的CCSA和WAPI标准进行介绍。
第11章，下一代互联网发展现状。面对全球下一代互联网产业的加速发展态势，本章从主要国家战略布局和规划、网络建设、软/硬件和系统研发、行业应用、技术标准等多个方面对全球下一代互联网发展情况进行了介绍，并且分析了我国下一代互联网发展存在的问题，指出了我国发展下一代互联网的重要战略意义，介绍了我国发展下一代互联网的具体战略部署。
本书的撰写得到了清华大学网络科学与网络空间研究院、计算机科学与技术系、电子工程系的多位教师的大力支持，他们是李崇荣、徐恪、崔勇、李丹、徐明伟、毕军、李贺武、李风华等，在此表示衷心的感谢。作者2012年5月第1章互联网发展历史和现状
内容提要
本章简要回顾互联网的发展历史和演变过程，总结互联网发展的技术特点和成功经验，分析互联网目前面临的挑战，以及下一代互联网出现的背景。1.1 互联网发展历史1.1.1 互联网起源
互联网经过几十年的发展，已成为当今世界上覆盖范围最广、规模最大、信息资源最丰富的全球信息基础设施。互联网的发展历程包含了技术、管理、社会参与等许多方面的内容。本书主要从技术角度简单回顾互联网的历史。关于互联网历史的资料非常多，主要参考了[1][2]维基网络百科中的互联网历史、互联网简史，以及CNGI专家委[3]主编的关于《互联网昨天、今天和明天》的专刊等资料。
1.互联网启蒙思想
1957 年苏联发射第一颗人造卫星。美国采取在国防部建立先进研究计划局（ARPA）的对应措施，以继续保持在科技前沿领域的领先地位。20世纪60年代初，美国空军委托兰德公司研究如何在核打击以后仍然保持对攻击力量的控制能力。一个分布式的、能耐受核打击的军用网络，这是对美国科学技术创造能力的一个挑战。
关于“全球网络”的这一划时代思想，其奠基人和先驱是麻省理工学院（MIT）的心理学/计算机科学家J.C.R.Licklider。最早的记录是1962年Licklider所写的一系列备忘录。他描述了一种通过把计算机互相连接成网来实现人与人之间信息交互的概念，他称之为“银河系网络”。按照他的想象，在全球范围内互相连接起来的许多计算机将可以使每一个人从任何地点很快地得到所需要的数据或程序。他在“人机共栖（Man-Computer Symbiosis）”这篇于1960年发表的论文中写道：“互相以宽带通信线路连接起来的计算机，将具有现在的图书馆这样的功能，即先进的信息存储、提取及其他人机共栖（交互）的功能”。原则上，他的设想与现在的互联网已经非常接近。他被任命为ARPA信息技术研究计划的首任领导。随后，Licklider又将这种网络概念的重要意义传递给他的继任者——Ivan Sutherland、Bob Taylor和Lawrence Roberts。
与此同时，另一个重要的思想也开始萌发，这就是包交换（也称分组交换）理论。“包交换网络”的理论与实践，完全各自独立地、平行地同时在MIT（1961—1967年）、兰德公司（1962—1965年）、英国国家物理实验室（1964—1967年）发展，互相之间没有任何关联。
MIT的Leonard Kleinrock于1961年发表关于包交换思想的第一篇文章，题目是“大型通信网络中的信息流”（Information Flow in [4]Large Communication Nets）。而第一本关于分布式网络理论的书也是由Leonard Kleinrock在1964年完成的，这本书的题目是《通信网络：随机的信息流动与延迟》（Communication Nets：Stochastic [5]Message Flow and Delay）。
早在20世纪60年代初，美国空军就与军方的思想库兰德公司（RAND）签有协议，研究如何在战争中保护他们的通信系统。1962年，保罗·巴伦为兰德公司写了11份报告，讨论了“包交换”（Packet Switching）及“存储和转发”（Store and Forward）的工作原理。在这11篇报告中，影响最大的是1964年3月发表的“论分布式[6]通信网络”（On Distributed Communications Networks）。在这篇报告中，列举了多种可能的网络模型。
1965年的秋天，远在大西洋另一端的英国，41岁的英国国家物理实验室（NPL）物理学家D.W.戴维斯也在考虑建立一个崭新的网络理论。戴维斯和巴伦提出的原理非常相似，不仅基本的理论框架几乎一样，并且也将数据分成块进行传输。只不过戴维斯第一次正式用包（packet）这个词来描述这种机制，他甚至专门为此请教了两个语言学家。
由9 位互联网创始科学家和工程师联名发表的“互联网简史”[2]，特别对这样一个事实做了说明：在这三个平行发展的团队中，只有兰德公司的工作考虑了核战的问题。而从MIT 发展起来的ARPAnet与此事并没有关联。当然，在以后研究互联网的鲁棒性和幸存能力时，也考虑了互联网在损失大部分底层网络时的耐受性能。
有了包交换理论，下面的工作就是要按照这一理论实际建造一个网络。
从电信的话路交换到包交换，在计算机连网的道路上可谓向前迈进的决定性一步。使计算机能互相沟通，则是另一个技术关键。为了弄清楚这个问题，Lawrence Roberts等人将分别位于麻省和加州的两台计算机通过低速电话线连接起来，创造了第一个广域网。试验结果证明，分时计算机可以远程合作，运行程序或存取数据，只是电话线实在不堪重负。Kleinrock关于包交换通信的必要性与可行性完全得到了确认。1967年10月时任ARPA信息技术研究办公室主任的Lawrence Roberts提交了关于建立ARPAnet的计划。
2.ARPAnet诞生
1968年是互联网发展的一个新阶段，ARPA正式立项支持ARPAnet，在Lawrence Roberts 主持下初步发展了其整体结构和规范。由BBN公司及在其中发挥主要作用的Bob Kahn于1968年年底赢得合同，负责发展包交换网络的关键部件IMP（Interface Message Processor），也就是今天所说的路由器，并负责总体体系结构设计；网络拓扑结构和经济性能的设计和优化由Lawrence Roberts 与Howard Frank，以及他在NAC（Network Analysis Corporation）的团队负责；Kleinrock最早发展了包交换理论，又在网络的分析、测试和设计方面有深入的研究，所以他在UCLA的网络测试中心被选定作为ARPAnet第一个网点。1969年9月，BBN 在UCLA 建成了第一个IMP，第一台网上主机顺利完成连接。斯坦福研究院（SRI）提供了第二个网点，并支持网络信息中心（NIC），其功能包括保存、运行和维护主机名册及对应的地址表、RFC的目录等。两个网点建成后一个月，ARPAnet的两个网点开始通信，第一条信息从Kleinrock的实验室发到了SRI。
随后加入ARPAnet的两个网点，都与利用网络来发展新的应用有关。加州大学圣巴巴拉分校利用网络快速更新数据，完成数学方程运算结果的可视化；犹他大学利用网络研究可视化三维表达。1969年年底，ARPAnet已经有了4个网点。可以说，早期的互联网就此起步。值得注意的是，即使是在起步阶段，网络研究也是兼顾底层网络的发展和网络应用的。这个传统一直延续到今天。
基于分组交换技术的ARPAnet的建成和运行标志着计算机网络发展的新纪元，分组交换技术一经提出就被广泛接受。一方面，ARPAnet本身的规模在迅速扩大；另一方面，分组交换技术迅速成为其他各类数据通信网的核心技术。以后的几年里，网上主机数量迅速增加，研究工作的重点集中到发展功能完善的主机通信协议及其他网络软件上。1972年10月，Bob Kahn在计算机通信国际会议ICCC上组织了非常成功的ARPAnet大规模演示，首次向公众展示了这个新的网络技术。同年，最热门的网络应用出现。最初建设ARPAnet和Internet的动机都是实现资源共享。但是当远程登录、文件传输都已经实现的时候，电子邮件便成为一种更具吸引力的新的应用。互联网最具魅力之处，就在于它可以适应任何新应用。后来的WWW等新的应用使互联网规模迅速增长，成为全球的信息基础设施，改变着世界。实施TCP/IP也是重要一步，是以后不断发展、实验新的技术的互联网演变成熟的长途跋涉的开端。互联网的不断扩展延伸的过程，都伴随着对技术的新挑战。1.1.2 互联网的发展和TCP/IP协议
20世纪70年代未到80年代初，可以说是计算机网络发展的“春秋战国”时代，一方面，各种各样的计算机网络应运而生，网络的规模和数量都得到了很大的发展；另一方面，在网络的应用开发上也取得了丰硕的成果。与此同时，由于许多网络是各自独立发展的，不同网络之间的通信需求最终导致了TCP/IP协议的诞生。
1.网络的发展
1977年，ARPAnet上的交换节点已发展到57个，连接各种不同的计算机100多台，连网用户达2000多人。此后，连到ARPAnet网上的节点数量和计算机数量不断增长，军方的通信已经越来越离不开它了。有鉴于此，1982年，美国国防部通信局将ARPAnet分成了两个独立的网络：一个用于进一步的研究，仍称为ARPAnet；另一个用于军事通信，称为MILNET。
1979年，美国杜克大学的Steve Bellovin等人创立了后来被称为网络新闻组（Usenet）的网络，这个网络的主要功能是允许该网络中任何一个用户把一条信息发送给网上的一个用户、几个用户或所有用户，大家可以利用这个网络就自己所关心的问题和其他人进行讨论。
1981年，由美国纽约市立大学牵头建立了一个合作网络，称为BITNET（Because It's Time NETwork）。该网络连接的第一个节点是耶鲁大学，主要提供电子邮件服务、电子论坛服务和文件传输服务等。
同年，由美国国家科学基金会提供启动资金，University of Delaware、Purdue University、University of Wisconsin、兰德公司和BBN的计算机科学家们合作建立了CSNET（计算机科学网络），为那些不能与ARPAnet连接的科学家提供网络服务（主要是电子邮件服务）。与此同时，美国联邦政府的一些部门也相继建成了部门专用的网络，如能源部的HEPNet网络、NASA的SPAN网等。
2.TCP/IP协议
早在1965年，Lawrence Roberts和Thomas Merrill第一次将两种不同的计算机连接在一起之后，Merrill就把这时传送文件的方式称为“协议”（Protocol）。1970年，由S.Crocker领导的网络工作小组（NWG）着手制定最初的主机对主机的通信协议。这个协议被称为“网络控制协议（NCP）。由于有了网络控制协议，ARPAnet的运行就有了标准，连入ARPAnet的计算机也日益增多。但是NCP协议不过是一台主机直接对另一台主机的通信协议，实质上是一个设备驱动程序。要想真正做到将许多不同的计算机、不同的操作系统连接起来，还有许多事情要做。
随着当时一系列各自独立的网络的建成，导致不同网络的主机之间的互联互通的矛盾日趋突出。为此，ARPA开始把参与ARPAnet研究的科研人员召集起来，开一些非正式的会议，共同探讨有关的技术问题。
从ARPAnet走到Internet，关键在于引入了开放的架构和网络连接层的协议。开放架构网络的思想最初是由Robert Kahn在1972年来到DARPA工作时带进互联网的。关键在于一个端到端的可靠的协议，能耐受干扰和中断。互联网的基本思路和基本的技术特色在于它是具有开放架构的网络。底层可以存在大量互相独立、其设计可以各自不同的网络，通过互联而实现互相平等的合作，提供端到端的服务。
Kahn提出的网络互联的四项基本原则为：（1）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；（2）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；（3）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；（4）在操作级不存在全球控制。
在这四项原则的指导下，Robert Kahn 和Vinton Cerf合同共同开[7]发了TCP/IP协议。正式发表在1974年5月IEEE的期刊上。同年12月，Vinton Cerf和Kahn关于第一份TCP协议的详细说明作为“互联网实验报告”正式发表。
虽然TCP/IP协议研制的出发点是网际互联，然而，该协议也可以用于组建任何内部网络。因此TCP/IP协议研制成功后的1980年，ARPA开始把ARPAnet上运行的计算机转向新的TCP/IP协议。1982年，美国国防部通过命令方式要求所有连入ARPAnet的网络必须采用IP协议互联，1983年完成了这种转换。
3.征求意见稿RFC
征求意见稿RFC（Request For Comments）始于1969年，由Steve Crocker创建，用来记录有关ARPAnet开发的非正式文档，最终演变成被负责互联网标准开发和推动的互联网工程任务组IETF（Internet Engineering Task Force）用来记录互联网规范、协议、过程等的标准文件。基本的互联网通信协议都有在RFC文件内的详细说明。RFC文件还额外加入许多论题在标准内，如对于互联网新开发的协定及发展中所有的记录。
1969年，当时ARPAnet计划开始实施，参加研究的大多数人都是在读研究生，他们年轻、没有经验，因此需要把自己的工作告诉别人，也需要听取别人的意见和建议。于是，他们发明了一种方式，把自己的想法和遇到的问题公开发表出来，引起大家讨论。1969年4月，当时还是洛杉矶加利福尼亚大学（UCLA）研究生的Steve Crocker刊印出第一份著名的征求意见稿，题目是主机软件，编号为RFC 1。当初Crocker为了避免打扰他的室友，是在浴室里完成这篇文档的。这份征求意见稿的意义极为重大，开了互联网式的讨论的先河。所有人都可以看到征求意见稿，也可以参加到讨论中去。由于这种刊印的方式不那么正式，内容也不那么正规，只是在征求，并且，这种方式非常适合对问题的深入研究。每一份征求意见稿都会收到一些反馈信息，如果反馈的意见足够多，又有可能产生新的征求意见稿。后来的许多与互联网有关的工作都继承了这样的方式。虽然第一份征求意见稿是印刷出来发给大家的，但是当ARPAnet真正投入运行、人们可以方便地从网络上传输文件以后，这种方式更加受到欢迎，也流传得更加广泛了。通过网络来传输征求意见稿，使得这种开放的讨论方式得到了更好的发挥。并且，由于这种开放性，也使互联网的影响更加扩大。IETF至今保持着这个传统，
从1969—1998年，Jon Postel一直担任RFC文档的编辑职务。随着美国政府赞助合同的到期，ISOC（Internet Society）和南加州大学（USC）Information Sciences Institute的网络部门合作，（在IAB领导下）负责RFC文档的起草和发布工作。Jon Postel继续担任RFC编辑直到去世。目前，RFC文件由互联网协会（ISOC）赞助发行。
4.Internet主干网——NSFNET
互联网的第一次快速发展源于美国国家科学基金会的介入。20世纪80年代中期，美国国家科学基金会（NSF）为鼓励大学和研究机构共享他们非常昂贵的四台计算机主机，希望各大学、研究所的计算机与这四台巨型计算机连接起来。最初NSF曾试图使用ARPANet作为NSFNET的通信干线，但由于ARPAnet的军用性质，并且受控于政府机构，这个决策没有成功。于是1986年NSF投资在美国普林斯顿大学、匹兹堡大学、加州大学圣地亚哥分校、依利诺斯大学和康奈尔大学建立五个超级计算中心，并通过56kbps的通信线路连接形成NSFNET的雏形。1987年，对于NSFNET的升级、运营和管理，NSF公开招标，结果IBM、MCI和由多家大学组成的非营利性机构Merit获得NSF的合同。1989年7月，NSFNET的通信线路速度升级到T1（1.5Mbps），并且连接13个骨干节点，采用MCI提供的通信线路和IBM提供的路由设备，Merit则负责NSFNET的营运和管理。由于NSF的鼓励和资助，很多大学、政府机构甚至私营的研究机构纷纷把自己的局域网并入NSFNET中，从1986—1991年，NSFNET的子网从100个迅速增加到3000多个。几乎每年都以百分之百的速度增长，主干网的速率也从开始的56kbps升级到45Mbps。由于NSFNET同样采用TCP/IP协议，并且NSFNET面向全社会开放，这样NSFNET很快取代了ARPAnet成为Internet的主干网。使Internet进入了以资源共享为中心的实用服务阶段。从此，互联网开始迅速发展，很快走向了整个世界。
1995年4月，美国国家科学基金网正式完成了互联网的私有化工作，不再为互联网的主干网提供资金。从1986年建立科学基金网到1995年完成私有化，美国国家科学基金会一共为互联网提供了2亿美元的资金。这时，整个美国连入互联网的网站一共有大约2万9千个，而全世界连入互联网的网站则超过了5万个。1.1.3 互联网从科研向商业化发展
互联网历史上的第二次飞跃归功于互联网的商业化和WWW技术的诞生和迅速广泛应用。
1.互联网的商业化
在20世纪90年代以前，互联网的使用仅限于研究与学术领域。商业性机构进入互联网一直受到这样或那样的法规或传统问题的困扰。然而，互联网在20世纪80年代的扩张不仅带来量的改变，也带来了某些质的变化，由于多种学术团体、企业研究机构，甚至个人用户的进入，互联网的使用不再限于纯计算机专业人员。新的使用者发觉：加入互联网除了可共享NSF的巨型计算机外，还能进行相互间的通信，而这种相互间的通信对他们来讲更有吸引力。于是，他们逐步把互联网当做一种交流与通信的工具，而不仅是共享NSF巨型计算机的运算能力。
人们对这种交流和通信的巨大需求和互联网作为这种快速便捷的交流和通信工具的无可替代性，使得许多商业机构看到了互联网潜藏的巨大商业利益。再加上构成互联网的许多网络（除了NSFNET主干网）本来就是由不同的公司兴建或拥有的。这使得在互联网上进行商业活动有了可能。
1994年，正值ARPAnet/Internet建成25周年，美国各界举行了隆重的纪念活动，互联网开始进入社区、进入国会众参两院、银行甚至购物中心，从此拉开了互联网商业化的序幕。看到互联网的羽翼已丰满，NSFNET意识到自己已经完成了历史使命。于是，1995年4月30日，NSFNET正式宣布停止运作，美国大部分主干网业务由通过商业互联交换中心（CIX）互联的网络服务提供商办理。至此，互联网的商业化彻底完成。
2.WWW技术的诞生和迅速广泛应用
WWW技术的诞生为互联网的应用带来了革命性的变化。WWW技术是1991年由欧洲分子物理实验室（CERN）发布的，其主要研究人员是Tim Berners-Lee。1993年，NCSA（National Center for Supercomputing Applications）的研究人员Marc Andreesen开发了一个叫做Mosaic的程序，用以浏览WWW文档。该应用程序的发布将互联网的应用推向了一个全新的高潮，互联网随即刮起Mosaic旋风，使WWW在互联网上的通信量的年增长率达到341634%（相比Gopher的年增长率997%）。
3.美国政府的“信息高速公路计划”
1993年，美国政府提出“信息高速公路计划”，要在21世纪初用光缆把美国所有的企业、商店、研究机构、学校和家庭连接成一体。这再次为互联网的研究发展注入了新的活力。虽然在当时，“信息高速公路计划”并不直接等于互联网，但是，互联网以其极快的发展速度、巨大的渗透力和影响力，迅速被人们认为是信息高速公路的雏形。这使互联网技术的研究继续有政府的经费资助和宏观协调。与此同时，“信息高速公路计划”的提出也极大地触动了世界各国，西方发达国家也相继提出了“全球信息基础设施”计划（GII）以谋求共同发展。这加快了互联网在全球的扩展步伐。
4.各种新应用不断出现，互联网快速发展
20世纪90年代后，搜索引擎技术、即时通信技术、电子商务、P2P技术、视频网站等多种新型应用的出现，使得互联网进入快速发展期。
1990年年初，当时WWW还未出现，为了查询散布在各个分散的主机中的文件，曾有过Archie、Gopher等搜索工具，随着互联网的迅速发展，基于HTTP访问的Web技术的迅速普及，它们就不再能适应用户的需要。在1994年1月，第一个既可搜索又可浏览的分类目录EINet Galaxy（Tradewave Galaxy）上线，它还支持Gopher和Telnet搜索。同年4月，Yahoo目录诞生，随着访问量和收录链接数的增长，开始支持简单的数据库查询。它们的缺点是网站收录/更新都要靠人工维护，所以在信息量剧增的条件下，就不是非常受用了。1998年10月，Google诞生。它是目前世界上最流行的搜索引擎之一，具备很多独特而优秀的功能，并且在界面等方面实现了革命性创新。
当互联网在1994进入公众视线时，很多记者和学者预测电子贸易将很快成为主要的商业应用模式。电子商务逐渐兴起，这其中的代表者是亚马逊公司。亚马逊公司（Amazon.com，简称亚马逊）是美国最大的网络电子商务公司，是网络上最早开始实现电子商务的公司之一。亚马逊成立于1995年，一开始只经营网络的书籍销售业务，现在则扩及了范围相当广的其他产品，包括了DVD、音乐光碟、计算机、软件、电视游戏、电子产品、衣服、家具等。
最早的即时通信软件是ICQ，ICQ是英文中I seek you的谐音，意思是“我找你”。四名以色列青年于1996年7月成立Mirabilis公司，并在同年11月份发布了最初的ICQ版本，在六个月内有85万用户注册使用。早期的ICQ很不稳定，尽管如此，还是受到大众的欢迎，雅虎也推出Yahoo！pager，美国线上也将具有即时通信功能的AOL包装在Netscape Communicator，而后微软更将Windows Messenger内建于Windows XP操作系统中。
Peer-to-Peer（简称P2P）技术是一种基于对等网络的新兴技术。和传统客户端/服务器模式不同，P2P 技术的最大意义在于其不依赖中心节点而依靠网络边缘节点自组织与对等协作的资源发现和共享的形式，从而拥有自组织、可扩展性、鲁棒性、容错性及负载均衡等优点。P2P技术在短短的几年时间里迅速发展，已经成为互联网上用户广泛使用的一种应用服务。P2P的概念和应用已经成为当今互联网的主流。P2P技术同样被广泛应用于文件共享、网络视频、网络电话等领域，以其分布式资源共享和分布并行传输的特点，为用户提供了更多的存储资源、更高的可用带宽及服务质量。2006年是P2P流媒体大发展的一年，P2P互联网电视注册用户超过1亿，有500万～1000万用户同时在线收看。2006年12月收看时间达到1.45亿小时。同时，[8]这也带动了视频搜索的发展。据统计，P2P应用已占运营商业务总量的60%～80%。P2P流量中，Audio占11.34%，Video占61.44%，其他占27.22%。P2P流量跃然为网络带宽的最大的消费者，对底层网络造成了巨大的影响。但是就P2P的实现原理来说，它并不是一种高效率的传输模式，因为在P2P应用的传输过程中有很多重复的数据分组，占用了大量的网络带宽，甚至造成网络拥塞，从而降低了其他业务的性能。但是P2P网络所具有的快速传输性能是其他应用所不能比拟的。
2004年，社交网站Facebook诞生。早期在互联网上多维持着很多提供用户互动支持的服务，如BBS、新闻组等。早期社交网络的服务网站呈现为在线社区的形式。用户多通过聊天室进行交流。随着Blog等新的网上交际工具的出现，用户可以通过网站上建立的个人主页来分享喜爱的信息。2006年，第三方被允许开发基于Facebook的网站API的应用，使得Facebook随后一跃成为全球用户量增长最快的网站。2005年视频网站YouTube诞生。视频业务所占网络流量比例日益增大，2009年超过P2P业务流量，成为占网络流量比例最大的流量。Cisco公司预测，到2014年，视频流量占网络总流量的46%。
互联网已经成为现代社会不可或缺的重要组成部分，对人类社会的进步和发展产生了深远的影响，渗透到了政治、经济、文化、娱乐、大众媒介和人际交往等各个方面。
5.互联网成为国家的重要基础设施，互联网安全问题日益凸显
当今社会的经济、文化、政治、军事等诸多方面严重依赖互联网，网络安全隐患同样意味着国家安全的脆弱，为此，从宏观角度建立网络空间（Cyberspace）安全战略就成为国家安全战略的重要组成部分，已经上升到国家战略的高度。
2008年，布什政府发布的“54号总统令”中指出，“网络空间是由信息基础设施构成的相互依赖的网络，包括互联网、电信网、计算机系统及嵌入式处理器和控制器”，通常使用“网络空间”这个术语也涉及信息与人际交互的虚拟环境。美国空军则声称：“网络空间是一个域，就如同陆、海、空、太空一样，必须予以防卫。”奥巴马上台以来一再强调网络空间的战略地位，将网络基础设施视为国家战略资源加以保护，认为网络安全成为国家安全的重要组成部分。奥巴马在2009年5月29日发表网络空间安全倡议时明确指出“网络空间是一个每天都依赖的世界，……，它使得我们之间比人类历史上任何一个时期都存在更多的互联互通，……，从现在开始，我们的数字基础设施：网络和计算机，是我们每天都依赖的国家战略资产。保护这一基础设施将成为国家安全的优先事项。我们将确保这些网络是安全的、值得信赖的和富有活力的。”最引人注目的是，在2011年，奥巴马政府发布了“网络空间国际战略（International Strategy for Cyberspace）”，它是美国21世纪第二个十年的一份重要政策文件。将网络空间推到了一个前所未有的战略高度，将网络空间看成是和国家海、陆、空、太空同等重要的国家战略性基础设施，成为国家的第五疆域，并将网络空间安全提升到与军事和经济安全同等重要的地位。声称如果未来遭到威胁美国国土安全的网络攻击，美国可以动用军事实力反击。面对这样的国际新形势和挑战，世界其他各国也都在积极研究应对策略及符合本国国家利益的网络空间国家战略。只有从国家战略高度重视网络空间，明确网络空间在国家的重要定位，才能保证在网络空间这一重要领域的国际竞争中占有更多的话语权。1.1.4 互联网的主要技术特点
互联网的成功和其所采用的技术是密不可分的。互联网的主要技术特点表现在以下几方面。
1.分层的分布式结构
两个计算机系统之间的通信是非常复杂的，为了设计这样复杂的计算机网络，早在最初的ARPAnet设计时就提出了分层的方法，分层可以将庞大而复杂的问题转化为若干较小的局部问题，从而使之较易于研究和处理。这种分层的分布式结构和ISO的开放系统互联体系结构是不谋而合的。
2.无连接的分组交换技术
分组交换技术的出现奠定了现代计算机网络的技术基础。作为分组交换网之父的ARPAnet采用无连接的分组交换技术，这种技术允许连续通信的任何一个数据分组独立地选择自己的路由，而将流量和顺序控制等内容留给上层（或端系统），这种做法在保持通信子网简单性的同时，最大限度地提高了网络服务的可靠性。
3.网络互联协议IP（IP over everything）
TCP/IP协议及其相应的体系结构研制的初衷是网际互联，即将一些网络体系结构不同、物理通信技术各异的网络连接起来，使处于不同网络的任何两个计算机系统之间都可以互相通信。网际互联协议IP的出现满足了这种需求，IP在分层的网络体系结构中处于第三层，因此完全独立于任何厂家的硬件。近些年，随着光通信技术的飞速发展，通信介质的可靠性越来越高，人们又提出了IP over Optical技术，以进一步降低协议的开销，提高传输效率。
4.路由器加专线技术
互联网的一个重要原则就是简单性，为了实现这个原则，在组网方式上多采用路由器加专线的技术，这种技术减少了协议层次，降低了额外开销，保持了互联网的简单性，并提高了互联网主干网作为通信子网的传输效率。
5.可扩展的路由技术
互联网在路由系统的组织上采用了“自治系统”的概念，并引入内部网关协议和外部网关协议技术，使任何一个单位或组织都可以根据自己的需要设计自己的路由政策，并将任何一个单位或组织作为一个整体通过外部网关协议和其他单位或组织交换网络可达性信息。对于较大的单位或组织，在其内部还可以进一步分成多个区域进行路由组织，这种路由技术确保了互联网的良好可扩展性。
6.端到端的网络连接技术
连入互联网的每台主机都有唯一的IP地址，而且TCP/IP协议提供的是源站和目的站之间的确认，而不是路径上相继的节点之间的确认。随着各类处理器性能的不断提高，这种端到端对等的高性能通信已经变得越来越重要了。
7.层次结构的域名、网络管理技术
对机器而言，IP地址只是一串数字；对使用者来说，这些数字太抽象了，既不代表任何意义，又难以记忆。因此，人们往往对分配给某个系统的IP地址赋予一个相应的、便于记忆的名字（即域名）。为了解决可扩展性问题、单点故障问题，并保证名字空间的唯一性，互联网采用了分层结构的域名系统，并实行分层管理的原则，任何一层域名的管理者有权管理和分配该域名下的主机名或子域名。互联网的主干网、地区网和园区（接入）网等分层结构的组网技术也是确保互联网成功运行管理和发展壮大的技术特征之一。
8.开发通用的应用技术
互联网的成功和快速发展也与互联网上丰富的应用分不开，许多早期的标准互联网应用服务，如电子邮件、文件传输及远程登录等，至今还是人们日常工作和生活中常用的网络服务。20世纪90年代的WWW技术更是将互联网的应用推向了一个全新的高潮。1.1.5 全球互联网发展现状
互联网正在以超过摩尔定律的速度发展。著名的“摩尔定律”断定微处理器的速度会每18个月翻一倍。联合国“1999世界电信论坛会议”副主席、加拿大北电网络公司（Nortel）总裁约翰·罗斯在世界电信论坛开幕演说时，提出了“新摩尔定律”——光纤定律（Optical Law），即互联网通信速率每9个月会增加一倍，同时成本则降低一半，比芯片在18个月加倍的速度还快。事实上，截止到2007年12月，全球互联网用户已超过12亿。可见，即使新摩尔定律也难以预测互联网的发展速度。
互联网是历史上发展最快的一种信息网络技术。以商业化后达到5000万用户为例，电话用了100年，收音机用了38年，电视用了13年，互联网则只用了4年。互联网经过近40年的发展，从1995年以来，用户数量呈指数增长趋势，平均每半年翻一番。截止到2012年7月，全[9]球互联网用户人数达到22亿。
目前，全球IPv4地址池地址枯竭，互联网发展进入关键时刻，2011年2月3日，国际互联网名称和编号分配机构（ICANN）公布了一条可以载入互联网史册的新闻：“最后一批IPv4地址今天分配完毕，IPv4地址总库已经枯竭。”此消息意味着从2011年开始，全球都将面临由于IPv4地址短缺而造成的发展受限问题。
2011年年初，在IANA的全球地址池里共剩余7个A类地址，其中的5个平均分给了五大区域互联网地址注册机构RIR（包括负责北美地区业务的ARIN，负责欧洲地区业务的RIPE，负责拉丁美洲业务的LACNIC，负责亚太地区业务的APNIC，以及负责非洲地区业务的AfriNIC），另外的两个地址分配给需求量大的亚太地区。
耗尽倒计时已经进入各地区地址注册机构。乐观估计，这个时间不会超过一年，其中亚太互联网络信息中心（APNIC）于2011年4月15日宣布，亚太地区互联网协议IPv4地址资源仅剩下最后一组。对我国来说，地址短缺形势非常严峻。虽然截止到2011年12月月底，我国IPv4地址数量为3.3亿，较2010年年底增长了19.0%，但相比于2011年这一年内网民就增加了5580万、网民总规模达到5.13亿人而言，国内的IPv4地址显然是“杯水车薪”。根据工业和信息化部电信研究院的研究报告，未来5年我国IP地址需求量为345亿，其中移动互联网为10亿，物联网预计需求量为100亿，固定互联网为5亿。而按照IP地址33%的利用率来推算，我国未来IP地址需求量为345亿。互联网将面临其诞生以来最严重的挑战。1.2 互联网发展的成功经验和面临的挑战1.2.1 互联网发展的成功经验
互联网发展的成功经验主要表现在以下几方面。
1.政府战略和资助模式
互联网的第一个成功经验首先表现在美国政府的长远战略和来自联邦政府与企业的多种资助模式，美国政府对于计算机网络研究持续不断的资助，确保了科学研究的连续性；美国企业的风险投入使科学研究的成果能被及时地实用化和产品化；美国政府在一系列关键时刻的果断决策，引导互联网一步步向研究的深度和应用的广度发展。
1）有远见的、持续不断的政府支持
互联网的发源地在美国，互联网的发展始终得到美国政府的支持。在美国国防部DoD的支持下，1969年建成试验性网络ARPAnet，产生了后来互联网的核心技术：分组交换和TCP/IP协议簇。其后，美国科学基金委NSF支持网络互联技术研究，于1986年建成基于分组交换和TCP/IP体系结构的学术性网络NSFNET。1995年4月，互联网实现商业化，NSF支持建立高速学术网络vBNS。1996年10月，美国政府启动下一代互联网NGI计划，vBNS成为NGI的重要基础设施。
2）抓住机遇，果断决策
回顾互联网的发展历程，可以发现，每一个阶段都有美国政府的积极引导和果断决策，ARPAnet的建设和研制、TCP/IP协议的提出、NSFNET主干网的建成，乃至互联网的商业化，都是这种果断决策的体现。
3）企业参与和风险投入
在互联网的发展过程中，著名的通信公司和计算机公司积极支持创新技术研究和科研成果的市场转化。NSFNET得到了MCI与IBM的支持，vBNS得到了MCI的继续支持，美国大学联盟Internet2计划的高速试验网络Abilene得到了Qwest和Cisco的支持。
2.研究模式
在研究模式上，国际互联网界秉承了联合协作的开放式研究，并以建设教育与科研示范网络为研究网络新技术和验证新产品新技术的试验床。
1）联合协作的开放式研究
在互联网的发展过程中，充满活力的创业家和志愿者形成的国际性组织推动了互联网技术的不断更新和发展。这种由志愿者参加的机构最早成立于1979年，负责互联网的技术管理和发展战略制定。1986年成立的互联网工程任务组IETF是互联网的权威性技术组织，采用用户提交和评价标准草案的工作模式，通过永久性技术文档RFC，推出了很多互联网的技术标准和协议，并确立了互联网的体系结构。
2）以教育和科研示范网络为起点
计算机互联网技术具有实验物理学的研究特点，在技术成熟之前需要建立大规模的试验性网络。在互联网的发展过程中，ARPAnet、NSFNET、vBNS和Abilene等网络都以教育和科研示范网络为起点。
3.技术模式
1）简单实用的技术路线
互联网从一开始就采用简单实用的TCP/IP技术路线，特别是IP协议，体现了简洁、高效和“尽力而为”的设计思想，使技术易于工业实现，使IP技术具有持久的生命力。
2）鼓励创新，允许失败
科学发现和科学研究成果往往都是在经历了一系列的失败之后取得的，因此，鼓励创新和允许失败就显得非常重要，美国政府和企业界在网络技术研究的资助上很好地遵循了这样的原则，使得一系列创新技术得以及时诞生。
3）重视基础研究“互联网之父”Vint Cerf在总结互联网的成功经验时，特别提到持续不断的基础研究对互联网成功的巨大作用。基础研究往往不是短时间内能够看到结果或效益的，但一经取得突破，其作用是非常巨大的。正是物理学和光学方面的长期研究，才有了今日的光通信技术的革命和Gigabit/Terabit传输技术的诞生。1.2.2 互联网发展面临的挑战
1.互联网面临的技术挑战
随着互联网的日益普及，异构环境、普适计算、泛在连网、移动接入和海量流媒体等新应用不断涌现，人们对互联网的规模、功能和性能等方面的需求越来越高。目前互联网在“扩展性、高性能、实时性、移动性、安全性、易管理和经济性”等方面存在重大技术问题。其中，扩展性和安全性是目前互联网面临的首要技术挑战。
1）可扩展性
可扩展性是目前互联网技术取得成功的最重要原因之一。无连接分组交换技术不要求网络交换节点记录数据传送的轨迹，成为互联网易于扩展的基础；分层的路由寻址结构使得全球属于不同管理域的网络相互寻址变得相对简单可行。但是，由于IPv4地址规划策略的局限性，目前全球互联网路由表已经超30万条，并仍然保持快速增长的趋势。这不仅大大增加了路由计算的开销，也对互联网寻址路由技术的进一步扩展提出极大的挑战。尽管IPv6协议定义了海量的地址空间，但是如何对这些地址进行合理的规划和设计，以及如何在海量地址空间范围内实现高效的路由寻址，仍然是没有解决的技术难题。面对如此巨大的地址空间，理想的路由机制一定是可扩展的路由机制，是可以随着规模的不断扩大能够自适应的路由机制。因此，国际互联网标准化组织IETF在其68届大会上，直接提出了研究目标：“解决20年内100亿IP地址、超过1000万Multihoming地址的互联网路由的技术问题”。
2）安全性
目前的互联网中存在着种种安全问题。例如，网络恶意攻击不断；网络病毒泛滥；路由系统无法验证数据包的来源是否可信；追查网络肇事者异常困难；用户担心网络敏感信息或个人隐私泄露；关键应用系统的开发者和所有者担心受到网络的攻击，影响应用系统的可用性。互联网出现的这些安全问题严重影响了越来越依靠互联网运行的国家经济、社会和军事系统的安全，使人们对互联网的可信任性产生怀疑。目前的互联网安全技术相对独立，系统性不强，基本处于被动应对状态。从互联网体系结构上找出其安全问题的根源，确保互联网地址及其位置的真实可信，增强网络应用实体的真实可信，从下一代互联网体系结构上系统地解决互联网安全问题，是下一代互联网研究的重要技术挑战。
3）高性能
随着流媒体数据在互联网流量中占有的比例不断增加，基于分组交换、点到点传送和闭环拥塞控制的互联网体系表现出越来越多的不适应性，越来越多的数据传送只能依靠层叠网技术实现。由于不能感知和利用网络状态信息，无法利用路由器的数据复制和分发功能，P2P等层叠网技术在实现海量信息传送的同时，降低了互联网本身的传送效率。随着千兆位/万兆位以太网技术、密集波分复用DWDM光通信技术的发展，下一代互联网主干网和接入网的超高速传输似乎大有发展潜力。但是，应该与此相匹配的超高速分组处理技术和超高速路由寻址技术受到目前微电子技术发展的限制，不是集成度不够就是电功耗太大。要想突破这种限制，必须设计出新的超高速分组处理算法和大规模高效路由寻址体系结构。此外，还要解决全网范围的高性能端到端传送所面临的一系列技术挑战。
4）实时性
贝尔试验的研究预测表明：2010年，互联网骨干业务流量的80%以上是敏感延时的流媒体业务。如何在非连接IP网络“尽力而为”的业务模式下，为未来占统治地位的实时交互式流媒体业务提供良好支持将是下一代互联网研究面临的重要技术挑战之一。另外，对于其他大量非视频的实时性应用，如实时工业控制、自动指挥、测量监视等，互联网技术同样远远不能满足它们的实时性要求。如何提供与互联网“尽力而为”设计理念完全不同的实时性处理能力、如何支持更多的实时性应用需求，成为互联网面临的重大技术挑战之一。
5）移动性
目前发展最为迅速的手机无线移动通信主要采用电路交换蜂窝移动通信技术，如GSM和CDMA。它们以低速语音无线移动通信为主要业务，与互联网完全属于两种不同的技术体制。尽管人们现在也能通过手机系统访问互联网，但是因为受到语音通道容量的限制，一般速度较慢，无法满足互联网高速应用的访问需求。近年来，互联网的无线接入技术发展迅速，如WiFi，除了笔记本计算机可以方便地移动接入互联网外，各种无线移动终端也层出不穷，正在使互联网越来越具移动性。人们希望的下一代互联网实际上也是一个移动的互联网、一个无处不在的互联网。如何基于现有的互联网技术体制，采用先进的互联网的无线接入技术，借鉴目前无线移动通信技术的成功经验，构造出真正的移动互联网，是下一代互联网面临的重大技术挑战之一。
6）可管理性
互联网之所以管理困难、安全问题严重，是因为互联网端到端的特性决定了网上的用户个人和端系统、每个网络和运营商都是独立的、自治的。用户的通信范围不局限在接入点所在的网络，但是对跨管理域的通信行为，目前在测量和控制方面缺乏基本支持。而且互联网上独立、自治的实体之间存在着合作、竞争和对抗关系，对网络管理和
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