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    《IP网络未来演进技术白皮书》解读

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    《IP网络未来演进技术白皮书》解读

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    今年7月,中兴通讯联合中国信通院及三大运营商研究院联合发布了《 IP网络未来演进技术白皮书》(以下简称白皮书)。白皮书分析了IP网络在未来5~10年面临的问题和挑战,并提出了万维互联、算网融合和精准网络三大愿景。白皮书指出传统IP技术存在网络和业务分离的问题,无法适应未来业务发展。并提出了基于传统网络设计端到端原则和解耦原则的“横向”+“纵向”改进思路,“横向”为服务化网络赋能的端到端原则,“纵向”为智能控制面支撑的瘦腰模型 。基于此改进原则,白皮书提出了未来网络参考架构,详细阐述了未来网络的关键技术,如精准连接、算力网络、内生安全、移动性和智能控制面等技术,为未来网络发展提供了明确的指导意见。


    IP网络面临的机遇和挑战


    IP技术作为互联网的技术基础,支撑着互联网的蓬勃发展,并为互联网的演进提供重要的技术基石。然而,在面向未来业务的需求时,IP网络技术面临可扩展性、移动性、服务质量保障、安全可靠性等方面挑战。具体来讲,在可扩展性方面,目前互联网接入的终端设备数量激增,网络流量增速远超网络芯片处理性能增速,未来网络的可扩展性能力成为瓶颈;移动性方面,车联网、无人机、工业互联等移动性业务要求网络实现业务连续不中断、数据零丢包,而传统IP地址设计缺乏对终端移动性的考虑,它采用的补丁式解决方案使IP协议栈愈发复杂,导致处理效率低下;服务质量保障方面,传统IP网络“尽力而为”的转发方式无法满足不同业务对网络的差异化需求,无法做到端到端确定性可控;安全可靠性方面,传统IP网络依靠被动打补丁的方式解决安全问题,不仅成本高昂且效率低下。


    随着5G时代的到来,AR/VR、远程医疗、车联网、工业互联网、物联网等应用的兴起对网络的确定性、差异性、QoS能力更加注重。未来网络将支持多源异构网络的融合以及超大规模终端接入的能力。同时,不断涌现的海量数据处理与新型应用促使算力需求呈几何级数增长,未来网络需将计算、存储、网络等信息基础资源整合为一体,实现云、边、端资源一体化调度,实现多维资源的高效利用。当前,中国正处于IPv4向IPv6的过渡阶段,在此大背景下,中兴通讯联合中国信通院及三大运营商研究院联合发布白皮书,分析了未来网络面临的需求和挑战,在传统IP网络端到端原则和分层解耦原则上提出了未来网络的两大设计原则、三大愿景及五大核心技术,为未来网络的发展提供了明确的指导思想和理论基础。


    未来网络两大设计理念、三大愿景及五大核心技术


    白皮书结合当下传统IP技术的不足,提出未来网络的两大设计原则:


    服务化网络赋能的端到端原则:在传统IP网络端到端设计原则的基础上,向两端拓展网络功能,通过智能插件实现应用与网络的交互,保证未来网络业务的高可靠性、高伸缩性和灵活性。 


    智能控制面支撑的瘦腰模型:在传统IP网络“瘦腰模型”的基础上,使用“网络控制面”处理复杂的需求,比如,通过意图网络分析用户意图并生成最优网络策略,同时通过镜像网络分析、模拟和仿真业务体验和网络质量,优化用户业务体验,而数据面仅负责网络功能的实现,提升未来网络高效性。


    在基于未来网络所面临的需求和痛点基础上,提出三大愿景:


    万维互联愿景:随着物联网、车联网等的高速发展,未来网络应支持多源异构网络的相互融合,并且支持更大规模的IoT终端接入。


    算网融合愿景:5G时代下算力需求呈几何级数增长,未来网络可将计算、存储、网络等基础信息资源整合一体,实现资源的统一调度,从而更好地实现云、边、端资源的分配和协同,以满足未来新兴业务对网络和算力的高要求。


    精准网络愿景:对实时交互要求高的业务,未来网络需保证高可靠性、毫秒级时延和微秒级抖动。对传输容量要求高的业务,未来网络需保证高带宽和低丢包率。


    在基于未来网络设计理念和愿景的基础上,白皮书还阐述了未来网络关键技术的需求:


    网络确定性需求:未来业务如工业控制、自动驾驶、远程医疗要求网络提供确定性时延、抖动及丢包率,而传统IP网络中的应用层和网络层之间缺乏有效的沟通机制,导致用户无法准确地感知网络的状态,网络也无法感知用户对网络的要求,因此无法提供确定性的服务保障。


    内生安全需求:传统IP网络只能通过打补丁的形式,如防火墙、IPSec、DNSSec等去被动解决安全问题,未来网络应在传统网络安全的基础上提供网络内生安全防御能力,比如引入新信任关系,对身份或标识的真实性做更强的校验等。


    移动性管理需求:工业互联、车联网、无人机、云XR等新业务对网络移动性有着较高的要求,要求网络保证业务连续不中断,并且在移动切换过程中保持零丢包、低时延、低抖动、高可靠。


    网络对算力感知与调度需求:传统IP网络架构中,网络和算力的部署、运营是相对隔离的状态,而未来网络将计算、存储、网络资源整合并统一调度,网络可针对用户业务需求对算力进行度量并按需分配。


    多语义多标识需求——未来网络不仅要支持传统的基于主机和位置绑定的拓扑寻址,也要支持各种虚拟化实体,如内容、计算、存储等虚拟资源的寻址。


    最后白皮书详细阐述了未来网络应当具备的五大核心技术:


    精准连接技术:未来网络通过灵活插件式的转发技术来满足不同业务对传输质量的差异化要求,实现精准业务识别和精准质量保障。


    算力网络技术:未来网络将通过其成熟发达的连接感知触角,将云、边、端的算力资源进行整合并统一编排、调度,实现算力资源的高效利用。


    网络内生安全技术:未来网络通过可信网络通信建立身份可信、转发可信能力,同时通过智能协同防御机制分析和预测安全风险,实现端到端网络内生安全。


    移动性管理技术:未来网络通过两端智能插件与智能控制面协同,基于大数据、AI等技术,实现移动轨迹预测、最优服务迁移和资源调度,以此来满足移动切换场景下业务连续不中断、数据零丢包的移动性管理目标。


    智能控制面关键技术:未来网络通过意图网络、镜像网络和网络智能调度技术来满足不同业务对网络的差异化需求,保障网络运维高效性和便捷性,提升用户体验。


    IP网络未来展望及当下研究成果


    未来网络的技术研究获得了国内及全球产业界和学术界的广泛关注,全球多个国家从国家战略层面高度重视未来网络的发展与布局,分别从未来网络体系架构、未来网络关键技术、未来网络试验床等方面开展创新研究。国际电信联盟(ITU)成立了Network 2030焦点组,旨在探索面向2030年以后的网络技术发展方向。我们成立了网络5.0产业技术创新联盟,旨在打造一个由中国主导的、面向国际的、开放并且有影响力的下一代数据通讯网络技术标准前组织,探索面向未来的网络5.0创新架构。今年9月,我国IPv6标准工作组在中央网信办、国家发改委、工信部、国家市场监管总局的指导支持下正式成立。IPv6标准工作组的成立将加速IPv6国内与国际标准化进程,有助于加快我国未来网络的演进。


    中兴通讯是未来网络技术的积极参与者和贡献者,在未来网络架构创新、精准网络技术、算力网络技术、网络内生安全技术等领域进行了深入研究,携手业界伙伴积极合作探索并取得了一定的技术成果。目前中兴通讯已经牵头或联合牵头10+项未来网络领域的CCSA标准。其中,确定性网络技术在电力行业已经完成试点验证和小规模商用;算力网络方面已经推出设备样机并在联通CUBEnet3.0会议上进行展示。


    在今年9月的网络5.0峰会上,中兴通讯获得3项领先创新科技成果奖和2项创新科技成果奖,具体如下:


    同时在峰会上,中兴通讯在业界首次提出算力敏感IP和大规模确定性IP网络架构。


    算力敏感IP通过引入算力标识和算力分域分级,使能网络对算力的全颗粒度感知和路由能力,同时与当前数据网络架构保持平滑兼容。


    大规模确定性IP网络架构,包含支持层次化和异构网络资源的统一确定性基础能力、内生功能分类和指标分级的IP确定性路由、以及精准匹配业务确定性端到端时延的IP连接三个确定性维度,分别代表了基础网络确定性资源和转发能力,统一的IP确定性路由以及网络端到端确定性服务。该架构的提出,极大地推动了IP确定性网络架构标准化的进程。

    9月28日,在2021中国国际信息通信展览会期间,在白皮书合作基础上,中国信通院联合中兴通讯及三大运营商在2021未来IP网络发展论坛上,正式启动中国未来网络战略合作项目,未来将共同针对未来网络制定相关标准,携手推进未来网络演进升级。


    5G浪潮已经到来,在《 IP网络未来演进技术白皮书》发布和中国未来网络战略合作项目启动的基础上,越来越多的中国厂商将加入到未来网络的研究工作中,携手共同推进我国 未来网络的演进升级,未来可期。

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