近年来，对互联网的研究不断促进网络架构及应用的创新，而互联网固有的架构使得它无法对底层基础设施结构进行修改。因此，互联网需要根据当前的迫切需求进行重新设计，同时确保其具有足够的灵活性以充分满足未来网络的需求。

　　当前，互联网已经从一个学术网络、技术网络演变成一个大众商业平台，人们的社会生活和发展处处离不开互联网。然而，传统的网络架构在技术与非技术方面已经无法满足当前社会发展的需求，因此需要设计新的互联网体系架构。在技术方面，对于网络安全问题，复杂多变的网络攻击使得当前的互联网架构在发展上面临着巨大的挑战。此外，互联网协议(internet protocol，IP)网络的“窄腰”意味着核心架构很难修改，新功能必须通过在现有架构之上设计补丁来实现。因此，目前互联网是通过这种渐进的变化来满足对高安全性、高性能、高可靠性的要求，但是，社交内容分发、移动性等方面不断增长的需求将难以满足。从而，学术界建议采用革命性的架构设计范例来构建未来互联网。在非技术方面，商业用途的安全性不再依赖“基于边界”的执行，而是必须提供多种粒度，如加密、认证、授权等。

　　目前的互联网无法对其底层基础架构进行修改。若解决当前的小问题则会引入许多其他变化，因此，目前采用增量方法的观点将当前的设计进行扩展。互联网需要根据当前需求重新进行设计，同时确保其具有足够的灵活性以满足未来网络的发展需求。此外，目前迫切需要将互联网从简单的“主机到主机”数据包交付模式转变为围绕数据的交付模式。所有上述挑战都促进了对未来互联网架构的持续深入研究。

　　国际和国内学术界和产业界关于“未来互联网”没有统一和明确的定义。但是，人们对未来互联网的需求和基本特征已经有了基本的共识，即更快捷、更简单、更便宜、更安全的下一代互联网，以用户为中心，让上网的感觉更好。

　　目前，互联网的发展面临诸多挑战，发展下一代互联网迫在眉睫。为了实现以上目标，正在进行一系列未来互联网的研究项目。

　　※ 以内容或数据为导向。现在的互联网围绕IP 的“窄腰”构建，导致难以改变IP 层以适应未来的需求，因此需要将体系架构的“窄腰”从IP 变为数据或内容分发。一些研究项目基于这一想法，引入了数据和内容的安全性、隐私性，命名和聚合的可扩展性、兼容性，以及与IP 协同工作和新范例的效率等方面的研究内容。

　　※ 移动性和无处不在的网络访问。互联网正在经历从基于个人计算机(personal computer，PC)计算到移动计算的重大转变。移动性已成为未来互联网的关键驱动力。将移动性作为常态而不是体系结构的例外，可能会通过创新的场景和应用程序来确定未来互联网架构。学术界和工业界的许多合作研究项目都在研究这些课题。这些研究项目还面临诸如如何通过移动用户的可扩展性、安全性和隐私保护，移动终端资源使用优化等来权衡移动性的挑战。

　　※ 以云计算为中心的架构。将存储和计算迁移到“云”并创建“计算实用程序”是一种需要新的互联网服务和应用程序的趋势，数据中心是这种新架构的关键组件。创建安全、可靠、可扩展且强大的架构将数据中心的数据进行互联、控制和管理非常重要。云计算中一个主要技术挑战是如何在保证持续服务可用性的同时保证用户的可信度。

　　※ 安全性。安全性已成为未来互联网架构的重要设计目标，其研究涉及技术、经济和公共政策背景。从技术方面来说，它必须为任何潜在的用例提供加密、认证、授权等多种安全策略。从非技术方面来看，它应该确保提供参与者(用户、基础设施提供商和内容提供商)之间的可信赖接口。

　　※ 试验测试平台。如前所述，开发新的互联网架构需要大规模的测试平台。目前，测试平台研究包括具有不同虚拟化技术的多个测试平台的开发，以及这些测试平台之间的联合和协调。来自美国、欧盟和亚洲的研究组织已经启动了几个与大规模试验测试平台的研究和实施相关的计划。这些项目探讨了与大规模硬件、软件、分布式系统测试和维护，以及与安全性、鲁棒性、协调性、开放性和可扩展性相关的挑战。

　　原始的互联网主要支持在北美的用户，通过哑终端访问共享资源。如今，互联网有超过30亿的移动设备和桌面设备连接到各种应用程序，从简单的Web浏览到视频会议和内容分发。互联网应用的剧烈变化凸显了当前IP架构的局限性，推动了未来互联网络架构的研究。

　　未来互联网研究工作可能会根据其技术和地理多样性进行分类。虽然有些项目针对的是单一主题，但其他项目通过在各个项目之间建立协作和协同关系来实现整体架构。目前已经在全球不同国家及地区建立了专门针对未来互联网设计的研究项目，包括美国、欧盟、日本和中国。美国国家自然科学基金会(National Science Foundation，NSF)资助的未来网络体系结构研究归纳为如下几个阶段：

　　2010年，NSF推出了FIA计划。最初，FIA是一个为期5年的计划，其目标是设计一套候选的下一代互联网架构。

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　　2015年，NSF通过后续的FIA-NP计划重申其承诺。FIA-NP不像FIA专注于架构研究，而是计划通过原型设计、测试平台开发、试验部署和不断的试验来重点强调评估方面的重要性。

　　NSF的FIA计划建立在之前的FIND计划上。FIND计划资助了大约50个关于未来互联网设计方面的研究项目。FIA计划将这些想法整合到整体架构提案组中的下一个阶段。在这个计划下有四个协作架构小组，下表展示了美国未来互联网研究项目。

　　FIA计划最初包括四个研究项目：NEBULA、命名数据网络(Named Data Network，NDN)、移动性第一(MobilityFirst，MF)和表现型互联网架构(eXpressive Internet Architecture，XIA)。每个项目都侧重于具有清晰结构和设计原则的新互联网架构。NEBULA设想了一个高度可用且可扩展的核心网络，可以连接众多数据中心，从而实现分布式通信和计算。NDN专注于可扩展和高效的数据分发，通过命名数据而不是其位置来解决当前互联网以主机为中心的设计上的不足。MF专注于可扩展且无处不在的移动性和无线连接。XIA强调灵活性，并通过创建单个网络来满足不同通信模型的需求，该网络为各种主体(包括主机、内容和服务)之间的通信提供固有支持，同时保持对未来的可扩展性。在FIA-NP计划下，原来的四个FIA架构中只有三个被选中继续资助进行下一步的研究，它们是NDN、MF和XIA。

　　未来的互联网架构不是针对特定主题或单一目标改进的，针对特定主题的解决方案可能会假设架构的其他部分是固定不变的。因此，针对不同方面设计的平台解决方案可能不会产生新的互联网架构。相反，它必须是对整个架构的整体重新设计，将所有问题(安全性、移动性、可靠性等)纳入考虑范围，同时还需要具有可扩展性和灵活性，以适应未来的变化。通过协作并全面考虑之前获得的经验教训和研究成果来构建整体网络架构。

　　未来互联网架构研究的另一个重要方面是新架构的试验测试平台。当前的互联网由多个利益相关者拥有和控制，为规避风险，他们不愿意将他们的网络暴露给试验测试平台。因此，开发新的互联网架构需要探索开放的大规模测试平台，以保证不干预现有的服务正常运行。在测试平台上可以对新的架构进行不断改进以满足现实世界中的需求。

　　总之，需要三个连续的步骤才能创新未来的互联网架构，即进行互联网各方面的创新、协作项目将多项创新融入整体网络架构、利用测试平台进行实际规模的试验。

　　未来互联网研究已经呈现出巨大的发展势头，这一领域的大量研究项目也证明了这一点。

　　《》（王兴伟等编著. 北京：科学出版社，2023.3）是一部关于未来互联网的集学术研究与教学实践于一体的科研论著。本书基于作者在互联网领域多年的研究成果，同时结合国内外相关研究现状，围绕未来互联网的基本原理、技术与应用展开详细的论述。

　　第1章介绍未来互联网的基本概念，分别从发展历程、体系结构、研究现状等方面探讨未来互联网的发展前景与重要意义；

　　第2 章介绍下一代互联网协议IPv6，阐述IPv6 主干网在国内外的发展现状以及国内CERNET2 IPv6 主干网的建设情况，并就IPv6 网络的安全研究进展进行总结；

　　第3 章介绍软件定义网络的运行机制和架构，阐明软件定义网络的优势，同时结合软件定义网络的主要接口协议，对其未来面临的挑战进行分析；

　　第4 章介绍网络功能虚拟化的主要概念和框架结构，阐述其在云计算、移动网络等领域的应用，并介绍其在安全、可靠及性能等方面的机遇与挑战；

　　第5 章介绍信息中心网络的主要特征和几种典型架构，阐述其在路由可扩展性、拥塞控制、安全与隐私等方面面临的问题；

　　第6 章介绍移动社交网络的主要特征与应用情况，描述其社交属性和度量的重要性，并阐述其面临的技术挑战与未来研究方向；

　　第7 章分别从物理层技术、媒质接入技术等方面介绍时延容忍网络，并分析其在星际网络通信、移动车载通信、应急无线通信等领域的应用状况；

　　第8 章介绍数据中心网络的起源与发展，对其体系结构进行描述，并分别结合云、虚拟化与软件定义化来分析其未来发展；

　　第9 章介绍5G 网络的发展趋势、关键技术及应用场景，分析5G 网络的总体设计方案，阐明5G 面临的挑战与未来发展空间；

　　第10 章阐述工业互联网的由来和基本概念，介绍其在石油、医疗、电力等领域的应用情况；

　　第11 章介绍云计算、大数据与人工智能的基本概念与发展历程，结合当前互联网现状，分析其与互联网之间的关系，为未来互联网的发展研究提供参考；

　　第12 章介绍典型的未来互联网研发与应用案例，包括IPv6 源地址认证技术、5G 网络、软件定义网络、软件定义卫星网络等。

　　全书由王兴伟组织撰写，由王兴伟和易秀双统稿。具体各章分工如下：第1章由李福亮、张卿祎、易秀双、王兴伟撰写，第2 章由易秀双、王兴伟、王文翠撰写，第3 章由张榜撰写，第4 章由易波撰写，第5 章由李洁撰写，第6 章由石峻岭撰写，第7 章由毕远国、徐双撰写，第8 章由何强撰写，第9 章由贾杰撰写，第10 章由李婕撰写，第11 章由张闯闯、李福亮撰写，第12 章由易秀双、贾杰、徐双、何强、王文翠撰写。所有作者均在未来互联网基本原理、技术与应用等方面开展了多年研究，书中主要内容均来自相关文献及作者的研究成果。作者力图使本书反映未来互联网关键技术的前沿性、新颖性，力求知识体系的合理性、系统性和完整性，但由于互联网相关技术发展迅速，许多技术问题尚无定论，加之作者水平有限，在基本原理的表述和对单元技术的取舍、安排等方面难免存在不妥之处，敬请同行及读者批评指正。

　　本文摘编自《未来互联网原理、技术及应用》（王兴伟等编著. 北京：科学出版社，2023.3）一书“第1章 绪论”、“前言”。

　　本书围绕近年来新兴的未来互联网范式中信息中心网络路由层面的研究热点和难点，以基于蚁群的仿生学方法为驱动，重点研究如何突破当前信息中心网络路由的瓶颈技术。本书首先介绍一些仿生学方法及其原理；其次综述信息中心网络相关的关键技术和路由相关的研究基础；再次针对信息中心网络具体的路由挑战，提出四个不同的路由机制，并给予验证；最后对全书进行总结并展望。

　　本书围绕互联网中自适应路由服务定制化问题，将软件定义思想应用于路由服务动态编排，克服由网络软硬件垂直一体化设计导致路由配置难以灵活且快速地满足用户多样化及个性化通信需求的困难，从引入自适应思想的服务合成机制、网络功能及服务选择机制、网络功能及服务部署机制和融入市场因素(计算经济模型)的服务供给机制四个主要方面进行重点阐述。

　　本书主要对 SDN/NFV 下的服务功能链编排机制进行实践与应用，以控制平面与数据平面解耦以及网络功能与底层专用硬件解耦为基础，研究灵活的服务功能链组装、配置、部署、供给以及交付方法，降低大规模网络的运维和支出成本。

　　本书围绕车联网的移动性管理问题，在传统移动性管理方法中引入软件定义网络的概念，克服异构网络中移动性管理机制和垂直切换算法拓展性差、网络演进架构劣势和次优化路由等问题，从软件定义的车联网移动性管理框架、垂直切换算法的设计，以及该框架下的垂直切换优化算法三个方面进行重点阐述。其中，第1、2章主要介绍车联网和移动性管理的背景知识，从概念和应用方面说明车联网中移动性管理的重要性；第3、4章分别对集中式和分布式的移动性管理进行阐述，指出其中存在的问题和应用到新场景的困难；第5～7章提出一种基于软件定义网络的车联网移动性管理框架，并给出垂直切换算法及路径优化算法。

　　本书是一部关于未来互联网的集学术研究与教学实践于一体的科研论著，介绍了未来互联网的技术发展趋势，详细阐述了未来互联网发展面临的挑战及共性关键技术。本书分别从未来互联网体系架构，下一代互联网协议，软件定义网络，网络功能虚拟化，信息中心网络，移动社交网络，时延容忍网络，数据中心网络，5G 网络，工业互联网，网络与云计算、大数据、人工智能等方面，对未来互联网原理、技术及应用等单元技术进行了详细论述，最后介绍了典型的未来互联网研发与应用案例。