未來互聯網的承載網絡

未來互聯網需要支持窄帶業務、寬帶業務、固定業務、移動業務以及所有這些業務形態組合而成的業務，業務是變速率的，用戶之間的通信是多進程的，因此要求網絡具備靈活、有效的全網資源調度能力和支持多進程能力。在未來互聯網的承載網的研究中，存在著兩種技術路線:改良型技術和革命性技術。改良型技術路線不改變已有IP網的體系結構，而是在其基礎上，采用各種技術對原有IP網絡進行改良，使其演進為未來互聯網;革命性的技術路線是從未來互聯網技術和業務應用的需求出發，重新設計的一個新型網絡，徹底克服已有IP網無法解決的問題，滿足未來信息通信業務發展的需求。

關鍵詞:電信網;互聯網;分組數據網

In the future， the Internet will need to support broadband services， fixed services， mobile services， and services involving a combination of these. Such a broad range of services and multi-processes between users will demand flexible and effective network-wide resource scheduling and support. Two kinds of technologies are being studied in relation to the bearer network of the future Internet: improved technology and revolutionary technology. As opposed to changing the existing IP network architecture， improved technology builds upon it， using various techniques to achieve improvement. Revolutionary technology is a future Internet technology， which seeks to address future business demands by completely re-designing the network， thereby overcoming problems that cannot be solved by current IP networks.

telecommunications network; Internet; packet data network

1 網絡主流技術

在相當長的一段時間內，網絡的主流技術問題已經很少討論了，除了學術界在孜孜不倦地進行各種可能的新技術的研究，并不斷地發表一些學術論文外，產業界已經認定，數據分組技術是未來網絡的主流技術。隨著通信技術的快速發展，特別是傳輸技術和交換技術的發展，目前在一條光纖上傳輸每秒太比特級的流量已不再困難，設備已經可以大規模產業化;每秒太比特級的交換能力已經是可為的，目前已經可以做到單設備的每秒太比特級的交換或路由能力，這樣的設備也已經可以大規模產業化了。傳輸資源已經變得越來越便宜，能力越來越強;與此同時，基于統計復用理論的數據分組技術帶來的問題(安全問題、服務質量問題等)正嚴重地困擾著產業界。產業界在尋找出路之際，又想到了基于時隙交換的網絡技術，由于這個聲音在增強，未來一段時間內到底是以數據分組技術為基礎的網絡，還是基于時隙交換的網絡技術，又了有爭議。

在互聯網的環境下，網絡需要支持窄帶業務、寬帶業務、固定業務、移動業務以及所有這些業務形態組合而成的業務。從應用場景出發來看未來的網絡，當使用窄帶業務時，用戶需要網絡提供與窄帶業務相適配的網絡能力，窄帶業務可能是實時的語音業務，也可能是非實時的數據業務，即使在窄帶業務的環境下，由于組合業務的存在，對網絡帶寬的要求也是變長度的，并且還需要同時適用實時業務和非實時業務。當使用寬帶業務時，用戶需要網絡提供與寬帶業務相適配的網絡能力和帶寬。當用戶在上述復合的環境上工作時，用戶要求網絡能在全網范圍內提供快速、靈活、按需保質的網絡傳輸資源。這樣的要求在固定通信的環境下，采用基于時隙交換的網絡技術做到已經是非常困難，當用戶處于移動環境下，采用基于時隙交換的網絡技術來進行網絡資源的動態調度就更為困難了。這是問題的一方面，當然對于這樣的應用場景，目前還有技術手段，即按照所有業務對網絡資源要求的上限來提供資源，比如說每人分配40 Mbit/s，這樣做是可以滿足上述所有要求的，但無論對運營者或消費者都是不合理的，是對社會資源的巨大浪費，從節能減排和資源的合理使用來說是不可取的。另一方面，目前用戶之間通信的應用場景已經不是簡單的點對點通信，簡單地只在一個時間片內只是做一件事。一個經常可以看到的場景是:一個人一邊在打電話，一邊在上網;或者在一個家庭內，有的人在上網，有的人打電話，有的人在看網絡電視，有的人在用P2P下載大型的視頻文件，如此等等。也就是說，目前的通信已經是點對點、點對多點、多點對多點，多種通信連接的復雜應用;對于這樣的應用場景，采用基于時隙交換的網絡技術來進行網絡資源的動態調度和連接幾乎是不可能的。

針對上述的實際應用場景，用戶使用的業務是變速率的，要求網絡能具備相當靈活、高效的全網資源調度能力;用戶之間的通信是多進程的，在一個時間段內，同時存在多個不同性質的通信連接，實現多進程通信，這就要求網絡能夠提供一對一、一對多和多對多的能力。對于這樣的應用場景，采用基于時隙交換的網絡技術是無法實現的。從目前可用的技術來看，只有以數據分組技術為基礎的網絡才有這樣的能力。

2 傳送層技術

ITU-T用兩個研究期(8年)時間來研究下一代網絡(NGN)，進過兩個研究期的研究，取得的進展是:確定了下一代網采用的核心技術和下一代網的體系架構。下一代網絡采用的核心技術是分組數據通信技術，因為只有數據分組技術才能適應可變速率的多媒體業務，只有數據分組技術才能適應用戶的多方面的業務需求;下一代網的體系架構是，下一代網是由業務層與傳輸層及其支撐系統組成。下一代網的特點是:業務網與傳輸層相分離，業務網與承載網可以獨立發展。這樣的網絡體系架構為業務發展提供了廣闊的發展空間，也為用戶提供業務開放了環境。業務層和傳輸層之間有兩個功能模塊[網絡接入控制功能(NACF)和資源接納控制功能(RACF)]是連接業務層和傳輸層的，從而使得業務層和傳輸層既相互獨立，傳輸層資源又可以受控于業務層，為未來的經營性業務提供良好的技術基礎。

上述的結論，有一點是有疑義的，即傳輸層到底是由一層還是兩層組成。一層結構的是傳輸層完全扁平化，單一網絡通信的傳輸網直接組成了端到端的通信能力;兩層結構的則認為，傳輸層由兩層組成，一層是分組數據網，另一層是傳送網，分組數據網提供了端到端的數據分組的通信能力，傳送網為分組數據網設備提供點對點連接(專線)。

有必要指出的是，這里指的是邏輯分層而不是指物理設備，不同的邏輯層的功能可以做在一個物理設備內。從目前的現狀來看，傳送網技術主要有:基于光復接、解復接及光波長交換技術的光傳送網和SDH虛容器復接、解復接及SDH交叉連接技術的SDH傳送網，它們不具備將分組數據前轉或交換的能力，而只能提供用作將數據分組網設備間作點對點連接的專線。傳送網一直是這樣稱呼的，但是傳送網從來只是用作不同粒度不同尺度專線，而沒有作為網來使用。當然增加信令后也可以成網，但其粒度的單位量綱不同很難做，要構成一個網絡必須在統一粒度單位量綱后才有可能。如果將粒度的單位量綱統一為分組，從現有的技術來看，現有的傳送網的節點中很難處理數據分組，因而在相當長的一段時間內，傳送網(包括:SDH和WDM光波長交換等)和分組數據網都不可能融為一網。

這些結論是ITU-T對下一代網體系的研究結果，對未來互聯網的體系架構有同樣重要的參考價值。

3 分組數據網

IP網不像期望中那么完美，IP網面臨兩個體系性“瓶頸”，一是地址空間短缺，現有IPv4地址體系已無法滿足發展的需要;二是網絡的安全、可信、可控、可管和服務質量等矛盾無法在現有網絡體系架構得到根本解決。

針對第一個體系性“瓶頸”，即地址空間短缺問題。IPv4地址短缺雖可通過動態地址翻譯等技術進行緩解，但會帶來越來越大的安全追溯、應用發展和網絡沉淀成本等問題。目前看，部署IPv6是現實可行的方案。

針對第二個體系性“瓶頸”，即解決安全、可信、可控、可管和服務質量等問題，必須另找途徑。在下一代互聯網的研究中，存在著兩種技術路線:改良型技術和革命性技術。改良型技術路線不改變已有IP網的體系結構，而是在其基礎上，采用各種技術對原有IP網絡進行改良，增加相應的手段滿足承載網需求，使現有技術逐漸演進為下一代網絡技術。

革命性的技術路線是從未來互聯網技術和業務應用的需求出發，重新設計的一個新型網絡，徹底克服已有IP網無法解決的問題，且充分滿足未來信息通信業務發展的需求。

鑒于IP網絡自身存在可控制、可管理、可運營以及服務質量(QoS)和安全問題，改良型技術路線的專家們為解決這些問題，采用多種技術試圖對IP網絡進行“修補”，使其滿足未來網絡的需要，其中代表性的技術是多協議標記交換(MPLS)技術及其各種衍生技術，如傳送多協議標簽交換(T-MPLS)、虛擬私有局域網絡服務(VPLS)、供應商骨干網傳輸(PBT)技術及其相關技術，如MAC in MAC等電信以太網技術等。

MPLS、T-MPLS和虛擬私有局域網絡服務(VPLS)等技術存在嚴重的可擴展性問題，也沒有從根本上解決QoS、安全等問題，MPLS技術發展至今已有近12年的歷史，可以說該想的辦法也已想盡，很難再有重大突破。如果按照對現有IP網絡進行功能擴展和修補的思路繼續走下去，其結果只會使原本簡單高效的IP網絡變得愈來愈復雜，效率也越來越低，并且還很難從根本上解決問題。當然，改良型技術路線還要走下去，但能否走出困境，目前看來是一個未知數。

革命性的技術路線是從未來互聯網技術和業務應用的需求出發，以創新的思路，重新設計一個新型分組數據網，徹底克服已有IP網無法解決的問題，且充分滿足未來信息通信業務發展的需求。要重新設計一個新型分組數據網，一個極為重要的問題是必須明確技術需求，需要有網絡的頂層設計。對于新型數據分組網的要求應該包括:網絡的工作方式、網絡控制、服務質量保證、性能管理、安全防護等方面的具體措施。

4 新型分組數據網

ITU-T FG NGN中已經明確了未來分組承載網(FPBN)在NGN框架體系中的位置，并且開展了4個方面的研究工作:問題說明、一般性要求、頂層設計、候選技術。目前，前3個任務在中國主導下基本完成，形成了相應的建議書:Y.2601——“General requirements of Future Packet Based Networks”和Y.2611——“High level architecture of Future Packet Based Networks”，為后續研究打下了基礎[1-2]。現在，關于滿足FPBN需求和頂層設計的網絡具體實現方案(即第4項任務:候選技術)的研究工作轉移到ITU-T SG13的公共包交換數據網(PDN)中進行，中國提出了目前唯一的一個候選方案——分組電信數據網(PTDN)。

分組電信數據網支持不面向連接的工作方式，這是主要的工作方式;理論與實踐均表明不面向連接的工作方式擁有最佳的開放性和網絡的可擴展性，IP網的成功之處就是它采用了不面向連接的工作方式;PTDN保留IP網的最重要的特點，即采用不面向連接的工作方式，確保了網絡的擴展性和對IP網的有效繼承性，通過引入電信網的特點，實現網絡的可知、可控和可管。作為補充，PTDN也支持面向連接的工作方式，以便適應特定場景的用途。

分組電信數據網采用層次化網絡，雙地址映射的地址體系和按地域分配的有序地址結構，基于節點勢能的確定性路由技術，自動多路由生成技術，擁有電信級的保護、倒換能力。

分組電信數據網為了實現網絡可信性和保證網絡安全性，在數據平面、控制平面與管理平面采用一系列技術措施，將數據平面分割成信任區與非信任區，在信任區內信息以透明方式傳送，以確保網絡提供“執法監聽”能力。非信任區中的用戶信息可以非透明的方式傳送，保證用戶信息的安全和完整。控制平面中業務節點接口(SNI)、用戶網絡接口(UNI)與網絡節點接口(NNI)相分離，以確保網絡節點控制平面的安全性。對于管理平面用戶不可達，以確保網絡節點的安全性。

分組電信數據網為了實現網絡的分層管控，提供支持多業務的能力，采用多數據平面技術。分組電信數據網支持多數據平面，數據平面之間信息嚴格隔離，數據平面之間資源完全獨立，即使在最極端的場合資源也確保獨立和安全。數據平面獨立運行、管理和維護(OAM)，以確保數據平面擁有完全獨立的性能，數據平面擁有完備信令體系。

分組電信數據網為了保證資源的合理使用，符合綠色節能的國際大趨勢和保證業務的確定服務質量和支持合理的商業模型，分組電信數據網應擁有完備的資源管理，保證公平算法、閾值告警、超配置丟棄等資源管理技術組合使用，實現網絡資源精確可控，確保業務網所需的服務質量;分組電信數據網應實現資源分散管理，以保證資源管理的可擴展性;分組電信數據網應網絡資源可規劃，網絡資源可知，網絡資源可度量;分組電信數據網應提供支持緊急通信的能力。

分組電信數據網為滿足優質廣播業務的需要，應采用可控組播及組播的資源保證技術，組播群之間信息嚴格隔離，組播群之間資源完全獨立，組播資源精細化管理，組播資源可知、可管、可控。

5 結束語

IP網發展至今已有30多年的歷史，IP網的誕生和發展導致了互聯網的輝煌。IP網是分組數據網，它是互聯網業務的承載網。互聯網是20世紀最偉大的發明之一，自20世紀90年代以來，互聯網高速發展，與全球化深入交織，對生產生活、科技創新、社會服務和文化傳播產生了深遠影響，推動了世界發展格局巨大變遷和人類社會向信息社會的深刻轉型[3]。隨著互聯網在全球范圍內的不斷普及，互聯網固有的地址資源短缺、安全可控能力薄弱等矛盾日益突出，可持續發展受到嚴重制約，目前處于向下一代轉型升級的關鍵時期，正孕育新的重大突破。它的突破將從它的承載網——新型分組數據網開始。

6 參考文獻

[1] ITU-T Y.2601-2006. Fundamental characteristics and requirements of future packet based networks study group [S]. 2006.

[2] ITU-T Y.2611-2006. High-level architecture of future packet based networks[S]. 2006.

[3] 蔣林濤. 電信轉型和下一代網的若干問題研究[J]. 電信工程技術與標準化， 2006，19(1):1-5.

收稿日期:2010-01-08

蔣林濤，信息產業部電信研究院總工程師，IP與多媒體標準技術工作委員會主席，ITU-T SG13副主席，國家“863”通信主題多媒體專業專家組一、二、三屆成員。長期從事多媒體、數據通信、IP技術的研究開發和標準制訂工作。1992年獲國務院頒發的政府特殊津貼，1996年獲“中華人民共和國有突出貢獻的中青年科學技術專家”稱號。