張宏科：10余年潛心研究繪制下一代互聯網藍圖

張宏科教授（左四）和團隊成員觀摩標識網絡的測試與實驗結果。

　　為什么上網的時候你會感到安全性很差，個人信息隨時會暴露？

　　為什么上網的時候你會感到移動網絡“移動”不起來？

　　為什么上網的時候你會感到網絡很亂，充斥著虛假、詐騙信息？

　　 ……

　　專業人士告訴你，這都是由互聯網原始設計弊端造成的。

　　北京交通大學教授、下一代互聯網互聯設備國家工程實驗室主任張宏科，在接受科技日報記者采訪時說，互聯網已經有近60年的歷史了，美國人最初設計互聯網的時候，主要是用于小范圍的軍事與科研。而今天，僅中國的網絡用戶就近7億，視頻、語音和圖像占據了網絡傳輸的主流，互聯網安全性、移動性、服務質量、資源利用率等方面的弊端日益明顯。“要從根本上解決這些問題，必須重新構思、設計新的互聯網體系結構。”

　　互聯網基礎設施關系到國家安全、社會穩定和經濟發展，為了搶占未來互聯網領域的制高點，世界各國圍繞如何創建未來互聯網體系與機制紛紛展開科技攻關，美國、歐盟相繼啟動了FIND、FIRE、FIA 等計劃。

　　張宏科團隊通過10余年潛心研究，超前繪制出下一代互聯網藍圖，發明了標識網絡體系及關鍵技術，獲得國內外發明ZL授權58項，登記軟件著作權16項，較好地解決了未來互聯網體系與機制這一難題。在年初舉行的全國科技獎勵大會上，榮獲2014年度國家技術發明獎二等獎。

　　從根源上找到現有互聯網的技術缺陷

　　針對互聯網的諸多問題，張宏科團隊率先提出互聯網體系“網絡與用戶”“控制和數據”“資源與位置”的“三重綁定”特性，是造成這些弊端的本質原因。

　　互聯網安全性是最受用戶詬病的缺陷。小到影響個人隱私，大到泄露國家安全機密。轟動世界的“棱鏡門”事件讓人深刻地感受到互聯網安全的脆弱性。美國國家安全局和聯邦調查局通過進入微軟、谷歌等網絡巨頭的服務器，能實時跟蹤用戶電郵、聊天記錄、視頻、音頻、文件、照片等上網信息，監控用戶的一舉一動。

　　“這和互聯網的原始設計有關。網絡用戶傳輸資料、圖像、視頻的時候，這些信息流被轉化為數據包，里面就包含著發送者和接收者的地址信息。對于精通IT技術的人，這個數據包就是透明的，他在任何節點上都能抓到數據包，從而知道它從哪兒來，到哪兒去。而且，對于用戶來說，你的登錄信息和所在位置信息捆綁在一起，只要你上網，你的位置就是確定的，安全性怎么可能得到保護？你再怎么做防護，都是消極的應對措施。”張宏科告訴記者。

　　而“控制和數據綁定”“資源與位置綁定”的特性則導致移動網絡“移動”不起來、網速太慢、效率不高等缺陷。“這些原始設計的弊端讓互聯網長時間超負荷運轉，難以承受越來越多的應用和用戶使用，用戶體驗越來越差。這些問題再怎么修改、完善都無法從本質上解決互聯網的問題。必須構建一個全新的互聯網體系，以適應未來的發展需求。” 張宏科說。

　　學通信出身的張宏科，早在2000年就意識到了這些互聯網的原始弊端。他的團隊曾經成功研制出我國首臺自主知識產權、技術性能達到世界先進水平的IPv6路由器。“那時候，互聯網還未普及，很少有人意識到這個問題。我們也是在做IPv4及IPv6技術的研究中。意識到了現有互聯網的嚴重弊端，覺得這個問題遲早會暴發，舊技術終將為新技術所替代。2003年我們就在這方面展開了研究。”張宏科說。

　　下一代互聯網是個什么樣子

　　針對下一代互聯網體系的構建，張宏科團隊潛心研究了10余年，在國家973計劃、自然科學基金重點項目等資助下，提出了以“兩層模型”“三次映射”“四種標識”為典型特征的標識網絡體系，發明了標識和映射機制，有效解決了未來互聯網體系與機制這一難題。獲得國內外發明ZL授權58項，登記軟件著作權16項，借助于“點標識”的理念與思想，主導制訂了IEEE 1888、1888.2等核心國際標準，率先構建了未來互聯網的藍圖。

　　“美國、歐盟等都在開展這方面的研究，但是，到目前為止只有我們提出了比較綜合有效的解決方案。可以說，在這方面，我們走在了世界的前端。”張宏科自豪地表示。

　　在張宏科的描述中，下一代互聯網體系較好地解決了“三重綁定”的問題，網絡的自我管理能力很強，呈現給用戶一個安全、有序、快速、智能的網絡世界。網民只要合法登記，就能享受到網絡提供的各種優質服務。“當然，如果你違背法律，發布虛假信息，利用網絡干違法的事情，擾亂社會秩序，警察也能很快找到你。”張宏科開玩笑地說。

　　在這個藍圖里，張宏科團隊還把多種網絡設計成一種網絡，即“一體化標識網絡”。他告訴記者，現有互聯網的原始設計思想是“一種網絡”支持“一種主要服務”。互聯網、電信、廣播電視采用不同的網絡進行數據傳輸。這不但導致基礎設施重復建設，也無法適應未來網絡服務的多樣性要求。張宏科團隊發現，電信網的交換機和互聯網的路由器工作機理非常相似，而且各種網絡體系

　　結構都可以劃分為兩個大的層面。因此，他創造性地提出，全新網絡的總體框架應該是兩層結構體系，即基礎設施層面和普適服務層面。這種“一體化標識網絡”不但能夠實現在一種網絡上支持多種業務，還大大提高網絡的工作效率，簡化網絡的管理和維護，有效解決了傳統體系中存在的安全、可控、可管及移動問題。

　　張宏科團隊提出的下一代互聯網解決方案，已經成功研發出一系列產品并通過中興通訊等企業進行了產業化應用。

　　高校里做科研要有超前思維和韌勁兒

　　任何成績的取得都非偶然，作為高校在基礎研究領域取得的重大原創性科研成果，張宏科認為“這得益于對學科發展方向的超前把握和一股子韌勁兒。”

　　“2004年，我們手頭的兩個863項目已經結題。張老師當時就提出，要集中精力做下一代互聯網，也就是我們標識網絡的先導項目。當時國內外還沒有人做這項研究。我們還有些不理解。” 團隊成員、北交大電子信息工程學院副教授蘇偉回憶道。2005年8月，美國國家自然基金委發布了他們的GENI（全球網絡環境革新）計劃，其中提到，由于現有互聯網的種種弊端，他們準備著力于“下一代網絡”的建設。而此時，張宏科團隊已經初步構思出全新的、兩層網絡體系架構。2007年，歐盟啟動的新網絡研究 FIRE計劃提出了“兩層”網絡體系。“看到這個消息，我們都很高興，這也從側面印證了張老師的準確判斷。我們工作起來也更自信了。”蘇偉告訴記者。

　　這種超前把握，顯然不是一時的“心血來潮”。它建立在對專業知識的扎實積累之上。“我們之所以能夠提出全新的網絡框架體系，正是基于對傳統網絡的透徹研究。過去的東西就是基礎。只有了解透了，才能知道問題在哪兒、未來的方向在哪里、解決的方案是什么。不了解過去，就無法做到超前，更不可能超越。”張宏科說。

　　在張宏科看來，基礎研究領域的任何重大成果都是“十幾年甚至幾十年的積累。科研沒有捷徑可走。憑的就是一股子韌勁兒。高校做科研，尤其是基礎研究最忌諱‘跟風’，東一榔頭西一棒子，什么也做不長，形不成產業鏈，對產業發展也難以做出貢獻。”

　　這種韌勁不僅表現在科學研究上，還體現在申請課題時的認真。“我記得申請973課題的時候，我們的幻燈片就做了有小半年，你想想那個勁兒，今天沒思路了就放下，明天靈感來了再拿起來。表面上是做幻燈片，實際上鍛煉的是你的創新思維。這二三十張幻燈片的每一句話、每一張圖都是創新的體現。否則你怎么讓評委信服，他們怎么放心把國家的重點科研項目交給你去做？”張宏科說。

　　如今，張宏科團隊又把目光投向了智慧協同標識網絡理論與關鍵技術的研究。“這種網絡體系能夠通過動態感知網絡狀態來智能匹配服務需求，進而選擇合理的網絡族群及其內部組件來提供智慧化的服務，在有效解決安全性、移動性等問題的同時，能夠提升用戶體驗和網絡的利用效率。”張宏科說。