清華大學(xué)信息化技術(shù)中心副主任 李 星

網(wǎng)絡(luò)及教育的歷史及挑戰(zhàn)

回顧網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的歷史，有以下五個(gè)里程碑的事件：第一個(gè)是1969年，美國(guó)軍方開(kāi)始建設(shè)ARPNAET網(wǎng)絡(luò)，ARPANET是互聯(lián)網(wǎng)的前身；第二個(gè)是1986年，美國(guó)的ARPANET軍轉(zhuǎn)民,建設(shè)NSFNET（美國(guó)科學(xué)基金網(wǎng)）；第三個(gè)是1995年，互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)化；第四個(gè)是2011年IPv4地址耗盡；第五個(gè)就是今年發(fā)生的斯諾登事件。教育面臨著六大挑戰(zhàn)：全球化、分布式的大科學(xué)、教育成本的激增、終身教育、人際社交網(wǎng)絡(luò)、危機(jī)處理。

從需求的演進(jìn)來(lái)看，最早的網(wǎng)絡(luò)是把計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，后來(lái)變成了人之間的聯(lián)系，下一步將是物聯(lián)網(wǎng)，是把傳感器和其他設(shè)備連起來(lái)，所以從技術(shù)上有下面幾大趨勢(shì)及問(wèn)題：(1)IPv4地址耗盡，那么在網(wǎng)絡(luò)地址不夠的前提下，如何發(fā)展信息化；(2)從PC機(jī)到移動(dòng)設(shè)備上的轉(zhuǎn)換，現(xiàn)在移動(dòng)設(shè)備的銷(xiāo)量就是PC機(jī)的兩倍，以后倍數(shù)會(huì)更多；(3)云計(jì)算；(4)三網(wǎng)融合；(5)物聯(lián)網(wǎng)；(6)從國(guó)際形勢(shì)看，網(wǎng)絡(luò)空間戰(zhàn)，如何使學(xué)生既可以保持中國(guó)傳統(tǒng)的愛(ài)國(guó)情操，又擁有國(guó)際思維；(7)國(guó)際化；(8)MOOC(Massive Open Online Course);(9)網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)。

CERNET

CERNET(中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)，下文簡(jiǎn)稱(chēng)：教育網(wǎng))建于1994年，在全球IPv4 CIDR的報(bào)告排名是26，大約有2000所高校聯(lián)網(wǎng)。前些時(shí)候做過(guò)一個(gè)比較，高校綜合實(shí)力與網(wǎng)絡(luò)使用率的高低聯(lián)系非常強(qiáng)。211三期的建設(shè)最近基本完工準(zhǔn)備驗(yàn)收，目前有11個(gè)城市已經(jīng)有100G的信道聯(lián)通了，這也是世界上最快的，我們現(xiàn)在爭(zhēng)取做到21個(gè)城市都可以達(dá)到100G的帶寬。舉個(gè)例子，原來(lái)教育網(wǎng)比較擁塞，自從有了100G的帶寬，網(wǎng)絡(luò)就暢通多了。我們還承諾：教育網(wǎng)將免費(fèi)向各省教育管理部門(mén)提供1GB～10GB接入專(zhuān)用帶寬，用于連接教育部數(shù)據(jù)中心，支持國(guó)家教育管理公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)。

由于原來(lái)的IPv4地址不夠，我們還有第二張網(wǎng)：CNGI-CERNET2(IPv6)。CNGI-CERNET2建于2004年，它是全球最大的IPv6主干網(wǎng)之一，大約200所高校聯(lián)網(wǎng)。我們做了很多國(guó)家級(jí)的項(xiàng)目，例如去年驗(yàn)收的為100個(gè)大學(xué)的IPv6升級(jí)，它包括安全、過(guò)度、組播等，應(yīng)用在IPv6協(xié)議上還是不錯(cuò)的。另外我們最近正在申請(qǐng)發(fā)改委的項(xiàng)目——未來(lái)網(wǎng)絡(luò)研究。我們可以看到最早的通訊是電路交換技術(shù)，當(dāng)時(shí)提出的概念是ISDN的網(wǎng)絡(luò)；Internet出來(lái)后有了分組交換技術(shù),包括IPv4的協(xié)議和IPv6協(xié)議；另一個(gè)分支是虛電路交換技術(shù)如X.25、ATM等；還有非IP的分組交換技術(shù)的協(xié)議，包括OSI協(xié)議等等。但隨著時(shí)間的推移，只有IP協(xié)議應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其他協(xié)議都逐漸不再使用。

網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的需求

1.需要考慮的問(wèn)題

第一個(gè)考慮的是網(wǎng)絡(luò)的速率一定要提高，從10G的校園網(wǎng)到40G的校園網(wǎng)，甚至到100G的校園網(wǎng)。第二個(gè)考慮的是安全，校園網(wǎng)建設(shè)的時(shí)候要考慮DMZ（非軍事化區(qū)）的概念、VPN、IDC、用戶(hù)等的安全。第三個(gè)是WLAN（無(wú)線）無(wú)處不在。第四個(gè)是泛在的網(wǎng)絡(luò)（物聯(lián)網(wǎng)）等。目前的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。軟件定義網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.案例

圖2 軟件定義網(wǎng)絡(luò)

地址需求：1)2012年12月，據(jù)互聯(lián)網(wǎng)中心統(tǒng)計(jì)中國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)普及率42.1%，即有網(wǎng)民大概5.64億，而發(fā)達(dá)國(guó)家則達(dá)到70%～80%。2)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)：3G/4G、WLAN、微信等。3)云計(jì)算，不能用私有IPv4地址提供公共網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。4)物聯(lián)網(wǎng)，100億甚至更多的電燈泡需要聯(lián)網(wǎng)。

NAT44網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換的優(yōu)點(diǎn)是：可以減少I(mǎi)P地址的消耗，并帶來(lái)一定的安全性。缺點(diǎn)：?jiǎn)蜗蛐裕茐牧薎P的端到端模式；降低了網(wǎng)絡(luò)性能，增加了網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延，在網(wǎng)絡(luò)很大的時(shí)候，會(huì)成為通信的瓶頸；一旦NAT網(wǎng)關(guān)遭受攻擊，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就會(huì)癱瘓，增加了安全風(fēng)險(xiǎn)；兩個(gè)使用NAT的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)合并時(shí)需要重新編址；當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中存在多個(gè)NAT設(shè)備時(shí)，這些設(shè)備的同步和協(xié)調(diào)變得非常困難。

從IPv4過(guò)渡到IPv6是件很困難的事情。教育網(wǎng)就在IPv4與IPv6中間加了個(gè)“翻譯器”,使IPv4和IPv6互聯(lián)互通。我國(guó)發(fā)展下一代互聯(lián)網(wǎng)的路線圖和時(shí)間表：2003-2010年準(zhǔn)備階段(技術(shù)試驗(yàn)與試商用)：?jiǎn)?dòng)中國(guó)下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程CNGI；政府引引導(dǎo)，進(jìn)行技術(shù)、人才、產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)備；首先在高校開(kāi)展試商用，為大規(guī)模商用做準(zhǔn)備。2011-2015年過(guò)渡階段(開(kāi)展大規(guī)模商用)：政府引導(dǎo)全社會(huì)向IPv6過(guò)渡，IPv4與IPv6共存；新建網(wǎng)絡(luò)必須為IPv6，并實(shí)現(xiàn)與IPv4的互通。2016-2020年完成過(guò)渡階段：政府引導(dǎo)全面普及IPv6；抓住發(fā)展機(jī)遇，是中國(guó)成為互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)強(qiáng)國(guó)。

圖3 發(fā)展用戶(hù)平滑過(guò)渡

圖4 IPv6數(shù)據(jù)中心和云計(jì)算

圖5 私網(wǎng)地址整合互通

圖6 全互聯(lián)互通的物聯(lián)網(wǎng)

我們第一個(gè)解決方案是要發(fā)展用戶(hù)平滑過(guò)渡，如圖3所示。第二個(gè)解決方案IPv6數(shù)據(jù)中心和云計(jì)算，如圖4所示。第三個(gè)解決方案私網(wǎng)地址整合互通，如圖5所示。第四個(gè)方案是全互聯(lián)互通的物聯(lián)網(wǎng)，如圖6所示。

斯諾登事件中爆料說(shuō)清華大學(xué)網(wǎng)站被攻擊了，后來(lái)又爆料說(shuō)如蘋(píng)果、安卓、黑莓等系統(tǒng)美國(guó)都留有后門(mén)，這就說(shuō)明端系統(tǒng)都有風(fēng)險(xiǎn)，我們對(duì)這些問(wèn)題一定要充分重視。美國(guó)的網(wǎng)絡(luò)安全策略是2011年5月16日發(fā)布網(wǎng)絡(luò)空間國(guó)際戰(zhàn)略(International Strategy for Cyberspace)，其目標(biāo)：共同努力建立一個(gè)開(kāi)放的、互操作的、安全的、可信賴(lài)的未來(lái)網(wǎng)絡(luò)空間。網(wǎng)絡(luò)空間安全具有與軍事和經(jīng)濟(jì)安全同等重要的地位并為此提出七大政策。最“強(qiáng)硬”的一條規(guī)定是：如果未來(lái)遭到威脅美國(guó)國(guó)土安全的網(wǎng)絡(luò)攻擊，美國(guó)可以動(dòng)用軍事實(shí)力反擊。后門(mén)問(wèn)題也并非天方夜譚，是有可能性的。從校園網(wǎng)安全來(lái)講“網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)”的錢(qián)是必須要花的。中國(guó)要用自己的云。實(shí)際上中國(guó)和美國(guó)各方面的技術(shù)差距還比較大，如何使各國(guó)使用網(wǎng)絡(luò)能夠安全，核心就是要有能夠掌握開(kāi)放系統(tǒng)的人才來(lái)制作安全的協(xié)議、開(kāi)放的實(shí)現(xiàn)、開(kāi)放的系統(tǒng)及開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)才能避免植入后門(mén)，而不僅僅是美國(guó)相關(guān)部門(mén)自己制定這些東西。因此，我推薦大家用OpenStack這類(lèi)開(kāi)放的源代碼，研究其安全問(wèn)題。

教 育

教育是一個(gè)金字塔結(jié)構(gòu)，最多的是數(shù)據(jù)、然后是信息、然后是知識(shí)、最后是智慧。我認(rèn)為計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)最在行，大數(shù)據(jù)使計(jì)算機(jī)開(kāi)始能夠處理信息，而知識(shí)和智慧還需要人與人的交流。如何有智慧呢？發(fā)明www的Tim Berners-Lee說(shuō):“軟件工程的核心是簡(jiǎn)單性和模塊化，互聯(lián)網(wǎng)的靈魂是分布式和可生存性?！痹诿绹?guó)，范內(nèi)瓦·布什、喬布斯等等都是美國(guó)信息化極具領(lǐng)導(dǎo)力的人物，中國(guó)能不能有這種實(shí)力的人才。最早的網(wǎng)絡(luò)人才出自電話工程師，后來(lái)是制作路由器的人，現(xiàn)在則是一些程序員等等。

在中國(guó)的發(fā)展中，斯諾登事件是一個(gè)警鐘，讓我們看到中國(guó)面臨著巨大的挑戰(zhàn)，但同時(shí)我們又有巨大的機(jī)遇：中國(guó)的人口多，如果每個(gè)人都可以掌握知識(shí)，就可以在世界上處理領(lǐng)導(dǎo)地位。核心思想是：網(wǎng)絡(luò)，特別是教育的專(zhuān)網(wǎng)是非常重要的；培養(yǎng)人才；跨學(xué)科，理工科和文科共同發(fā)展，中國(guó)才能夠在新的挑戰(zhàn)面前做出貢獻(xiàn)。