data-v-9033 fe72数据- v-0 AEA 98aa源：美国航空航天局网络实验室

最近“元宇宙”这个词很火热。 信息领域历来擅长建立概念和包装的概念，这些概念往往由商业公司发起，“云计算”、“大数据”、“工业互联网”、“元宇宙”等也不例外。 新概念诞生之初，一般伴随着行业的兴奋、质疑或炒作。 但是，最终能够沉淀并真正落地的概念，无疑是具有技术内涵，带来产业升级的概念。 作为互联网领域的从业者，我试图了解什么是元宇宙，以及元宇宙是否给互联网技术的发展带来了新的挑战和机遇。

01 从网络接入终端的角度理解元宇宙的概念和技术内涵

在最近众说纷纭的“元宇宙”定义中，我所接受的是阿里巴巴达摩院XR实验室谭平博士在2021年10月的云栖大会上提出的定义，观点鲜明、简洁、简洁，“元宇宙是基于VR/AR眼镜构建的整个网络” 这一观点与我们网络研究者对网络技术的理解完全一致。

互联网已经从20世纪60年代、70年代的计算机网络工具发展到网络空间的新时期，成为现实世界的网络映射，成为人类社会的重要基础设施。 网络空间时代，网络基础设施的构成主要由三部分组成。 即“终端节点访问”、“自主网络网络”以及“异构网络互联”。 从技术发展的角度看，“终端节点接入”技术离用户最近，因此迭代升级最快； “异构网络互联”技术距离用户最远，因此迭代升级最慢； “自主网络”技术介于两者之间。

“终端节点访问”，即什么样的终端用什么样的方法访问互联网？ 回顾互联网的发展历史，每当新一代接入终端拥有上一代接入终端节点所没有的优势特性时，网络APP领域就会发生新的革命。 早期互联网连接的主流终端是PC，是我们俗称的“经典互联网”的时代。 之后，智能手机成为了重要的接入终端，具备PC所没有的“移动性”，进入了所谓的“移动互联网”时代，今天我们变得理所当然。 但是，无论是PC还是手机，画面依然是二维显示和交互的，VR/AR眼镜有三维显示和交互功能。 因此，有理由相信一旦VR/AR眼镜解决了佩戴的便利性和视觉交互方面的困难，网络APP将进入一个新的时代。 从当初经典的互联网时代进入移动互联网时代，就像互联网大公司经历洗牌一样从移动互联网时代进入元宇宙时代，互联网大公司进行同样的洗牌，Facebook和微软等都很重视元宇宙毕竟，每当互联网接入终端发生重大变革时，都会引起网络APP形态的巨大变化。

事实上，从互联网空间基础设施层面理解互联网接入终端，PC、智能手机、VR/AR眼镜都可以归类为“通信型”终端这一大类接入终端。 这些终端本质上解决了人的通信需求。 电话、游戏、聊天、购物等需要人与外界联系时，这类设备具有使用功能。如果人不需要与外界联系，这些设备就没用了。 除了“通信型”终端外，网络空间还有两种接入终端，我分别命名为“计算型”终端和“功能型”终端。 “计算型”终端是指执行计算任务的终端，主要是参与各种服务器或网络计算的节点，与人的通信需求无关，主要工作是各种分布式计算但是，“通信型”和“计算型”终端一样，在不需要执行计算和通信操作的情况下，没有其他用途。 “功能型”终端不同，它本身具有特殊的功能。 一旦加入互联网，除了原来的功能之外，还需要重叠新的网络功能。 典型的有智能车、工程终端、物联网终端等。 智能车本身的功能是高速移动的高质量运输载体，工程终端本身的功能是生成制造； 这两种终端一旦大规模接入互联网，就会产生许多新的网络APP。 也就是我们常说的“远程信息技术”和“工业互联网”。

综上所述，站在互联网接入终端的角度理解“元宇宙”是“通信型”终端发展的下一个里程碑，是从PC和手机的二维显示和交互发展到VR/AR的三维显示和交互后产生的网络APP 这种终端形态的变迁对互联网产业发展的重要意义不容忽视。 因为从经典互联网到移动互联网的变迁，已经被证实了。

站在产业的角度，互联网领域的新概念往往是其底层支撑技术成熟后的APP升级，因为APP应用才是互联网的主流。 因此，不必在意元宇宙自身是否有新的核心技术。 当初移动互联网兴起的时候，虽然没有什么新技术，但这并不影响移动互联网对整个网络APP生态系统的巨大变革(3G/4G也许可以作为移动互联网兴起的支撑技术，

从网络空间的角度来看，也不需要过分夸大元宇宙。 VR/AR眼镜将成为互联网重要的“通信型”终端，但主要解决人类的消费需求。 这不是未来唯一的通信终端，也不一定是最重要的终端。 未来，像智能车、工程终端这样满足人类生产需求的“功能型”终端的重要性也越来越大。

02 元宇宙对网络技术的新需求

如上所述，网络技术本身解决了“网络”问题，体现在“自主网络网络”和“异构网络互联”两个层面，即网络基础设施的“可扩展性”、“高带宽”、“ 由于互联网基础设施的大规模和自然共享性，无法按接入终端的种类分别构建网络。 因此，面对“互联网接入终端”的变化带来的互联网APP快速更新换代，互联网技术的应对方式都是“一成不变、万变”或“互联网变迁与升级”的终端与APP IP/IPv6协议已经成为互联网基础设施的基本网络协议，几乎没有动摇； 但是基于IP/IPv6协议，网络技术有很大的创新空间来满足各种新的终端和APP的新需求。

实际上，“通信型”、“计算型”、“功能型”的终端对网络性能、安全性等的需求差异很大。 “通信型”终端主要解决人的通信需求。 满足人类消费行为的网络APP，端到端的带宽需求往往像几十兆到几百兆，端到端的延迟需求在几十毫秒到几百毫秒之间。 交互延迟小于10毫秒时，人的感觉一般是麻木的； 交互延迟超过300毫秒，人类的感觉难以接受。 现在的互联网技术基本上满足了端到端几十毫秒或最大一两百毫秒的延迟，这样只能满足大部分基于PC和手机上的二维显示和交互的网络APP。 然而，基于三维显示和交互式的元宇宙APP应用需要10毫秒内的交互式延迟以避免头晕，这给当前的互联网技术带来了巨大的挑战。 另外，从安全方面来看，元宇宙的愿景是“虚实结合”，甚至是“虚实相互作用”，比如按照阿里巴巴谭平博士的观点，元宇宙的虚拟世界还可以用机器人改造物理世界。 )对安全也提出了更高的挑战。

与“通信型”终端相比，“计算型”终端和“功能型”终端对网络性能和安全性的需求不同。 支持“计算”终端的数据中心网络的端到端带宽要求经常在几克到几百克之间，端到端的延迟要求为微秒级。 支持安全要求相对较低的“功能型”终端的远程信息技术和工程网络，其端到端的带宽往往不高，但是延迟要求保证可靠性，而且要求信息安全和功能安全的融合。

在IP协议的基础上，互联网技术通过各种创新，满足不断出现的新型终端和应用的需要。 例如，为了满足数据中心网络的超高带宽和超低延迟需求，传输层协议将从广域网中使用的TCP升级到RDMA/RoCE。 为了满足考勤控制网络对确定性延迟的需求，目前IETF也成立了DETNET (确定性网络)工作组制定了RFC标准。 互联网以同样的方式应对元宇宙对互联网技术的新需求。

03 元宇宙对网络技术的新挑战

如果说元宇宙给互联网技术带来了“新的挑战”，那么一定是一种需求给互联网技术带来了巨大的麻烦，甚至“挑战”了互联网技术的设计原则。 否则，可以用现有的网络技术支撑，不能说是“新的挑战”。 个人认为，元宇宙对网络技术的挑战与近年来同样备受瞩目的“功能型”终端对网络技术的挑战相似，主要表现在三个方面。

挑战一(虚实融合寻求真实信任。 主要矛盾是端到端信任需求与互联网“开放互联”、“分布式体系结构”设计原则之间的矛盾。

元宇宙要实现“虚实融合”甚至“虚实相互作用”，必然要求网络真实可靠。 互联网空间中存在的许多安全问题的根源之一是互联网的恶意行为难以追踪，因此作恶的成本很低。 解决当今网络空间安全问题的主要精力不是识别、跟踪和追究攻击者的责任，而是如何提高被攻击者的保护能力。 在元宇宙APP中，随着虚拟世界与物理世界的融合和交互越来越紧密，对安全性的要求也就越高。 要构建安全可靠的元宇宙世界，仅靠系统设计和代码质量的改善不足以加强被攻击者的保护能力，需要参考物理世界的安全治理模式。 即建立以识别、跟踪、追究用户责任为中心的网络空间融合虚实可靠的治理系统，增加攻击者的作恶成本(当然前提是保护用户的隐私)。

为了构建这种将网络空间虚实融合的可信治理体系，面临的最大挑战是互联网的分布式体系结构。 包括元宇宙在内的网络APP，其安全可靠的需求是端到端的。 但是，互联网是一种“互联网”，没有集中控制系统，各自治网络之间依赖默认的互信，以完全分散的方式实现互联。 因此，如何实现可靠的治理体系所需的地址、路由、身份等信息在自治网络之间的安全可靠的传递，是一个很大的课题。

以路由的安全性为例。 2021年10月以后连续发生的Facebook网断事件、韩国电信网断事件等，体现了互联网跨域路由协议BGP的脆弱性。 为了应对分布式域间路由的安全性可靠性的极限，目前国际互联网协会发起的互联网路由安全交互协议(MANRS )程序为了实现路由安全，向各运营商引入了RPKI系统但是，RPKI解决路由安全的思路是通过集中式体系结构实现的，在一定程度上违背了互联网“分布式体系结构”的设计原则。

因此，如何解决网络空间虚实融合的可信治理体系与互联网“开放互联”、“分布式架构”的设计原则之间的矛盾，是元宇宙对网络技术提出的巨大挑战。 可能的解决方法之一是分布式信任的相关理论和技术创新。

2 )超低延迟迫切需要传输创新，主要矛盾是超低延迟的需求与互联网“流量开放”、“存储传输”的设计原则之间的矛盾。

如上所述，在元宇宙APP应用中，用户通过VR/AR终端访问和使用互联网时，网络交互延迟要求在10毫秒以下。 不这样做的话，会头晕。 这种超低延迟的需求目前的互联网远远不能满足。

事实上，当今的互联网体系结构在设计原则上并不是“延迟友好”。 首先，由于互联网开放流量，不进行准入控制，突发流量非常容易引起网络拥塞。 拥塞流量“排队延迟”是当今互联网端到端延迟的最主要来源。 其次，IP协议采用分组交换而不是线路交换。 在分组交换模式下，路由器通过存储转发方式转发通信。 各路由器接收的各包必须经过“保存”、“查找表”、“转发”的操作流程。 如果采用软件传输方式，就不能忽视“传输延迟”。 第三，拥塞控制协议(如TCP )在丢包时重新发送。 这个延迟更大了，可以称为“协议延迟”。 由于排队延迟、传输延迟和协议延迟的存在，今天互联网的端到端交互延迟一般在几十毫秒到几百毫秒之间，这对于“通信型”终端的二维显示和交互APP没有问题，但是元宇宙APP和“功能

值得注意的是，即使由于拥塞控制技术、分组传输技术和消息重传技术的改进，这三种延迟都为零，我们也需要“物理延迟”，即光纤信号或无线信号在物理空间中传播所需的延迟电磁波在空气中的传播速度约为30万公里/秒，光在玻璃纤维中的传播速度约为20万公里/秒。 以光纤通信为例，即使光纤是直线铺设的，10毫秒的往返延迟也最多传播1000公里。 如果端到端的通信距离超过1000公里，往返延迟必然会超过10毫秒。

值得注意的是，在移动通信的5G/6G愿景中，也将10毫秒以内的通信延迟作为重要的技术指标。 但是，5G/6G解决的只是互联网接入问题，没有涵盖互联网端到端通信的全部路径。

因此，如何解决10毫秒内的交互式延迟需求与互联网“流量开放”、“存储传输”设计原则之间的矛盾，是元宇宙对网络技术提出的另一个挑战。 一种可能的解决方案是，通过创新传输协议来降低传输延迟，从而通过优化分组传输处理来降低协议延迟，其中分组传输处理通过更好的业务工程方法来减轻或避免拥塞，从而降低协议延迟，等等

挑战3 )确定地保障破坏公平竞争。 主要矛盾是确定的服务质量保障与互联网“统计复用”、“公平竞争”的设计原则之间的矛盾。

在元宇宙虚实融合的APP环境中，用户需要找到与物理空间相同的网络空间体验。 在物理空间中，我们的大部分体验是“确定性”。 例如，即使我们往返于同一条路，这条路的物理距离也已经决定了。 我们在穿墙，疼痛也比较确定。 但是，在网络空间中，所有的端到端通信流量共享相同的物理网络资源，因此网络延迟、网络带宽等用户体验的性能指标大幅紊乱，不确定性较强。 在二维显示和交互终端中，这种性能不确定性带来的负面体验很小，但在三维显示和交互终端、虚实融合的应用环境中，负面体验会相当大。 换言之，元宇宙的应用要求更好的“确定性服务质量保证”。

为更重要的APP提供更好的服务质量保证对互联网来说不是新问题。 谷歌公司提出的由IETF标准化为RFC 9000的QUIC协议、IETF设立的DETNET工作组等，为高优先级的APP提供了可靠的性能保证。 但问题是，这种确定性保障与互联网“统计复用”、“公平竞争”的设计原则本质上是矛盾的。 无论如何，网络资源有限，无法为所有APP提供可靠的保证。 如果只为优先级高的APP提供可靠的质量保证，谁来决定优先级呢？ 如果让APP和终端自己决定优先级，各APP和终端通过识别将自己标记为最高优先级的APP来对网络进行优先级划分，今后大部分互联网通信将被加密，其识别本身将变得困难。 更需要考虑的是，元宇宙APP满足的主要是人类的通信/消费需求，互联网空间将来也同样承担着满足生产需求的“功能型”终端的流量。 人产生的流量和机器产生的流量之间，哪一个比较轻？ 这些都是对网络提出确定的需求后，如何分配优先顺序？

因此，如何解决确定性的服务质量保障与互联网“统计复用”、“公平竞争”的设计原则之间的矛盾，也是元宇宙对网络技术提出的挑战。 这个问题的解决可能需要制定更多的社会治理水平的规则，但也需要在加密流量的识别、网络优先排序、有效的资源分配方法等方面提供技术支持。

总结

从互联网空间的角度看，元宇宙是“互联网接入终端”支持三维显示和交互后，网络APP应用的重要更新换代。 模仿移动互联网的发展历史，这一世代交替很可能带来新的产业洗牌。 为不断涌现的新型APP提供更好的网络支撑和网络服务始终是网络技术发展的重要动力。

同时，元宇宙、远程信息技术、工业互联网等蓬勃发展的新型网络APP与基于传统PC和手机终端的网络APP相比，在网络安全、低延迟、可靠性、可靠性等方面的需求有了本质的提高要使这些新的网络APP从概念上变为现实，网络基础设施必须满足其需求。 如果做不到这一点，这个元宇宙的概念可能会像2014/2015年被炒鱿鱼的VR/AR的概念一样开花。 这既是我们互联网领域从业人员的挑战，也是机遇。

结束

来源| NASP网络实验室

作者李丹