高自治度网络体系结构研究的思考

2008年前后爆发的金融海啸让我们认识到，现代经济社会中除供需影响价格外，还有一个叫定价权的事物。金融大鳄利用他们手中掌控着的供需贸易渠道，随心所欲地操纵价格。这种例子不胜枚举：全球粮食危机诱发的粮食涨价；石油从每桶140美元左右暴跌到40美元左右，而现在又回到每桶80美元左右；我国虽是钢铁生产和需求的大国，但从来没有掌握铁矿石的定价权。金融危机后，巴菲特也已大举投资铁路运输。他在电视采访中说：“我愿意赌上一大笔钱，准确来说是340亿美元，在十年、二十年、三十年后贸易会更加繁荣，美国会变得更好；对柏林顿公司（Burlington，铁路公司）的股东来说，也更好。”这些事实告诉我们，在贸易过程中，通过控制贸易网络的交换渠道可以获取比货物实际价值更高的利润。而这种交换掌控权不仅存在于贸易网络中，同样也存在于信息通讯网络中。
一、交换控制权是网络经济的获利基础
在信息通讯网络，通过掌控交换控制权获利的形式和项目多种多样。如下表所示，从最早邮政体系开始，一直延续到现代互联网络中。为了说明交换权在不同行业的作用，下表同时列出连锁加盟、客货运输等。通过横向比较，我们还可以发现，在信息网络发展中，交换控制权发展有其自身规律，即，网络控制者逐渐从承担信息传输任务中退出，变为帮助和控制位于网络末端的个人或单位传递通讯愿望。从投资回报的角度看，在大型网络中，这种掌控传递两者间通讯愿望途径的投资收益率远大于承担具体传输信息的投资收益率。
为什么说，控制传递交换愿望的途径比承担具体信息传输任务的收益更大呢？从电话网络和计算机互联网络发展和竞争中，我们不难找出答案。电话网络通过物理网络同时承担电器信号传递、信息交换任务，因此信息交换的内涵与外延、信息交换的种类、信息交换范围等都受到物理网络的限制。在互联网络出现之前，发送一张A4纸的传真至少需要十几到几十元才行。与电信网络相反，计算机互联网络将电器信号传递任务和信息交换任务进行了分解，信号传递任务由网络运营商承担（ISP），信息交换任务由网络内容提供商（ICP）承担，这样，信息交换体通过网站完成，信息交换的控制权也就由内容提供商所掌握。以BBS为例，谁都能通过BBS发布信息，同样，在BBS上谁都可以任意浏览信息，并可以就自己感兴趣的内容发表意见。发布、浏览、回复这一基本过程正是信息交换的关键步骤。同时，这种任务分解的方法，还扩展了信息交换的内涵与外延，增加了信息交换的种类，扩大了信息交换范围。通过这种吸引了众多读者眼球的方式，信息交换权的掌控者即使不能从信息内容中获利，也能从将这种注意力转卖给广告商中获利。
所以，我们也就不难理解，为什么美国在1994年开发信息高速公路，并同时极力推行电子商务的原因了。通过互联网络，美国能充分发挥其经济实体的活力，更快地吸收了各国的财富。在网络泡沫后，美国还是最大受益国。在如此巨大的利益面前，也可以理解，为什么盖茨在宣布不投入网络研发后的数月出尔反尔，不仅大搞网络，并垄断了网络浏览器的市场。在信息交换控制权的角逐过程中，各国的网络运营商承担了数据传输成本，而全球性的信息和商业服务网站拿走了信息交换所带来的利润。
事实上，网站通过控制信息交换权，不仅可以将用户注意力卖给广告商，还可以变成一笔实实在在的、巨大的无息贷款。例如淘宝网站为用户提供免费开店、交易及交易现金第三方监管等服务，这些免费服务吸引了巨大用户群，使淘宝网瞬间成为中国第一商务网站。可是，淘宝网通过这一系列的免费，却获得了巨大的信息交换控制权。仅以为用户提供用于保证交易安全、顺利进行现金第三方监管服务为例，该服务使得淘宝网银商帐面上每天有上亿的现金。这样，除了银行每天支付的利息外，这些不需要同时兑现的现金为淘宝网提供了一笔无息贷款，我们有理由期待一家名为“淘宝”的商业银行的出现。

从表象上看，未来网络发展将进一步扩展信息交换的内涵与外延，进一步扩充信息交换的种类和形式，进一步扩大信息交换的范围；而其核心实质是进一步掌控各个领域的信息交换权。社会的信息化，使我们不得不在获得制空权、制海权之后，考虑何种网络体系结构能使我们在信息交换中掌控更大的控制权，即制网权。当然，为了保证制网权的长久掌控，还需要有网络安全的保障，并需要通过对网络宏观结构不懈地研究，加深对网络演化的认识和理解。
二、高自治度网络有利于增加交换控制权的效益
网络经济的高效益，使更多的组织希望掌控更大的信息交换权。然而，随着信息服务的社会化，信息交换很难控制在单一主体或可数的主体中。不仅网络接入服务提供商（ISP）、网络内容服务提供商（ICP）能提供信息交换；同样出于生存需要，家庭也需要信息交换；小区为提高住户生活品质也需要信息交换；企业网络中也存在同样问题。这种在信息使用上复杂的互动关系，使我们很难用绝对产权的概念去刻画信息交换控制权的归属问题，而这必将反过来干扰网络经济的发展进程。
信息在多个拥有信息交换控制权的主体间穿行的同时，也将多个主体关联在一起。在某种意义上这种关联关系类似于制度经济学在多主体相对产权研究方面讨论的关系性合约（契约），同样具有隐性、非正式、非约束等特征。因此，继续从一个扁平网络结构且使用固定而不可自由伸缩的地址空间及分配方式为技术和物质基础的角度，去考虑这样一种具有合约产权关系特征的信息交换服务，必将大大提高网络经济整体发展的交易成本 。一个便于在信息交换服务层面上协同，又可以保持交换权掌控者彼此独立的网络技术体系结构，更有利于所有网络使用者获得在信息交换服务上决策安排形式的最优化。
纵观各种技术，以地址转换技术（Network Address Translation，NAT）为基础，最有可能建立这样一种在经济和管理层面上具有高度局部自治特征，同时又便于应用协同的网络体系结构。
第一，地址转换设备的存在，将使物理网络的拥有者在持续发展的网络经济中掌握更多的主动权。地址转换技术之所以被网络标准化组织排斥近20年，是因为其割断了无条件双向数据传输，转而使用有条件的双向数据传输。从网关的角度看，地址转换设备是一种地址层的网关。地址转换设备可以同现有网络业务网关相结合，构成控制数据流的业务平台，便于网络运营商开展新型网络业务。对于原来拥有全球信息交换控制权的人来说，这种割断制约了其对信息交换的控制深度。然而，对于原本没有信息交换控制权的人来说，这种割断提供了一个获得或部分获得信息交换控制权的机会，并使大多数人在选择信息交换服务的决策上有了更大的自由度。
第二，网络技术的发展，需要研究以地址转换技术为基础的网络体系结构对网络经济发展的贡献。IETF（互联网工程任务组，The Internet Engineering Task Force）已明确表示IPv6网络将通过地址转换技术接入IPv4网络。至少在现阶段，IETF放弃了以单一类型地址为基础发展网络的观点，基本正视了需要在多种地址类型基础上建立网络的事实。这也说明在目前经济形势下，在世界范围内推行更大规模的单一类型地址，将大大摊薄当前网络经济运行模式所带来的效益。网络经济的持续发展，需要我们在多地址类型并存的网络环境下探索新的途径。
第三，地址转换技术秉承了互联网络开放接入的精神实质，网络业务将深度开放。就像众人拾柴火焰高一样，开放接入是互联网引发信息革命的原动力。在摆脱了地址“多和少”的束缚后，网络地址恢复其作为信息设备标识的本来面目，如同可以根据需要延长入户水管、添加电器接口一样，地址转换技术使每家每户拥有根据自己的习惯和喜好向家庭网络中添加、管理、操控信息设备的权利。在家庭网络中，这种信息设备使用的自治权将推进信息家电向多样化方向发展，也将为信息服务业和家电产业带来新的经济增长点，网络也将进入以子网接入数为统计单位的时代。
第四， 经过近20年的发展，互联网络中地址转换技术已具有相当大的使用规模。例如，SOHO ROUTER是一种典型的使用地址转换技术（NAT）的设备，IAD,VOIP ROUTER等也属于地址转换型设备。作为世界的代工地，台湾2002到2006年的SOHO ROUTER产量如图1所示，其中2006年SOHO ROUTER的实际生产量占世界的80%,约为3348.6万台，产值达10.91亿美元；其有线、无线网络产品的70%销往北美、欧洲、大陆等市场。按这种产量规模，2002至2008年以来，互联网络中已沉淀下超过1亿台具有地址转换能力的SOHO ROUTER设备。同时，在这些地址转换设备的背后，也隐藏着数以亿计的网络用户或上网家庭。这些数字说明，在世界范围内，已为广泛使用以地址转换技术为基础的网络体系结构奠定了充分的物质准备。

三、高自治度网络结构的选择与可行性实践
地址转换技术为基础的网络体系结构的选择，直接关系到网络交换控制权的归属。学术界和工业界，对以地址转换设备为基础的网络体系结构已进行多年研究。通过对多个研究成果的总结和对比，我们认为要从经济、技术及未来发展等三方面选择实用的体系结构。
1.在经济方面，需要继承现有网络发展中好的、宝贵的经验，要继续坚持“对传递通讯愿望的控制，而较少承担数据传输任务，开放网络末端节点”的原则。这不仅能够降低网络投资成本，同时还可以使网络使用者有充分的自治权。也只有这样，才能保持网络技术和网络经济的发展活力。
2.在技术方面，新的体系结构必须与现有互联网络兼容，具体表现为传输协议栈、应用编程接口等方面的兼容。只有兼容，才能充分发挥互联网络已有体系结构的优势，不妨碍已有网络应用的正常使用，最大程度保护投资，并能减小升级换代的成本。
3.网络经济发展的原动力是网络末端的开放性。互联网络孕育了google、亚玛逊、淘宝等众多企业这一事实证明了开放的网络末端对推动世界经济的作用。同样，地址转换技术自身也诞生于互联网络末端的开放性中。新的网络体系结构，需要为网络使用者提供可以根据自身需要定制各种形式的方便、简易、高效的信息交换平台的能力。
围绕网络交换控制权的问题，我们进行了大量研究比较及可行性实践工作。通过对多种以地址转换技术为基础的网络体协结构的研究，我们提出了一套可以架设于多层NAT设备基础上的网络体系结构——IPVN（基于IP技术的虚拟网络）系统，其核心设计思想是：网络的核心服务主要承担协助网络末端节点传递互联愿望的任务，而较少承担交换具体数据的任务；充分利用现有互联网络的基础数据传输和服务设施，努力保证传输协议栈、编程接口和现有网络全面兼容。该结构符合控制网络交换权的要求。
本体系结构从会话层入手，实现控制网络末端应用互联的问题。本体系结构将信令控制、通道建立、数据传输相结合，在不打破网络协议分层模型的基础上，将协议间竖向堆叠模式，扩展为协议间横向聚合模式，这样，在解决实际问题的同时，也扩展了网络分层模型原理的使用方式（见图2）。其具体执行步骤是：

图2-a,在会话层协议控制(SIP)的控制下，在端与端间建立数据传输隧道；
图2-b,应用程序在执行时，TCP/IP协议栈自动建立该应用程序与隧道间的对应关系，应用程序通过该隧道收发数据。
本体系结构为未来的网络应用打下了坚实的网络安全基础。首先，用户注册是本体系结构的寻址基础。这种寻址体制提供了可管可控的网络实名环境，加强了网络的可信程度,为发展能服务于人类生活起居的、更安全便捷的网络奠定了技术基础。其次，地址转换设备从互联网络地址使用原理层面为家庭网络定义了原子安全域，对于使用地址转换设备将家庭网络接入互联网络的用户来说，由于地址转换设备的存在，内网主机可以通过地址转换设备主动访问外网主机；在反方向上，地址转换设备自动阻挡外网主机对内网主机的主动访问。在这种原子安全域的层面上，本体系结构可以根据用户需要，按业务配置建立可管可控可追踪的虚拟空间。
四、高自治度网络结构方便多目标网络业务的发展
有人说：互联网络是一场只有当现实中的一切都被搬入网络后才会停止的技术革命。但是，互联网络的结构是扁平的，而我们现实生活是扁平的吗？如图3所示，在建筑学上，以居室为核心，居住环境按功能被分为四个空间：私密空间、半私密空间、半开放空间、开放空间。这种划分反映了人类在进化过程中，从安全、舒适、方便的生理和心理等两方面选择、建造居住地的要求。显然，用一个扁平化网络体系去承担复杂的、多目标的家庭网络业务，是不能同时满足人类对居住环境安全、舒适、方便等方面需要的。这需要一个能够同居住空间功能划分相匹配，并能适应各空间自治要求的网络结构。如果能在现有网络体系上建立一个可管可控可配置的虚拟化网络，将使网络经济再次步入又好又快的发展
轨道。
参考“生活环境”的模型，根据“以人为本”原则，我们提出了“数字人居环境”的模型，如图4。该模型以家居网络为核心空间（即私密空间）、小区网络（即二级半开放空间）、社区服务体系（即一级半开放空间）、数字化城市（即开放空间）等相结合在
一起。

地址转换技术是建立可控、安全网络环境的基础，可以为数字人居环境提供原子安全域。在原子安全域上，可以根据需要建立私密空间、二级半开放空间、一级半开放空间。这样，每个安全域根据其所处空间定义具体业务功能和业务访问关系。例如，参照人居生活环境的私密空间要求，在网络中，作为数字生活的基本空间——私密空间，需要为其空间中联网设备提供访问开放或半开放空间中联网设备的能力，同时又能确保其空间中的联网设备不被打扰。再如，一级半开放空间（如社区服务体系），是二级半开放空间或私密空间的嵌入空间，需要为二级半开放空间或私密空间的网络提供网络接入或网络服务接入，在公告的情况下，一级半开放空间中的联网设备可以为其它空间中的设备所知；在被允许的情况下，一级半开放空间中的设备可以为其它空间中的设备提供服务。在原子安全域的基础上，根据实际居住的功能划分，使用TCP/IP技术将各地址转换设备嵌套或并行地联结起来，形成一个按自治需求配
置的网络。
在为数字人居环境添加提升人类生活配置的信息化设备之前，先要考虑哪些因此会制约各原子安全域间进行信息交互的问题。具体是：
1.应用的服务模式： 家庭网络中应用程序的服务模式与办公网络中的应用程序有着显著不同；在网络服务中，家庭网络中的应用程序往往扮演服务端的角色，接受服务请求。
2.使用者的生活习惯：目前家庭网络往往以一个综合网关为核心，并要求各种智能家电与其兼容。这将迫使使用者购买与该网关兼容的电器产品，剥夺了使用者的选择权，同时也会限制使用者对家电的更换。
3.市场充分竞争：家庭网关技术、标准的控制者，有能力通过有潜在歧视性的授权方式干预智能家电厂商的市场份额。
4.不同领域中的智能设备间的互通：智能设备不仅存在于家庭网络中，还应用于汽车电子、医疗电子等各个领域。这些智能设备也有互通的潜在需要。秉承“对传递通讯愿望的控制，而较少承担数据传输任务，开放网络末端节点”的原则，IPVN系统根据各安全域定义的访问关系，负责控制原子安全域间信息交换通路的开启；各自治空间的应用由该空间的所有者决定。
通过对数字人居环境业务的描述，我们不难看出，IPVN系统对这种自治程度高、预期目标多的网络业务有很好的适应性。
五、总结
社会分工引起个体间的差异，这些个体是人或组织。这种差异成为个体交换需求的基础。交换所依托的途径逐渐汇集、演化成了网状系统——网络。而网络反过来成为推动交换、促进经济运转的系统。与电信网络相比，互联网络是一个更方便人们交换信息、弥补彼此差异的平台；并且，可以随着相对差异的变化而变化。例如，现在人们转而发布、交换那些能表明、展示个人个性的信息，真是“唯一不变的是不停地变化”！
本文试图从制度经济学合约的角度去思考在经济和管理层面具有高自治度的网络体系结构与信息交换控制权归属问题间的关系，并给出可行性技术实践方案。网络的未来是什么样子，这是大家努力的结果。然而，只要网络这种形式存在，交换控制权就是网络掌控者不变的核心追求。同时，在个体相对差异反复震荡的环境下，那些能顺应这种波动的交换权的掌控者，将创造出各种能满足个体需求的新应用，并逐渐成为行业和经济发展的引领者。
作者：傅川 张国清 杨景