关于下一代网络的体系结构

关于下一代网络的体系结构

[摘要] 本文归纳了对下一代网络的共识与分歧，分析了产生分歧的原因，提出应重视网络体系结构研究，包括重新认识边缘论（End-to-End Argument）、光通信与分组交换技术的融合、UNI模式向NNI模式的过渡，同时要关注网络结构和动力学规律的基础研究。

[关键词] 网络体系结构；光通信；分组交换；UNI；NNI；网络动力学

1 关于下一代网络的共识与分歧

1.1 对下一代网络的基本共识

●光纤通信技术发展速度超过Moore定律，DWDM将成为光纤通信的

主流技术。

●基于IP协议的数字业务将逐步成为通信与网络的主要业务

●无线与移动通信是下一代网络的重要组成部分，固定与移动网络的融合

是重要的发展方向。

●近期内还不能实现光分组交换，建设下一代网络需要光（子）技术（线

路交换）与电子技术（分组交换）互补结合。

●下一代网络应具有可扩展性、灵活性、QoS、安全性及电信运行级的可

靠性，提供充分的地址（IPv6）。

●下一代网络应致力于信息共享与协同工作，在TCP/IP、Web协议基础

上形成更易于共享与协作的新标准与新协议。

1.2 对下一代网络认识上的某些分歧

●分布式服务（自助餐厅式）还是集中式服务（超级市场式）？

●网络的智能在边缘还是在中央？Internet 的基本论点End to End

Argument是否仍然成立？骨干网做简单些还是做复杂些？

●按功能分割网络设备，即按服务器—路由器—交换机等几个层次实行横

向集成还是按业务分割如话音、数据等实现纵向集成。

●是客户/服务器（client/server）结构还是对等结构（peer to peer）?

●是试图取消信令减少控制还有强调信令与控制？需不需要独立于数据

层的控制网？

●从较长的时间（10~15年）来看，分歧在于是重点发展全光网络还是光

电混合网络。

●从较短时间来看，分歧的焦点集中在数据链路层的实现，即IP层与物

理层之间采用什么技术，重点发展IP over DWDM还是

IP/SDH/DWDM?

●在指导思想上是Internet 替代战略还是在话音业务基础上逐步增加业

务能力的渐进战略？是强调三网在竞争中走向一种技术为主的统一还

是强调技术融合（convergence）？

1.3对下一代网络存在分歧的原因

●由于技术背景的不同（计算机、邮电通信、广电等），每个学者对下一

代网络技术的侧重有所不同。

●由于不同行业有不同的经济利益，对网络发展发展前景尤其是过渡措施

的不同看法实际上反映了不同的经济利益要求。

●下一代网络的预测与规划不完全是技术问题，而是国家经济结构的优化

问题，应注意听取经济学家的意见。

●认识上的分歧往往如同一个硬币的两面，都有合理的成分。

1.4 发展远景与摸石头过河

不管对下一代网络的发展趋势有多大分歧，但目前进行网络建设基本上都是采用外国大公司的设备。因此，从某种意义上讲目前是几家大网络公司的产品决定网络发展的方向，而大公司是从市场短期需求出发开发新产品，采取摸石头过河的技术路线。是跟着外国大公司走还是要独立思考，做一些前瞻性研究，以我国的自主技术影响下一代网络标准，值得深思。

2 下一代网络体系结构

2.1 应高度重视网络体系结构研究

所谓网络体系结构（network architecture）有时也称为网络顶层设计，是

一个网络系统（从物理连接到应用）的总体结构，包括描述协议和通信机制的设计原则[1]。网络系统结构是基于对网络各种应用的深入了解抽象出来的设计原则的选择。我国在水利、交通、建筑等大型工程中历来十分重视总体设计，但一到网络建设常常忽略了体系结构。网络技术发展十分迅速，更需要有前瞻性的体系结构设计。我们目前网络建设中出现的许多问题其源皆出于忽视体系结构。在讨论下一代网络时一定要十分重视网络体系结构研究。

2.2 Internet体系结构的初衷与需求变化

Internet体系结构是20世纪70年代确定的。在近10年内IETF制定的各种标准（RFC）中有40多项标准涉及体系结构（标题中有architecture）。在Internet协会中除了大家熟悉的IETF外还有一个重要的机构ITB（internet architecture board），它起到Internet体系结构看门狗的作用，使得Internet 的设计原则30年来没有大的改变。

在Internet的发展初期面对的主要需求是网络互相连通，网络的健壮性、网络设备的异构性、分布式的管理、低成本和容易上网，因此当时确定的Internet 网络体系结构是无连接的分组交换结构（dumb network），高层的功能放在网络边缘，采用路由机制和尽力服务（best effort）原则。

30年来Internet已有巨大发展，全世界已有5亿人通过家庭电脑上网，各种以前未想到的应用对网络体系结构提出了许多新的需求，例如移动性、随时变化的资源、流媒体服务、网络能力的分配（不完全根据公平性，同时要考虑付费多少）等等。这些新的应用要求迫使我们不得不重新审视Internet体系结构，甚至考虑要进行革命性的变革。但网络体系结构的改变不仅要考虑技术上需求，还要考虑许多非技术的因素，包括企业模式、法律法规等等，因此不能完全采用自顶向下的方式，应采用迭代改进的方式。新的体系结构不可能完全满足所有的应用要求，必须抽取最基本的较共同的需求（称为元需求）。根据元需求定义全球网络机制的最小集合，再定义满足不同需求的子体系结构。

2.3 边缘论（End-to-End Argument）受到挑战

20世纪80年代初总结出Internet边缘论原则的MIT教授David Clark（ITB 首届主席）最近发表了一篇要重新思考Internet设计原则的重要论文[2]。20年前他提出的End-to-End Argument表述为：“一种应用功能只有当其知识和帮助置于通信系统的边缘才能完全和正确地实现，因此将提出这种应用功能作为通

信系统本身的性质是不可能的。”当时提出这种论断的依据是网络是不可靠的，最终检查是否正确执行只能在处于传输终端的应用层。让网络核心部分只做最通用的数据传输而不实现特殊应用有不少优点：如降低核心网络复杂性，便于升级；提高网络通用性和灵活性，增加新应用不必改变核心网络；提高可靠性等等。但是20年后网络应用环境已大大改变。由于用户急剧增加而互不了解，Internet 已变成没有信用的世界，必须在网络的核心部分增加认证、授权等机制使网络更可信。尽力服务不能保证服务质量，特别是流媒体服务质量，需要在网络中间增加存储节点。ISP服务的多样化，要求基于中间服务器的应用。出于信息安全等方面的考虑，政府与中介组织参与网络内容与服务的监督管理，网络核心不可能再是Dumb网。Internet初期的用户都属于技术型，而现今已普及到一般老百姓，许多复杂的软件放在服务器而不是“end”。所有这些变化都要求增加核心网络的功能。今天的商业模式不再是“end to end”，而主要是service inside the network。我们面临十分复杂的应用需求，但不可能走回头路，用简单集中服务代替边缘论。当寻求新的网络体系结构时，end to end 原则所追求的灵活性和开放性应当保留。

2.4 光通信与分组交换技术的融合

线路交换（circuit switch）和分组交换（packet switch）是当代通信网络两大主流技术，前者与光技术紧密相连，后者与电子技术相连。从某种意义上讲，未来的网络就是在光与电的技术融合上做文章。近几年来，光纤通信技术发展基本上每半年翻一番，而电子技术发展已从18个月翻一番逐步降低到二三年翻一番，差距越来越大。今后一二十年，大量的原始创新将致力于缩小这两者的间隔。当代物理学研究揭示光电交接的THz区域有许多奇妙的特性[3]。目前线路交换的瓶颈在于光电转换。所谓光交叉连接设备（OXC）至今还是先转成电信号再交换。如果在THz附近发明一种新技术，有可能直接用光实现分组交换，则将引起网络与通信的一场革命。

路由器带宽利用率极低，只有5 %~50 %，通信行业是所有工业部门中能力利用率最低的产业。当今的路由器太傻，出现阻塞唯一的办法就是丢包，不能识别语音流、图像流和文字流。最需要攻克的不仅仅是提高路由器的速度，而是提高其智能。用全光技术实现交换和路由是许多网络通信科研人员的理想。目前OXC只比电分组交换密集2~3倍，竞争力还不够，今后发展到光子交叉互连（photon cross connect switch）可以在更大粒度上实现交换。由于传输的光波如何延迟和存储的技术还处于实验室阶段，全光路由器实用化的路还很长。但

如同程控交换机代替了手工话务员一样，全光网的自动控制、智能化的全光分组交换网络可能会取代今天光网上的手工操作，值得探索。

2.5 UNI和NNI模式

网络上有两种控制机制，路由机制与信令控制机制，无连接的网络用路由机制，有连接的网络靠信令控制建立连接。这两者是水火不容还是可以互相融合是值得研究的问题。其实路由和信令都是实现网络自动化需要的控制技术。线路交换网要全自动，也必须有路由信息。即使IP over optical network也必须在光器件内增加路由与交换功能。国外学者目前在研究两种模式，试图统一分组交换和线路交换[4]。

第一种模式是UNI模式，即User-Network Interface。这是一种层次迭加型的体系结构，将光网络看成服务层，而IP层看成客户层。它提供改进的信令协议，允许客户端向网络要求服务。在这种模式中，分组交换和光学网的路由及控制过程是分离的，两个网络域通过UNI界面动态交互联系，UNI使得双方能互相知道双方。UNI要求新一代的光学服务。ITU-T提出的自动交换光网络（ASON）是这种模型的代表。这是一种渐进型的模式，技术上相对较成熟。缺点是不利于网络资源全面优化，两个控制面带来管理上的麻烦。UNI的界面定在什么地方也是引起争议的大问题，如果网络层只管点到点的传输即只批发骨干网带宽，前几年的事实已证明纯宽带网公司难以生存，但如果网络层一直管到应用，用户自主的灵活性等Internet优点将会丢失。

另一种模式是NNI（network-network interface）。这是一种集成模式或者称为对等模式，即采用统一的控制平面，实现对等的交换，线路交换与分组交换可集成在一个设备中。进一步发展是在光网上实现动态控制，按需建立和撤销光线路。这就需要光器件之间有路由协议发现邻居和拓扑结构，也需要信令协议建立NNI。在光网中采用基于IP的路由机制和信令协议提出了新的挑战，需要修改IP控制以适应光器件的体系结构。这种模式的优点是采用统一的控制平台，可进行综合优化设计实现更有效的流量工程管理。由于IP路由器了解光网络拓扑信息，可进行显式路由。集成模式的缺点是技术上难度较大，尤其是要求网络运行商提供网络拓扑信息，商业上整合不容易。

分组交换与光网的更紧密耦合是下一代网络的发展方向。Internet之父Robert教授最近多次发表文章和讲话，阐明这一发展方向[5 ]，Robert教授推测的下一代网络发展方向，值得重视。

我国已开展示范网研究工作并正在组织新的示范网工程。从过去经验来看，

示范网侧重于外国新设备的联网演示，主要起到验证国外设备与软件联网可行性的作用，其中也用到一些自主研制的设备或软件，但推广的力度不大。下一代网络如何构建尚没有满意的答案，除了渐进方案外，也应当鼓励提出一些带革命性的方案，即使与当前协议标准不兼容，只要在性能或其他方面有数量级的提高，也值得一试。“八六三”计划尤其应支持有创新思想的试验网。通过试验网验证新的协议，加大对制定国际标准的影响。

3 重视对网络动力学规律的基础研究

IP协议看起来很简单，Internet中不计其数的数据包似乎都在随机的发送，但整体上能正常运行而且具有很强的商业竞争力，背后一定有深刻的道理。网络界学者对网络动力学行为的研究还很不深入。近两年美国NSF支持图灵奖获得者R.Karp等学者从事Internet基础理论的研究。值得指出的是美国Barabasi 等物理学者近年来在Science、Physics Review letter等顶级刊物上发表数十篇关于Internet结构与动力学基础研究的论文，引起学术界较大反响[6]。最近的研究结果表明互联网与万维网的节点链接不符合泊松分布而符合帕累托分布，节点连接数的分布与节点总数无关，因此称为Scale-free网。互联网与万维网都是个“小世界”，根据大规模数据统计结果,任意两个网页之间的平均“距离”小于20，任意两个路由器之间平均“距离”小于10。互联网与万维网的Scale-free 及小世界特征是由其演进的动态规律形成的（新的节点倾向于与已有较多链接的节点相连）。实际存在于人类社会和生物界的许多复杂网络，例如蛋白质折叠、演艺圈、论文署名作者和引用等都具有与Internet及Web相同的特征。

Scale-free网络具有很强的容错性，但比随机形成的网络更易受攻击，连接最密集的节点成为最易受攻击而导致网络瘫痪的瓶颈。建立Internet的初衷是应对攻击，但网络的演进出乎创造者的意料。21世纪是复杂性世纪，深入理解复杂性的两个层次---结构与动力学是我们面对的严峻挑战。我们在考虑下一代网络体系结构时，一定要重视有关网络结构与动力学的基础理论研究。

下一代网络习题集

下一代网络习题集 一、单项选择题 1．下一代网络是（）驱动的网络。 A．业务B．技术C．承载D．用户 2．在技术上和业务上，语音网络与（）的融合成为网络发展的必然趋势。 A．基础网络B．传输网络C．数据网络D．多媒体网络 3．NGN核心技术任然是分组语音及其（）。 A．分组数据B．移动性管理C．服务质量D．控制信令 4．下一代网络是以软交换设备和（）为核心的网络。 A．呼叫服务器B．呼叫代理C．媒体网关控制器D．应用服务器 5．软交换是网络演进以及下一代（）的核心设备之一。 A、分组网络 B、电话网络 C、无线网络 D、光钎网络 6．软交换提供业务的主要方式是通过（）以提供新的综合网络业务。 A、增加程控交换机软件 B、增加路由器软件 C、API和应用服务器 D、增加媒体网管软件 7．下一代网络的简称是（）。 A、CNC B、NGN C、NGI D、CGN 8．从狭义来讲，NGN特指以（）设备为控制中心，能够实现业务与控制、接入与承载相分离各功能部件之间采用标准的协议进行互通。 A、多业务传送平台 B、软交换 C、智能光网络 D、无源光网络 9．NGN的分层结构中，（）层由各种媒体网关或智能终端设备组成，其功能是通过各种接入手段将各类用户连接至网络，并将用户信息格式转换成为能够在分组网络上传递的信息格式。 A、传输 B、控制 C、媒体接入 D、业务应用 10．NGN的（）层是一个开放、综合的业务接入平台，在电信网络环境中，智能地接入各种业务，提供各种增值服务。 A、业务应用层 B、媒体接入 C、传送 D、控制 答案：1、A 2、C 3、D 4、D 5、A 6、C 7、B 8、B 9、C 10、A 二、多项选择题 1．下一代网络在功能上可分为（）。 A．媒体接入层B．传输服务层C．控制层D．业务应用层 2．下一代网络的重要特点有（）。 A．网络互连B．开放式体系架构C．业务驱动D．分组化的网络 3．软交换应可以支持（）、提供命令行和图形界面两种方式对整机数据进行配置、提供数据升级功能等。 A．SNMP协议配置B．脱机/在线配置 C．远程配置D．提供数据备份功能 4．软交换应具备完善的告警系统，主要包括（）。 A．系统资源告警B．各类媒体网关及连接状况告警 C．7号信令网关告警D．传输质量告警 5．下一代网络通过接入（）等设备，可实现与PSTN、PLMN、IN、Intenet等网络的互通。 A、智能光网络 B、交换机 C、媒体网关 D、信令网关 E、中继媒体网关 答案：1、ABCD 2、BCD 3、ABCD 4、ABCD 5、CDE 三、判断题 1．软交换体系结构的最大优势在于将应用层和与核心网络完全分开。 2．软交换是下一代网络中业务支撑环境的主体。 3．开放性是软交换体系结构的一个主要特点。

关于下一代网络的体系结构

关于下一代网络的体系结构 [摘要] 本文归纳了对下一代网络的共识与分歧，分析了产生分歧的原因，提出应重视网络体系结构研究，包括重新认识边缘论（End-to-End Argument）、光通信与分组交换技术的融合、UNI模式向NNI模式的过渡，同时要关注网络结构和动力学规律的基础研究。 [关键词] 网络体系结构；光通信；分组交换；UNI；NNI；网络动力学 1 关于下一代网络的共识与分歧 1.1 对下一代网络的基本共识 ●光纤通信技术发展速度超过Moore定律，DWDM将成为光纤通信的 主流技术。 ●基于IP协议的数字业务将逐步成为通信与网络的主要业务 ●无线与移动通信是下一代网络的重要组成部分，固定与移动网络的融合 是重要的发展方向。 ●近期内还不能实现光分组交换，建设下一代网络需要光（子）技术（线 路交换）与电子技术（分组交换）互补结合。 ●下一代网络应具有可扩展性、灵活性、QoS、安全性及电信运行级的可 靠性，提供充分的地址（IPv6）。 ●下一代网络应致力于信息共享与协同工作，在TCP/IP、Web协议基础 上形成更易于共享与协作的新标准与新协议。 1.2 对下一代网络认识上的某些分歧 ●分布式服务（自助餐厅式）还是集中式服务（超级市场式）？ ●网络的智能在边缘还是在中央？Internet 的基本论点End to End Argument是否仍然成立？骨干网做简单些还是做复杂些？ ●按功能分割网络设备，即按服务器—路由器—交换机等几个层次实行横 向集成还是按业务分割如话音、数据等实现纵向集成。 ●是客户/服务器（client/server）结构还是对等结构（peer to peer）?

下一代网络(NGN)技术简述

下一代网络（NGN）技术简述 摘要：本文通过对下一代网络(NGN)进行了初步的介绍和分析，针对NGN的特点、优势和面临的问题做出了简单的总结 关键词：下一代网络系统架构优势问题 下一代网络(NGN)是一个基于IP的全新通信网络，可以承载语音、数据、多媒体等种类丰富的业务。它是建立在单一的包交换网络基础上，应用软交换技术、各种应用服务器及媒体网关技术建立起来的一种分布式的、电信级的、端到端的统一网络。NGN汇聚了固定、移动、宽带等多种网络，致力于和PSTN(公共交换网)及移动网的完美互通。同时，NGN提供了一个开放式的体系架构，便于新业务的快速开发和部署。 下一代网络(NGN)的基本思路是具有统一的IP通信协议和巨大的传输容量，能以最经济的成本灵活、可靠、持续地支持一切已有和将有的业务和信号。显然，这样的网络其基础物理层只能是波分复用（WDM）光传送网，这样才可能提供巨大的网络带宽，保证可持续发展的网络结构、容量和性能以及廉价的成本，支持当前和未来的任何业务和信号。 总体来说，广义上的下一代网络(NGN)是指以软交换为代表，IMS为核心框架，能够为公众灵活提供大规模视视频话音数据等多种通信业务，以分组交换为业务统一承载平台，传输层适应数据业务特征及带宽需求，与通信运营商相关，可运营、维护、管理的通信网络。

一．NGN主要特征 NGN的主要特点是能够为公众灵活、大规模地提供以视频业务为代表，包含话音业务、互联网业务在的各种丰富业务。当前所谓的电信网是为业务设计的，实质上是为网服务的。要适应NGN多业务、灵活开展业务的特征，必须要有新的网络结构来支持。一般来说，NGN主要有如下特征。 1．NGN是业务独立于承载的网络 传统网的业务网就是承载网，结果就是新业务很难开展。NGN允许业务和网络分别提供和独立发展，提供灵活有效的业务创建、业务应用和业务管理功能，支持不同带宽的、实时的或非实时的各种多媒体业务使用，使业务和应用的提供有较大的灵活性，从而满足用户不断增长的对新业务的需求，也使得网络具有可持续发展的能力和竞争力。 2．NGN采用分组交换作为统一的业务承载方式 传统的网采用电路（时隙）方式承载话音，虽然能有效传输话音，但是不能有效承载数据。NGN的网络结构对话音和数据采用基于分组的传输模式，采用统一的协议。NGN把传统的交换机的功能模块分离成为独立的网络部件，它们通过标准的开放接口进行互联，使原有的电信网络逐步走向开放，运营商可以根据业务的需要，自由组合各部分的功能产品来组建新网络。部件间协议接口的标准化可以实现各种异构网的互通。 3.NGN能够与现有网络如PSTN、ISDN和GSM等互通

下一代互联网体系结构研究现状和发展趋势

下一代互联网体系结构研究现状和发展趋势 互联网已成为支撑现代社会发展及技术进步的重要的基础设施之一。深刻地改变着人们的生产、生活和学习方式，成为支撑现代社会经济发展、社会进步和科技创新的最重要的基础设施。互联网及其应用水平已经成为衡量一个国家基本国力和经济竞争力的重要标志之一。随着超高速光通信、无线移动通信、高性能低成本计算和软件等技术的迅速发展，以及互联网创新应用的不断涌现，人们对互联网的规模、功能和性能等方面的需求越来越高。三十多年前发明的以I Pv4协议为核心技术的互联网面临着越来越严重的技术挑战，主要包括：网络地址不足，难以更大规模扩展；网络安全漏洞多，可信度不高；网络服务质量控制能力弱，不能保障高质量的网络服务；网络带宽和性能不能满足用户的需求；传统无线移动通信与互联网属于不同技术体制，难以实现高效的移动互联网等等。 为了应对这些技术挑战，美国等发达国家从20世纪90年代中期就先后开始下一代互联网研究。中国科技人员于20世纪90年代后期开始下一代互联网研究。目前，虽然基于IPv6协议的新一代互联网络的轮廓已经逐渐清晰，许多厂商已开始提供成熟的IPv6互联设备，大规模IPv6网络也正在建设并在迅速发展。但是互联网络面临的基础理论问题并不会随着IPv6网络的应用而自然得到解决，相反，随着信息社会和正在逐渐形成的全球化知识经济形态对互联网络不断提出新的要求，更需要人们对现有的互联网络体系结构的基础理论进行新的思考和研究。近年来国际上已经形成了两种发展下一代互联网的技术路线：一种是“演进性”路线，即在现有IPv4协议的互联网上不断“改良”和“完善” 网络，最终平滑过渡到IPv6的互联网；另一种是“革命性”路线，以美国FIND/GENI项目为代表，即重新设计全新的互联网体系结构，满足未来互联网的发展需要。 本文首先介绍国际下一代互联网体系结构的研究现状，涉及美国和欧洲的GENI ［1］、FIND［2］、FIRE［3］以及FIA等计划。然后介绍中国下一代互联网体系结构的研究进展，涉及国家重点基础研究发展（“973”）计划、国家高技术研究发展（“863”）计划和中国下一代互联网（CNGI）等项目的研究。在此基础上，本文分析展望未来下一代互联网体系结构研究的发展趋势。 1 国际下一代互联网体系结构研究现状 国际上各个国家的下一代互联网研究计划不断启动、实施和重组，其研究和实验正在不断深入。从国家地域方面看，美国、欧洲、日、韩都有其各自的计划和举措；从研究内容方面看，有的关注网络基础设施和试验平台的建立，有的关注体系结构理论的创新；从技术路线上看，有的遵从“演进性”的路线，有的遵从“革命性”的路线。 1996年10月，美国政府宣布启动“下一代互联网”研究计划。陆续地，一些全球下一代互联网项目分别启动。全球下一代互联网试验网的主干网逐渐形成，规模不断扩大，

下一代互联网体系结构

引言 为解决目前互联网存在的安全性、可扩展性等诸多问题，满足不断增长的应用需求，美国国家科学基金会（National Science Foundation，NSF）分别于2005年和2006年启动了GENI（Global Environment for Network Innovation，全球网络创新环境）计划[1]和FIND（Future Internet Network Design，未来互联网网络设计）[2]计划，希望从互联网的基本设计原则和体系结构上寻求解决方案。GENI计划试图建立一个全球性的网络试验平台，用来进行各种新的网络技术试验，并以此为基础逐渐演进到下一代互联网。GENI计划认为，未来互联网应该具有很强的生存性，能在国家出现危机时提供服务，应当增强在遭受攻击或者局部故障情况下网络的可用性和恢复技术等方面的研究。FIND计划试图从底层开始对互联网体系结构进行重新设计，并把安全性和鲁棒性作为设计的基本要求。除了美国以外，欧洲发达国家和日本也对未来网络安全性的基础研究给予了高度重视，如欧盟的FIRE项目[3]、日本的AKARI项目[4]等。 美国国防部认为，当前的互联网技术不足以作为可确保全球网络（Assurable Global Networks，AGN）[5]的基础。2006年12月中旬，美国国防部高级研究计划署（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）战略科技办公室（Strategic Technology Of fi ce，STO）发布征求意见书，征求能给AGN奠定基础的研究思想和方法，并于2007年2月召开了战略研讨会。与会者普遍认为，当前网络脆弱性的根源在于互联网初始设计原则的优先顺序以及互联网体系结构；需要着眼于军事需求，从基础理论和体系结构上对AGN进行研究。下一代互联体系结构研究中一个重要的分岐是：一个学派希望通过建立新型的网络体系结构全面提升网络能力，而另一个学派希望提出基于层叠方法的新型体系结构，在兼容目前结构的前提下，扩展当前网络的适应性。同时，他们希望深化网络威胁问题描述能力，为网络生存性奠定基础；希望增强安全防御能力，提高网络生存性；希望增强路由技术，提高网络的生存性和适应性等。下面介绍这些研究进展。 新型的网络体系结构 由于诸多网络问题源于互联网初始设计原则和由此产生的体系结构，研究人员开始着手对新型网络体系结构进行探索。2000年，麻省理工学院的克拉克（Clark）等人承担了美国国防部高级研究计划署的下一代互联网体系结构NewArch项目，提出了知识平面（Knowledge Plane）[6]的概念，拓展了互联网体系结构研究的方法和思路。 体系结构研究主要集中在地址和身份分离、控制和数据分离等方面。目前TCP/IP1体系中的IP地址用于位置标识和端点的身份标识，这种双重功能限制了网络的移动性，也加大了访问控制的复杂性和苏金树吴纯青胡晓峰彭伟等 国防科学技术大学 下一代互联网体系结构关键词：计算机网络体系结构下一代互联网 1 Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/英特网互联协议

网络体系结构

网络体系结构是用来描述协议技术实现和计算机通信机制的一组抽象的规则, 这些规则指导着网络的发展。计算机网络体系结构是计算机网络的骨架, 支撑整个网络理论, 是网络基础理论研究的核心问题和最基本的研究课题, 对网络协议的制定和相关算法的实现起着指导性的作用。下一代网络体系结构分析网络体系结构的发展代表着网络技术的发展方向。传统计算机网络只能提供单一、静态的网络服务, 难以适应新的网络应用的需要; 传统计算机网络缺乏资源管理和调度能力, 难以保证网络应用对网络服务质量的要求; 传统计算机网络缺乏用户管理能力, 难以保证网络的安全、有效运行。 随着网络体系结构的演变和宽带技术的发展，传统网络向下一代网络的演进势不可挡。下一代网络将具有更广阔的业务范围。其主要目标是：支持实时的多媒体业务，缩减服务投向市场的时间，支持多种接入方式和多种接入终端，支持移动性，确保现有网络的平滑演进以及具有经济、可扩展的网络结构。 一。下一代网络体系结构需要解决的问题 作为新一代网络体系结构, 它首先必须解决传统网络体系结构的不足, 其次要考虑高性能网络对体系结构的要求, 考虑为技术的发展留下空间, 再次还必须考虑现行技术, 确保现有网络的平滑演进。 1. 满足多种业务对QoS的要求 下一代网络要支持多种业务, 从高质量的交互式实时业务( 如话音和实时性的视频业务) 到因特网的尽力而为服务。对于现有的IP网络, 用户业务量的增加造成网络资源相对使用不平衡, 因特网的尽力而为服务远远满足不了实时业务的要求。如何建立统一的、不但能够适应各种传送技术、而且能够满足各种业务需求的QoS网络体系结构, 是非常现实的课题。 2. 满足用户管理和网络安全的要求 传统网络体系结构没有用户管理功能, 不能提供独立于具体应用系统的用户标识、验证、授权和审计能力, 缺乏网络安全控制、计账和用户移动等功能。下一代网络体系结构必须充分考虑业务的需求, 要求网络具有识别、认证和授权等功能, 支持网络管理和用户的移动性等要求。 3. 满足服务组合和服务定制的要求 下一代网络体系结构要满足服务组合和服务定制的要求, 实现即时定制服务和服务部署, 缩减服务投向市场的时间。 二．下一代网络的体系结构 在传统的基于时分多路复用的PSTN中，提供给用户的各项功能或业务都直接与交换机有关业务和控制都由交换机完成如果要增加新业务首先需修订标准再对交换机进行改造每提供一项新业务都需要较长的时间周期智能网出现后实现了呼叫连接与业务提供的分离。交换机完成呼叫连接智能网完成业务提供极大地提高了网络业务提供能力缩短了新业务提供的周期，然而这种分离仅仅是第一步随着承载的多样化还必须将呼叫控制与承载进一步分离。下一代网络结构将分接入和传输层媒体层控制层和业务应用层等即把控制和业务的提供从媒体层中分离出来.。 a接入和传输层将用户连接至网络用户业务将集中传递至目的地包括各种接入手段b媒体层将信息格式转换成能够在网络上传递的信息格式例如将语音信号分割成信元或包此外媒体层还可以将信息选路至目的地.c控制层包含呼叫智能此层决定用户应该接收哪些业务它还控制其他较低层的网络单元告诉它们如何处理业务流并控制低层网络元素对业务流的处理.d业务应用层在呼叫建立的基础上提供附加服务 2、下一代网络的API体系结构 在某种意义上，下一代网络必须是一种可编程的、基于IP的网络，这必然要求XG为应用开发提供强大的、方便的、定义明确的API。对于一些业务提供商来说，API思想本身并非仅仅是一个基本概念。目前，公共API是指所有第三方都可用的API，它包括标准的、开放的API子集。另一方面，专用API 是指由某个公司控制、仅仅在公司内部或合作伙伴内部可用的API。下一代网络API体系结构有一种高级分类方法。 事实上，SS7和IN体系结构标志着控制层的出现，控制层变得越来越成熟，且越来越趋于分布式。20世纪90年代的下一代网络(NGN)设计，可能称为分组话音(V oP)更为合适一些，它使用分组传输网络(通常是ATM而不是IP网络)，该网络是由负责所有呼叫处理的高层呼叫代理(或软交换)控制的。呼叫代理也

下一代网络NGN技术剖析

下一代网络NGN技术 摘要：本文首先介绍了NGN网络的含义:NGN是一种全新的网络体系架构,它融合了IP技术和多媒体通信技术,提出了分组、分层、开放的概念;接着具体描述了NGN网络具有的特征:基于分组交换,采用分层的体系结构,采用标准的协议接口和开放的业务接口.最后提出了NGN发展过程中所亟待解决的关于网络演进,端到端的服务质量QoS,网络安全等一系列问题和各自的解决方案。 关键词：下一代网络;IP技术;软交换;媒体网关;业务接口;NGN 引言 目前，全世界电话用户大约22亿多，固定电话和移动电话各占一半，移动电话略多；因特网用户数（包括无线互联网用户数）5亿；预计，电话用户数发展速度：移动通信用户即将超过固定电话用户；预计互联网用户数在4－5年时间后，将超过固定电话用户数；历来，网络的发展对于运营商影响极大，因为运营商几乎所有的业务都是依靠网络进行的。这些影响是：原有网络能否满足用户的需要，是运营商能否取得稳定收入的决定性因素；新的网络的诞生，将从老的网络中抢走大量用户，使得运营商的利润大量转移。例如移动网络的诞生和发展，使得固话用户流失，收入下降。小灵通对于移动通信也有极大的影响，在老的网络上开展新的业务或者增值业务，将使得运营商增加大量的业务和利润。网络业务发展停滞，运营商就将“下课”。 1 电信业界期待的新业务和应用需求 例如：移动电话、因特网业务、图象通信等； 电信业务和技术处于十字路口，电信网期待突破； 1.1当前网络的情况： 运营支撑系统 业务层 路由交换层 承载层 传输层 骨 干 网 城 域 网 接 入 网 驻 地 网图1 网络模型

公共视讯交换网 VC网 VoIP/FoIP 1791x网 CDMA-1X承载电子商务/IP传统业务内部信息网IDC 专线用户虚拟专网 VPN 专线用户虚拟专网 VPN CES(DDN ATM FR IP网 ATM+IP交换 长途传输网城域传输网用户接入网165网 VoIP承 载网 第三层 交换MPLS 图2 数据和固定业务、互联网业务体系 1.2网络发展对于运营商的影响 目前，全世界电话用户大约22亿多，固定电话和移动电话各占一半，移动电话略多； 因特网用户数（包括无线互联网用户数）5亿； 预计，电话用户数发展速度：移动通信用户即将超过固定电话用户； 预计互联网用户数在4－5年时间后，将超过固定电话用户数； 网络的发展对于运营商影响极大，因为运营商几乎所有的业务都是依靠网络进行的。这些影响是： 原有网络能否满足用户的需要，是运营商能否取得稳定收入的决定性因素； 新的网络的诞生，将从老的网络中抢走大量用户，使得运营商的利润大量转移。例如移动网络的诞生和发展，使得固话用户流失，收入下降。小灵通对于移动通信也有极大的影响。 在老的网络上开展新的业务或者增值业务，将使得运营商增加大量的业务和利润。 网络业务发展停滞，运营商就将“下课”。 2下一代网络产生的背景 现有的电路交换网络对于话音的服务，安全并且有很好的质量保证，技术和应用也很成熟，缺点是不能满足数据通信的需要； 互联网是数据通信的很好的网络平台，但是其安全和质量均缺乏保证，并且是从免费的午餐开始的，缺乏电信业务所需要的质量指标、计费模式，效益很低； 光纤传输技术的发展：DWDM（密集波分复用技术）的应用，使得信息的传输速度加快，通道增加，成本降低，但是与此同时，固话运营商的利润大大下降； IP网络电话将对固定电话产生新的冲击，虽然IP电话的质量不能使人满意，但是IP网络的巨大能力，使得电信工作者和广大用户对于IP网络寄予极大的希望。目前，IP网络电话已经开始分流了固话业务，特别是利润较高的国际长途，影响很大； 电子邮件的发展，形成了免费的午餐，对于电话的话务量打击很大； 移动通信技术的发展，使得固话网络的用户ARPU值呈下降趋势，有较多的分流，但是目前的因特网缺乏在不同的接入网络业务的可携带性，移动的IP能力尚不足； 下一代通信网络是集话音、数据、传真和图像通信（视频业务）为一身、能够满足人们各种需求的多功能通信网络。 能够完成和实现这一需求的网络技术，从目前看来，是以软交换为核心的下一代网络

下一代网络的体系结构

摘要：本文归纳了对下一代网络的共识与分歧，分析了产生分歧的原因，提出应重视网络体系结构研究，同时要关注网络结构和动力学规律的基础研究。…… 1 关于下一代网络的共识与分歧 1.1 对下一代网络的基本共识 ?光纤通信技术发展速度超过Moore定律，DWDM将成为光纤通信的主流技术。?基于IP协议的数字业务将逐步成为通信与网络的主要业务 ?无线与移动通信是下一代网络的重要组成部分，固定与移动网络的融合是重要的发展方向。 ?近期内还不能实现光分组交换，建设下一代网络需要光（子）技术（线路交换）与电子技术（分组交换）互补结合。 ?下一代网络应具有可扩展性、灵活性、QoS、安全性及电信运行级的可靠性，提供充分的地址（IPv6）。 ?下一代网络应致力于信息共享与协同工作，在TCP/IP、Web协议基础上形成更易于共享与协作的新标准与新协议。 1.2 对下一代网络认识上的某些分歧 ?分布式服务（自助餐厅式）还是集中式服务（超级市场式）？ ?网络的智能在边缘还是在中央？Internet 的基本论点End to End Argument 是否仍然成立？骨干网做简单些还是做复杂些？ ?按功能分割网络设备，即按服务器—路由器—交换机等几个层次实行横向集成还是按业务分割如话音、数据等实现纵向集成。 ?是客户/服务器（client/server）结构还是对等结构（peer to peer）? ?是试图取消信令减少控制还有强调信令与控制？需不需要独立于数据层的控制网？ ?从较长的时间（10~15年）来看，分歧在于是重点发展全光网络还是光电混合网络。 ?从较短时间来看，分歧的焦点集中在数据链路层的实现，即IP层与物理层之间采用什么技术，重点发展IP over DWDM还是IP/SDH/DWDM? ?在指导思想上是 Internet 替代战略还是在话音业务基础上逐步增加业务能力的渐进战略？是强调三网在竞争中走向一种技术为主的统一还是强调技术融合（convergence）？ 1.3 对下一代网络存在分歧的原因 ? 由于技术背景的不同（计算机、邮电通信、广电等），每个学者对下一代网络技术的侧重有所不同。 ?由于不同行业有不同的经济利益，对网络发展发展前景尤其是过渡措施的不同看法实际上反映了不同的经济利益要求。 ?下一代网络的预测与规划不完全是技术问题，而是国家经济结构的优化问题，应注意听取经济学家的意见。 ?认识上的分歧往往如同一个硬币的两面，都有合理的成分。