新一代互联网关键技术及其应用

1、新一代互联网关键技术及其应用NGI的由来Internet的出现和发展Internet创始于1969年DARPA）建设的军用网ARPANET70ARPANET已经拥有了几十个计算机网络1982TCP/IP被DARPA接受并认可1983ARPANET被划分为两部分MILNET（军用）和ARPANET（民用）1988年，由美国国家自然科学基金会（NSF）建立的NSFNET取代ARPANETInternet的主干网 1989ARPANET被撤销，Internet正式从军用转为民用新一代互联网关键技术及其应用NGI的由来Internet的出现和发展当今的Internet规模巨大到2012年4月，全球网民

2、亿，占全球总人口数的1/3以上，发达国家每百人网民比例超过70%到2012年3月，全球活跃网站约亿个仅在中国大陆，到2012年6月，网民亿，互联网普及率39.9 % ，其中，手机网民亿，微博用户亿新一代互联网关键技术及其应用NGI的由来NGI的提出现有的Internet基于IPv4用户数量不断增长，新型应用不断涌现用户在地址空间、服务质量（Quality of Service, QoS）支持、移动支持以及安全支持等方面提出更高要求IPv4的不足逐渐显现，促使人们展开对下一代互联网（Next Generation Internet , NGI)的深入研究新一代互联网关键技术及其应用NGI的由来N

3、GI的提出对NGI的需求和基本特征有了一些基本共识NGI应该比Internet“更大、更快、更及时、更方便、更安全、更易管理和更有效益 ”更大NGI将逐渐弃用IPv4协议而启用IPv6协议IPv6地址空间巨大，支持的联网规模几乎无限更快NGI将比现有的Internet传输速率提高1000倍以上 新一代互联网关键技术及其应用NGI的由来NGI的提出NGI应该比Internet“更大、更快、更及时、更方便、更安全、更易管理和更有效益 ”更及时QoS组播更方便支持更加方便快捷的接入方式（如移动接入）更安全安全可信新一代互联网关键技术及其应用NGI的由来NGI的提出NGI应该比Internet“更大、

4、更快、更及时、更方便、更安全、更易管理和更有效益 ”更易管理可管可控易于重组和重构更有效益要有好的经济模型，形成好的盈利模式改变目前基础网络运营商投资巨大、盈利甚微乃至亏损而增值业务开发商投资少、盈利丰的局面新一代互联网关键技术及其应用NGI的由来国外NGI的相关研究1992年美国提出“信息高速公路”2002年美国Internet2和欧洲GANT实现5Gbps高速互联2005年美国启动两项NGI研究计划FIND(FutureInternetDesign )满足未来15年社会需求的新型网络GENI (Global Environment for Network Innovations)崭新的、高

5、安全的、能够连接一切设备的互联网2007年欧盟启动FIRE项目未来互联网研究和实验（Future Internet Research and Experimentation）新一代互联网关键技术及其应用NGI的由来国外NGI的相关研究2010年美国启动FIA(FUTURE INTERNET ARCHITECTURE )研究计划Named Data NetworkingMobilityFirstNEBULAcloud-computing-centric network architectureXIA(eXpressive Internet Architecture)security issue新

6、一代互联网关键技术及其应用NGI的由来国内NGI的相关研究20世纪90年代后期开始，中国启动了一系列与NGI研究有关的计划教育部建设了CERNET-IPv6试验网国家自然科学基金委员会资助建设了中国高速互联研究试验网络（NSFCNET）863计划支持了高性能宽带信息网 3TNET等重大专项Tbps级的路由、交换、传输 中科院组织“IPv6关键技术以及城域示范网 ” 原国家计委组织“下一代互联网中日IPv6合作项目” 新一代互联网关键技术及其应用NGI的由来国内NGI的相关研究2003年CNGI正式启动中国NGI示范项目（China Next Generation Internet）6个主干网新

7、一代互联网关键技术及其应用新一代互联网关键技术及其应用NGI的由来国内NGI的相关研究CNGI-CERNET2是CNGI中唯一的学术网，也是其中规模最大的主干网2004年3月CNGI-CERNET2试验网开通并提供服务新一代互联网关键技术及其应用NGI的由来国内NGI的相关研究2008年建成100个IPv6高校驻地网，IPv6用户约30万2008年获得国家科技进步二等奖新一代互联网关键技术及其应用中国电信西安北京上海南京长沙杭州广州新一代互联网关键技术及其应用中国网通/中科院兰州北京上海成都广州沈阳长春新一代互联网关键技术及其应用中国移动北京上海武汉深圳新一代互联网关键技术及其应用中国联通昆明

8、北京上海成都济南广州郑州新一代互联网关键技术及其应用中国铁通北京沈阳新一代互联网关键技术及其应用CNGICERNET2 沈阳节点CNGICERNET2主干网沈阳节点由东北大学承担建设与清华大学核心节点等互联形成CERNET2主干网沈阳节点部署了高端IPv6核心路由器3台基于IPv6部署了Web服务、DVTS（高清晰视频传送系统）、CGAG （访问网格系统）等应用CERNET2沈阳节点机房新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术QoS服务性能的聚集效应，表示用户对服务的满意程度既是主观的(QoE,Quality of Experience)也是客观的主要QoS参数带宽延迟延迟抖动出错率新一代

9、互联网关键技术及其应用NGI的关键技术组播单播（unicast）一对一组播（multicast）一对多泛播（anycast）一对多，但只要求一个接收方收到即可广播（broadcast）一对所有新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术网络管理配置管理故障管理计费管理性能管理安全管理QoS管理QoE新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术网络与信息安全网络安全保护网络免受攻击或者在遭受攻击的情况下依然正常运行信息安全保护信息免受攻击或者在遭受攻击的情况下依然保持完整无误形势严峻2011年上半年，中国大陆遇到过病毒或木马攻击的网民亿有过帐号或密码被盗经历的网民亿遇到过网上消费诈骗的网民亿新一

10、代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术网络与信息安全实体安全运行安全数据安全内容安全真实性、机密性和可用性新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术网络与信息安全是复杂的系统工程，必须技术与管理并举，从一定意义上讲管理甚至重于技术网络与信息安全必须坚持标本兼治，综合治理完善相关立法加强网络法律监管加快网络与信息安全技术开发研究 开展网络道德教育深化国际交流合作建立长效监管机制新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术光网络高带宽移动与无线网络便捷接入空间网络全球全域覆盖可信网络用户放心认知网络简化组织与管理新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术光网络高带宽波分复用WDM（Wavel

11、ength Division Multiplexing）在发送端通过复用器将两种或多种不同频率（波长）的光载波信号复合在一起并耦合到同一根光纤中进行传输接收端通过解复用器将各种不同频率的光载波信号分离，然后再由光接收机作进一步处理以恢复原始信号新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术密集波分复用DWDM（Dense WDM）信道间隔较小可以实现波长间隔为纳米级甚至次纳米级的复用大容量超大容量主干网新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术稀疏波分复用CWDM（Coarse WDM）载波通道间距较宽一根光纤上通常复用2到16个波长 在提供一定数量

12、的波长和100公里内的传输时，系统成本低（只有DWDM系统的30%），非常适合城域网WDM在单纤波长信道数、单波长传输速率、全光传输距离均取得巨大突破，已经成为最佳的网络扩容方式之一，得到广泛应用新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术发展趋势从点到点WDM传输链路向光传送网（Optical Transport Network, OTN）发展全光网（all optical network）信号只在进出网络时才进行电光和光电转换，而在网络中传输和交换的过程中信号始终以光的形式存在新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术移动与无线网络便捷接入移动IPv4/IPv6无线局域网WLAN移动自组

13、网MANET无线传感器网络WSN无线网状网WMN新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术移动自组织网络（Mobile Ad hoc NETwork, MANET） 由一组配备无线收发装置的移动终端组成的多跳临时性自治系统 新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术应用场景军事应用车辆网络(VANET)紧急事故、灾难救援和临时场合商业应用新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）由部署在监测区域内的大量微型、廉价、低功耗的传感器节点组成，通过自组织方式形成一个多跳的网络系统，目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖地理区

14、域中感知对象的信息，并发布给观察者 2D、3D三个基本要素传感器感知对象观察者新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术WSN应用领域军事应用环境监测和预报系统医疗护理智能家居工业控制及安全监测新一代互联网关键技术及其应用河道水情监测入河水质监测精准农业灌溉监测传感器部署新一代互联网关键技术及其应用无线网状网（Wireless Mesh Network，WMN ）由节点通过无线互联组成节点分成网状路由器（Mesh Routers，MR）和网状客户机（Mesh Clients，MC）WiMAXNGI的关键技术无线网状网无线网状网新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术无线网状网无线网状网新

15、一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术WMN对很多应用来说是一项非常有前途的无线技术宽带家居联网小区联网单位联网城域网运输系统楼宇自动化新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术宽带家居联网新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术小区联网新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术单位联网 新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术城域网新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术运输系统新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术楼宇自动化新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术空间网络全球全域覆盖临近空间互联网卫星互联网太空互联网新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术

16、临近空间（Near Space）是指距地球表面20km100km的空域，位于天空和太空之间，包括大气层最外部的平流层、中间层和部分电离层区域，可称亚轨道或空天过渡区空域范围如图所示新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术临近空间互联网以临近空间飞行器（Near Space Move Vehicle，NSMV）为中心，连接空基、天基、地基，构成空天地一体化的网络平台典型的临近空间飞行器临近空间气球临近空间准静止飞行器临近空间机动飞行器新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术临近空间组网模型新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术卫星互联网愿景任何对象、任何地方、任何时间与任何对象以任

17、何方式通信（5A）新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术静止轨道（Geostationary Earth Orbit， GEO ）卫星位于赤道上方35786km附近的地球同步轨道上三颗GEO卫星可覆盖地球上除南北两极以外的所有区域需要大口径天线中轨道（Medium Earth Orbit，MEO）卫星距离地表3000km低轨道（Low Earth Orbit，LEO）卫星位于地表200km-3000km新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术基于弯管技术的卫星互联网上行链路通过一颗卫星连接下行链路，在信源和目的地球站之间建立一条透明通信信道卫星只负责转发上下行链路数据并通过信道透明传

18、送新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术基于星上处理（On-Board Processing，OBP）和星际链路（Inter-Satellite Link，ISL）技术的卫星互联网新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术太空互联网（InterPlaNetary Internet，IPN）和深空网络（Deep Space Network，DSN）面向外太空乃至更遥远的星系探测范围从近地空间（30km7000km）扩展至超远程空间（3亿km以上）支持行星地面站、卫星地面站、小行星地面站、空间站、飞船以及表面车辆之间互联互通新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术起源与发展前景美国航天

19、局三步走火星探测策略20012010年的短期发展策略20102020年的中期发展策略2020年以后的长期发展策略太空互联网特征电源、质量、体积、通信硬件成本等约束部署和发射的高成本向后兼容新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术可信网络用户放心可信网络应该是网络和用户的行为及其结果总是可预期与可管理的，能够做到行为状态可监测行为结果可评估异常行为可管理网络实体真实可信端系统与网络节点身份地址与位置行为新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术认知网络简化组织与管理随着Internet用户和应用的不断增多，网络越来越复杂现有Internet缺乏自适应和自治能力不能很好地感知自身状态多数情况

20、下只能在环境改变或故障（问题）出现后被动做出反应，而不能自适应主动反应网络认知（cognition）成为关键认知网络具有认知过程，能感知当前网络状态，然后计划、判决并对网络状态作出反应新一代互联网关键技术及其应用NGI的关键技术认知网络模型自管理网络（Self Managing Networks）模型（IBM）自我配置（Self-configuration）自我优化（Self-optimization）自我愈合（Self-healing）自我保护（Self-protection）新一代互联网关键技术及其应用教育科研基础设施IPv6技术升级和应用示范 国家发改委、教育部2008年底启动到2010

21、年底100所学校（包括3所中学）实现IPv6技术升级辽宁省4所大学东北大学（国拨经费300万元）大连理工大学（国拨经费300万元）辽宁大学（国拨经费250万元）大连海事大学（国拨经费250万元）新一代互联网关键技术及其应用教育科研基础设施IPv6技术升级和应用示范 到2011年底IPv6用户达到100万实现关键技术试商用10010个校园信息系统IPv6升级全网推广20个IPv6教育科研重大示范应用新一代互联网关键技术及其应用教育科研基础设施IPv6技术升级和应用示范 2013年，将100所高校IPv6试商用的成果向CERNET连接学校推广，CERNET主干网核心设备支持IPv6协议，通过CER

22、NET和CERNET2的互通并存，引导应用系统和用户逐步向IPv6迁移2015年，CERNET主干网全面支持IPv6，校园网实现IPv6接入，同时继续保留CERNET2试验网，开展新型互联网技术研究与试验鼓励申请IPv6地址新一代互联网关键技术及其应用教育科研基础设施IPv6技术升级和应用示范 可控大规模组播服务系统全网组播源可控，数量达100个以上可控组播用户每学校达到200个以上，全网共计2万以上开展视频直播和视频会议等应用示范，为全国100所学校提供IPv6可控组播服务承担单位：东北大学、清华大学、锐捷、华为负责人：王兴伟，包丛笑项目经费：600万元，其中，国拨经费300万元新一代互联网关键技术及其应用子项目技术方案新一代互联网关键技术及其应用校园网IPv6接入方式校园网部署IPv6的双栈方式双栈核心交换机IPv4/IPv6双栈网络IPv4 userIPv4/IPv6 userIPv6 user双栈路由器IPv4网络I