未来网络的发展及前景

未来网络的发展及前景刘韵洁

2011－11－11（南京）提纲

第二部分国家网络创新基础平台

第一部分国内外未来网络的发展

第三部分我们对网络发展的思考（一）互联网已经成为重要基础设施无线通信、传输技术、计算技术长足发展光传输、无线通信、云计算、移动计算、虚拟化层出不穷的新应用物联网、社会网络、大流量视频业务、3DTV现有IP网络中的问题越来越严重，更无法满足未来发展的需要互联网流量爆炸，路由表超线性增长流量增长速度远远高于芯片处理性能增长速度（摩尔定律）域间路由收敛变慢，网络稳定性下降。根据APNIC提供的数据：BGP（边界网关协议）更新频率平均达到6次/s，一天累计50万次以上，峰值高达1000次/s路由表项增长速度已超过硬件性能的提升速度(2006年IAB阿姆斯特丹会议)IPv6的部署将使问题更加严重（来源：/）（来源：/）目前网络存在的主要问题

问题1：可扩展性问题网络可持续发展面临严峻挑战问题2：安全性问题据统计，由于网络安全问题（恶意攻击、病毒等），造成的损失全球每年约1800亿美国成立白宫网络安全办公室，五角大楼成立了网络司令部，海陆空也分别成立各自网络司令部。开始招募网络安全人才，组建“网军”2011年5月16日，美国发布《网络空间国际战略》，2011年7月14日，发布《网络空间行动战略》，网络空间列为与陆、海、空、太空并列的五大“行动领域”目前互联网安全不是一个系统的解决方案，基本处于被动应对状态。ABCDE

路由器技术的问题不能测试，不能感知网络实时状态路由器间不能交换网络实时状态信息IP网的开放最短路径OSPF

算法只根据网络的静态拓扑结构数据库进行即：缺乏流量工程TE（TrafficEngineering）及没有操作维护管理OAM（OperationAdministrationManagement）及资源管理功能问题3：不可控、不可管、QoS随着网络规模越来越大，如何实现信息系统的自诊断、自修复和自恢复已成为必须解决的科学问题问题4：绿色与节能互联网设备芯片容量与速度的提升，意味着更高的工作频率和复杂的加工工艺，直接导致芯片耗电量的增大，从而增加了设备的功耗，为此需要购买更大容量的供电系统和冷却系统。截至目前，互联网耗电量约占全球总电量的5.4%，且目前正按照8%~10%的速度增长，节能降耗已经成为运营商必须面对和亟待解决的技术难题。网络通信行业已经不仅是一个高科技行业，也是一个高耗能行业。高效节能网络已经成为影响国民经济和社会发展的重大科技问题。解决思路：从头再来(cleanslate)任何技术体系都有它的生命周期。IP网络体系结构在设计的时候并没有充分考虑到当前网络应用的复杂性，演进方式难以从根本上解决Internet面临的问题。从头再来的思路：不受IP限制，构建全新的网络体系结构。互联网是一个巨大的成功，但是…以增量式改进当今设计的方法，我们能够满足明天的需求吗?10到15年以后，全球网络的需求是什么，那个网络是什么样?构想未来的目的是帮助我们看得比今天更远如果能够从零开始，我们今天如何重新构想明天的全球网络?不是为了变革而变革，目的是解放思想引自:DavidClark，麻省理工学院第三代Internet的提出（IP后网络和未来网络）FromProf.RahimTafazolli,UniversityofSurrey,UK（二）美欧日都在加大未来网络技术的研究ResearchfundingprogramaimingatestablishingfutureInternetarchitectureClean-slateapproachFocusingoncomprehensiveresearchofnetworkarchitecturedesignManysmallprojectsareadoptedandconvergedtoafewfull-scalearchitectures.ThosearchitectureswillbeexaminedonGENIinfrastructure.GENIInitiative-R&DfundingprogramtosupporttosecuretechnologicalimprovementandcompetitivenessofuniversitiesandcompaniesinEurope<Relatedprojects>1.Thenetworkofthefuture2.Serviceandsoftwarearchitectures,InfrastructuresandEngineering3.Secure,DependableandTrustedInfrastructure4.NetworkedMediaEUUS（独）情報通信研究機構(NICT)の研究者グループが中心となり、新たなネットワークアーキテクチャの確立と、それに基づいたネットワーク設計図の作成を目的としたプロジェクト「AKARI」が立ち上げられた。AKARIプロジェクトでは、議論を重ね、2007年4月に、新ネットワークアーキテクチャの原理と手法、基本構成、その検証のためのテストベッドに対する要求条件等からなる「新世代ネットワークアーキテクチャAKARI概念設計書」を取りまとめ、公表。AKARIプロジェクトのURL：http://akari-project.nict.go.jp/JapanAKARI-Giga-bpsR&DnetworkcoveringalloverEuropearea,fundedbyEUcommittee.-Interconnecting34NRENsinEU.-Over3,000researchorganizationsinEuropecanshareinformationaboutresearchactivities.-MigrationtoGEANT3isplannedin2008;improvingbandwidthandfunctionality.GÉANT2R&DtestbednetworkoperatedbyNICTwithnation-wideaccesspoints,utilizedtoR&Dactivitiesandexperimentsthroughcollaborationofindustry,academiaandgovernment.ContributingtohumanresourcedevelopmentinICTareaviaexperienceofpracticalexperiments.-NICTmodifiesexistingJGN2networkandstartsoperationof“JGN2plus”fromnextfiscalyear,asatestbedforNWGNresearches,R&DofNWtechnology,etc.JGN2JGN2plusFINDSucceedingtotheresultofPlanetLabProgrammableAimingatinnovationbyfundamentalreconsiderationofservicearchitecturetoovercomeproblemsofcurrentInternetResearchscopes:Security,Mobile/Wireless,SensorNW,etc.TryingtosecurebudgetfromMREFCInternationalcollaborationisalsoinascope.FP7NICTpromotesNWGNresearchactivity“AKARIArchitecture”,aimingatimplementationofNWGNviaestablishingnewNWarchitecture/designandexperiments.TheconceptpaperofNWGNarchitecturewaspublishedinApr2007.NICTestablishedStrategicHeadquarterforNWGNR&DinOct2007tobuildupstrategicroadmapofR&Dandtopromoteit.美国FIND（FutureInternetDesign）计划，2005美国NSF资助，专注于未来网络体系结构和技术研究，提出未来网络架构(可能不止一个)。项目规模不大，但数量较多，涉及的细分领域较为全面。未来可能会汇聚为若干较为完整的体系结构设计，并通过GENI进行验证。细分研究领域资助项目数新型体系结构16内容分发系统1路由机制3网络虚拟化技术2新型光网络3网络管理4故障诊断、生存性3网络感知、测量2安全与隐私4无线、移动网络与服务6应用管理1目前FIND支持的项目（～50）美国NSF最新支持的未来互联网体系架构研究课题，2010NDN（NamedDataNetwork）以内容为中心，wherewhat的转变以“contentname”定位内容，不需要地址XIA系统级、内嵌的安全与可信机制MobilityFirst标识和地址分离，支持移动计算路由节点缓存屏蔽链路中断问题Nebula建立可信、可靠的核心网络连接各个数据中心每个课题的资助额度大概为800万美元GENI(GlobalEnvironmentforNetworkInnovations，全球网络创新环境)的概念设计网络分割为切片(Slice)，网络虚拟化，可编程

移动无线网络传感器网络边缘站点引自:美国自然科学基金PeterFreeman目前GENI的参与者几乎囊括了美国所有顶尖的机构：国家部门：美国国防部；大学：斯坦福、麻省理工、卡耐基梅隆、普林斯顿、伯克利；公司：Cisco、Juniper、Fujitsu、HP、微软研究院、IBM、Infinera、Ciena、CNRI、NEC、Netronome、SPARTA、AT&T、Qwest、法国电信；CNRIGENI第2阶段完成的国家级中尺度(MesoScale)网络原型WiMAX

ShadowNetSaltLakeCityKansasCityWashington,DCAtlantaStanfordUCLAUCBoulderWisconsinRutgersNYUPolytechUMassColumbiaOpenFlowBackbonesSeattleSaltLakeCitySunnyvaleDenverNewYorkCityHoustonChicagoLosAngelesAtlantaOpenFlowStanfordUWashingtonWisconsinUIndianaURutgersPrincetonClemsonGeorgiaTechArista7124SSwitchTorokiLightSwitch4810

HPProCurve5400SwitchJuniperMX240EthernetServicesRouterNECIP8800EthernetSwitchNECWiMAXBaseStation基于GENI的实验1：DavisSocialLinks（DSL）DSL由美国加州大学戴维斯分校所研发的基于社交网络的架构；DSL使用的是Facebook的模式来扩大在互联网上的连接，即一种基于朋友的连接涟漪效应，其难度在于如何在基于信任和真实身份的基础上创建连接。目前，DSL正向GENI平台移植。17基于GENI的实验2：Floating-CloudTieredInternetArchitecture（浮云分层互联网架构）在GENI基础设施上运行的“浮云分层互联网架构”(RIT)是罗切斯特技术学院的研究项目。其试图解决路由表单的增长问题。RIT项目是为数不多的受到NSF资助的未来互联网研究项目中的一个。RIT项目管理专家NirmalaShenoy称：“路由器将不再包含整个路由表单。路由表单将被分配在云中。对于跨云转发信息，你只需要使用层值，然后转发即可。”Floating-Cloud方案将在基于Internet2的GENI平台上测试。基于GENI的实验3：GENICloudGENI和Cloud的结合，将两者优势进行互补，用GENI的基础设施传送和搜集数据，用云计算中心完成高强度的计算和永久存储，以实现无处不在的可靠计算。基于GENI的实验4：DTN(Delay/Disruptiontolerantnetwork)forSpaceNetwork实验图片来源：NASA/JPL欧盟FutureInternet领域重要项目FIRE（FutureInternetResearchandExperimentation）项目主要研究内容包括：网络体系结构和协议的新设计；未来互联网日益增长的规模、复杂性、移动性、安全性和通透性的解决方案；在物理和虚拟网络上的大规模测试环境中验证上述属性。FP7其他FutureInternet项目(100+)From:EuropeanFutureinternetPortal国外项目的共同策略韩国：ETRI澳大利亚：NICTA德国：G-LAB欧盟：FIRE日本：JGN2plus美国：GENI1）支持多方面、开放性的未来网络核心技术研究2）同步建设基于国家级的大规模实验平台通过实验和实际应用逐步发展出未来的网络体系结构发展成为未来运营性网络的基础（三）目前我国已高度重视未来网络技术的研究温家宝总理在2009年11月3日向首都科技界讲话中也特别指出，要“及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的发动机”。胡锦涛总书记在2010年6月7日的两院院士大会上指出，要“加快相关基础设施建设，积极研发和建设新一代互联网”，“使基于数据和知识的产业成为重要新兴支柱产业，推进国民经济和社会信息化。”《面向2030年的中国工程科技中长期发展战略研究——信息领域》

中国工程院、国家自然科学基金委来源：中国工程院《面向2030年未来网络技术发展战略》，2010面向2050年度发展趋势——普惠泛在的信息网络体系来源：中国科学院《至2050年信息领域科技发展路线图》，2010年提纲

第二部分国家网络创新基础平台

第一部分国内外未来网络的发展

第三部分我们对网络发展的思考实验验证是互联网研究的基本方法。网络技术的创新与应用需要一个大规模、国家级的实验网络平台。从国家核心利益和国家安全角度，我国互联网技术的发展不能完全依赖于国外的实验平台，需要建设一个自主知识产权的网络创新基础设施。未来网络还是一个重大的产业，具有从芯片设计、设备制造到应用服务的完整产业链，迫切需要改变被国外知名公司垄断的局面。互联网时代长期被美国Cisco、Juniper等公司所垄断，华为公司在该领域从1996年至2008年一直亏损，经过了13年艰难的努力才开始盈利。国外从2005年开始开展未来网络领域的研究，已进行了5年多的研究，取得显著进展，并正在大力推进相关的标准化工作。我国如不及时跟进，将可能又一次丧失机会。建设国家网络创新平台(CENI)的必要性与紧迫性国家级网络创新平台节点的地理分布平台是开放的、虚拟化的、可编程的、可重构的

第一期，在南京、北京、上海、广州、天津、重庆、哈尔滨、武汉、西安、成都、合肥、深圳等十二个城市设立网络交换节点、光传输设备、量子通信设备，以及相应光纤线路组成一个全国网络。

第一期选择十二个城市的原则是要覆盖主要参加该领域实验的科研机构、大学和企业。

国家级网络创新平台(CENI)的方案设想100G100G系统参数机箱结构：单机箱最大14槽，双星型结构线卡规格：单卡24个千兆以太网接口单卡4个10GE、OC192POS接口8个OC48POS接口单物理设备支持128个虚拟设备支持整机480Gbps数据交换能力功能参数数据平面与控制平面完全可编程支持虚拟设备的动态增加和删除支持虚拟设备之间资源的完全隔离虚拟设备可通过用户编程支持交换，路由和基本网络安全等各种模块IPv4/v6以及Openflow实现与Internet、CNGI/CSTNET以及GENI等的联邦互联灵活可编程性虚拟化及隔离性高效数据包处理关键设备：可编程虚拟路由器可编程虚拟化路由器逻辑结构国家网络创新基础平台系统架构示意图NGBB地CENI骨干网A地传感器网络PENPENPWNPEN:可编程边缘节点 PWN:可编程无线节点PEC:可编程边缘簇 PCN:可编程核心节点网关PEC网关PCNPCNPCN边缘网络无线接入网CNGI互联网CENI与现有网络基础平台融合示意图CENI平台的先进性和创新性虚拟化：提供计算、存储，通信资源虚拟化，不仅是网络层、链路层的虚拟化，还将做到物理层虚拟化，满足各种QoS和安全等级的需求，并具备并行实验的能力。可编程：提供各种层面的可编程接口，满足控制平面、数据平面等各种创新需求。快速协议升级、新协议部署、功能扩展、业务流程定制等方面更加方便灵活。感知测量：不仅从软件上做到可测量，且从芯片级提供网络性能测量、自感知及精确定位，满足多种测量需求定制以及测量数据的统一收集、分析及存储。网络管控：集中式和分布式相结合的资源管控机制，网络资源的智能调度、内容资源就近分发与配置。融合互通：支持与光网络、空间网络、以及现有网络的融合，并支持与GENI、FIRE、JGN2+等试验床进行互联互通。

通过以上创新，使实验网络平台达到国际先进水平，在测量、融合互通、资源管控和绿色节能方面更具特色，争取处于领先。绿色节能：从芯片级、设备级及网络级充分考虑网络节能技术，以更低的功耗满足更高的性能需求，促进未来互联网的可持续发展。CENI平台的思考与设想建议重点从两个方面开展CENI平台的相关工作：（1）开展各种未来网络技术创新的实验验证新型体系结构技术、路由技术、交换技术、虚拟化技术、测量管控技术、网络安全技术、光网络融合技术、空间网络技术、物联网、云计算、三网融合技术等。（2）研究过渡方案，解决现有网络面临的问题运营商网络拥塞问题、网络时延问题、跨ISP互通问题、网络的智能管控问题等。未来网络体系架构技术新型路由与转发技术命名、编址与寻址技术网络虚拟化技术网络资源管控技术网络测量感知技术未来网络安全和可信技术…网络科学与建模社交网络云网络技术内容中心网络技术媒体中心网络技术高效节能网络技术全光交换网络架构…（1）未来网络技术创新的实验验证未来网络涉及的关键技术：举例：国家973基础研究项目的测试与实验“新型网络体系与机制研究”——面向服务的未来互联网体系结构与机制研究(SOFIA:Service-OrientedFutureInternetArchitecture)：2012～2016网络不仅仅是传输、交换的基础设施，网络还可以看作是一个服务池（传输、交换、存储、计算）参与单位：中科院计算所、北京邮电大学、清华大学、中国联通、中科院网络中心、中科院软件所、湖南大学、解放军理工大学、重庆邮电大学、数据所、西安电子科技大学以服务为核心的网络体系结构转变：IP地址与IP地址的连接用户与服务的连接SOFIA–Service-OrientedFutureInternetArchitectureSOFIA网络实验场景示意图设计原则：将用户需求的服务资源，动态、智能地部署在贴近用户的地方。（2）现有网络的问题——网络流量激增，运营商频繁扩容一期二期三期四期五期六期七期169历史投资（万元）11614207952236721579306634579282399169带宽（G）5525082917493211633714160扩容带宽（G)——195579920146231267823图历年China169骨干网带宽和投资情况现有网络的问题——跨ISP网络延迟严重，80%网络处于非健康状态Healthy<90ms

90<Warning<180ms

Critical>180msSTATPERCENTHealthy17.41%Warning49.73%Critical32.85%中国不同省内不同ISP之间的网络延迟(延迟CDF85%,工作日20:00–22:00)2010年5月24日测量结果CHNUNICMNCTTCHN6714613081UNI146839690CMN130969182CTT81908254ChinaInternetDate:2010/05/24-2010/05/25中美不同ISP之间的平均时延对比AT&TCogentLevel3NTTQwestSavvisSBCSprintVerizonXOAT&T12393927324025556229Cogent38182779391629264138Level33928177431525333834NTT2777741438155848442Qwest32394245153235414934Savvis4017158133522202832SBC25292456342213354225Sprint5526338542203672050Verizon61403884482842191050XO34303350312128374015美国互联网

来源

http:///日期:2010/08/23～2010/08/24蓝线：美国密歇根市到美国本土的时延分布情况红线：北京到中国各地的时延分布情况绿线：沈阳到中国各地的时延分布情况现有网络的问题——路由协议低效实际应用中，BGP配置更多考虑经济因素，甚至牺牲性能亚洲的两个点之间网络内容传输，要绕道美国或欧洲从20(上海电信)到(北京教育网)经过的自治域：4812-4134-3320(DeutscheTelekom)-4538-9406从8(广东电信)到(河南铁通)经过的自治域：4134-1239-6453(GlobeInternetTATA,Canada)-9394如何设计一套能够针对性地克服现有网络问题的解决方案，将是近期需要研究和产业化的重点（3.5G→4G）提纲

第二部分国家网络创新基础平台

第一部分国内外未来网络的发展

第三部分我们对网络发展的思考网络技术的发展趋势来源:ChristianEsteveRothenberg，StateUniversityofCampinas判断依据：现有网络中的数据存在严重的冗余传输，造成极大的浪费用户对内容服务的访问呈现长尾特征，用户对网络的访问存在潮汐现象产业界技术进步使得存储成本比网络传输成本下降更快云存储、云计算、并行计算已经逐步成熟，计算无处不在用户访问网络行为分布曲线From：Network-AwareForwardCaching发展趋势：计算和存储将成为网络的重要功能全网级资源管控处理中心区域级资源管控处理中心具有存储、计算服务能力的网络节点终端用户未来网络结构的设想探讨基于云架构的网络体系结构电信业务正逐步与云