黃兵，譚斌，羅鑒，郭勇

（中興通訊股份有限公司移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)多媒體技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳 518055）

1 引言

以IP技術(shù)為基礎(chǔ)的互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)建50余年來(lái)，取得了巨大的成功。新應(yīng)用的創(chuàng)新層出不窮，應(yīng)用不斷向深度和廣度拓展。面向未來(lái)5～10年，互聯(lián)網(wǎng)從消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)向產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)最為令人期待；VR、AR、全息通信等新媒體應(yīng)用也同樣值得關(guān)注。6G面向萬(wàn)物智聯(lián)，提出了感知互聯(lián)網(wǎng)、AI服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)、行業(yè)服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用場(chǎng)景和需求。

但在面向未來(lái)的需求，尤其是產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的需求時(shí)，現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)存在著很大的技術(shù)局限性。這些局限性包括確定性傳輸能力、網(wǎng)絡(luò)安全能力、算網(wǎng)融合能力、移動(dòng)性支持能力等。此外，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的智能化水平和對(duì)業(yè)務(wù)的精準(zhǔn)支持能力也亟待提升。

對(duì)于IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在未來(lái)5～10年如何演進(jìn)，業(yè)內(nèi)有多條研究路線，基本上可以分為顛覆型和演進(jìn)型兩大類型。本文提出，傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)盡管存在一些問(wèn)題，但其基本設(shè)計(jì)原則和架構(gòu)是有生命力的，沒有必要做顛覆性的改變。面向未來(lái)的業(yè)務(wù)需求，除了提升網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力，還需要對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)做一些改進(jìn)，解決業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同問(wèn)題。

2 傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的成功與不足

在互聯(lián)網(wǎng)誕生之初，主要是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，整體目標(biāo)圍繞著建立主機(jī)間的通信連接。之后互聯(lián)網(wǎng)逐步推進(jìn)，規(guī)模逐步擴(kuò)大，業(yè)界基于互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)過(guò)程中的問(wèn)題總結(jié)，逐步形成了一些有共識(shí)的原則。在1996年IETF發(fā)布的RFC1958Architectural Principles of the Internet中，首次提出了互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)需要遵循的一些原則，指出互聯(lián)網(wǎng)的首要目標(biāo)是提供連通性，IP協(xié)議是工具，智能應(yīng)該在網(wǎng)絡(luò)的兩端，而不是隱藏在網(wǎng)絡(luò)中。2002年，IETF對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了升級(jí)，發(fā)布了RFC3439Some Internet Architectural Guidelines and Philosophy，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)原則做出了更為明確的解讀。

（1）端到端原則

互聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜性屬于邊緣，互聯(lián)網(wǎng)的IP層應(yīng)保持盡可能簡(jiǎn)單。

（2）分層解耦原則

互聯(lián)網(wǎng)層間應(yīng)該盡可能避免內(nèi)部交互；IP應(yīng)該要做到和傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì)以及對(duì)應(yīng)的物理編址無(wú)關(guān)；不要多層實(shí)現(xiàn)重復(fù)功能設(shè)計(jì)。

（3）最優(yōu)成本設(shè)計(jì)原則

IP不追求最高效率，而是追求最優(yōu)成本的設(shè)計(jì)，應(yīng)避免逐場(chǎng)景去尋求局部最優(yōu)設(shè)計(jì)。

（4）避免過(guò)度設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該避免過(guò)度設(shè)計(jì)，如為了達(dá)到5個(gè)9（即99.999%）的可靠性，可以從整體網(wǎng)絡(luò)解決方案出發(fā)，而不是對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)組件都提出對(duì)應(yīng)的要求。

（5）分組交換原則

網(wǎng)絡(luò)不需要維護(hù)每個(gè)連接狀態(tài)，這樣可以確保網(wǎng)絡(luò)的可伸縮性并有助于提高成本效益。

這些原則是互聯(lián)網(wǎng)獲得巨大成功以及互聯(lián)網(wǎng)體系得以發(fā)揚(yáng)壯大的根源，本文認(rèn)為其中最為重要的兩大設(shè)計(jì)原則就是端到端原則和分層解耦原則。由于端到端和分層解耦的架構(gòu)設(shè)計(jì)，極大降低了互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的創(chuàng)新門檻，增加了業(yè)務(wù)部署的便利。這種架構(gòu)使得業(yè)務(wù)可以脫離網(wǎng)絡(luò)而獨(dú)立發(fā)展，新業(yè)務(wù)的開發(fā)和部署只需要在云端和終端通過(guò)軟件升級(jí)的方式進(jìn)行，可以快速迭代，而無(wú)須修改眾多的網(wǎng)元，無(wú)須制定復(fù)雜的互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)。這種架構(gòu)使得業(yè)務(wù)創(chuàng)新的門檻降低，多樣化、個(gè)性化的新業(yè)務(wù)層出不窮，從Web1.0、Web2.0到Web3.0.……新的業(yè)務(wù)模式快速更新?lián)Q代。同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)的IP層盡量簡(jiǎn)單，也有利于跨越不同類型的底層介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)全球互聯(lián)的目標(biāo)。但按照這兩個(gè)原則設(shè)計(jì)出來(lái)的IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，存在的最大問(wèn)題就是業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)處于相對(duì)割裂的狀態(tài)。端到端原則隔離了兩端和網(wǎng)絡(luò)，使得終端和云端無(wú)法感知網(wǎng)絡(luò)的狀況；分層解耦原則隔離了應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層，使得上層應(yīng)用無(wú)法向網(wǎng)絡(luò)傳遞個(gè)性化的需求，最終絕大多數(shù)業(yè)務(wù)只能按照“盡力而為”的模式運(yùn)行。

隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)向縱深推進(jìn)，尤其是產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的割裂狀態(tài)越來(lái)越不能滿足業(yè)務(wù)的需求。如對(duì)于傳輸質(zhì)量有要求的業(yè)務(wù)，希望網(wǎng)絡(luò)能夠提供確定性的傳輸能力，即帶寬、丟包率、時(shí)延都是可以預(yù)期的，而不僅是“盡力而為”；對(duì)安全性有高要求的垂直行業(yè)，希望網(wǎng)絡(luò)不僅提供傳輸功能，而且提供“有安全保障”的傳輸，即保持信息傳送的完整、可靠、不被非授權(quán)的訪問(wèn)；還有的業(yè)務(wù)希望感知網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，如鏈路利用率、丟包率、緩存隊(duì)列等，以便調(diào)整自身的傳輸窗口，保持最優(yōu)的傳輸效率。

因此，需要重新思考現(xiàn)有體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，以解決業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)隔離的問(wèn)題。不過(guò)這并不意味著完全拋棄最初的設(shè)計(jì)原則，打造一個(gè)全新的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。

3 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的協(xié)同是未來(lái)IP網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵需求

業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的分離，不僅體現(xiàn)在IP設(shè)計(jì)中，還體現(xiàn)在電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)融合過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者和業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)者的分離。

互聯(lián)網(wǎng)最初是服務(wù)于教育科研的網(wǎng)絡(luò)。20世紀(jì)80年代，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（National Science Foundation，NSF）是互聯(lián)網(wǎng)的主要建設(shè)者和管理者。90年代以后，NSFNet恢復(fù)成為學(xué)術(shù)網(wǎng)絡(luò)，而網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商成為了商用互聯(lián)網(wǎng)的主要建設(shè)者和運(yùn)營(yíng)者。為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)逐步成為運(yùn)營(yíng)商的一項(xiàng)主要業(yè)務(wù)，運(yùn)營(yíng)商投入巨資拓展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，提升網(wǎng)絡(luò)連接速度，極大地促進(jìn)了互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商一直試圖實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的綜合運(yùn)營(yíng)，不斷研究“綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)”技術(shù)，從80年代末的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（integrated service digital network，ISDN）技術(shù)，到90年代的異步傳輸模式（asynchronous transfer mode，ATM）技術(shù)，再到90年代末開始的電信級(jí)IP承載網(wǎng)技術(shù)。但是IP技術(shù)架構(gòu)“兩端智能、中間簡(jiǎn)單、業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)分離”的特征，使得運(yùn)營(yíng)商在發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)方面沒有優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商曾經(jīng)大力發(fā)展即時(shí)通信、音樂(lè)、游戲等新興業(yè)務(wù)，但成功者寥寥無(wú)幾?；ヂ?lián)網(wǎng)服務(wù)商在商業(yè)模式靈活性、業(yè)務(wù)創(chuàng)新能力、迭代速度、資本運(yùn)作等方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在這個(gè)過(guò)程中，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)逐漸分離。新的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商，如美國(guó)的Facebook、Amazon、Google，中國(guó)的BAT，借助于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商建設(shè)得越來(lái)越寬的連接帶寬不斷創(chuàng)造出新的業(yè)務(wù)形式，從2G時(shí)代的新聞瀏覽，到3G時(shí)代的音樂(lè)、社交，到4G時(shí)代的視頻、游戲，再到5G時(shí)代的VR/AR……

網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商曾試圖發(fā)揮自身的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，引入“智能管道”的理念，用VPN、QoS等技術(shù)手段使得不同類型的業(yè)務(wù)能得到不同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。如QoS發(fā)展出了DiffServ、IntServ、MPLS-TE等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，新的SR-TE、SR-Policy等技術(shù)也在標(biāo)準(zhǔn)制定之中，但這些技術(shù)只在運(yùn)營(yíng)商自營(yíng)業(yè)務(wù)得到部署，沒有得到更廣泛的應(yīng)用，尤其是沒有和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商的業(yè)務(wù)結(jié)合起來(lái)。互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)始終處于相對(duì)分離的狀態(tài)。出現(xiàn)這種情況有以下原因。

? 網(wǎng)絡(luò)總體處于輕載狀態(tài)，即使是“盡力而為”，也能滿足大部分業(yè)務(wù)的體驗(yàn)需求，因此業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)方?jīng)]有很強(qiáng)的QoS需求。

? 應(yīng)用開發(fā)者不斷在應(yīng)用層、傳輸層開發(fā)新的技術(shù)降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸質(zhì)量的要求，如壓縮率更高的音視頻編碼、前向糾錯(cuò)編碼、多路傳輸（如QUIC）等技術(shù)。同時(shí)，有實(shí)力的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商還自建網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，大量部署MEC節(jié)點(diǎn)、POP節(jié)點(diǎn)等，盡量靠近用戶提供服務(wù)，降低對(duì)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的需求。

? 現(xiàn)有的QoS技術(shù)沒有解決可運(yùn)營(yíng)的問(wèn)題，從QoS需求如何傳遞給網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)對(duì)QoS參數(shù)的配置、網(wǎng)絡(luò)對(duì)QoS保障業(yè)務(wù)的收費(fèi)等。

隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的持續(xù)深入，尤其是行業(yè)應(yīng)用的不斷互聯(lián)網(wǎng)化，業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求，網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)分離的狀態(tài)難以持續(xù)，從以下5個(gè)方面加以說(shuō)明。

（1）網(wǎng)絡(luò)帶寬提升逐漸遇到技術(shù)瓶頸，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)難以繼續(xù)保持輕載狀態(tài)。

對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)，光纖傳輸性能最好的C波段已經(jīng)在傳輸速率上逼近香農(nóng)極限，L波段正在開發(fā)中，S波段也提上了日程，但后兩者的傳輸性能弱于C波段，而實(shí)現(xiàn)成本高于C波段。新的少模多芯技術(shù)預(yù)計(jì)技術(shù)成熟需10年以上，且需重鋪光纖，意味著部署成本大幅上升；對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，5G的頻譜效率也已經(jīng)接近香農(nóng)極限，再進(jìn)一步提升帶寬只能從更高頻段的太赫茲上想辦法，但頻段越高，穿透力越差，意味著要達(dá)到同樣的覆蓋，需要更高密度的基站。因此不論是有線還是無(wú)線，未來(lái)想繼續(xù)保持輕載就意味著更高的成本、能耗，在商業(yè)上難以持續(xù)。

（2）即使保持輕載，“盡力而為”模式的服務(wù)也不能滿足垂直行業(yè)對(duì)于低時(shí)延、低抖動(dòng)、高可靠的傳送需求。

如工業(yè)控制、智能電網(wǎng)等行業(yè)應(yīng)用要求毫秒級(jí)時(shí)延、微秒級(jí)抖動(dòng)、5～6個(gè)9（99.999%～99.999 9%）的高可靠性，僅僅依靠“‘盡力而為’的分組轉(zhuǎn)發(fā)模式+傳統(tǒng)的QoS”機(jī)制并不能達(dá)到這種服務(wù)要求。需要網(wǎng)絡(luò)能夠識(shí)別這種具有特殊需求的業(yè)務(wù)，并且用確定性的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)滿足其需求。

（3）隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人機(jī)、云XR等新興業(yè)務(wù)的發(fā)展，未來(lái)的業(yè)務(wù)對(duì)于移動(dòng)性提出了更高的要求。

未來(lái)的6G網(wǎng)絡(luò)需支持新增的衛(wèi)星通信、毫米波、微基站等新型連接技術(shù)，在連接密度、空間容量、終端移動(dòng)速度等方面相比5G網(wǎng)絡(luò)有上百倍的增加。目前應(yīng)用層、傳輸層對(duì)于移動(dòng)性的支持有所增強(qiáng)（如QUIC技術(shù)），一定程度上緩解了對(duì)于網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性的要求。但是未來(lái)的業(yè)務(wù)不僅要求跨越各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性，而且要求移動(dòng)切換時(shí)業(yè)務(wù)連續(xù)不中斷，高可靠業(yè)務(wù)甚至要求移動(dòng)切換過(guò)程中保持零丟包、低時(shí)延、低抖動(dòng)、高可靠。這些需求僅靠應(yīng)用、終端的改進(jìn)是不能滿足的，必須在網(wǎng)絡(luò)層面提供能力支撐。

（4）在分布式計(jì)算和邊緣計(jì)算的大背景下，算力資源從中心云的集中模式，逐漸向“云-邊-端”的分布式模式轉(zhuǎn)變。

算力的分布化，最主要的驅(qū)動(dòng)力是要就近提供服務(wù)，滿足低時(shí)延、高可靠的需求。因此，為用戶和應(yīng)用調(diào)度算力資源時(shí)、必須同時(shí)考慮網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)傳輸能力，即需要能夠根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)狀況、計(jì)算資源實(shí)時(shí)狀況，將業(yè)務(wù)導(dǎo)入最合適的計(jì)算節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行計(jì)算任務(wù)，同時(shí)建立能滿足帶寬、時(shí)延等特性的網(wǎng)絡(luò)連接。這是計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)深度融合的模式。這種融合不同于目前業(yè)內(nèi)在做的云網(wǎng)融合，云網(wǎng)融合是以云為主導(dǎo)的模式，但各個(gè)云平臺(tái)都是封閉私有的架構(gòu)，因此云網(wǎng)融合無(wú)法做到全程全網(wǎng)。由于缺少統(tǒng)一的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，云服務(wù)商和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商之間只能一對(duì)一進(jìn)行接口適配，互聯(lián)效率低，云和網(wǎng)之間也難以形成有效的協(xié)同。未來(lái)在廣域網(wǎng)上，由網(wǎng)絡(luò)主導(dǎo)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)融合是較為合適的路徑，網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域具有互聯(lián)互通的傳統(tǒng)，以及成熟的標(biāo)準(zhǔn)制定流程和組織。算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是電信行業(yè)朝這個(gè)方向的一種努力，其目標(biāo)是網(wǎng)絡(luò)能夠感知算力，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的算力和網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一調(diào)度，形成算網(wǎng)存一體化、服務(wù)化的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施。

（5）未來(lái)業(yè)務(wù)對(duì)于高可靠的需求同時(shí)伴生著高安全需求。

互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)初期沒有考慮安全性，其端到端的設(shè)計(jì)是交給兩端來(lái)解決安全問(wèn)題。隨著非對(duì)稱密鑰技術(shù)、公鑰基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)的發(fā)展，基于應(yīng)用端和終端的安全技術(shù)確實(shí)在一定程度解決了互聯(lián)網(wǎng)的安全問(wèn)題，對(duì)于安全有較高要求的網(wǎng)上支付、電子商務(wù)等應(yīng)用都得到了大規(guī)模的應(yīng)用。但至少有3個(gè)方面的原因，使得目前的安全解決模式無(wú)法滿足未來(lái)行業(yè)應(yīng)用的需求。

? 目前互聯(lián)網(wǎng)全互通的模式，使得安全問(wèn)題始終處于“道高一尺，魔高一丈”的技術(shù)比拼之中。行業(yè)應(yīng)用難以避免新的攻擊手段的威脅，從而阻礙了行業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

? 應(yīng)用層的安全技術(shù)即使能夠防住攻擊，也需要付出時(shí)間和資源的代價(jià)，如需要對(duì)通信對(duì)端做嚴(yán)格的身份認(rèn)證，以及對(duì)于數(shù)據(jù)流做復(fù)雜的加減密算法。有時(shí)無(wú)法滿足應(yīng)用的低時(shí)延需求。

? 對(duì)于DDoS攻擊，目前業(yè)內(nèi)沒有很好的解決辦法。

因此，未來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)不能讓應(yīng)用和終端暴露于完全不受控的網(wǎng)絡(luò)之中。網(wǎng)絡(luò)要能夠讓相互信任的用戶無(wú)障礙連接，相互不信任的用戶之間高度受限，這就需要網(wǎng)絡(luò)具備內(nèi)生安全的能力。

綜上所述，脫離網(wǎng)絡(luò)層面的支持，未來(lái)的業(yè)務(wù)已無(wú)法僅通過(guò)應(yīng)用層的改進(jìn)，以overlay的方式滿足自身對(duì)于高可靠、低時(shí)延、高安全、移動(dòng)性的需求。而要滿足業(yè)務(wù)的需求，一方面需要網(wǎng)絡(luò)自身基礎(chǔ)能力的提升，另一方面，需要在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和協(xié)議方面，建立業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁，使得網(wǎng)絡(luò)層面的新能力、新技術(shù)等很好地被業(yè)務(wù)使用。

實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同，對(duì)于業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商都具有重要的意義。對(duì)于業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商，這是高質(zhì)量業(yè)務(wù)真正落地的必要條件；對(duì)于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，則是擺脫“啞管道”地位，發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)造更多價(jià)值的機(jī)會(huì)點(diǎn)。

4 面向業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的未來(lái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

基于以上分析，本文提出未來(lái)IP網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的基本觀點(diǎn)。

? 基于IP技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行50年來(lái)已經(jīng)取得巨大的成功，說(shuō)明互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)總體是合理的，目前沒有充足的理由對(duì)其做根本性的改變。其核心設(shè)計(jì)原則需要保留，包括端到端原則、分層解耦原則等。

? 未來(lái)的業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求，需要網(wǎng)絡(luò)能感知業(yè)務(wù)需求，提供精準(zhǔn)的服務(wù)，而不僅是“盡力而為”。因此目前業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)相對(duì)分離的架構(gòu)需要做調(diào)整，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同。

? 目前的IP網(wǎng)絡(luò)需要持續(xù)提升自身能力，才能滿足未來(lái)業(yè)務(wù)的需求。包括精準(zhǔn)傳輸能力、內(nèi)生安全能力、算力網(wǎng)絡(luò)能力、移動(dòng)性服務(wù)能力等。

綜上，未來(lái)IP網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)，是基于增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)能力和業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的架構(gòu)，以“網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生”的方式滿足未來(lái)業(yè)務(wù)的共性需求（如確定性、安全性等），使網(wǎng)絡(luò)成為未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的公共能力平臺(tái)?；谶@個(gè)想法，提出了如圖1所示的未來(lái)網(wǎng)絡(luò)參考架構(gòu)，這個(gè)架構(gòu)在橫向、縱向兩個(gè)維度對(duì)現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)提出了改進(jìn)方向。

圖1 未來(lái)IP網(wǎng)絡(luò)參考架構(gòu)

（1）橫向：服務(wù)化網(wǎng)絡(luò)賦能的端到端架構(gòu)

從橫向的角度看，即終端、網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)之間的關(guān)系看，端到端的互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)原則仍然保留，即業(yè)務(wù)的處理仍然主要在兩端進(jìn)行。同時(shí)，為了滿足網(wǎng)絡(luò)對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行支撐的需求，把“端到端原則”修正為“服務(wù)化網(wǎng)絡(luò)賦能的端到端原則”。增加了兩方面的含義。

? 未來(lái)網(wǎng)絡(luò)在保持原有“盡力而為”服務(wù)的基礎(chǔ)上，提供增強(qiáng)的、共性的服務(wù)能力。包括確定性承載能力、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全能力、算力網(wǎng)絡(luò)能力和連續(xù)移動(dòng)服務(wù)能力等。

? 網(wǎng)絡(luò)將增強(qiáng)服務(wù)能力延伸到業(yè)務(wù)應(yīng)用的兩端，并提供標(biāo)準(zhǔn)化的能力開放接口，為未來(lái)多種多樣的業(yè)務(wù)提供服務(wù)化的支撐。

網(wǎng)絡(luò)能力提升面向的是基礎(chǔ)性的、公共服務(wù)類的能力，不會(huì)“越俎代庖”去做更適合在業(yè)務(wù)層面做的事情，不會(huì)改變IP網(wǎng)絡(luò)端到端的基本架構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)能力提升面向未來(lái)業(yè)務(wù)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的需求，如提供有服務(wù)質(zhì)量保障的連接，即確定性網(wǎng)絡(luò)能力；提供基礎(chǔ)資源類服務(wù)，即“連接+計(jì)算+存儲(chǔ)”服務(wù)；提供業(yè)務(wù)支撐類服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)提供業(yè)務(wù)需要的公共模塊，如安全服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)將服務(wù)能力延伸到兩端，目標(biāo)是打破網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)之間的隔離，使得增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)能力能夠被業(yè)務(wù)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同。網(wǎng)絡(luò)能力延伸的具體實(shí)現(xiàn)形式有多種。一種形式是在終端和服務(wù)端部署智能插件，作為網(wǎng)絡(luò)功能的代理。另一種形式是把智能插件部署在網(wǎng)絡(luò)的邊緣節(jié)點(diǎn)（PE節(jié)點(diǎn)）。智能插件是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商觸達(dá)用戶需求、應(yīng)用意圖的重要手段，是網(wǎng)絡(luò)功能精準(zhǔn)投放的重要載體。未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)智能插件具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，如智能插件負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)映射和管理，解決當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)面臨的安全可信、移動(dòng)連續(xù)以及尋址效率等問(wèn)題；智能插件還可以通過(guò)感知應(yīng)用意圖，對(duì)網(wǎng)絡(luò)、算力、AI、安全等綜合資源進(jìn)行最優(yōu)決策和調(diào)度，最終向應(yīng)用提供有精準(zhǔn)資源保證的精準(zhǔn)連接。

智能插件和應(yīng)用之間通過(guò)松耦合的接口進(jìn)行交互，一類接口是網(wǎng)絡(luò)向應(yīng)用發(fā)布不同類型的業(yè)務(wù)服務(wù)調(diào)用接口，應(yīng)用結(jié)合自身的需求調(diào)用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；另一類是網(wǎng)絡(luò)向應(yīng)用提供資源狀態(tài)通告服務(wù)，應(yīng)用根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源使用狀態(tài)進(jìn)行應(yīng)用側(cè)優(yōu)化，以向最終用戶提供精準(zhǔn)的業(yè)務(wù) 體驗(yàn)。

（2）縱向：智能控制面支撐的分層模型

互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的“縱向”，可以從兩個(gè)角度理解：一個(gè)是縱向的協(xié)議分層，即TCP/IP協(xié)議棧，分為應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、網(wǎng)絡(luò)接口層（網(wǎng)絡(luò)接口層可再細(xì)分為鏈路層、物理層）；還有一個(gè)角度是網(wǎng)絡(luò)的縱向功能區(qū)分，分成轉(zhuǎn)發(fā)面、控制面、管理面。

TCP/IP是按照“分層解耦”的原則設(shè)計(jì)的，不同層次的功能定位要明確、不重復(fù)，層間接口簡(jiǎn)單、清晰。同時(shí)，IP層作為互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通的基礎(chǔ)，是所有節(jié)點(diǎn)都要支持的協(xié)議，影響面涉及全網(wǎng)。IP層的技術(shù)改動(dòng)需要經(jīng)歷長(zhǎng)期的技術(shù)研究、試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)化的過(guò)程，才能進(jìn)入真正的商業(yè)部署。從這個(gè)意義來(lái)說(shuō)，對(duì)于IP層的改動(dòng)要保持慎重。

但目前的IP架構(gòu)造成了業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的隔離，這個(gè)問(wèn)題需要在未來(lái)網(wǎng)絡(luò)中解決。為了加強(qiáng)業(yè)務(wù)層與網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)同，對(duì)IP協(xié)議棧做適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)是必不可少的，只是這種改動(dòng)涉及面不能太大，改動(dòng)不能太頻繁。

對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能的擴(kuò)展，還可以從網(wǎng)絡(luò)縱向架構(gòu)的另一個(gè)角度，即網(wǎng)絡(luò)自身的轉(zhuǎn)發(fā)面、控制面、管理面著手。自從SDN的概念提出以來(lái)，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)采用相對(duì)集中的控制面，簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)發(fā)面，已經(jīng)成為運(yùn)營(yíng)商的普遍選擇。SDN控制器相當(dāng)于以軟件的方式擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)的功能，有利于把最新的IT技術(shù)，比如AI、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術(shù)，引入到網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的高效利用、網(wǎng)絡(luò)能力的精準(zhǔn)匹配。

兩個(gè)角度結(jié)合起來(lái)看，未來(lái)IP網(wǎng)絡(luò)縱向的改進(jìn)方向就是“智能控制面支撐的分層模型”。具體的含義有以下兩個(gè)。

? 保持互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧的“分層解耦模型”，IP層盡量穩(wěn)定。但這并不是說(shuō)，IP不能擴(kuò)展。事實(shí)上，IPv6協(xié)議預(yù)留了擴(kuò)展字段用于擴(kuò)展新功能，SRv6、BIER6等功能就是利用IPv6的擴(kuò)展功能實(shí)現(xiàn)的。對(duì)IP層的擴(kuò)展要相對(duì)慎重，要考慮對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的兼容和網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)。

? 網(wǎng)絡(luò)的功能擴(kuò)展主要在相對(duì)集中的控制面進(jìn)行，轉(zhuǎn)發(fā)面盡量簡(jiǎn)潔。智能化的控制面，應(yīng)作為運(yùn)營(yíng)商擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)功能，提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力的主要抓手，使得網(wǎng)絡(luò)能夠在不對(duì)基礎(chǔ)協(xié)議做大的改動(dòng)的情況下，體現(xiàn)出更強(qiáng)的業(yè)務(wù)支撐能力和適配能力，實(shí)現(xiàn)靈活性和穩(wěn)定性的統(tǒng)一。

基于以上的設(shè)計(jì)思想，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)新功能的部署，可以把復(fù)雜多變的處理交給控制面，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)面保留通用、簡(jiǎn)化的處理功能。如轉(zhuǎn)發(fā)面負(fù)責(zé)提供基本原子元素的操作（如標(biāo)識(shí)、選路、整形、調(diào)度等），控制面把網(wǎng)絡(luò)原子功能組合，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的應(yīng)用需求。

智能控制面本質(zhì)上是實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)功能的IT化、軟件化，有利于引進(jìn)最新的IT技術(shù)，比如大數(shù)據(jù)、人工智能等，使得網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也像IT技術(shù)一樣迅速迭代演進(jìn)。如最近發(fā)展迅速的意圖網(wǎng)絡(luò)（IBN），通過(guò)分析用戶意圖，將意圖轉(zhuǎn)譯為相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)策略，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)感知和控制策略的自動(dòng)化部署。在意圖網(wǎng)絡(luò)的支撐下，非專業(yè)人員在對(duì)網(wǎng)絡(luò)行為感知和控制時(shí)，無(wú)須了解相關(guān)的底層實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，大大簡(jiǎn)化應(yīng)用開發(fā)的復(fù)雜度。還有鏡像網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，基于對(duì)網(wǎng)絡(luò)整個(gè)運(yùn)行狀況的仿真、建模，對(duì)于未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、用戶體驗(yàn)以及后續(xù)行為做出預(yù)測(cè)，以便快速調(diào)整資源配置，優(yōu)化用戶體驗(yàn)。

未來(lái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)橫向、縱向兩個(gè)維度的改進(jìn)方向是相輔相成的關(guān)系。端到端原則和分層模型是保持互聯(lián)網(wǎng)靈活、可靠、可擴(kuò)展的最基本原則。為了滿足未來(lái)業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)可持續(xù)發(fā)展，引入了服務(wù)化網(wǎng)絡(luò)的概念，作為端到端原則的補(bǔ)充。而智能控制面的引入，就是為了在分層模型架構(gòu)中增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)能力。

綜上，本文提出的網(wǎng)絡(luò)參考架構(gòu)。核心要點(diǎn)有3條：網(wǎng)絡(luò)自身的能力要提升（確定性承載、內(nèi)生安全等）；這種能力要能夠向兩端延伸，向應(yīng)用開放；控制面增強(qiáng)、轉(zhuǎn)發(fā)面簡(jiǎn)潔。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)未來(lái)10年IP網(wǎng)絡(luò)面臨的業(yè)務(wù)需求，提出了面向業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的IP網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方向?？傮w上認(rèn)為，IP技術(shù)雖然已經(jīng)存在了50多年，但其技術(shù)架構(gòu)具有彈性，仍然可以以逐步演進(jìn)的方式繼續(xù)發(fā)展，在未來(lái)的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)階段繼續(xù)作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施。

提出了“橫向：服務(wù)化網(wǎng)絡(luò)賦能的端到端架構(gòu)，縱向：智能控制面支撐的分層模型”的IP網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)思路，力圖在不對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)做大的改動(dòng)的前提下，解決關(guān)鍵的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同問(wèn)題，使得未來(lái)IP網(wǎng)絡(luò)更加適配業(yè)務(wù)需求，更加開放、智能。

在概念層面提出了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，下一步還需要做詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)方案。包括協(xié)議層面的改進(jìn)方案，轉(zhuǎn)發(fā)面實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)交互的接口，控制面實(shí)現(xiàn)智能管理的方案等。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力的提升，包括確定性承載、算力網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)生安全等能力的設(shè)計(jì)也需要不斷完善。希望在業(yè)內(nèi)同行的共同努力下，未來(lái)IP網(wǎng)絡(luò)能夠解決面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，滿足整個(gè)社會(huì)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。