下一代網(wǎng)絡(luò)將為“兩層”架構(gòu)
朱杰 劉喜喜 2008/03/17
網(wǎng)絡(luò)已成為支撐現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會進(jìn)步和科技創(chuàng)新的重要信息基礎(chǔ)設(shè)施。目前，世界各國先后展開了下一代網(wǎng)絡(luò)研究，那么，下一代網(wǎng)絡(luò)究竟會是什么樣的？進(jìn)展情況又如何呢？
隨著超高速光通信、無線移動通信、高性能低成本計算和軟件等技術(shù)的迅速發(fā)展，以及互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，人們對網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模、功能和性能等方面的要求越來越高。在不久前結(jié)束的YOCSEF（青年計算機(jī)科技論壇）上，
中國工程院院士劉韻潔、清華大學(xué)教授吳建平、北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院院長張宏科對下一代網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀和發(fā)展進(jìn)行了深入探討。張宏科還展示了下一代網(wǎng)絡(luò)的研究成果，他認(rèn)為，未來網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)將由現(xiàn)在的七層演進(jìn)為兩層。
研究的三個階段
業(yè)內(nèi)一直在關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的未來發(fā)展和演進(jìn)。目前為止，對于下一代網(wǎng)絡(luò)的研究，主要可以分為以下幾個階段。
第一階段的網(wǎng)絡(luò)研究大約發(fā)生在8年到10年前。當(dāng)時全世界都在關(guān)注IPv6網(wǎng)絡(luò)的研究。到目前為止，IPv6網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)推進(jìn)、商用化全面展開的階段。
第二階段是2001~2002年左右，主要是移動互聯(lián)網(wǎng)研究階段。現(xiàn)在，這個階段從研發(fā)角度來講，也已經(jīng)開始全面推進(jìn)，逐步進(jìn)入商用。
第三階段是在2003年左右，新一代傳感器網(wǎng)絡(luò)開始受到關(guān)注，前兩個階段是完成人與人之間的通信，這個階段要求新一代網(wǎng)絡(luò)完成的是人與物之間、物與物之間的傳感器網(wǎng)絡(luò)連接。
以上三個階段可以說是現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)研究工作的基礎(chǔ)和支撐。目前，全世界展開新一代網(wǎng)絡(luò)研究，實(shí)際上是想研究出一個全新的網(wǎng)絡(luò)模型，消除傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的不足。
回顧原始網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計思想，基本上是一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)于一種服務(wù)模式。比如說電信網(wǎng)最初就是為打電話而設(shè)計的，嚴(yán)格說這種網(wǎng)絡(luò)主要是為了解決高速度數(shù)據(jù)傳輸問題，對圖像傳輸不是很適合�；ヂ�(lián)網(wǎng)最初是為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)，它實(shí)際上不適合語音、圖像等傳輸，雖然通過目前的互聯(lián)網(wǎng)也可以進(jìn)行一些語音和圖像傳輸，但不高效，而且存在可控、可管、安全性方面的缺陷。如果要用一個網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的功能，就必須對目前的網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行改變，做到真正的網(wǎng)絡(luò)融合。
面臨的三個問題
張宏科認(rèn)為，新一代信息網(wǎng)絡(luò)目前在研發(fā)過程中主要解決以下主要問題。
第一，信息網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)問題。比如現(xiàn)在的七層網(wǎng)絡(luò)、四層網(wǎng)絡(luò)、三層網(wǎng)絡(luò)，每一種網(wǎng)絡(luò)針對某一種主要業(yè)務(wù)，這并不很科學(xué)。而且每一種網(wǎng)絡(luò)工作原理和機(jī)制很多東西很類似，但是搭建網(wǎng)絡(luò)的效果卻不一樣。新一代網(wǎng)絡(luò)要替代現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)當(dāng)然很難，只能多年磨劍，長期鉆研，對過去的網(wǎng)絡(luò)研究透才能解決這些問題。
第二，解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的異質(zhì)異構(gòu)問題。我們現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)很多，一種網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)一種體系結(jié)構(gòu)；新一代信息網(wǎng)絡(luò)需要一體化，而且從機(jī)理上可以做到一體化。其實(shí)，所有的網(wǎng)絡(luò)不是路由器就是交換機(jī)，只是公共數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換機(jī)制不一樣，完全可以在機(jī)理上設(shè)計一種網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)一體化。
第三，新一代網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該負(fù)載多種業(yè)務(wù)�，F(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)也在一定程度上可以支持多種業(yè)務(wù)，但是人們不滿意，有很多弊端，需要在新的網(wǎng)絡(luò)下提供普適服務(wù)，也就是多種優(yōu)良服務(wù)。新一代網(wǎng)絡(luò)需要可移動性、可信性非常值得信賴。
可信網(wǎng)絡(luò)與普適服務(wù)
在上面的背景下，張宏科教授提出了一個全新的網(wǎng)絡(luò)體系模型。上層是普適服務(wù)層，下層是交換路由層，就通過兩層網(wǎng)絡(luò)模型，來構(gòu)建下一代信息網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)實(shí)際上是一個全新的“標(biāo)識分組網(wǎng)絡(luò)”，通過標(biāo)識進(jìn)行管理，通過分組進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
交換路由層的研究目標(biāo)是在一個可信（安全、可靠、可控、可管）的網(wǎng)絡(luò)平臺上提供多元化的網(wǎng)絡(luò)和終端接入，保證信息交互的可信性和移動性，并有支持普適服務(wù)的能力。傳統(tǒng)IP地址具有語義重載性（IP地址同時表示主機(jī)的身份信息和位置信息），導(dǎo)致了一系列難以解決的問題，如IP地址欺騙、傳輸層無法支持移動性、網(wǎng)絡(luò)缺乏可控可管能力等。交換路由層采用的接入標(biāo)識與交換路由標(biāo)識分離映射方法解決了這一問題。
接入標(biāo)識與交換路由標(biāo)識分離方法將網(wǎng)絡(luò)劃分為接入層和核心層。網(wǎng)絡(luò)中有接入標(biāo)識和交換路由標(biāo)識兩種標(biāo)識，接入標(biāo)識代表了終端的身份信息，只能在接入層使用；而交換路由標(biāo)識代表了終端的位置信息，只能在核心層使用。交換路由層采用間接通信模式：在接入層采用接入標(biāo)識轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，而在核心層采用內(nèi)部的交換路由標(biāo)識替代接入標(biāo)識轉(zhuǎn)發(fā)；接入層負(fù)責(zé)各種通信終端的接入，核心層進(jìn)行控制管理和交換路由，用戶的隱私性、網(wǎng)絡(luò)的安全性、可控可管性和移動性在核心層和接入層中以一種統(tǒng)一的基于標(biāo)識的方式分別實(shí)現(xiàn)。
普適服務(wù)層負(fù)責(zé)各種業(yè)務(wù)的會話、控制和管理，這些業(yè)務(wù)包括由運(yùn)營商或第三方增值服務(wù)商提供的各種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，主要是語音、數(shù)據(jù)、流媒體等，不同的業(yè)務(wù)用相同的普適服務(wù)層承載。普適服務(wù)層主要解決兩個問題：
１．網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與資源統(tǒng)一處理
資源的獲取和服務(wù)的接入是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)最主要的兩種應(yīng)用，但是在當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)之下，資源和服務(wù)并沒有統(tǒng)一的描述和處理機(jī)制。鑒于此，普適服務(wù)層通過引入“服務(wù)標(biāo)識”和“服務(wù)描述”的概念與設(shè)計，提出了一種基于本體的資源和服務(wù)的統(tǒng)一描述機(jī)制。具體實(shí)現(xiàn)采用了語義網(wǎng)和本體設(shè)計的技術(shù)，建立了統(tǒng)一的本體描述，其中包括資源的分類和服務(wù)的分類，以及對服務(wù)和資源的關(guān)系進(jìn)行描述的參數(shù)。
２．支持多連接多路徑的高效傳輸協(xié)議設(shè)計
服務(wù)連接的建立是各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)完成必需的過程，高效的連接建立過程是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的重要內(nèi)容。普適服務(wù)層引入“連接標(biāo)識”的設(shè)計，通過將“服務(wù)標(biāo)識”映射到“連接標(biāo)識”實(shí)現(xiàn)服務(wù)連接的建立。這種映射的可能形式包括一對一簡單映射、一對多多連接映射、多對一多流映射和多對多復(fù)雜映射。
從總體趨勢上看，下一代網(wǎng)絡(luò)整個網(wǎng)的核心層功能結(jié)構(gòu)將趨向扁平化的兩層結(jié)構(gòu)：核心網(wǎng)的發(fā)展趨勢將更加傾向于傳送層和業(yè)務(wù)層而獨(dú)立發(fā)展，并分別優(yōu)化；而在網(wǎng)絡(luò)邊緣則傾向于多業(yè)務(wù)、多體系的融合，允許多協(xié)議業(yè)務(wù)接入，能以最經(jīng)濟(jì)的成本和靈活、可靠且持續(xù)支持一切已有和將有的業(yè)務(wù)。
融合網(wǎng)絡(luò)的問題如何解決，如何在一個物理網(wǎng)絡(luò)的平臺來提供多種業(yè)務(wù)？上世紀(jì)８０年代通過ＡＴＭ的方式?jīng)]能解決網(wǎng)絡(luò)融合的問題，上世紀(jì)90年代互聯(lián)網(wǎng)也沒能解決這個問題。實(shí)踐證明，有一個解決思路可行——就是通過設(shè)計獨(dú)立的虛擬載入網(wǎng)，使每一種業(yè)務(wù)都有一個具體的網(wǎng)絡(luò)，而且這些邏輯的網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立、隔離。這樣，語音業(yè)務(wù)和ＡＴＭ、幀中繼網(wǎng)上的業(yè)務(wù)、視頻業(yè)務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)、移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在一個物理平臺上實(shí)現(xiàn)，并且符合電信標(biāo)準(zhǔn)，甚至超過原有網(wǎng)絡(luò)的能力。
移動通信和家用電器等對IPv6的需求越來越迫切，很多IPv6家電甚至已經(jīng)開始銷售，下一代互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)研究正在得到重視。但有一個概念需要明確，IPv4和IPv6僅僅是互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的格式定義，IPv6為解決互聯(lián)網(wǎng)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)搭建了一個發(fā)展平臺，但它絕不等于下一代互聯(lián)網(wǎng)，它只是萬里長征的第一步。我國向下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基本路線是：堅持演進(jìn)，吸取創(chuàng)新。下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)該是一個改良的過程，而不是革命。
我們現(xiàn)在的團(tuán)隊正在從事新一代網(wǎng)絡(luò)體系基礎(chǔ)研究。正在研究的新網(wǎng)絡(luò)是一個全新的網(wǎng)絡(luò)，體系結(jié)構(gòu)研究要優(yōu)于IPv6。目前，IPv6還不能徹底解決好網(wǎng)絡(luò)安全性和移動性問題，而我們提出的新體系為新一代信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展指出了一個新的發(fā)展方向。盡管現(xiàn)在已經(jīng)提出一些先進(jìn)、超前的研究思路，但究竟什么樣的網(wǎng)絡(luò)可以完全彌補(bǔ)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的不足，這個問題還很難說清，要對過去研究很透，而且必須經(jīng)過長時間考慮。
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