下一代網(wǎng)絡將為“兩層”架構(gòu)
朱杰 劉喜喜 2008/03/17
網(wǎng)絡已成為支撐現(xiàn)代社會經(jīng)濟發(fā)展、社會進步和科技創(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)絡研究，那么，下一代網(wǎng)絡究竟會是什么樣的？進展情況又如何呢？
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)新應用的不斷涌現(xiàn)，人們對網(wǎng)絡的規(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（青年計算機科技論壇）上，
中國工程院院士劉韻潔、清華大學教授吳建平、北京交通大學電子信息工程學院院長張宏科對下一代網(wǎng)絡的現(xiàn)狀和發(fā)展進行了深入探討。張宏科還展示了下一代網(wǎng)絡的研究成果，他認為，未來網(wǎng)絡的體系架構(gòu)將由現(xiàn)在的七層演進為兩層。
研究的三個階段
業(yè)內(nèi)一直在關(guān)注網(wǎng)絡的未來發(fā)展和演進。目前為止，對于下一代網(wǎng)絡的研究，主要可以分為以下幾個階段。
第一階段的網(wǎng)絡研究大約發(fā)生在8年到10年前。當時全世界都在關(guān)注IPv6網(wǎng)絡的研究。到目前為止，IPv6網(wǎng)絡已經(jīng)進入到產(chǎn)業(yè)推進、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，逐步進入商用。
第三階段是在2003年左右，新一代傳感器網(wǎng)絡開始受到關(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)絡完成的是人與物之間、物與物之間的傳感器網(wǎng)絡連接。
以上三個階段可以說是現(xiàn)在網(wǎng)絡研究工作的基礎(chǔ)和支撐。目前，全世界展開新一代網(wǎng)絡研究，實際上是想研究出一個全新的網(wǎng)絡模型，消除傳統(tǒng)網(wǎng)絡的不足。
回顧原始網(wǎng)絡的設(shè)計思想，基本上是一種網(wǎng)絡服務于一種服務模式。比如說電信網(wǎng)最初就是為打電話而設(shè)計的，嚴格說這種網(wǎng)絡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。互聯(lián)網(wǎng)最初是為數(shù)據(jù)業(yè)務設(shè)計的網(wǎng)絡，它實際上不適合語音、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)絡實現(xiàn)電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的功能，就必須對目前的網(wǎng)絡模型進行改變，做到真正的網(wǎng)絡融合。
面臨的三個問題
張宏科認為，新一代信息網(wǎng)絡目前在研發(fā)過程中主要解決以下主要問題。
第一，信息網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)問題。比如現(xiàn)在的七層網(wǎng)絡、四層網(wǎng)絡、三層網(wǎng)絡，每一種網(wǎng)絡針對某一種主要業(yè)務，這并不很科學。而且每一種網(wǎng)絡工作原理和機制很多東西很類似，但是搭建網(wǎng)絡的效果卻不一樣。新一代網(wǎng)絡要替代現(xiàn)有網(wǎng)絡當然很難，只能多年磨劍，長期鉆研，對過去的網(wǎng)絡研究透才能解決這些問題。
第二，解決現(xiàn)有網(wǎng)絡的異質(zhì)異構(gòu)問題。我們現(xiàn)有的網(wǎng)絡很多，一種網(wǎng)絡對應一種體系結(jié)構(gòu)；新一代信息網(wǎng)絡需要一體化，而且從機理上可以做到一體化。其實，所有的網(wǎng)絡不是路由器就是交換機，只是公共數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換機制不一樣，完全可以在機理上設(shè)計一種網(wǎng)絡來實現(xiàn)一體化。
第三，新一代網(wǎng)絡應該負載多種業(yè)務�，F(xiàn)在的網(wǎng)絡也在一定程度上可以支持多種業(yè)務，但是人們不滿意，有很多弊端，需要在新的網(wǎng)絡下提供普適服務，也就是多種優(yōu)良服務。新一代網(wǎng)絡需要可移動性、可信性非常值得信賴。
可信網(wǎng)絡與普適服務
在上面的背景下，張宏科教授提出了一個全新的網(wǎng)絡體系模型。上層是普適服務層，下層是交換路由層，就通過兩層網(wǎng)絡模型，來構(gòu)建下一代信息網(wǎng)絡。這種網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)實際上是一個全新的“標識分組網(wǎng)絡”，通過標識進行管理，通過分組進行數(shù)據(jù)傳輸。
交換路由層的研究目標是在一個可信（安全、可靠、可控、可管）的網(wǎng)絡平臺上提供多元化的網(wǎng)絡和終端接入，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地址同時表示主機的身份信息和位置信息），導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)絡缺乏可控可管能力等。交換路由層采用的接入標識與交換路由標識分離映射方法解決了這一問題。
接入標識與交換路由標識分離方法將網(wǎng)絡劃分為接入層和核心層。網(wǎng)絡中有接入標識和交換路由標識兩種標識，接入標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)部的交換路由標識替代接入標識轉(zhuǎn)發(fā)；接入層負責各種通信終端的接入，核心層進行控制管理和交換路由，用戶的隱私性、網(wǎng)絡的安全性、可控可管性和移動性在核心層和接入層中以一種統(tǒng)一的基于標識的方式分別實現(xiàn)。
普適服務層負責各種業(yè)務的會話、控制和管理，這些業(yè)務包括由運營商或第三方增值服務商提供的各種網(wǎng)絡業(yè)務，主要是語音、數(shù)據(jù)、流媒體等，不同的業(yè)務用相同的普適服務層承載。普適服務層主要解決兩個問題：
１．網(wǎng)絡服務與資源統(tǒng)一處理
資源的獲取和服務的接入是當前網(wǎng)絡最主要的兩種應用，但是在當前的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)之下，資源和服務并沒有統(tǒng)一的描述和處理機制。鑒于此，普適服務層通過引入“服務標識”和“服務描述”的概念與設(shè)計，提出了一種基于本體的資源和服務的統(tǒng)一描述機制。具體實現(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的分類，以及對服務和資源的關(guān)系進行描述的參數(shù)。
２．支持多連接多路徑的高效傳輸協(xié)議設(shè)計
服務連接的建立是各種網(wǎng)絡服務完成必需的過程，高效的連接建立過程是網(wǎng)絡設(shè)計的重要內(nèi)容。普適服務層引入“連接標識”的設(shè)計，通過將“服務標識”映射到“連接標識”實現(xiàn)服務連接的建立。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雜映射。
從總體趨勢上看，下一代網(wǎng)絡整個網(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)務層而獨立發(fā)展，并分別優(yōu)化；而在網(wǎng)絡邊緣則傾向于多業(yè)務、多體系的融合，允許多協(xié)議業(yè)務接入，能以最經(jīng)濟的成本和靈活、可靠且持續(xù)支持一切已有和將有的業(yè)務。
融合網(wǎng)絡的問題如何解決，如何在一個物理網(wǎng)絡的平臺來提供多種業(yè)務？上世紀８０年代通過ＡＴＭ的方式?jīng)]能解決網(wǎng)絡融合的問題，上世紀90年代互聯(lián)網(wǎng)也沒能解決這個問題。實踐證明，有一個解決思路可行——就是通過設(shè)計獨立的虛擬載入網(wǎng)，使每一種業(yè)務都有一個具體的網(wǎng)絡，而且這些邏輯的網(wǎng)絡相互獨立、隔離。這樣，語音業(yè)務和ＡＴＭ、幀中繼網(wǎng)上的業(yè)務、視頻業(yè)務、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務、移動數(shù)據(jù)業(yè)務在一個物理平臺上實現(xiàn)，并且符合電信標準，甚至超過原有網(wǎng)絡的能力。
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，吸取創(chuàng)新。下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應該是一個改良的過程，而不是革命。
我們現(xiàn)在的團隊正在從事新一代網(wǎng)絡體系基礎(chǔ)研究。正在研究的新網(wǎng)絡是一個全新的網(wǎng)絡，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、超前的研究思路，但究竟什么樣的網(wǎng)絡可以完全彌補現(xiàn)有網(wǎng)絡的不足，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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