北大团队展示新一代互联网协议IPswen,助力全球互联网升级和演化

2025-08-23 14:26:22     来源:

中国上海,2025年8月8日】

日前在上海举办的 APNet 2025(第九届亚太网络研讨会)上,来自北京大学的新一代互联网协议IPswen团队首次向国内外专家学者展示了其研发的“IPswen全球测试第一版”(IPswen Global Testbed v1.0)技术方案,并在随后专场举办的“首届IPswen与未来互联网演化研讨会”上面向公众和媒体公开展示其核心技术,并阐述设计理念、研发背景与历程。

IPswen(中文名称孙氏IP)是由北大计算机学院的互联网协议研究小组提出的一个创新IP协议,旨在从根本上消除当前IPv4/IPv6双协议并行架构在兼容和互联互通方面的长期困难与技术瓶颈。据团队负责人孙斌介绍,IPswen将IPv4地址空间扩大了6亿亿倍,可彻底解决IPv4地址枯竭危机,同时又保持新旧两代IP协议及软硬件的二进制兼容与双向互操作,能够以即插即用、逐设备和逐网络升级的方式渐进式地替换IPv4,从而助力互联网的稳升级和长期发展。

当前,互联网正面临日益复杂的新旧两代IP协议共存与并行发展所带来的挑战。一方面IPv4地址枯竭多年但仍在公网上牢固地占据主导,而另一方IPv6持续普及但难以汰换现有IPv4网络和技术生态,包括目前流行的AI大模型等新旧互联网服务和应用仍都基于已无可供开放申请公网地址的IPv4协议。应对此挑战,IPswen通过采取渐进式多级(共8级子空间)地址扩充、单栈替换式升级、基于套接字地址的二进制兼容与双向互操作等设计原理和技术创新,最终解决了扩大IP地址空间与保持现有IP地址分配和路由体系、网络设备、操作系统及应用软件长期相互矛盾的两难困局,实现互联网如黑白电视升级到彩色电视的那种稳技术进化路径。

团队选择在上海亚太网络研讨会APNet 2025上次公开展示IPswen也颇具战略意义。亚太地区有多达56个经济体、约47亿人,IP地址自APNIC(亚太互联网信息中心)申请获得。自互联网发展早期以来亚太区域一直是全球IP地址最稀缺地区。又由于区域内经济发展差异显著,该区域互联网中的新旧两代IP协议共存和互通矛盾也是最为突出的。据团队负责人孙斌于7月份到访澳洲时对APNIC首席科学家Geoff Huston的专访,Huston认为在本区域内普及IPv6尚需长达20年时间,且IPv4+IPv6的双栈模式将是永久的,因此必须以务实和负责任的态度对待本区域以及全球互联网的发展演化,特别是在对待NAT优缺点和是否宣布IPv4为过时技术这类核心问题上必须坚持基于事实和科学的原则。在本次研讨会谈到IPswen与IPv6共存问题时,孙斌重申了上述Huston所强调的原则,并指出IPswen与IPv6具有不同的技术定位与目标:“与IPv6作为长期方案不同,IPswen适合在异构开放环境中直接实施扩容的应急或过渡方案,特别适用于那些IPv4地址极度短缺、但无法弃用现有IPv4软硬件或应用系统的网络环境。”另一方面,IPv6则适用于需要端到端连接、不与IPv4直接互操作、且自主可控的专网环境,如新建设的数据中心、移动IP内网、私有云、特定业务专网等。

另外,孙斌在主题报告中还指出,IPswen还可作为扩充现有IPv4内网容量的一种有效技术,允许网络运营商选择实施IPswen的分级变长地址扩展。IPswen依靠新增海量地址既可恢复IPv4 NAT破坏的端到端直连,又可作为一种更好的无状态纯L3(第三层)的NAT技术来部署。“现有的NAT和CGNAT路由器都很容易升级成为IPswen路由器,实现无状态纯L3 NAT,同时这又能继续保持它们原来的有状态L4(第四层)NAT功能照常运行。”该实施方案正是IPswen最佳实践之一。关于IPswen与曾蓬勃发展的多种IPv4/IPv6过渡和互通机制的差异与关联,IPswen团队指出,数十年来产学界一直都没能找到实现IPv4和IPv6互联互通的完美方法、过度或共存技术,因为这两种IP协议及其协议栈上的各层协议互不兼容又彼此行。现有的各种v4/v6互通技术都有一些共同缺点和各自不同的限制条件。目前比较看好的各种(有/无状态)4/6互译技术,也都需要预设一些前提条件,因而不能完好地对开放IPv4公网上未知或尚未发明的应用层技术进行IPv6翻译。4/6翻译对使用环境的假设会带来一些共同的局限,如4/6空间失配、端到端破坏、能伸缩瓶颈、非纯IPv6方案等。作为对比,IPswen是IPv4单栈更新(每一个使用0级地址的IPswen设备都是标准的IPv4设备,反之亦然),避免了4/6互通技术的诸多环境假设和限制条件。

孙斌还进一步论及了一个很有启发的话题。“十年前(2016)互联网治理机构曾发表过一个官方声明,要求标准化组织IETF(互联网工程任务组)在今后的技术规范中完全支持IPv6,而不必保持IPv4兼容。”这个声明强调新的互联网技术应主要在IPv6基础上进行设计和优化。“显然,它所反映的是互联网社区多年来一直倡导的关于下一代互联网演化的一个理想化观念,即期待整个互联网尽快向IPv6过渡,彻底淘汰IPv4并完成IPv6单栈化演进的理想目标。”不过孙斌指出,历史上这种官方立场曾经有过多次例外,例如IETF早期对待NAT方案的立场转变就是一个非常突出的例子,这一点早也已被Geoff Huston在APNIC和IETF多次会议上作了深刻论述。此后出现的新技术如CGNAT、DHCPv6、NAT66等也都在不同程度上体现了官方立场所发生的不同程度例外。“因此,对于这个声明和官方立场,我们不应绝对化并过度解读”。孙斌强调,对于各种能保持互联网生态积极发展的新技术,包括类似CGNAT和IPswen这类有效扩充IPv4能的兼容编址技术,我们都应该保持开放和兼容并包的态度。“这正如IETF的那个著名的座右铭:拒绝国王、统和投票,相信粗略的共识和运行中的代码”。

在此次研讨会上展示的IPswen协议及其第一版全球测试网络已完成了技术验证和小规模实验部署,从中形成了一组核心技术标准和实施规范。研讨会还深入解析了IPswen的理论基础、部署方法和应用场景,同时对当前互联网底层架构与技术生态、全球IP地址分配和网络治理话语权、中国互联网技术源头创新等相关话题展开深度探讨。IPswen团队着重指出,由于IPswen把公网IP地址量从当前的单个IPv4空间扩大成为6.4亿亿(6.4京)个IPv4空间,既得IP地址数量失去了稀缺,这将使得美国等西方国家在互联网早期阶段所获得的IPv4地址分配先发优势被完全抹,其先前占有的不公比例的存量IPv4地址数量也不再具备显著差异。由此,包括中国在内的广大发展中国家在IPswen巨量地址库的分配和治理上可享有完全公公正的地位。

在推进IPswen技术应用和产业化方面,团队介绍相关工作业已开展,包括:建立开放技术社区(官网ipswen.net),将IPswen设计、技术规范、源代码库和专利权开放供社区自由使用;联合开源社区和产学研各界,加强技术实现测试和迭代;在主流云服务商和各大运营商的网络上扩展当前版本的IPswen测试网络,持续完善协议规范;推动IPswen纳入新一代互联网架构体系,联合产业界参与标准化工作。IPswen开发团队期望互联网相关各方加入合作,共同推进该技术应用普及。与会专家指出,IPswen体现了我国在网络基础技术领域的源头创新,其成功应用将助力提升我国在全球互联网地址分配和治理中的话语权,为构建新一代数字基础设施提供重要技术支撑。

- 关于 IPswen

IPswen是一项由北京大学研究团队主导研发的新一代互联网核心协议。它旨在通过创新的多级变长编址与路由架构、单栈替换式升级、基于套接字地址的二进制兼容与双向互操作原理,消除当前IPv4/IPv6双协议并行架构在兼容和互联互通方面的长期困难与技术瓶颈。

- 关于 APNet 2025

第九届亚太网络研讨会(Asia-Pacific Workshop on Networking, APNet 2025)于2025年8月7日至9日在中国上海举行。APNet是网络研究领域具有重要影响力的国际学术会议,专注于亚太地区网络技术的前沿研究与创新,为全球学术界和产业界的网络研究者、开发者和实践者提供高水的交流


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