本书介绍了下一代互联网基础知识，全面分析了下一代互联网组网场景、过渡技术，以及典型的组网方案，综合阐述了未来互联网最新技术方向与典型技术方案，以及“宽带中国战略”与下一代互联网的关系。对于电信运营商、互联网企业及相关高等院校和科研单位的技术管理人员与研发人员从事于互联网技术研究、网络建设与运维、业务创新及相关工作具有重要的参考价值。

总序1 宽带网络是新时期我国经济社会发展的战略性公共基础设施，是推进国家治理能力现代化和公共服务均等化的重要手段，是推动工业强国建设、促进农村经济发展和新型城镇化建设的重要途径。发展宽带网络对于促进信息消费、推动经济发展方式转变、全面建成小康社会具有重要支撑作用。加快宽带网络建设、增强技术创新能力、丰富信息服务应用、繁荣网络文化发展、保障网络安全，利在当前惠及长远。 当前，我国已建成覆盖全国、连接世界、技术先进、全球最大的宽带网络，网民数量、移动智能手机用户规模全球领先，相关产业能力持续提升，已经成为名副其实的网络大国。但同时，我国宽带领域的自主创新能力相对落后，区域和城乡普及差异比较明显，平均带宽与国际先进水平差距较大，网络安全形势日益严峻，总体上看国内宽带网络发展仍存在诸多瓶颈。在全球各国加强宽带战略部署、ICT产业变革发展日新月异的形势下，要实现工业化、信息化、城镇化、农业现代化四化同步发展、建成网络强国仍然任重道远。 党中央、国务院高度重视宽带网络发展和管理，2013年国务院先后出台了《“宽带中国”战略及实施方案》和《关于促进信息消费扩大内需的若干意见》。2013年年底，中央网络安全和信息化领导小组成立，习近平总书记亲自担任组长，提出努力把我国建设成为网络强国，战略部署要与“两个一百年”奋斗目标同步推进，向着网络基础设施基本普及、自主创新能力显著增强、信息经济全面发展、网络安全保障有力的目标不断前进。这是党中央在新时期对我宽带网络发展提出的新目标和新要求，需要我们以改革创新精神，通过政策推动、技术驱动、产业带动、应用拉动促发展保安全；需要我们着眼长远、统筹谋划，积跬步、行千里，不断推动网络大国向网络强国迈进。 工业和信息化部电信研究院是我国在ICT领域权威的研究机构，多年来在重大决策支撑、行业发展规划、技术标准引领、产业创新推动和监管支撑服务中发挥了重要作用。“宽带中国出版工程”系列丛书，是该院及业界多位专家学者知识和智慧的结晶，是多专业科研成果的集中展现，更是多年理论与实践经验的综合集成，该系列丛书的出版有助于读者系统学习宽带网络最新技术，准确把握宽带应用和相关产业的最新趋势，从而提升对宽带网络的研究、规划、管理、运营水平。希望我国政产学研用各界齐心协力，共同为宽带中国发展、网络强国建设事业贡献力量！ 工业和信息化部 总序2 市场牵引是通信发展的动力，通信业务从话音为主到数据和视频为主，对带宽的需求与日俱增。思科公司2014年6月发布的报告指出，2013年全球互联网忙时流量是平均值的2.66倍，与2012年相比，平均流量和忙时流量分别增长了25%和32%，思科公司还预测从2013年到2018年，全球互联网流量忙时是平均值的3.22倍，平均流量和忙时流量分别年增23%和28%。在互联网流量中视频已成主流，全球互联网视频流量占总量之比从2013年的57%将增长到2018年的75%。全球移动数据流量增长更快，2013年一年就增加81%，到2018年还将保持平均年增61%的速度，届时移动数据流量将占全部IP流量的12%。美国Telegeography公司给出的国际互联网干线流量2009－2013年平均年增45%，2013年相比2012年增加了38%。我国国际互联网干线带宽从2009年到2013年平均年增39.6%，2013年相对2012年增79%，增长的后劲更明显。 通信业务与技术的发展总是市场牵引与技术驱动相辅相成，市场催生了技术，技术支撑了市场。集成电路继续遵循摩尔定律，单位面积的晶体管数年增40%，强大的计算和处理能力改进了频谱效率与信噪比，提升了通信流量，比较好地适应了互联网流量的增长。光器件的技术进步加上电域的信号处理，使光纤通信干线商用容量水平基本按照十年千倍提升。2009年起我国移动通信从2G经3G跨越到4G，借助先进的多址复用技术和频谱的扩展技术等，峰值速率增加数百倍。 近年通信技术与业务发展一个值得注意的趋势是从消费者的应用向企事业应用扩展，2013年全球企事业单位互联网流量较2012年增21%，到2018年还将达到2013年的2.6倍，将占全球互联网流量的14%，而且全球企事业单位互联网流量中14%将是移动流量。随着物联网发展及信息化与工业化深度融合，企事业单位的互联网应用还将有更大的发展。 互联网的渗透促进了经济的复兴，2013年发布的《OECD互联网经济展望2012》分析了互联网对所有行业经济的影响，得出如果宽带普及率增长1%，GDP将增长0.025%，并且通过模拟得出互联网的贡献占2010年美国GDP的4.65%～7.21%，占企业增加值的3%～13%。波士顿咨询公司2012年发表的《连接世界》报告分析2010－2016年互联网经济对GDP的贡献，中国仅次于英国和韩国为第三位，占GDP的比例从2010年的5.5%增加到2016年的6.9%。IDC公司提出信息技术已从计算机和互联网这两个平台发展到移动宽带、云服务、社交应用和大数据为标志的第三平台，即宽带化平台，并预测到2020年信息产业收入的40%和增长的98%将由第三平台的技术所驱动。世界银行的研究报告表明，对制造业的海外销售额和服务业的销售额来说，使用宽带的企业与其他企业相比分别高出6%和7.5%～10%，中低收入国家的宽带普及率每增加10个百分点，GDP将会增长1.38个百分点。美国认为宽带的发展对上下游产业就业的拉动作用是传统产业的1.7倍。GSM协会和德勤咨询机构2012年发表的研究报告指出，3G移动数据应用增加100%，人均GDP增速提升1.4个百分点。 为了抢占信息技术新的制高点并获得宽带化的红利，一些国家纷纷出台国家宽带战略，最近两三年来美国出台了《国家宽带计划》和《大数据研究和发展倡议》等，全球有146个国家都制定了加速发展宽带的国家战略或规划，不少国家建立了宽带普遍服务基金。 我国网民数量世界第一，但按网民平均的国际互联网干线带宽、固网平均接入速率和移动互联网下载速率仍低于世界平均水平，这几年有了显著改进，但与互联网高速发展和社会大众的期望相比总是恨铁不成钢。国务院在2013年8月发布了《“宽带中国”战略及实施方案》，提出到2015年要初步建成宽带、融合、安全、泛在的下一代国家信息基础设施，到2020年我国下一代信息基础设施基本接近发达国家水平，技术创新和产业竞争力达到国际先进水平。该方案对宽带网络覆盖、网络能力、应用水平、产业链发展和网络信息安全保障五方面提出了具体发展目标、重大任务和保障举措等。可以预期“宽带中国”战略的实施，必将为我国经济和社会的发展奠定坚实的网络基础，并惠及大众。 工业和信息化部电信研究院作为“宽带中国”战略的起草支撑单位之一，为“宽带中国”战略的制定做了深入的调查研究，现在与电子工业出版社联袂推出“宽带中国出版工程”系列丛书。该丛书串起终端、接入、传送、网络和云端各环节，涉及研究、制造、运营与服务各方面，涵盖宽带化技术、业务、应用、安全与管理各领域，解读“宽带中国”战略制定的背景，分析宽带化的解决方案，展望宽带化发展的前景。本套丛书内容全面，系统性强，既反映了宽带网最新的技术及国际标准化进展，又有国内实践经验的总结，兼具前瞻性与实用性。在此，衷心感谢工业和信息化部电信研究院和电子工业出版社及众多的作者所付出的辛勤劳动，希望本套丛书能够有助于业内外人士加深对宽带化的意义和内涵及难度的理解，相信本套丛书能够对行业发展和政府决策起到积极作用，为“宽带中国”战略的实施贡献正能量。 工业和信息化部通信科学技术委员会主任 中国互联网协会理事长 前 言 宽带是21世纪人类社会新的战略性基础设施，正深刻改变着人们的生产、生活方式，成为世界各国提振经济、推进发展方式转型、创造就业和提升国家长期竞争力的战略基石。2013年8月国务院印发了《“宽带中国”战略及实施方案》（国发〔2013〕31号），作为当前和今后一段时期指导我国宽带发展的战略路线图和行动纲领。 实施“宽带中国”战略，就是要加强国家顶层设计和统筹谋划，凝聚全社会力量，全面推进宽带网络普及提速，加快构建下一代国家信息基础设施，大力促进宽带在国民经济和社会各领域的深化应用，推进信息化和工业化深度融合，形成支撑经济社会发展和科技创新的基础平台和重要动力。下一代互联网发展是实施“宽带中国”战略的重要任务，加快下一代互联网创新发展对于提高我国信息技术领域自主创新能力、提升网络基础设施的服务能力和水平、增强我国信息产业核心竞争力、维护网络空间安全均具有重要意义，是实施“宽带中国”战略的重要抓手。 随着IPv4地址资源的枯竭，全球加快了IPv6商用部署进程，强化了未来网络体系结构的研究与试验，我国政府也适时明确了下一代发展的路线图和时间表，积极推动现有互联网向下一代互联网的演进，大力开展下一代互联网的规模部署，同时，面向未来互联网的发展需求，积极谋划新型网络体系结构的创新与示范。下一代互联网是未来的发展方向，其中涉及众多新技术和新业务，在下一代互联网发展与演进的过程中，更多的新技术还将不断涌现。 本书坚持“面向前沿、服务实践、兼顾基础”的原则，面向互联网发展方向，介绍并比较分析国内外未来互联网的典型技术方案；面向国内下一代互联网的规模部署需求，重点介绍下一代互联网组网技术和过渡方案；介绍下一代互联网、未来互联网的基础技术知识。为电信运营商、互联网企业、高校与科研单位的管理人员与技术人员从事互联网技术研究、网络建设与运维、业务创新相关工作提供必要的参考资料。本书3.1～3.5节由赵锋编写，第4章由马军锋编写，其余内容由曹蓟光编写。在本书编写过程中，得到了高巍、朱刚、张健、宋菲等同志的帮助和支持，同时也参考了大量国内外科技文献，在此对这些同志和文献作者一并表示感谢。 编 著 者 2015年4月于北京

目 录 第1章 全球宽带发展及下一代互联网演进 1 本章导读 2 1.1 国际宽带发展情况 2 1.1.1 宽带市场发展现状 2 1.1.2 全球宽带发展目标 4 1.1.3 全球宽带发展模式 8 1.1.4 国外宽带发展扶持政策 11 1.2 典型国家宽带发展战略 20 1.2.1 欧盟 21 1.2.2 美国 23 1.2.3 日本 26 1.2.4 韩国 26 1.3 中国宽带发展现状 26 1.4 中国宽带发展目标 28 1.5 发展下一代互联网是“宽带中国”战略的重要任务 31 第2章 下一代互联网发展及演进目标与路径 35 本章导读 36 2.1 互联网面临的需求与挑战 37 2.1.1 互联网的可持续发展面临严峻挑战 37 2.1.2 全球对下一代互联网的研究风起云涌 40 2.2 下一代互联网的发展目标 44 2.2.1 互联网面临的核心挑战和网络目标 44 2.2.2 下一代互联网技术要素模型 48 2.2.3 下一代互联网的两种思路在融合中发展 49 第3章 IPv6技术特点及过渡机制 51 本章导读 52 3.1 IPv6技术的特点 52 3.2 IPv6地址格式 53 3.2.1 地址模型 54 3.2.2 IPv6地址的语法 54 3.2.3 地址前缀的语法 55 3.2.4 地址类型标识 56 3.2.5 单播地址 56 3.2.6 任播地址 60 3.2.7 组播地址 61 3.3 IPv6包头格式 64 3.4 IPv6基础协议 76 3.4.1 IPv6邻居发现协议 76 3.4.2 ICMPv6协议 79 3.5 IPv6路由机制 80 3.5.1 内部网关协议 80 3.5.2 外部网关协议 89 3.6 IPv6网络过渡技术 96 3.6.1 双栈策略 96 3.6.2 隧道策略 100 3.6.3 翻译策略 108 第4章 IPv6技术产业发展情况 113 本章导读 114 4.1 全球IPv6发展情况 114 4.1.1 地址资源分布状况 114 4.1.2 IPv6支持能力 115 4.1.3 各国政府对IPv6发展的态度 117 4.1.4 产业界积极协作 118 4.2 我国IPv6发展情况 119 4.2.1 政府明确了IPv6发展路线图和时间表 119 4.2.2 国家项目积极支持与推动IPv6发展 120 4.2.3 已建成全球最大的IPv6示范网络 121 4.2.4 初步形成较为完善的IPv6标准体系 122 4.2.5 IPv6产业得到长足发展 123 4.2.6 IPv6发展面临的主要问题 124 4.3 我国IPv6过渡方案 126 4.3.1 网络演进的基本原则 129 4.3.2 网络演进的过渡场景 130 4.3.3 网络演进过渡技术方案 132 第5章 未来网络核心问题及研究状况 143 本章导读 144 5.1 未来网络的网络架构 144 5.1.1 网络架构的核心问题：命名、编址、路由和资源管理 144 5.1.2 命名问题解决思路：建立统一命名与映射机制 146 5.1.3 编址问题解决思路：建立具有高可扩展性、语义清晰的编址体系 148 5.1.4 路由问题解决思路：改扁平路由机制为层次化路由体系 149 5.1.5 资源管理问题解决思路：建立民主的互联网资源管理机制 153 5.2 未来网络的业务支持能力 154 5.2.1 多宿问题的解决：新的编址及路由机制 154 5.2.2 组播问题的解决：应用层组播 155 5.2.3 移动性支持问题的解决：应用层实现 156 5.3 未来网络的外部能力 157 5.3.1 安全可信 157 5.3.2 服务质量保障 158 5.3.3 绿色节能 160 5.4 新型网络体系结构的研究现状与趋势 161 5.4.1 现有网络体系结构存在的问题 161 5.4.2 国际研究现状与趋势 163 5.4.3 中国研究现状 170 5.5 未来网络试验平台 171 5.5.1 发展未来网络成为欧美等发达国家的战略取向 171 5.5.2 构建未来网络创新实验环境成为欧美发展未来互联网的重要举措 172 5.5.3 欧美的未来网络实验环境包括四大类、三个层次的实验床 173 5.5.4 欧美未来网络实验环境的建设兼顾两大趋势 174 5.5.5 我国在未来网络试验环境建设的重点 177 第6章 典型未来网络技术方案 179 本章导读 180 6.1 SDN（Software Defined Networking） 182 6.1.1 “众说纷纭”SDN 182 6.1.2 “正本清源”SDN 184 6.1.3 “任重道远”SDN 186 6.2 NDN（Named Data Networking） 187 6.2.1 NDN体系结构 187 6.2.2 NDN节点模型 188 6.2.3 NDN技术的特点 190 6.3 NEBULA 191 6.4 XIA（eXpressive Internet Architecture） 194 6.4.1 XIA技术思路 195 6.4.2 XIA主体类型 196 参考文献 197