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头豹研究院解读IP网络未来演进技术白皮


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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 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 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:

①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。

②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 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:

①万维互联愿景: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。

②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。

③ 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:

①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。

②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。

③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。

④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。

⑤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。

白皮书详细阐述了未来网络应当具备的五大核心技术:

① 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 业务识别和 质量保障。

②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。

③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。

④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、 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。

⑤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


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