2022网络的挑战NGI和NGN

11网络的挑战NGINGN20222从NGI到NGN2从NGI到NGN网络发展进入到IP主导的时期Internet面临的挑战从NGINGNNGI和NGN 竞争还是互补中国的NGI和NGN试验33网络发展到了转折点14001300

用户数(百万)2019年中国的电信用户占全球比例:

Source：ITUICTkeyindicationWorldMobile1200110010009008007006005004003002001000

总量—固定21.76%;移动20.22%;Internet11.95%增量—固定60.6%;移动36%;Internet24%增速—固定22.9%;移动30.4%;Internet34.5%WorldFixedTelephony2019年在中国和全球移动通信用户均超过固定电话用户数

WorldInternetChinaFixedTelephonyChina’sMobileChinaInternet4移动用户数超过了固定用户数90'91'92'93'94'95'96'97'98'99'00'01'02'03'4移动用户数超过了固定用户数Internet用户年增长率:201975%世界302019年中国34.5%我国使用ADSL/CableModem上网的用户数已占Internet用户数17.7%（半年就增长77.6%），如果将专线LAN上网的用户也计入宽带接入的话，宽带上网用户已超过上网人数的1/2，预计几年后将以宽带上网为主要手段；(million)按(million)按MII统计在注册互联网用户中，号用户仅增长了1.67%专线用户去年增长了315%，而拨706050403020100Oct97

Jun98

Dec98

Jun99

Dec99

Jun00

Dec00

Jun01

Dec01

Jun02

Dec02

Jun03

Dec03DialupLANADSL/CableModemDialupLANADSL/CableModem5中国Internet宽带接入用户数几年后可能多于窄带6我国干线Internet6我国干线Internet业务量超过电话业务量Gb/sCAGRfortelephonytrafficduring5yearsandlastyeararerespectively41.89%and29.69%;CAGRforInternettrafficduring5yearsandlastyeararerespectively362%and143%CAGRfortelephonytrafficduring5yearsandlastyeararerespectively41.89%and29.69%;CAGRforInternettrafficduring5yearsandlastyeararerespectively362%and143%CAGRfortotaltrafficduring5yearsandlastyeararerespectively69%and75%过去三年国内数据业务量平均年增260%，省际干线数据所占带宽为话音4.3倍350300250200150100500Sep,97 Dec,98 Dec,99 Dec,00 Dec,01 Dec,02Internet Telephony100010010

China’sDomesticLongDistanceandInternationalCall(×100min)在国际电话业务累计时长中，VOIP（8.89亿分钟）多于TDM的固定加移动电话(7.4亿分钟)

Fixedlongdistance(6.3%)(24.6%)VoIPlong(41.1%)FixedInt'l(-1.8%)MobileInt'l(5.9%)VoIPInt'l(25.6%)1 W (-15.8%)Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

MobileHK&Macao,TW （2019年1~12月）

VoIPHK&Macao,T我国长途和国际电路上VOIP累计通信时长已领先于传统话音0.1我国长途和国际电路上VOIP累计通信时长已领先于传统话音

W 78网络发展到了转折点8网络发展到了转折点移动通信用户数开始超过固定电话用户数长途的移动通信累计通话时长已接近固定电话时长在国际和长途电话业务中，累计通话时长VOIP超过TDM的固定电话和移动电话在干线带宽中，基于IP过传统电话（固定+移动）所需的带宽更多的应用需求（Mediastreaming）多媒体会议新型的终端PDA移动电话家用电器传感器RFID无线上网、移动上网在一个缺乏信誉的世界里需要提供有信用的服务

协议 技术 网格技术70’年代~70’年代~90’年代~00’年代~9Internet面临变化的环境10Internet面临的挑战10Internet面临的挑战专为数据业务而设计的Internet过去的成功并不意味着此路永远越走越宽几年后上网用户数中使用宽带接入将超过拨号接入，用户接入速率因宽带化而成数量级的提高，可扩展性的问题无法回避移动通信终端将超过PC成为最普遍的上网终端M2M的通信量将超过P2P的通信量全球Internet用户在近7亿基础上13%的年增长率及几乎每年翻番的业务量给Internet设施巨大的压力，路由器已变得越来越复杂对实时业务不具有QOS保障能力，带宽和时延对网络体系提出了挑战安全性问题对Internet可持续发展的期待美国100X100项目Millions1,400

中国移动2019年上半年移动梦网用户已占其移动用户数一半，2019年底我国上网的计算机总数为3089万台，显然移动通信终端将取代PC成为最普遍的上网终端。1,200

InternetaccessusageSource:ITUfromNomuraResearchInstitute.

PCmobilephone

Mobilephoneonly22%

CellularSubscribers(Nokia2019)1,000

43% PConly800600400200

Japan,2019

35%

WAPHandsets(Nokia2019)PC'sConnectedtotheinternet(Dataquest10/98)02019 20192019 201902019 20192019 201920002019 20192019 2019 2019移动通信终端将超过PC成为最普遍的上网终端Navigation-GPS/InertialNavi.-Routeguidancebasedonforecastedinfo-SmallsensormodulesWirelessComm-3G/4GRoadsideequipmentDMBRemotecontrolSafety

全球现有比人口多10倍的机器，2019年将布署1亿M2MNTTDoCoMo估计2019年有2/3的移动通信连接将是非P2PAnalystsOvum预测2019年移动运营商20%收入将来自M2MCommunicationHotSpot InternetVehicle-to--E911-AccidentdetectionDrowsinessdetectionCollisiondetectionstolenvehiclesAutoPC-Client-ServersystemS/W&H/WPlatformEmbeddedS/W3D-Display

CellularVehicle-to-RoadsideVehicle-to-Vehicle

ApplicationsRoadData

ServiceProviderRoadM2M的通信将较P2P的通信更无处不在recognition/TTSM2M的通信将较P2P的通信更无处不在SoC

RoadData12

InfrastructureDataSystem对路由表的容量需求对路由表的容量需求BGP转发表的数据组规模AS1221atTueJun2900:31:452019(AustralianEasternTime).路由表/转发表：2.0518bgp.potaroo/as1221/bgp-active.html13t

Year

TB/month.

(100,000TB/month300Gb/s)

19901.0美国Internet干线带宽的增长ec美国Internet干线带宽的增长每6~7年带宽增长100倍!14

19912.019924.419938.3199416.32019?20191,50020192,500-4,00020195,000-8,000201910,000-200016,000201920,000-201935,000201940,000-201970,00080,000-1000

增速----国际干线带宽6×业务量12×业务收入省际干线数据业务占全部带宽80%，但数据业务收入仅占全部收入5%增长率（%）Internet国际带宽增长率Internet用户数增长率

190%100

移动用户数增长率电信业务总量增长率

34.51%30.7%30.43%30.7固定电话用户数增长率10

电信业务收入增长率

22.91%13.9%电信业务量所占带宽资源与业务收入不对称97’ 98’ 99’电信业务量所占带宽资源与业务收入不对称

1500’ 01’ 02’ 03’16中国Internet16中国Internet国际干线带宽Bandwidthincrease108.3%averagesixmonths(Mb/s)Bandwidthincrease108.3%averagesixmonths(Mb/s)250002000015000100005000DecDecDecDecDecDecDecDecDec97989900010203中国的网络性能相对发达国家仍有几年差距中国的网络性能相对发达国家仍有几年差距环路时延(RTT)互联网性中国 能每年都有改进，中国改进更快，但仍然比发达国家落后几年Source:ICFASCICNetworkMonitoringReport,Jan,201917中国的网络性能相对发达国家仍有几年差距中国的网络性能相对发达国家仍有几年差距ChinaSource:ICFASCICNetworkMonitoringReport,Jan,201918中国的网络性能相对发达国家仍有几年差距中国的网络性能相对发达国家仍有几年差距throughput=1460Bytes/(RTT*sqrt(loss/14400))Source:ICFASCICNetworkMonitoringReport,Jan,20191920网络体系结构面临挑战20网络体系结构面临挑战CentralserverFullyconnectedESM-BandwidthESM-Latency(Narada)Hybrid[Boustead&Safaei]100x100网络安全事件网络安全事件Statslastranat6/28/201910:00:00GMTToday10,179,020Today478,0917Days119,952,504Last7Days4,370,005Total10,144,419,312Total94,865,82521FraserResearchPittsburghSupercomputingCenter22FraserResearchPittsburghSupercomputingCenter22美国100x100项目2019年初由Cisco、Intel、Microsoft、3Com等CEO组成的协会向联邦政府建议以2019年实现一亿家庭用100Mb/s上网为目标制定国家宽带发展战略。样重要”----Chambers,President&CEOCiscoSystems2019年底美国NSF以100by100‘’consortium在未来几年开展以一亿家庭100Mb/s上网规模为目标的Internet改进研究.23美国100x100项目23美国100x100项目Internet已经不可能继续如它以前那样的基本设计方式来发展，作为不经济。“在网络设施发展的十字路口又一次提出革命还是改良的问题，Internet应当是面向连接还是无连接，现在是无连接。……的Internet需要有一些类似老的电话网的‘连接’特性”100x100项目将通过交叉学科基础研究和总体设计及验证网的开发用户和运营商可理解的，而且是经济的和可扩展的。24从NGI到NGN24从NGI到NGN IP协议NGI互联网NGIB-ISDNISDN

电话网

NGN？下一代网？一旦接受，精益求精！来者不拒，尽力而为！25一旦接受，精益求精！来者不拒，尽力而为！25网络的变革1970 1980 1990 2000无连接面向连接无连接面向连接分组交换电路交换26NGI26NGI关于下一代互联网（NGI）取得共识的NGI主要特征是：益等。一般认为IPv6协议是NGI批协议NGI将从现有Internet通过协议的扩展和容量的增加而演变得到xxxxxx00xxxxxxxxxxxxxxxxyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyIPv6地址(40字节)xxxxxx00xxxxxxxxxxxxxxxxyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy

IEEE802(Ethernet) xxxxxx00xxxxxxxxxxxxxxxx1111111111111110yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyxxxxxx00xxxxxxxxxxxxxxxx1111111111111110yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyy目的地地址（128bits）源地址（128bits目的地地址（128bits）源地址（128bits）最大跳数下一头部净荷长度流标记优先级版本GlobalUnicastAddresses

local/globalxxxxxx10xxxxxxxxxxxxxxxx1111111111111110yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyTLAAggregator（如运营商识别）NLA*=Next-LevelAggregator(s)xxxxxx10xxxxxxxxxxxxxxxx1111111111111110yyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyyinterfaceIDinterfaceIDDSubnetINLA*TLA001IPv6地址结构全球地址前缀IPv6地址结构public(45bits)

sitetopology(16bits)27

interfaceidentifier(64bits)NGI的协议扩展SupportforRequirementsSignalingNGIProtocolExtensionsHA/FA:encapsulationanddecapsulation29NGN的定义29NGN的定义“NGN 务在内的各种业务并能够使用多种宽带的且有QOS保证用者通过NGN能够不受限制地接入不同业务提供者，它多业务（话音与数据、固定与移动、点到点与广播的会聚）宽带化（具有端到端透明性）分组化开放性（接入与业务提供分离）移动性（以及固定与移动的会聚兼容性（与现有网的互通）安全性可管理性（包括QOS的保证）期待下一代网（NGN）–无处不在、无所不达–永远在线、应用为先–我行我速、可信可管–资源共享、良性互动30NGN应有的基本特征30NGN应有的基本特征IP+QOS=NGN（下一代网）？电路交换TDM传送傻瓜电话终端高可靠性和安全性基于通信时长的计费适于实时业务对数据业务效率低对宽带业务可扩展性差

单一基础设施分组交换智能分布/合作分等级的可靠性、安全性与QoS新型的商业模式高附加值的业务捆绑及时的业务交付智能的终端宽带业务能力

分组交换PC终端，智能在“边缘”低可靠性和安全性难保证QOS平价率或按带宽计价优化对数据业务的支持便于实现宽带31NGN---探索通过网络会聚之路来实现31NGN---探索通过网络会聚之路来实现32NGN将采用IPv632NGN将采用IPv6NGN肯定将基于分组模式，在众多分组协议中，将首先考虑IP协议，这并不因为其理想，而是因为IP已无处不在传统的IPv4地址使用效率不高，虽已引入子网地址概念（分网络地址和主机地址字段的比特组合得到子网标记），但选路等级仍然过简，不利于路由的可扩展性IPv6在子网之上增加了全球地址前缀（又可分为顶级与次级丰富了地址层次，增加了选路的可扩展性，减少了选路时延IPv6相对IPv4还为支持QOS和安全性管理留有发展的余地NGN在采用IPv6的同时并不排斥IPv4ITU在探讨引入与IP友好的协议配合IP以改进QOS33Forwarding:Label33Forwarding:LabelSwappingControl:Forwarding:LabelSwappingControl:Forwarding:Longest-matchLookupControl:IPRouterSoftwareATMForumSoftwareIPRouterSoftwareMPLS---采用面向连接技术且与IP友好的协议传统的路由器基于无连接模式，逐跳选路，在网络层同时进行分组转发与通道选择，路由器处理能力成为瓶颈。MPLS可在无连接模式中引入面向连接特性MPLS实现了转发与控制分离，用面向连接的信令（标签）使任何一种基于分组的链路层技术都可支持网络层无连接的IP包的传送MPLS是结合了分组选路和电路交换特性的混合模型Forwarding:LabelSwappingControl:IPSoftwareIPRouter Forwarding:LabelSwappingControl:IPSoftware利用LDP可以为分组的传送预留LSP通道的网络资源，利用标签可以表示不同的业务类型，方便采用流量工程措施为解决可扩展性问题以及QOS问题奠定了基础。虽然MPLS还不是端到端的协议，还没有最终解决QOS的问题，但引入面向连接的信令来改进IP包的传送性能的方式是构造与IP友好协议的一个范例。虽然MPLS尚未成熟，但还没有其他技术更为理想和成熟，因此MPLS将会在未来NGN中起应有的作用

IPMPLSGMPLSMPLS---采用面向连接技术且与IP友好的协议MPLS---采用面向连接技术且与IP友好的协议3435各种QOS措施的综合例子---MPLS+集中资源管理35各种QOS措施的综合例子---MPLS+集中资源管理从智能管理的角度可以将网络分为运载层（在这一层上的路由器等业务节点组成逻辑运载网LBN）、运载控制层（在这一层上有与LBN对应的运载资源管理器BRM可以有流量监视和SLA管理等功能）和业务控制层（有各种业务控制服务器SCS，如软交换的业务控制功能）。ServiceControlLayerServiceControlLayerServiceControlServer(SoftSwitch)ServiceControlServer(SoftSwitch)BearerControlLayerBearerResourceManagerBearerResourceManagerCoreRouterLSPCoreRouterLSPCoreRouterBearerLayerEdgeRouterTransitRouterTransitRouterEdgeRouter控制面与传送面功能分离是NGN征，软交换是反映这一特征的技术体系传送层与业务层分离用户面、控制面与管理面分离管理面控制面

ManagementPlaneControlControlPlaneForwardingPlaneE.g.TMNorSNMPorTL-1E.g.G.709,EthernetE.g.TMNorSNMPorTL-1E.g.G.709,Ethernet

用户面 控面户面

AdaptedfromIPsuchRSVP-TE，CR-LDP

AdaptedfromIPsuchasOSPF-TE,ISIS-TENGN---增强控制面功能选路协议信令协议NGN的基本分层体系NGN---增强控制面功能选路协议信令协议36ApplicationLayer Operations&BusinessSupportSystemsApp.ServersInterfaceAAAInterfaceBillingInterfaceApp.ServersInterfaceAAAInterfaceBillingInterface

Control

PolicyInterpreterNetworkDBPolicyInterpreter37简化的NGN37简化的NGN体系PolicyBasedRoutingFeatures&ServicesSLAManagementQoSControllerPolicyBasedRoutingFeatures&ServicesSLAManagementQoSControllerQoSRoutingCallControl&MGCManagementDBCallControl&MGCManagementMEGACMGCPSIPH.323ISDNSS7cNAPSMEGACMGCPSIPH.323ISDNSS7SLAVerificationVirtualChannelsControlSLAVerificationVirtualChannelsControlMediaGatewaysMediaServersIPEndPointsRTPMediaGatewaysMediaServersIPEndPointsRTPForwardingQoSMeasurement Layer 38NGN---采用NGI技术但不是其机理38NGN---采用NGI技术但不是其机理Internet的设计思想是智能分散在终端，网络是“傻瓜”，网络不了解用户业务的质量要求。NGI似乎仍沿用Internet的思路NGN将采用Internet的技术（IP或与IP友好的传送技术）其机理，即不再让网络作为“傻瓜”把复杂功能推给终端，在资源分配和业务传递方面网络必须是主动的和有智能的，不能像Internet那样靠终端来适应。的问题能与终端的智能配合可提供更多样性的业务。39NGN---更关注编号、计费与商业模式39NGN---更关注编号、计费与商业模式NGI关注纯IP域的寻址，研究利用ENUM将电话网编号映射到IP域，NGN和Internet编号和寻址的统一NGI目前多处在学术网性质，对计费问题关注甚少NGN虽然也处在试验阶段，但十分关注业务、计费与商业模式业务平台：包括OSA/API和代理的业务控制体系；业务互联和用户漫游所需要的业务支撑和提供机制；支持用户对业务客户化和属性控制的机制。在异构网和多业务环境下的移动性管理对流媒体业务的支持广播与组播应用资费与计费模式应用和可赢利的商业模式IPsec不能通过防火墙或NAT、不支持QOSIP地址NGN系：需要开发安全性体系和安全性导则；开发特定所需的安全性协议和API。NGN更关注网络安全问题送面的分离隔离对网络的可能入侵合法的拦截（Lawful/LegalInterception）：NGN需要规定新的基于在目标网和法定执行代理间的传送“切换“接口的分组；扩充现有的与拦截有关的信息以便包括涉及信令和多媒体流的数据；考虑与保护隐私有关问题的技术解决

IPsec40NGN---更为关注网络安全40NGN---更为关注网络安全41NGN和NGI的关系41NGN和NGI的关系NGN的概念源于电信背景的标准化组织（例如ITU-T和ETSI）电信界看NGN 21世纪网络NGI实体（例如IETF）所提出计算机界看NGI 新世纪的互联网NGN和NGI两者从不同的源点（化的网络和对数据优化的网络）着几乎相同的目标发展。NGN和NGI但所采用的IP

应用与服务 NGNNGI计算机界 电信界NGNNGI42NGN与NGI42NGN与NGI43NGN与NGI43NGN与NGINGI非常明确走从Internet发展之路NGN采用Internet技术但不是其机理，可能走网络/会聚之路NGN和NGI竞争又互补NGI并非NGN必由之路，但从NGI即先解决大容量和可扩展性问题NGI可看成是NGN的重要组成部分可以将NGI看成是NGN的一部分Fix.voice&Sup.Fix.voice&Sup.&MobileInternet&Other&InternetBroadcast.PSTNC.OMobileNet.xDSL

C.ODSLAM

Internet

MediaGatewayCMSTB

OpticsCMTSSat.B.S.LandB.S.444545中国的NGN和NGI试验为了适应网络环境和业务发展进入新时期，做好网络升级换代的准备，我国有关部门和单位积极开展NGN和/或NGI研究和试验NGI和IPv6试验网中国教育和科研计算机网IPv6试验网中日IPv6试验网重庆网通信息港IPv6城域示范网信息产业部6TNet下一代IP电信实验网湖南电信IPv6实验网/中国电信集团IPv6国家863计划中国高性能宽带信息网中美俄科学试验网中国下一代互联网CNGI示范工程NGN试验信息产业部6TNet下一代IP电信实验网

中国的CNGI是向NGN发展的重要步骤46中国已经开展的NGN和NGI试验46中国已经开展的NGN和NGI试验电信运营商NGN试验（中国电信、中国联通、中国网通、中国铁通、中国卫通、中国移动）CNGI示范网络

国际下一代互联网京核心网京

北交换中心6IX

交换中心 上6IX/6RA 海网关GigaPoP GW

GigaPoP GigaPoPIPv6主干网1 IPv6主干网2 IPv6主干网nGigaPoP

GigaPoP

GigaPoP

GigaPoP Gi