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数字地球导论信息基础设施
第八章信息基础设施
信息高速公路是“国家信息基础设施（NationalInformationInfrastructure，简称NII）”的俗称，实际上就是一个高速光纤通信网络，是连接各种局域性网络和各种系统的小网络的“网中之网”，该网络的末端能深入每一个家庭，从而构成一个能处理图、文、声、像等各种信息的四通八达的信息“交通网”。
从美国的做法看来，建设信息高速公路的设想完全是自上而下提出来的。
1991年，当时还是参议院的戈尔先后提出了“高性能计算行动法案”（HPCA）和“高速性能计算与通信（HPCC）计划”。
戈尔入住白宫后，进一步提出建立全国性信息网的设想。
在戈尔的推动下，1993年2月，克林顿以《国情咨文》的形式在国会发表了题为《促进美国经济增长的技术——经济发展的新方向》的报告，正式向国会提出建设NII的计划，并以此作为政府发展政策的重点和产业发展的基础，以增强美国的竞争力。
本章主要内容
国家信息基础设施的发展
Internet和信息高速公路
下一代互联网（NGI）
国家空间信息基础设施（NSDI）
第一节国家信息基础设施
一、信息高速公路
1991年，戈尔提出了全国性的数据高速公路的概念，稍后参议员莫勒（Moeller）也于1993年提出了同一动议。
其基本要点是将美国各地的超级计算中心连接到一个高速网络上，并使其它部门的工作也进入高性能计算领域。
通过建立一条信息高速公路来刺激美国经济的主张成为民主党的竞选纲领之一，后来亦成为美国民主党政府的经济改革政策的重要组成部分。
另一方面，1993年初，美国13家主要计算机公司的执行总裁们联合起来进行游说，鼓吹美国现有的国家研究与教育网络NREN（NationalResearchandEducationNetwork）应当超越政府部门和大学的界限，进入遍及全国的办公室和家庭。
作为计算机系统政策设计委员会（ComputerSystemsPolicyProject）的成员，这些“老总”们提议建设一个国家信息基础设施体系（NII），即一个宽带数字网络。
他们并建议政府为NII开发一项公共信息计划，使政府的数据能够对公众更加开放。
1993年4月，美国众议院收到国会议员巴歇（Boucher）对1991年制定的“高性能计算计划”HPCA的一项修正案，建议将所有的学校、图书馆和地方政府的办公室都连接到Internet上，并使所有局域网上的用户也能使用信息高速公路。
在上述背景下，美国副总统戈尔和商业部长荣.布朗（RonBrown）于1993年9月宣正式布了“国家信息基础设施”（NationalInformationInfrastructure，简称NII）计划，人们将其通俗地称为“信息高速公路”计划。
从此，发展信息高速公路成为美国联邦政府的一项国策。
克林顿政府并不把建设美国信息高速公路单纯看成是计算机行业或电信行业一、两个行业的事，而是把“国家信息基础设施（NII）”视为未来美国新型社会资本的核心，把研究和建设信息高速公路作为美国科技战略的关键部分和国家最优先的任务，就如同当年的政府把上世纪跨越北美的铁路建设，和本世纪50年代美国高速公路网的建设作为抑制萧条、刺激经济增长的战略举措一样。
克林顿政府也在冷战结束以后，在诸如“星球大战”以及大功率正负电子对撞机等带冷战背景的大型科研项目停顿或收缩的形势下，选择建设信息高速公路作为刺激国内经济发展、增加就业机会、保持和夺回美国在重大关键技术领域一度削弱的国际领先地位，从而增强美国经济竞争实力的重大战略部署。
根据美国官方有关NII的一系列文件，NII旨在提供一个硬件、软件和技术的集成环境，使人们能够通过计算机和大量的信息资源服务方便而经济地彼此交往。
NII将是一个“由通讯网络，计算机，电视，电话和卫星无缝地连接起来的网络。
”这一无缝网络将彻底地改变美国人的“生活、学习，工作和与国内外进行通讯的方式”，“满足美国公民对信息的需要”。
1994年3月在阿根廷的布宜诺斯艾利斯由国际电讯联盟（ITU）主持召开的首届世界电讯发展会议上，美国副总统戈尔号召各国积极参与建设全球信息基础设施的宏伟构想，戈尔结合美国国家信息基础设施行动计划提出实现国家信息基础设施的五项原则，即：
●鼓励私人投资
●促进并保护竞争
●为消费者和信息服务者提供对NII的公开访问
●确保全方位服务的可靠性和灵活性
●使信息系统能够跟上技术和市场的飞速发展。
二、NII的目标
●建成一个连接到各社会机构、团体和每个家庭的宽带（Gigabits）高速网络
●为全社会提供丰富多彩的信息
●开展多样化的高级信息服务
●全面满足人们在生产、工作、生活和人际交往中的信息需求。
三、全球信息基础设施（GII）
1994年9月，美国副总统戈尔提出建立全球信息基础设施（GlobalInformationInfrastructureGII）的倡议。
建议将各国的NII联结起来，组成世界信息高速公路，实现全球信息共享。
还建议由世界银行帮助发展中国家解决资金困难，美国可为他们培训专业人员。
GII对于加强国际经济和科学技术合作具有重要意义，但美国政府可没有那么国际主义。
美国政府热衷于GII显然有其深层的原因：
第一，可扩大信息产业及与其有关产业市场。
大多数国家特别是发展中国家建设各自的NII，要引进在这一领域处于领先地位的美国的技术、设备和服务，从而使美国获得了难得的扩大出口的机会。
这些国家对信息资源的利用也将主要依赖美国，信息资源是非消耗性的，用户增加的效益远高于其它产业。
美国政府热衷于GII深层的原因
第二，能主宰全球信息交流，充分利用和控制世界各国的信息，实施对外扩张。
美国利用其在这一领域处于领先地位的优势，迫使各国在通信标准和管理规划上向它靠拢，使自己成为GII的中枢。
这样就可以利用GII全面掌握其它国家的信息，达到其对外扩张，称霸世界的目的。
第三，不断进行政治和文化渗透。
GII使信息交流跨越国界，多媒体的宣传效果好于其它传媒手段。
西方的文化和政治通过GII潜移默化向发展中国家渗透，使发展中国家和平演变、西化，成为其附庸，这就是戈尔“促进民主进程”的涵义。
另外跨国界的信息交流，也为美国窃密提供了方便。
第四，积极为美国白领阶层增加就业机会。
美国将凭借其知识资源的优势，通过信息传输的方式提供智力服务，为其失业增多的白领阶层寻找工作机会。
综上所述，尽管许多国家对信息高速公路建设想法不尽相同，但看到谁拥有信息，谁就拥有未来，对国家信息高速公路建设的重要性也就有了共识，都在磨拳擦掌，迎接挑战。
1995年2月《全球信息基础设施：
合作计划》出版，进一步阐述了戈尔的基本原则，并对各国实施GII计划提出了一系列政策建议。
在此基础上，欧盟的GII计划开始强调公共部门在开发战略性技术和在支持教育、科研以及其他优先部门的信息和通信设施建设中的重要作用，从而将GII带出通信产业私有化的狭窄空间。
四、日本的NII计划
是二十多年信息化建设的继续，该计划的提出一方面是为了赶超美国，另一方面则是促进日本脆弱的信息产业的发展。
最初的NII计划于1994年提出，一开始它与网络毫无关联，起初的推动力是人们对技术竞争力的强烈关注（基于计算机和通信技术）和电子制造商拓展崭新市场的需要。
日本NII的目标是建立以信息/通信为基础的经济，其重点是提高日本产业的竞争力，通过两个途径实现：
一是创造新兴经济活动以替换必然向外部转移的传统经济活动，新兴经济活动包括知识产权、信息内容、娱乐及信息服务的生产和提供，新式多媒体及通信设备的生产等；二是通过网络在公司内部和公司之间的应用，提高已有公司的生产力和竞争力。
具体而言，日本NII计划将以下方面做为其发展重点：
●生产新的多媒体产品和服务；
●装备全国性的宽带光纤通信基础设施；
●自主生产主要硬件产品；
●发展软件开发能力；
●通过运用信息和通信技术提高经济竞争力。
五、新加坡的NII计划
新加坡是最早制定有关国家信息基础设施发展战略的国家之一，在新兴发达国家中更是领先一大步。
在八十年代早期，新加坡就已经注意到信息技术在提高经济绩效方面的潜力，1981年成立了“国家计算机委员会”在计算机和信息产业发展方面起协调作用。
该委员会的一个宏伟计划是建设一个计算机化的政府服务工程“国民服务计算机化计划”（CSCP），该计划实际上使政府部门成为国内计算机技术的主要使用者。
由于该委员会隶属财政部的有利条件使得它在整个公共部门实施计算机化计划能够获得资金保障。
另外该委员会的工作还包括：
协调计算机人才的教育和培训，建立以出口为主的软件产业等。
1985年该委员会提出了“国家IT计划”，确定了新加坡IT重点发展的七个方面：
●IT人力资源
●IT文化
●信息通信基础设施
●IT应用（提高生产力和创造竞争优势）
●IT产业
●营造发展创新能力和企业家精神的环境
●协调与合作等。
该计划大大扩充了政府介入IT产业政策与发展的范围，委员会的职能也相应扩大，在新加坡政府的推动下，该国的IT利用水平有了飞速发展。
六、美、日、新等国家发展NII的经验
1、强调政府（或公共部门）和私人部门的共同参与，尽管各国根据其不同国情各有侧重，但他们一致认为只有政府或只有私人部门都无法建成统一、有效率的国家信息基础设施；
2、主要关注技术层面的发展，强调网络的实体建设和相应的制度建设；
美、日、新等国家发展NII的经验
3、市场化或自由化是NII建设的主要政策取向；
4、对国家信息基础设施建设的重视和强调反映了各国政府对该计划在国家产业升级乃至国家竞争力提升中的关键作用的认识，从这一意义上看，对国家信息基础设施的理解已经超出技术方面的考虑，而上升到国家战略的层面上来。
七、信息基础设施的四个基本要素
（1）信息高速通道
这是一个能覆盖全国的以光纤通信网络为主的，辅以微波和卫星通信的数字化大容量，高速率的通信网。
（2）信息资源
把众多的公用的、未用数据、图像库连接起来，通过通信网络为用户提供各类资料，影视，书籍，报刊等信息服务。
信息基础设施的四个基本要素
（3）信息处理与控制
主要是指通信网路上的高性能计算机和服务器，高性能个人计算机和工作站对信息在输入/输出，传输，存储，交换过程中的处理和控制。
（4）信息服务对象
使用多媒体经济，智能经济和各种应用系统的用户进行相互通信，可以通过通信终端享受丰富的信息资源，满足各自的需求。
八、信息基础设施的主要关键技术
（1）通信网技术；
（2）光纤通信网（SDH）及异步转移模式交换技术；
（3）信息通用接入网技术；
（4）数据库和信息处理技术；
（5）移动通信及卫星通信，数字微波技术；
（6）高性能并行计算机系统和接口技术；
（7）图像库和高清晰度电视技术；
（8）多媒体技术。
九、社会经济效益
据美国预计，到2007年即美国建成信息高速公路之际，国民生产总值将因信息高速公路建成而增加3210亿美元；实现家庭办公等将减少铁路公路和航运的工作量的40%，也相应减少能源消耗和减少能源消耗和污染；光是汽车的废气排放量每年减少1800万吨，通过远距教学和医疗诊断，节省大量时间和资金；劳动生产率将提高20%～40%。
在利用光纤通信手段建立的“信息高速公路”上，可以同时传送500个电视频道。
这种信息时代的壮观情景，充分显示了“信息高速公路”的强大威力。
美国实现“信息高速公路”战略规划的示意图。
利用现代化的通信技术构筑网络系统，建立星罗棋布的密集网点。
十、国家信息基础设施的组成
一系列不断扩展的仪器设备：
如摄像机、扫描仪、键盘、电话、传真机、计算机、交换机、高密度磁盘和光盘、声像带、电缆、电线、通信卫星、光纤传输线路、微波通信网、电视、监视器、打印机等。
NII将这些物理设备集成并互连起来为信息时代的各种技术进步用于公众而奠定各项基础。
信息本身：
这些信息可以通过电视节目、科学或商业数据库、影像、录音、图书馆档案及其它媒体等形式体现。
目前大量的这类信息分布在政府的各机构中，而且每天都从实验室、演播室、出版商等处传播有价值的信息。
各类应用程序和软件：
用户能借助于这些程序和软件去访问、处理、组织和提炼那些由NII设施提供的、随时可用的大量信息。
各种网络标准和传输编码：
依靠它们实现网络间的互连和互操作，确保个人秘密和网络的安全与可靠。
人：
这类人的工作是挖掘信息，开发应用程序和服务、组建设备、培训其他人员等。
他们大部分在私营企业。
十一、2006年中国信息化建设发展方向
2006年3月17日，《中国信息化发展报告2006》由国务院信息化办公室正式对外发布，中共中央政治局常委、国务院副总理、国家信息化领导小组副组长黄菊为报告作序。
这份政府文告包含了“十五”期间我国信息化发展概况、经济领域信息化、社会领域信息化、电子政务、信息资源开发利用、信息产业和信息技术、信息基础设施、信息安全、信息化环境、2006年我国信息化展望共10个部分。
报告分析了中国信息化的战略框架和路径选择。
国民经济信息化扎实推进，对促进经济结构调整和增长方式转变的作用将进一步发挥。
按照建设社会主义新农村的要求，农村广播电视通信等信息服务将进一步加强，农村信息基础设施建设成果继续巩固和提高。
社会信息化步伐加快，对促进社会主义和谐社会建设发挥重要作用。
电子政务深入推行，对经济社会发展和政府职能转变的促进作用进一步显现。
信息资源开发利用工作继续加强，信息化建设的综合效益得到提高。
信息技术自主创新力度将加大，信息化发展能力进一步增强，为国民经济和社会信息化提供有力支撑。
信息安全保障工作继续深入，国家信息安全保障体系建设将取得新进展 。
信息基础设施建设：
2006年我国信息基础设施建设将根据技术和市场的发展趋势，进一步优化网络。
继续增强电信网络综合通信能力，提高网络资源利用率;务实地推动第三代移动通信和下一代网络的发展;进一步加大宽带通信网和宽带用户接入网建设力度，加强宽带网络应用平台建设，着力推进网络资源整合。
在广播电视基础设施建设领域，我国将实施安全播出工程，建立广播影视安全保障体系。
加强农村广播影视建设，完善广播影视公共服务体系。
2006年我国信息化标准体系建设的主要任务：
继续完善电子政务标准体系建设，研究制定一批基础、关键性的标准，重点开展信息资源开发利用、电子商务、社会信息化标准体系和急用标准、网络等标准规范的研制工作;利用多种形式开展对已经发布的重要标准的宣传、培训等工作。
软件标准化领域要不断完善和适时发布重要基础国家标准，并争取将我国自主制定的标准纳入国际标准中。
第二节Internet与信息高速公路
一、Internet与交通类比
交通因特网
高速公路通信线路
汽车基于Internet的应用程序
车速传输速率（Mb/s）
车流量传输带宽（Mb/s）或信息流量
目前Internet的速度还有待进一步提高。
二、因特网时代
美国国家科学基金会NSF认识到计算机网络对科学研究的重要性，因此从1985年起，美国国家科学基金会就围绕其六个大型计算机中心建设计算机网络。
1986年，NSF建立了国家科学基金网NSFNET。
NSFNET后来接管了ARPANET，并将网络改名为Internet，即因特网。
（1）实验研究阶段（1969-1985）
1969,ARPA,美国国防科研用网ARPANET。
（2）学术性网络（1986-1995）
1986，美国国家科学基金会（NSF）建立了以ARPANET为基础的学术性网络，即NSFNET。
1995年NSFNET结束了作为Internet主干网的历史使命，从学术性转化为商业网络。
（3）商业化网络（1996年以后）
三、全球互联网发展宏观状况
1、Internet在中国
网民数：
截止到2005年6月30日,我国的网民达到了1.03亿人，占全国人口总数的7.9％（1/13），世界第二
尽管我国的互联网用户总数很大，增长速度较快，但互联网络的普及程度目前还很低，发展空间仍非常大。
上海的信息基础设施建设：
2004年，全市用于信息化建设的固定资产投资330.63亿元，占全市固定资产投资总额的比重为10.7%。
年末，国际互联网出口带宽增加到1.85万兆，宽带接入用户158.82万户，国际互联网用户633万户，分别比上年末增加66.33万户和179万户；卫星站点917个，比上年增加11个。
1992年，因特网不再归美国政府管辖，因此成立了一个国际性组织叫做因特网协会ISOC（InternetSociety），以便对因特网进行全面管理以及在世界范围内促进其发展和使用。
ISOC下面有一个技术组织叫做因特网体系结构研究委员会IAB（InternetArchitectureBoard），负责管理因特网有关协议的开发。
IAB下面又设有两个工程部。
●因特网工程部IETF（InternetEngineeringTaskForce）
●因特网研究部IRTF（InternetResearchTaskForce）
从一个普通文档上升到因特网的正式标准要经过四个阶段:
（1）因特网草案（InternetDraft）。
（2）建议标准（ProposedStandard）。
（3）草案标准（DraftStandard）。
（4）因特网标准（InternetStandard）。
第三节下一代互联网（Next-GenerationNetworks，NGN）
所谓“下一代网络”，从字面上理解，应该是以当前网络为基点的下一代网络。
几年来业界对下一代网络的深入研究，已经把它的面目描绘得越来越清晰。
然而我们不禁还要问，下一代网络之后的网络应该是什么样的？
网络的发展应该朝着什么样的目标？
下一代互联网NGI的提出主要针对目前互联网技术体系中存在的诸多先天缺陷。
这些缺陷已经导致了互联网高速发展中的一系列严峻问题，并且很难在现有技术体系下通过有限的改良得到解决。
因此，NGI的实质是通过一些革命性的技术发展，解决目前互联网在管理、安全、服务质量以及规模和性能可扩展性方面存在的问题。
一、下一代互联网的提出
现在的互联网是建立在IPv4协议基础上的，下一代互联网的核心将是IPv6协议。
经过多年发展后，第一代互联网在全面成熟的同时，一些不足逐渐显露，其中最紧迫的就是地址空间问题。
上世纪90年代初，人们就开始讨论新的互联网络协议。
IETF的IPng工作组在1994年9月提出了一个正式的草案“TheRecommendationfortheIPNextGenerationProtocol”，1995年底确定了IPng的协议规范，并称为“IP版本6”（IPv6），以次与现在使用的版本4相区别（1998年又作了较大的改动）。
尽管设计IPv6的最初的动机主要是解决地址空间日益紧张的问题，但是人们希望它同时能够解决目前Internet上存在的、IPv4难以解决的一些重大课题，包括安全、服务质量（QoS）、移动计算等。
到1998年年初，IPv6协议的基本框架已经逐步成熟，并在越来越广泛的范围内得到实践。
有关IPv6的所有讨论和建议，被称为IP-thenextgeneration（IPng）。
由于IPv4向IPv6过渡的重要性，IETF成立了专门的工作组——ngtrans研究从现有的IPv4网络向IPv6网络的过渡策略和必要的技术。
国际的IPv6试验网——6bone也于1996年成立。
现在，6bone已经扩展到全球50多个国家和地区。
二、国际下一代互联网研究与发展
美国不仅是第一代互联网全球化进程的推动者和受益者，而且在下一代互联网的发展中仍然扮演着领跑角色。
1996年，美国政府发起下一代互联网NGI行动计划，建立了下一代互联网主干网vBNS；1998年，美国下一代互联网研究的大学联盟UCAID成立，启动Internet2计划。
而继NGI计划结束之后，美国政府立即启动了旨在推动下一代互联网产业化进程的LSN计划。
如今，美国在国际下一代互联网的各个科学研究领域和技术标准制定中都占据着主导地位。
作为美国的重要战略盟友，加拿大政府也支持了CANET发展计划，目前已经历4次大规模的升级。
由于政府的高度重视和大力支持，目前以美加为主的北美地区代表了全球下一代互联网的最高水平。
美国在下一代互联网发展中日渐彰显的垄断趋势已经引起许多发达国家的关注。
2001年，欧共体正式启动下一代互联网研究计划，建立了横跨31个国家的主干网GéANT，并以此为基础全面进行下一代互联网各项核心技术的研究和开发。
日本、韩国和新加坡三国在1998年发起建立“亚太地区先进网络APAN”，加入下一代互联网的国际性研究。
日本目前在国际IPv6的科学研究乃至产业化方面占据国际领先地位。
目前，美国Internet2正联合欧洲、亚洲各国发起“全球太比特学术研究网络GTRN”计划，积极推动下一代互联网研究和建设的升华和全球化。
2003年10月，作为世界互联网最早的驱动者，美国军方正式公布了他们300亿美元的IPv6计划，计划在2010年前后，完成从IPv4到IPv6的迁移。
2004年1月，在布鲁塞尔欧盟总部，包括CERNET在内的全球8大下一代互联网学术组织共同宣布，正式向社会各界提供IPv6服务。
三、下一代互联网与现在互联网的差别
更大：
下一代互联网将逐渐放弃IPv4,启用IPv6地址协议，从2的32次方增加到2的128次方，有人形容世界上每一粒沙子都会有一个IP地址；现有Ipv4地址将在在近年迅速耗尽，世界互联网发展将受严重限制。
更快：
在下一代互联网，高速强调的是端到端的绝对速度，至少100兆。
至于能高到什么程度，这有赖于传输技术的不断发展。
12月7日，CERNET在北京与天津之间就实现了世界上第一次有真实流量的40G互联带宽。
高出100倍，1000倍也都是很正常的事情。
更安全：
目前的计算机网络因为种种原因，在体系设计上有一些不够完善的地方，下一代互联网将在建设之初就从体系设计上充分考虑安全问题，使网络安全的可控性，可管理性大大增强。
基于以上特点，未来的互联网将更方便，更及时，真正的数字化生活将来临。
随时、随地，我们可以用任何一种方式高速上网，任何可能的东西都会成为网络化生活的一部分。
四、中国的下一代互联网研究与CNGI
1998年，清华大学依托CERNET，建设了中国第一个IPv6试验床，应该说，这是中国开始下一代互联网最有标志性意义的事件。
1999年，即开始试验分配IPv6地址。
在“九五”期间，中国政府即对下一代互联网研究给予大力支持，启动了一系列科研乃至产业发展计划。
2000年底，在国家自然基金委的支持下，“中国高速互联研究实验网络（NSFCnet）”项目启动，建设了我国第一个地区性下一代互联网试验网络。
该项目连接了清华大学、北京大学、北京航空航天大学、中科院、国家自然基金委等6个节点，并与世界上下一代互联网连接。
2001年该项目通过鉴定验收，下一代互联网研究引起了社会各界的高度关注。
与此同时，国家“863计划”资助了CAINONET项目，依托中国教育和科研计算机网CERNET，由清华大学等单位建设和运行的大规模IPv6实验网络。
“十五”期间，下一代互联网的研究和开发被推上一个新的战略高度。
国家自然科学基金、国家863计划均设立了大量相关的基础研究项目和关键技术开发项目。
尤其是在国家计委的支
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