蔣林濤

(中國(guó)信息通信研究院,北京 100191)

0 引言

網(wǎng)絡(luò)5.0是研究以第五代數(shù)據(jù)網(wǎng)為技術(shù)主體的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展至今都由業(yè)務(wù)網(wǎng)和承載網(wǎng)組成:業(yè)務(wù)網(wǎng)用于業(yè)務(wù)的組織、管理和生成交換信息的數(shù)據(jù);承載網(wǎng)用于傳送端到端的業(yè)務(wù)信息流(包括模擬信息流和數(shù)據(jù)信息流)。在傳統(tǒng)電話網(wǎng)階段,只有電話一種業(yè)務(wù)是用一個(gè)網(wǎng)來(lái)承載一種業(yè)務(wù),是唯一的網(wǎng)業(yè)合一通信系統(tǒng)。隨著業(yè)務(wù)的多樣化,網(wǎng)業(yè)合一的模型不可能再持續(xù),網(wǎng)業(yè)分離成為必然的發(fā)展方向,如圖1所示。

圖1 信息通信網(wǎng)絡(luò)的組成

模擬承載網(wǎng)的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去,除了極少的場(chǎng)合還有使用外,基本上不再使用,通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)很早就進(jìn)入了數(shù)字時(shí)代。網(wǎng)絡(luò)5.0是研究以第五代數(shù)據(jù)網(wǎng)為技術(shù)主體的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),即網(wǎng)絡(luò)5.0的主要工作是研究第五代數(shù)據(jù)網(wǎng)技術(shù)。因?yàn)闃I(yè)務(wù)網(wǎng)和承載網(wǎng)間有著密切聯(lián)系,網(wǎng)絡(luò)5.0還將研究業(yè)務(wù)網(wǎng)和承載網(wǎng)協(xié)同問(wèn)題和相關(guān)通信協(xié)議。

網(wǎng)絡(luò)5.0是按數(shù)據(jù)網(wǎng)的分代來(lái)命名的,數(shù)據(jù)網(wǎng)已經(jīng)歷了4代,未來(lái)應(yīng)該進(jìn)入第5代。

第一代數(shù)據(jù)網(wǎng)建立在模擬通信網(wǎng)的基礎(chǔ)上。第一代數(shù)據(jù)網(wǎng)的傳輸網(wǎng)和交換的基礎(chǔ)是模擬網(wǎng),在模擬網(wǎng)上采用基帶調(diào)制或頻帶調(diào)制技術(shù),通過(guò)模擬網(wǎng)來(lái)傳送數(shù)字信息。其工作特點(diǎn)是:數(shù)據(jù)通信建立在模擬網(wǎng)上,采用面向連接的工作方式?；谀M通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)1.0[1-2]。

第二代數(shù)據(jù)網(wǎng)是真正意義上的通信數(shù)據(jù)網(wǎng),全程采用數(shù)據(jù)技術(shù)。采用同步時(shí)分復(fù)用技術(shù)將傳輸信道信息的時(shí)間分隔成時(shí)隙,同時(shí)將時(shí)隙分配給每一路信號(hào),每一路信號(hào)在自己的時(shí)隙內(nèi)獨(dú)占信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?；跁r(shí)分復(fù)用的數(shù)據(jù)網(wǎng)有同步數(shù)字體系、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)等。這種基于時(shí)分復(fù)用的數(shù)據(jù)網(wǎng)稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)2.0。

第三代數(shù)據(jù)網(wǎng)采用了分組統(tǒng)計(jì)復(fù)用技術(shù)和面向連接的工作形態(tài)。第三代數(shù)據(jù)網(wǎng)的代表技術(shù)是X.25、幀中繼和異步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode,ATM)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。X.25和幀中繼是非定長(zhǎng)分組技術(shù),ATM是定長(zhǎng)分組數(shù)據(jù)技術(shù),一個(gè)定長(zhǎng)分組稱(chēng)為信元,信元長(zhǎng)度為(5+48)字節(jié),其中5字節(jié)為信元頭,48字節(jié)為信元的數(shù)據(jù)載荷。ATM是一個(gè)設(shè)計(jì)非常完備的網(wǎng)絡(luò),能滿(mǎn)足語(yǔ)音、視頻等多媒體業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量上的要求[1]。X.25、幀中繼和ATM是面向連接的,所需的連接數(shù)和用戶(hù)數(shù)之間存在N平方問(wèn)題,連接數(shù)的局限,限制了可以組成網(wǎng)絡(luò)的尺度。采用了分組統(tǒng)計(jì)復(fù)用和面向連接的工作形態(tài)的數(shù)據(jù)網(wǎng)稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)3.0。

第四代數(shù)據(jù)網(wǎng)采用分組統(tǒng)計(jì)復(fù)用技術(shù)和不面向連接的工作形態(tài)[1]。X.25的數(shù)據(jù)報(bào)技術(shù)和網(wǎng)際互連協(xié)議(Internet Protocol,IP)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)屬于同一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。X.25的數(shù)據(jù)報(bào)和IP報(bào)文在傳輸數(shù)據(jù)時(shí),將數(shù)據(jù)報(bào)文分為若干分片(也稱(chēng)為“數(shù)據(jù)包”)進(jìn)行獨(dú)立傳輸,然后在目的端進(jìn)行重組,進(jìn)而構(gòu)成完整報(bào)文。各數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度可以不同,也可以通過(guò)不同的路徑進(jìn)行傳輸。IP網(wǎng)具有開(kāi)放性、中立性和簡(jiǎn)潔性,是目前實(shí)際使用的數(shù)據(jù)網(wǎng),也是唯一可用的數(shù)據(jù)網(wǎng)。X.25的數(shù)據(jù)報(bào)技術(shù)和IP網(wǎng)技術(shù)稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)4.0。

多協(xié)議標(biāo)簽交換(Multi-Protocol Label Switching,MPLS)技術(shù)在開(kāi)放的通信網(wǎng)上利用標(biāo)簽引導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行高速和高效傳輸。IP+MPLS技術(shù)介于第四代到第五代之間,可稱(chēng)為4.5代網(wǎng)絡(luò)技術(shù),其技術(shù)特點(diǎn)仍是基于統(tǒng)計(jì)復(fù)用的分組數(shù)據(jù)技術(shù)[1],但面向連接工作形態(tài)和不面向連接工作形態(tài)共存于同一網(wǎng)絡(luò)之中。其中,面向連接工作形態(tài)(MPLS)只能用于小尺度場(chǎng)合;不面向連接的工作形態(tài)可以用于全球、無(wú)限連接等大尺度場(chǎng)合。

第五代數(shù)據(jù)網(wǎng)采用基于統(tǒng)計(jì)復(fù)用的分組數(shù)據(jù)技術(shù),從技術(shù)上講是對(duì)第四代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的繼承和發(fā)展。與第四代數(shù)據(jù)網(wǎng)相比,第五代數(shù)據(jù)網(wǎng)是一個(gè)大尺度場(chǎng)合(全球、無(wú)限連接)使用的網(wǎng)絡(luò),能力上能完全包容第四代數(shù)據(jù)網(wǎng),但是其網(wǎng)絡(luò)要具有可信安全能力,要具有三個(gè)維度(路由、時(shí)間和資源)的確定性,要支持大尺度的不面向連接的虛擬網(wǎng)等。此外,第五代數(shù)據(jù)網(wǎng)在代際的網(wǎng)絡(luò)性能和能力方面有了提升。第五代數(shù)據(jù)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)引入了新的設(shè)計(jì)理念和新的設(shè)計(jì)思想。

1 網(wǎng)絡(luò)5.0的設(shè)計(jì)理念

在討論網(wǎng)絡(luò)5.0的設(shè)計(jì)理念之前,還必須要先討論互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念,這是因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)使用的是IP網(wǎng)(第四代數(shù)據(jù)網(wǎng)技術(shù))。討論清楚互聯(lián)網(wǎng),有助于理解網(wǎng)絡(luò)5.0的設(shè)計(jì)理念及其由來(lái)。

百度百科將互聯(lián)網(wǎng)定義為網(wǎng)絡(luò)間以一組通用協(xié)議進(jìn)行互聯(lián),形成的邏輯上的巨大國(guó)際網(wǎng)絡(luò)[3]。從上述定義很難看出互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念,再看一下作為互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)的IP網(wǎng)的定義。根據(jù)百度百科的定義,IP網(wǎng)的全稱(chēng)是Internet Protocol(網(wǎng)際互連協(xié)議),也是“TCP/IP體系中的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。設(shè)計(jì)IP的目的是提高網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性:一是解決互聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通;二是分割頂層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之間的耦合關(guān)系,以利于兩者的獨(dú)立發(fā)展。根據(jù)端到端的設(shè)計(jì)原則,IP只為主機(jī)提供一種無(wú)連接的、不可靠的、盡力而為的數(shù)據(jù)包傳輸服務(wù)[3]。”結(jié)合以上定義大體可以看出一點(diǎn)互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念,當(dāng)然不是完整和官方的。總體而言,互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念是具有無(wú)限連接(連接用戶(hù)數(shù)無(wú)限和并發(fā)連接數(shù)無(wú)限)能力,在一個(gè)以“盡力而為”傳輸能力為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)網(wǎng)上,構(gòu)建“以業(yè)務(wù)為中心”的OTT形態(tài)(頂層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)徹底解耦)網(wǎng)絡(luò)。其中,OTT全稱(chēng)是Over The Top,原意為籃球中的“過(guò)頂傳球”,對(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò),即業(yè)務(wù)與承載完全解耦。

單純從技術(shù)角度來(lái)看,互聯(lián)網(wǎng)沒(méi)有明確的頂層設(shè)計(jì),是“無(wú)心插柳”的產(chǎn)物,TCP/IP協(xié)議僅希望實(shí)現(xiàn)異機(jī)種計(jì)算機(jī)之間的互連(進(jìn)程級(jí)),IPv4中32比特地址的設(shè)計(jì),43億個(gè)地址完全是沒(méi)有考慮大尺度互連的。然而,互聯(lián)網(wǎng)中的一系列極為巧妙、考慮周全和極為高明的設(shè)計(jì),如采用不面向連接IP網(wǎng)的設(shè)計(jì)、通用資源標(biāo)識(shí)(域名)的設(shè)計(jì)、超級(jí)鏈的設(shè)計(jì)等,使互聯(lián)網(wǎng)變得“無(wú)所不能”,又超出“無(wú)心插柳”的設(shè)計(jì)產(chǎn)物所能達(dá)到的水平?；ヂ?lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念包含尺度上的兩個(gè)無(wú)限:連接尺度無(wú)限(即互聯(lián)網(wǎng)可以連接無(wú)限用戶(hù)),可以同時(shí)支持的并發(fā)連接數(shù)無(wú)限;承載業(yè)務(wù)能力無(wú)限,任何業(yè)務(wù)都能承載(得益于分割頂層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之間的耦合關(guān)系)?；ヂ?lián)網(wǎng)“以業(yè)務(wù)為中心”的設(shè)計(jì)理念,無(wú)論是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)還是資源的配置都是以業(yè)務(wù)為中心的,業(yè)務(wù)發(fā)展的高度自由導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展極為迅速、史無(wú)前例。互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展成就了信息通信技術(shù)的高速發(fā)展。互聯(lián)網(wǎng)的基本設(shè)計(jì)理念是:業(yè)務(wù)網(wǎng)完全是OTT形態(tài),業(yè)務(wù)的OTT形態(tài)是指互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和承載網(wǎng)承載能力間是徹底解耦的,互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)無(wú)需承載網(wǎng)能力的支持。由于IP網(wǎng)實(shí)際上是一個(gè)提供“盡力而為”傳輸能力的網(wǎng)絡(luò),因此沒(méi)有能力向業(yè)務(wù)網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)可度量資源的能力?；ヂ?lián)網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展了50多年,目前看來(lái)還有一定的發(fā)展空間,其原因在于它是建立在兩個(gè)巨大的“紅利”基礎(chǔ)之上的:其一是集成電路技術(shù)高速發(fā)展,產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備芯片技術(shù)產(chǎn)生了巨大的設(shè)備“紅利”,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)單位比特傳輸價(jià)格至少下降了3～4個(gè)數(shù)量級(jí);其二是光通信引發(fā)的巨大“傳輸紅利”,使得單位比特傳輸價(jià)格也至少下降了3～4個(gè)數(shù)量級(jí)。網(wǎng)絡(luò)有能力以“輕載”的方式支持互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng),以用戶(hù)可以接受的費(fèi)用,提供必要的用戶(hù)體驗(yàn),是互聯(lián)網(wǎng)以“業(yè)務(wù)為中心”只支持OTT形態(tài)業(yè)務(wù)持續(xù)發(fā)展50多年的關(guān)鍵。

目前IP網(wǎng)是實(shí)際使用的、也是唯一可用的數(shù)據(jù)網(wǎng)。初期的IP協(xié)議非常簡(jiǎn)單,其設(shè)計(jì)需求就是“簡(jiǎn)單、健壯、連通性高”,對(duì)于差異化、個(gè)性化、服務(wù)質(zhì)量、確定性傳輸、內(nèi)生可信與安全、資源管控等需求都未作考慮。IP能力不足,難以滿(mǎn)足不斷出現(xiàn)的各種新需求,不得不大量使用打補(bǔ)丁式的技術(shù)方案(9 000多個(gè)RFC就是這樣產(chǎn)生的),致使整個(gè)系統(tǒng)變得碎片化、臃腫而低效。由于過(guò)于專(zhuān)注具體問(wèn)題,喪失對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)整體的通盤(pán)考慮,難以設(shè)計(jì)出兼顧各個(gè)維度的系統(tǒng)性最優(yōu)方案,互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沒(méi)有像無(wú)線領(lǐng)域一樣提出明確的代際概念。補(bǔ)丁式、自底向上、“更快、更好”無(wú)限目標(biāo)的思路占據(jù)了主導(dǎo),導(dǎo)致50多年的努力并沒(méi)有使得IP網(wǎng)有本質(zhì)上的進(jìn)步。

隨著信息通信技術(shù)的發(fā)展,業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的需求日益提升。例如,差異化、個(gè)性化、通信的服務(wù)質(zhì)量和用戶(hù)體驗(yàn)、確定性傳輸、網(wǎng)絡(luò)的可信與安全、資源管控等,都是目前存在的問(wèn)題。外掛式打補(bǔ)丁的方法則是“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”,專(zhuān)注于具體問(wèn)題,缺乏從整體上對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的通盤(pán)考慮,系統(tǒng)設(shè)計(jì)碎片化,難以設(shè)計(jì)出兼顧各個(gè)維度的系統(tǒng)性能。目前,仍然存在很多問(wèn)題,制約了互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。有些問(wèn)題是設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)思路的基礎(chǔ)問(wèn)題,理念和思路不變是難以改動(dòng)的。

網(wǎng)絡(luò)5.0的設(shè)計(jì)理念是繼承、發(fā)展和創(chuàng)新。在詳細(xì)、具體地研究了第四代數(shù)據(jù)網(wǎng)的基礎(chǔ)之上,充分吸收第四代數(shù)據(jù)網(wǎng)的精華部分,將全部?jī)?yōu)點(diǎn)繼承過(guò)來(lái),將全部?jī)?yōu)秀的能力保留下來(lái)。在此基礎(chǔ)上,突破原有的思維框架,提出“以網(wǎng)絡(luò)(承載網(wǎng))為中心,能力內(nèi)置”的設(shè)計(jì)理念,進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的大膽創(chuàng)新。網(wǎng)絡(luò)5.0的技術(shù)路線如下:采用分代研究方法,從典型的應(yīng)用場(chǎng)景出發(fā),提煉出關(guān)鍵的技術(shù)需求;根據(jù)明確的技術(shù)需求和設(shè)定的有限目標(biāo),從網(wǎng)絡(luò)頂層設(shè)計(jì)出發(fā),通盤(pán)考慮、統(tǒng)一設(shè)計(jì),提出完整的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案。在網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新平臺(tái)上運(yùn)行、測(cè)試和評(píng)估,通過(guò)開(kāi)放和多次迭代,完成可以商用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

第四代數(shù)據(jù)網(wǎng)技術(shù)的代表是IP網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)5.0的設(shè)計(jì)理念首先要具有繼承和包容前向(IP網(wǎng))的能力。網(wǎng)絡(luò)5.0繼承什么呢?首先要繼承“尺度無(wú)限”能力:連接尺度無(wú)限(連接用戶(hù)無(wú)限和并發(fā)連接數(shù)無(wú)限)和承載業(yè)務(wù)能力無(wú)限(能承載所有業(yè)務(wù),即Everything over IP)。要實(shí)現(xiàn)第一個(gè)無(wú)限,從網(wǎng)絡(luò)技術(shù)出發(fā),它的核心和主體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)只能采用不面向連接形態(tài)的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)技術(shù),管理采用“分散”形式就行。因?yàn)槟芰ι弦谒拇鷶?shù)據(jù)網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)5.0的數(shù)據(jù)網(wǎng)技術(shù)也采用不面向連接的工作方式分組數(shù)據(jù)網(wǎng)和無(wú)狀態(tài)、“分散”形式的管理技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)第二個(gè)無(wú)限,網(wǎng)絡(luò)5.0能夠支持OTT業(yè)務(wù),有利于業(yè)務(wù)的發(fā)展,但承載網(wǎng)對(duì)業(yè)務(wù)的無(wú)差別傳輸,很難保證良好的業(yè)務(wù)用戶(hù)體驗(yàn)。如果沒(méi)有兩個(gè)“紅利”的支持,很難想象互聯(lián)網(wǎng)能發(fā)展到今天。因此,網(wǎng)絡(luò)5.0僅支持OTT業(yè)務(wù)是不夠的,還需要支持非OTT業(yè)務(wù)。要在滿(mǎn)足“連接用戶(hù)無(wú)限和并發(fā)連接數(shù)無(wú)限”的約定條件下,支持非OTT業(yè)務(wù)是非常困難的。實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn),就實(shí)現(xiàn)了“代”級(jí)的提升。網(wǎng)絡(luò)5.0還繼承了網(wǎng)絡(luò)4.0的一些巧妙和高度有效的設(shè)計(jì),如通用資源標(biāo)識(shí)(域名)的設(shè)計(jì)、超級(jí)鏈和以“分散”為主要形態(tài)的設(shè)計(jì)等,實(shí)現(xiàn)對(duì)第四代網(wǎng)絡(luò)的前向兼容和能力包容。

網(wǎng)絡(luò)5.0設(shè)計(jì)理念之一是“以網(wǎng)絡(luò)(承載)為中心”。這是網(wǎng)絡(luò)5.0與以第四代數(shù)據(jù)網(wǎng)(IP網(wǎng))為核心的互聯(lián)網(wǎng)的最大區(qū)別?；ヂ?lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念是“以業(yè)務(wù)為中心”,數(shù)據(jù)網(wǎng)的設(shè)計(jì)和資源的分配都是以業(yè)務(wù)為中心設(shè)計(jì)的,對(duì)承載網(wǎng)的要求只有尺度無(wú)限的連接能力和“盡力而為”的傳輸能力。業(yè)務(wù)網(wǎng)對(duì)傳輸資源的要求承載網(wǎng)是不可知的,也沒(méi)有告知資源需求的通道。受互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)理念的限制,互聯(lián)網(wǎng)只能支持OTT業(yè)務(wù)。事實(shí)上,在目前的互聯(lián)網(wǎng)上找不到一種業(yè)務(wù)是非OTT業(yè)務(wù),但是對(duì)承載網(wǎng)資源、用戶(hù)體驗(yàn)、確定性以及承載網(wǎng)效率有綠色要求的業(yè)務(wù)網(wǎng)在快速增長(zhǎng),只能支持純OTT業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò),將面臨發(fā)展的“瓶頸”。網(wǎng)絡(luò)5.0設(shè)計(jì)理念是“以網(wǎng)絡(luò)(承載)為中心”,目的是要克服上述技術(shù)“瓶頸”。

業(yè)務(wù)的信息流從一端流向另外一端,最簡(jiǎn)單的方法是采用OTT形態(tài),OTT業(yè)務(wù)只需要承載網(wǎng)能“盡力而為”傳輸即可,沒(méi)有對(duì)資源的要求。得益于兩大“紅利”,承載網(wǎng)提供商為了自己的商業(yè)利益,也會(huì)讓網(wǎng)絡(luò)提供盡可能好的“盡力而為”能力(一般是輕載或次輕載),但他們之間畢竟沒(méi)有“合約”關(guān)系,所以不可能提供用戶(hù)業(yè)務(wù)要求的確定性網(wǎng)絡(luò)能力。非OTT形態(tài)的業(yè)務(wù)網(wǎng)(如網(wǎng)絡(luò)的算力服務(wù))對(duì)網(wǎng)絡(luò)(承載網(wǎng))能力確定性是有要求的,要求承載網(wǎng)具有保證業(yè)務(wù)用戶(hù)體驗(yàn)的必備網(wǎng)絡(luò)能力和確定性。此外,業(yè)務(wù)也不會(huì)局限于一個(gè)運(yùn)營(yíng)商內(nèi),往往由多個(gè)跨運(yùn)營(yíng)商提供服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)承載能力由運(yùn)營(yíng)商提供,并且由運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)投資轉(zhuǎn)化而來(lái),是承載網(wǎng)的核心資產(chǎn)。網(wǎng)絡(luò)承載能力是提供差異化服務(wù)的基礎(chǔ),差異化服務(wù)必將導(dǎo)致差異化價(jià)格,這些將受制于承載網(wǎng)提供商。因此,非OTT業(yè)務(wù)形態(tài)的業(yè)務(wù)網(wǎng),必然將導(dǎo)致“以網(wǎng)絡(luò)為中心”的網(wǎng)絡(luò)體系。這是網(wǎng)絡(luò)5.0提出“以網(wǎng)絡(luò)(承載網(wǎng))”為中心理念的原因。

網(wǎng)絡(luò)5.0設(shè)計(jì)理念之二是進(jìn)行完整的頂層設(shè)計(jì)以及網(wǎng)絡(luò)能力內(nèi)置。網(wǎng)絡(luò)5.0是按照系統(tǒng)工程原理由上而下設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)5.0是一個(gè)完整的通信網(wǎng)絡(luò),包括承載網(wǎng)和業(yè)務(wù)網(wǎng),核心是第五代數(shù)據(jù)網(wǎng),但不局限于數(shù)據(jù)網(wǎng),還涉及業(yè)務(wù)網(wǎng)與承載網(wǎng)的關(guān)系和非OTT業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)等。也就是說(shuō),網(wǎng)絡(luò)5.0是以第五代數(shù)據(jù)網(wǎng)為中心的完整網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)生能力指網(wǎng)絡(luò)5.0將網(wǎng)絡(luò)的差異化、個(gè)性化、服務(wù)質(zhì)量、用戶(hù)體驗(yàn)、確定性、可信與安全、資源管控和適配等能力,在網(wǎng)絡(luò)的頂層設(shè)計(jì)中都考慮進(jìn)去(即能力內(nèi)置),不再需要使用外掛式打補(bǔ)丁來(lái)彌補(bǔ)。由于網(wǎng)絡(luò)是分代的,第五代后還會(huì)有第六代網(wǎng)絡(luò)技術(shù),因此網(wǎng)絡(luò)5.0目標(biāo)是有限的。一旦問(wèn)題多了,成為信息通信的“瓶頸”,就有第六代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)接替。事實(shí)上,第五代網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入實(shí)施階段,第六代技術(shù)就進(jìn)入了研究階段。

網(wǎng)絡(luò)5.0設(shè)計(jì)理念之三是業(yè)務(wù)網(wǎng)與承載網(wǎng)不能徹底解耦,必須有接口和協(xié)議支持。因此,網(wǎng)絡(luò)5.0在“連接用戶(hù)數(shù)無(wú)限和并發(fā)連接數(shù)無(wú)限(即連接尺度無(wú)限)”的要求下,網(wǎng)絡(luò)要具有支持OTT業(yè)務(wù)的能力,也必須具有支持非OTT業(yè)務(wù)的能力。在“連接尺度無(wú)限”的要求下,支持OTT業(yè)務(wù),對(duì)網(wǎng)絡(luò)5.0不是難題。在“連接尺度無(wú)限”的要求下,IP網(wǎng)不能支持非OTT業(yè)務(wù),這對(duì)網(wǎng)絡(luò)5.0同樣也是極大的難題?！斑B接尺度無(wú)限”不但要求業(yè)務(wù)網(wǎng)和承載網(wǎng)不能徹底解耦,而且要求業(yè)務(wù)網(wǎng)和承載網(wǎng)之間必須有接口和協(xié)議。通過(guò)兩者間的接口和協(xié)議,業(yè)務(wù)網(wǎng)能夠開(kāi)展業(yè)務(wù)并確保良好的用戶(hù)體驗(yàn)所需要的承載網(wǎng)傳輸能力,承載網(wǎng)必須給出業(yè)務(wù)網(wǎng)確認(rèn)響應(yīng),業(yè)務(wù)才能開(kāi)展。承載網(wǎng)要在“連接尺度無(wú)限”的約束條件下,調(diào)配資源來(lái)滿(mǎn)足開(kāi)展業(yè)務(wù)所必需的資源,并在業(yè)務(wù)存續(xù)期間保持是非常困難的,但這是支持非OTT業(yè)務(wù)所必備的能力。

2 網(wǎng)絡(luò)5.0的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 業(yè)務(wù)流的分類(lèi)分級(jí)

由于互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)完全是OTT形態(tài)的,因此互聯(lián)網(wǎng)并不在乎業(yè)務(wù)流的承載網(wǎng)能力。IP網(wǎng)只提供“盡力而為”的傳輸,盡管IP的報(bào)頭上有優(yōu)先級(jí)(IPv4分8級(jí))字段,但對(duì)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)流的一般用法都是將實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)標(biāo)為最高優(yōu)先級(jí),將管理和控制信息也標(biāo)為最高優(yōu)先級(jí),將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)標(biāo)為較低優(yōu)先級(jí),而且優(yōu)先級(jí)的使用沒(méi)有一定之規(guī),較為隨意。因此,IP的優(yōu)先級(jí)字段并沒(méi)有多大作用。IP網(wǎng)是一個(gè)地地道道的“盡力而為”的數(shù)據(jù)網(wǎng),對(duì)于IPv6+的接入點(diǎn)名稱(chēng)(Access Point Name,APN),明明IPv6有能力在網(wǎng)絡(luò)層解決(當(dāng)然極為困難),但要深入業(yè)務(wù)流的高層數(shù)據(jù)中去獲取特定業(yè)務(wù)特性,來(lái)要求網(wǎng)絡(luò)層去處理本不該它負(fù)責(zé)處理的內(nèi)容,徒然增加網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性,還未必做得好?？梢钥隙ǖ氖?在大尺度的互聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)一定是做不到的,即使做得好也只能是在小尺度范圍內(nèi)做(如在一個(gè)SDN控制器范圍內(nèi)做)。

對(duì)業(yè)務(wù)流認(rèn)識(shí)的另一個(gè)誤區(qū)是按垂直行業(yè)來(lái)分配。其實(shí)垂直行業(yè)是一個(gè)“小社會(huì)”,在任何一個(gè)垂直行業(yè)中,不管是大垂直行業(yè)還是小垂直行業(yè),互聯(lián)網(wǎng)中的所有業(yè)務(wù)流形態(tài)在它們中都存在,只是網(wǎng)絡(luò)尺度小而已,大網(wǎng)做不了而去做小網(wǎng),“避重就輕”實(shí)際上是一種技術(shù)倒退。因此,進(jìn)行分類(lèi)分級(jí)傳輸才能真正解決問(wèn)題。

截至目前,只有電話網(wǎng)具有完備的業(yè)務(wù)模型,所以電話網(wǎng)是可以規(guī)劃的,也是可以精準(zhǔn)配置的。盡管有數(shù)十萬(wàn)篇互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)模型論文“已做”或“在做”業(yè)務(wù)模型,就單個(gè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō),尚沒(méi)有成熟的業(yè)務(wù)模型。單個(gè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)沒(méi)有業(yè)務(wù)模型,所以對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)不能走電話網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)之路,但互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)流存在規(guī)律,互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)流從其特性來(lái)看可以分為三大類(lèi)。其一是要求恒定速率的業(yè)務(wù),多了也不要,少了也不行,用時(shí)要,不用時(shí)也不放棄,寧可空閑也不能被他人占用。對(duì)于這種業(yè)務(wù)流,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的資源配置是所有流的“和”值,即不可能作任何統(tǒng)計(jì)復(fù)用。其二是實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),一般來(lái)說(shuō)音頻業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)大多都屬于這類(lèi)業(yè)務(wù),音頻業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)稱(chēng)為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),但本質(zhì)上是準(zhǔn)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),與真正的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)相比,無(wú)論在時(shí)間維度上還是在數(shù)據(jù)速率維度上,均有一定的容忍度,因此可以采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。目前的語(yǔ)音(聲音)編碼或者視頻編碼都采用分層編碼的技術(shù),即將語(yǔ)音或視頻圖像分為基礎(chǔ)層和增強(qiáng)層,基礎(chǔ)層先傳,增強(qiáng)層視網(wǎng)絡(luò)資源條件而定,有能力傳,無(wú)能力不傳。以視頻為例,將標(biāo)清視頻作為基礎(chǔ)層,將高清或超高清的增強(qiáng)部分作為增強(qiáng)層。視頻的用戶(hù)體驗(yàn)平均意見(jiàn)得分(Mean Opinion Score,MOS)最高分是5分,對(duì)于普通用戶(hù)而言,高質(zhì)量的標(biāo)清視頻就可以了,視頻的用戶(hù)體驗(yàn)MOS是不會(huì)低于4分的。增加了增強(qiáng)層數(shù)據(jù)后,用戶(hù)體驗(yàn)會(huì)有所提升,但實(shí)際這種提升卻很有限;語(yǔ)音(聲音)方面的提升也很有限。對(duì)于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)而言,必須保留數(shù)據(jù)報(bào)文,丟棄數(shù)據(jù)報(bào)文會(huì)造成嚴(yán)重后果,這方面的知識(shí)只有業(yè)務(wù)網(wǎng)最清楚,在業(yè)務(wù)網(wǎng)層打標(biāo)簽,網(wǎng)絡(luò)層根據(jù)標(biāo)簽來(lái)處理,結(jié)果最精準(zhǔn),工作量最小。在實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)流中還分為兩類(lèi):一類(lèi)是交互性實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),這類(lèi)業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延是敏感的,時(shí)延過(guò)長(zhǎng),用戶(hù)體驗(yàn)會(huì)很差;另一類(lèi)是非交互類(lèi)業(yè)務(wù)(廣播或組播),這類(lèi)業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延是不太敏感的,通常對(duì)于幾秒甚至幾十秒的時(shí)延都可以容忍,但對(duì)時(shí)延抖動(dòng)則較敏感,時(shí)延抖動(dòng)過(guò)大,產(chǎn)生丟幀,則是不可接受的。這兩類(lèi)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的差異很大,必須分為兩類(lèi)不同的業(yè)務(wù)流來(lái)處理。其三是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的特點(diǎn)是時(shí)間不敏感,數(shù)據(jù)流的突發(fā)性很強(qiáng),具有“盡力而為”傳輸能力的網(wǎng)絡(luò)能與其適配。因此,算上實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的兩個(gè)分類(lèi),互聯(lián)網(wǎng)上的業(yè)務(wù)流也可以分為以上4類(lèi)。在以上分類(lèi)的基礎(chǔ)上,還必須分級(jí),級(jí)別越高,對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求就越高。以恒定速率這類(lèi)業(yè)務(wù)流來(lái)說(shuō),除了恒定速率外,對(duì)時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)的要求都較嚴(yán),在恒定速率這類(lèi)業(yè)務(wù)流中級(jí)別是最高的,反之則級(jí)別低。其他業(yè)務(wù)流相同,也需要分級(jí),而且必須給出明確的分級(jí)要求和條件。

業(yè)務(wù)流的分類(lèi)分級(jí)傳輸是業(yè)務(wù)網(wǎng)的任務(wù)和職責(zé),只有業(yè)務(wù)網(wǎng)的管理者和組織者明確知道業(yè)務(wù)網(wǎng)中的業(yè)務(wù)流特性和要求,才能準(zhǔn)確地標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)流的分類(lèi)和分級(jí)。要通過(guò)“感知”或“分析”來(lái)標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)流的類(lèi)別,無(wú)疑是“越俎代庖”,事倍功半。

業(yè)務(wù)流的分類(lèi)分級(jí)為提供良好的業(yè)務(wù)用戶(hù)體驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。業(yè)務(wù)流的分類(lèi)分級(jí)完成后,網(wǎng)絡(luò)需要提供全程端到端的支持并非易事。目前很多方案對(duì)此避而不談,但這實(shí)際上是一種“鴕鳥(niǎo)心態(tài)”,必須直面問(wèn)題才能解決問(wèn)題。另外一些方案把網(wǎng)絡(luò)的尺度變小,往往打上垂直行業(yè)的牌子,其實(shí)垂直行業(yè)有大有小,大的垂直行業(yè)不小于運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)。特別在討論互聯(lián)網(wǎng)時(shí),必須考慮“尺度無(wú)限”能力這個(gè)十分重要的特征。網(wǎng)絡(luò)5.0將分類(lèi)分級(jí)業(yè)務(wù)流的承載作為首先要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

2.2 可信與安全

可信與安全是兩個(gè)概念,可信指的是信用,有信用和值得相信。理論上講,信用應(yīng)該是雙向的,對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)而言,網(wǎng)絡(luò)要信任用戶(hù),用戶(hù)也要信任網(wǎng)絡(luò),這才能說(shuō)是可信。網(wǎng)絡(luò)有大企業(yè)“背書(shū)”,其信用度高。因此,在實(shí)際中,網(wǎng)絡(luò)論證一般是單向的,網(wǎng)絡(luò)論證用戶(hù),確定用戶(hù)的可信度,如果是可信用戶(hù),就允許用戶(hù)接入網(wǎng)絡(luò),不可信就不允許用戶(hù)進(jìn)網(wǎng)。在互聯(lián)網(wǎng)中,業(yè)務(wù)網(wǎng)和承載網(wǎng)是徹底解耦的、分離的,所以互聯(lián)網(wǎng)中要經(jīng)過(guò)雙重可信論證。首先,用戶(hù)要通過(guò)承載網(wǎng)(IP網(wǎng))的論證,通過(guò)論證的用戶(hù)可以接入IP網(wǎng),用戶(hù)可以得到無(wú)信用要求業(yè)務(wù)的服務(wù)。如果該業(yè)務(wù)對(duì)用戶(hù)的信用還有要求,業(yè)務(wù)網(wǎng)將發(fā)起二次論證(即業(yè)務(wù)網(wǎng)發(fā)起對(duì)用戶(hù)信用的再論證),只有當(dāng)論證通過(guò)后,用戶(hù)才可以使用該業(yè)務(wù),實(shí)際上目前互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)都是這樣做的?；ヂ?lián)網(wǎng)這樣做,至少有兩個(gè)缺點(diǎn):其一是多次論證浪費(fèi)資源,不利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的簡(jiǎn)捷和高效;其二是不利于個(gè)人隱私保護(hù),互聯(lián)網(wǎng)上個(gè)人隱私泄露十分嚴(yán)重,互聯(lián)網(wǎng)上幾乎所有人都是“透明人”,這與各種業(yè)務(wù)對(duì)用戶(hù)反復(fù)進(jìn)行個(gè)人論證有關(guān)系。原因顯而易見(jiàn),在互聯(lián)網(wǎng)上,業(yè)務(wù)網(wǎng)得不到開(kāi)展其它業(yè)務(wù)所必要的用戶(hù)信用信息,只能做二次信用論證,這是不得已而為之的事。網(wǎng)絡(luò)5.0的做法是實(shí)施一次信用論證,用戶(hù)接入承載網(wǎng)必須進(jìn)行信用論證,只有通過(guò)論證的用戶(hù)才能接入網(wǎng)絡(luò),同時(shí)生成個(gè)人的可信標(biāo)識(shí),存入網(wǎng)絡(luò)的可信標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。這個(gè)過(guò)程也會(huì)涉及個(gè)人的隱私信息,但承載網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商數(shù)量少、體量大,對(duì)個(gè)人隱私信息的保護(hù)會(huì)好很多,而且追查也容易。當(dāng)用戶(hù)要使用業(yè)務(wù)網(wǎng)時(shí),除了極個(gè)別信用要求極高的業(yè)務(wù)需要業(yè)務(wù)方作信用的二次論證外,其他業(yè)務(wù)都不需要作信用的二次論證,使用承載網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商加入的可信標(biāo)識(shí)即可,接入承載網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商是用戶(hù)信用的“背書(shū)”。這樣做可以提供足夠高的用戶(hù)信用度,同時(shí)也可以在很大程度上保護(hù)用戶(hù)隱私。網(wǎng)絡(luò)5.0對(duì)能耗受限的物聯(lián)網(wǎng)采用了特定的可信標(biāo)識(shí),來(lái)保證聯(lián)網(wǎng)物體的信用問(wèn)題。

安全是另外一個(gè)問(wèn)題,它有多層含義。其一是信息傳輸?shù)陌踩?最基本的要求是保證信息傳輸?shù)耐暾?不可復(fù)制、不可篡改;其二是網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵設(shè)備(網(wǎng)元)不可被攻擊,核心關(guān)鍵設(shè)備用戶(hù)不可達(dá);其三是網(wǎng)絡(luò)中的用戶(hù)信息不可聚集,不會(huì)因?yàn)橛脩?hù)信息的匯聚產(chǎn)生分布式拒絕服務(wù)(Distributed Denial of Service,DDoS)攻擊,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(網(wǎng)元節(jié)點(diǎn))癱瘓,進(jìn)而造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

互聯(lián)網(wǎng)中的IP網(wǎng)是一個(gè)提供“盡力而為”傳輸能力的網(wǎng)絡(luò),它的傳輸安全性是依靠外掛式打補(bǔ)丁的方式來(lái)解決的,典型的互聯(lián)網(wǎng)安全協(xié)議(Internet Protocol Security,IPSec)是網(wǎng)絡(luò)層安全協(xié)議。在互聯(lián)網(wǎng)中,除網(wǎng)絡(luò)層的安全協(xié)議外,各層均有安全協(xié)議,技術(shù)上基本是類(lèi)同的,因此能夠提供的安全強(qiáng)度是類(lèi)同的。實(shí)際上,互聯(lián)網(wǎng)的安全可以在任何一層實(shí)現(xiàn),而無(wú)需每層都考慮,這樣可以極大地降低系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本?；ヂ?lián)網(wǎng)的另一個(gè)安全問(wèn)題是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的被攻擊問(wèn)題?；ヂ?lián)網(wǎng)的IP網(wǎng)是一個(gè)對(duì)用戶(hù)完全透明的網(wǎng)絡(luò),無(wú)論是普通網(wǎng)元節(jié)點(diǎn),還是核心關(guān)鍵網(wǎng)元節(jié)點(diǎn),對(duì)用戶(hù)都是透明的,用戶(hù)均可達(dá),因此在IP網(wǎng)中,為了保證核心關(guān)鍵網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)的安全性,由核心關(guān)鍵網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)自身采用安全防范措施(如核心關(guān)鍵網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)加防火墻)。由于互聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)(包括業(yè)務(wù)網(wǎng)元核心關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和承載網(wǎng)元核心關(guān)鍵節(jié)點(diǎn))設(shè)備對(duì)用戶(hù)的透明性,用戶(hù)實(shí)際上可以很方便地到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中的任何節(jié)點(diǎn),并進(jìn)行攻擊,同時(shí)也可以方便地進(jìn)行聚類(lèi)攻擊,從而導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)的總體安全成本極高,問(wèn)題“層出不窮”。其關(guān)鍵在于互聯(lián)網(wǎng)在安全方面缺乏頂層設(shè)計(jì)。

網(wǎng)絡(luò)5.0對(duì)安全問(wèn)題進(jìn)行了全面考慮,并且網(wǎng)絡(luò)5.0具有頂層設(shè)計(jì)。安全問(wèn)題實(shí)際上分為兩類(lèi)。第一類(lèi)是信息傳輸?shù)陌踩珕?wèn)題,這類(lèi)問(wèn)題一般都基于密碼學(xué)的基礎(chǔ)之上。綜觀IP網(wǎng)的安全技術(shù),盡管各層均可實(shí)現(xiàn),但因?yàn)椴捎玫募夹g(shù)相同,安全強(qiáng)度也相同,只要在一層上實(shí)現(xiàn)并開(kāi)放安全能力即可。網(wǎng)絡(luò)5.0在網(wǎng)絡(luò)層采用類(lèi)似IPSec的技術(shù),具有IPSec相同的安全強(qiáng)度,向上層提供開(kāi)放、可選的安全能力。這樣從系統(tǒng)整體來(lái)看大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度,信息傳輸?shù)陌踩珡?qiáng)度則是相同的。第二類(lèi)安全問(wèn)題是關(guān)鍵核心節(jié)點(diǎn)設(shè)備的抗攻擊問(wèn)題,目前一般有三種方法。傳統(tǒng)的方法是“封閉花園”方式,即將關(guān)鍵核心節(jié)點(diǎn)設(shè)備封閉起來(lái),除了管理者外,用戶(hù)是不可達(dá)的,從而確保安全。這種方法的關(guān)鍵在于用戶(hù)接入關(guān)口要確保安全,就像一個(gè)家一樣,入門(mén)的防盜鎖是關(guān)鍵,其他門(mén)可以不加鎖。這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)代價(jià)最低,可靠性高,除非有“家賊”,但由于溯源容易,“家賊”難有作為。這個(gè)方法已經(jīng)被上百年的電信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展史的實(shí)踐所證明。還有兩個(gè)技術(shù)目前也很熱門(mén),一個(gè)是“零信任”,另一個(gè)是“擬態(tài)網(wǎng)絡(luò)”。有專(zhuān)題研究表明,徹底的“零信任”是不可實(shí)現(xiàn)的,“零信任”只能在局部使用;“擬態(tài)網(wǎng)絡(luò)”并非用于解決網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題,更多的是采用多種異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組合,主要解決網(wǎng)絡(luò)的魯棒性問(wèn)題,而且成本太高,運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)難以接受。網(wǎng)絡(luò)5.0選用“封閉花園”式的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)5.0的關(guān)鍵核心節(jié)點(diǎn)設(shè)備(包括業(yè)務(wù)網(wǎng)和承載網(wǎng)的全部),除網(wǎng)絡(luò)管理者外,用戶(hù)不可達(dá)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)的確定性

網(wǎng)絡(luò)的確定性是網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)非常重要的特性。要保證業(yè)務(wù)的安全可靠以及業(yè)務(wù)能夠提供良好的用戶(hù)體驗(yàn),網(wǎng)絡(luò)必須能夠提供確定性能力。具體而言,承載網(wǎng)要能夠提供確定性能力,業(yè)務(wù)網(wǎng)能夠提供并使用承載網(wǎng)提供的確定性。

網(wǎng)絡(luò)的確定性指在業(yè)務(wù)的使用過(guò)程中,始終能保持的網(wǎng)絡(luò)性能。網(wǎng)絡(luò)5.0對(duì)網(wǎng)絡(luò)確定性從三個(gè)維度來(lái)定義。其一是傳輸路由的確定性,沒(méi)有路由的確定性,就談不上其他網(wǎng)絡(luò)性能(時(shí)間、傳輸能力等)的確定性。目前,互聯(lián)網(wǎng)也談確定性,目前討論最熱烈的是IPv6+中的SRv6,SRv6要解決的就是路由確定性。由于IP網(wǎng)沒(méi)有確定路由,要增加路由確定性必須采用外掛的技術(shù),目前采用SRv6技術(shù)。什么是SRv6?眾所周知,IP網(wǎng)是依靠IP的目的地址尋址的,從源端到目的端到底走什么路徑是不確定的,就像寄一封信,經(jīng)過(guò)哪些郵局是不確定的,為了使信走一條確定的路徑,最簡(jiǎn)單的辦法是將所要經(jīng)過(guò)的全部郵局明確地寫(xiě)在信封上(收信人的地址字段上)。采用這種方法,SRv6在IPv6的擴(kuò)展字段中,將所有經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備(路由器)的地址都寫(xiě)上,以此來(lái)形成確定路由。有研究指出即使采用G-SRv6壓縮技術(shù),經(jīng)過(guò)10個(gè)節(jié)點(diǎn)報(bào)文的報(bào)頭長(zhǎng)度將達(dá)222字節(jié),網(wǎng)絡(luò)處理器一次還讀不進(jìn)來(lái),一個(gè)報(bào)文報(bào)頭要多次讀才能完成,將會(huì)嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的性能。在短報(bào)文的情況下,報(bào)頭開(kāi)銷(xiāo)過(guò)大更是問(wèn)題。當(dāng)然,這是不得已而為之的事,因?yàn)槁酚傻拇_定性是一切確定性的基礎(chǔ),沒(méi)有路由的確定性,其他確定性都不可實(shí)現(xiàn)。需要指出的是SRv6也是網(wǎng)絡(luò)的外掛技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)5.0專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了內(nèi)置的確定性路由,在報(bào)文的報(bào)頭中有專(zhuān)門(mén)的字段(4 bits)來(lái)標(biāo)識(shí)使用的確定路由。網(wǎng)絡(luò)5.0的確定性是內(nèi)置的能力,在網(wǎng)絡(luò)頂層設(shè)計(jì)中已有考慮。其二是傳輸資源(數(shù)碼率)的確定性。舉例來(lái)說(shuō),要進(jìn)行電話通信,電信的固定電話通信采用脈沖編碼調(diào)制(Pulse Code Modulation,PCM)編碼,其數(shù)碼率是64 kbit/s。網(wǎng)絡(luò)必須在通話的全過(guò)程中保證提供64 kbit/s雙向通信的傳輸資源。數(shù)碼率高了沒(méi)有用,低了通話質(zhì)量會(huì)受損,目前在IP網(wǎng)中實(shí)際上采用的是輕載來(lái)保證質(zhì)量,從通信的“綠色”和高效要求出發(fā),這是不合理的?？梢?jiàn)傳輸資源(數(shù)碼率)的確定性很重要,現(xiàn)在很重要,以后隨著非OTT業(yè)務(wù)的大量增加,會(huì)越來(lái)越重要。對(duì)于面向連接的網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)要實(shí)現(xiàn)傳輸資源(數(shù)碼率)的確定性不是難事,在連接建立過(guò)程中,有資源協(xié)商協(xié)議,只有滿(mǎn)足業(yè)務(wù)所需要的傳輸資源,并能在通信間保證資源的穩(wěn)定供應(yīng),連接才能建立起來(lái)。在通信的全過(guò)程中,資源處于有狀態(tài)管理下,直到通信連接拆除,缺點(diǎn)是可以管理的連接數(shù)受N平方規(guī)律的限制,連接數(shù)量受限。對(duì)于不面向連接的網(wǎng)絡(luò),情況大不一樣,由于沒(méi)有連接建立的過(guò)程,它必須支持大尺度的網(wǎng)絡(luò),也不允許有狀態(tài)來(lái)管理,要確保資源的確定性難度極高。IP網(wǎng)發(fā)展了50多年,也努力了50多年,依然沒(méi)有做到,只得回到面向連接用MPLS隧道技術(shù)來(lái)解決局部的資源管理問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)5.0是要用于大尺度網(wǎng)絡(luò)的,其核心技術(shù)必須建立在不面向連接工作狀態(tài)的基礎(chǔ)上,因此網(wǎng)絡(luò)5.0必須在設(shè)計(jì)理念上有所突破。其三是時(shí)間的確定性。時(shí)間的確定性一般指兩個(gè)方面:最大時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)。此處依然以電話為例,因?yàn)檫@是一種交互型的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),通信時(shí)延過(guò)長(zhǎng)會(huì)嚴(yán)重影響電話業(yè)務(wù)的用戶(hù)體驗(yàn),傳統(tǒng)電話的最大時(shí)延規(guī)定為100 ms。對(duì)于基于IP的語(yǔ)音傳輸(Voice Over Internet Protocol,VOIP)電話,IP網(wǎng)的最大時(shí)延規(guī)定為400 ms,從目前的實(shí)踐來(lái)看用戶(hù)尚能接受,原因是IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步和VOIP業(yè)務(wù)均為輕載運(yùn)行,實(shí)際時(shí)延小于400 ms,用戶(hù)使用電話的交互感覺(jué)良好。這也表明時(shí)延確定性對(duì)業(yè)務(wù)的重要性,視頻業(yè)務(wù)時(shí)延不確定會(huì)造成調(diào)幀、花屏和視頻斷續(xù)等,嚴(yán)重影響用戶(hù)體驗(yàn)。對(duì)于一些控制類(lèi)信息,比如十字路口紅綠燈的控制,都是需要確定性保證的,在很長(zhǎng)一段時(shí)間,電信運(yùn)營(yíng)商專(zhuān)門(mén)為交通燈系統(tǒng)維護(hù)一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(Digital Data Network,DDN)以確保其正常工作。時(shí)間確定性是很難保證的,傳統(tǒng)通話網(wǎng)為了確保時(shí)隙的同步,專(zhuān)門(mén)建了一個(gè)高精度的同步網(wǎng)。與資源的確定性相同,網(wǎng)絡(luò)5.0用于大尺度網(wǎng)絡(luò),其核心技術(shù)必須建立在不面向連接工作狀態(tài)的基礎(chǔ)上,要實(shí)現(xiàn)時(shí)間的確定性困難更多,難度更大,因此網(wǎng)絡(luò)5.0必須在設(shè)計(jì)理念上有所突破。網(wǎng)絡(luò)5.0提出的業(yè)務(wù)流分類(lèi)分級(jí)與確定性有密切關(guān)系,特別對(duì)于資源確定性和時(shí)間確定性,網(wǎng)絡(luò)5.0中的第五數(shù)據(jù)網(wǎng)能夠支持全部四類(lèi)業(yè)務(wù)流,但由于網(wǎng)絡(luò)5.0采用不面向連接的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)技術(shù),所以其設(shè)計(jì)只支持各類(lèi)業(yè)務(wù)流中的一級(jí)和二級(jí)業(yè)務(wù),三級(jí)和四級(jí)等高級(jí)別的業(yè)務(wù)流需要引入承載網(wǎng)技術(shù)。

2.4 虛擬網(wǎng)

虛擬網(wǎng)是數(shù)據(jù)網(wǎng)的必備能力,也是網(wǎng)絡(luò)的一部分。虛擬網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢允蔷W(wǎng)絡(luò)的子集,也可以是網(wǎng)絡(luò)的全集。對(duì)虛擬網(wǎng)的要求是信息隔離和資源獨(dú)立,不僅要求虛擬網(wǎng)之間信息隔離、資源獨(dú)立,而且要求虛擬網(wǎng)和大網(wǎng)之間信息隔離、資源獨(dú)立。虛擬網(wǎng)由專(zhuān)用虛擬網(wǎng)管理屬于它的全部虛擬資源。虛擬網(wǎng)有兩種工作方式:面向連接的虛擬網(wǎng)和不面向連接的虛擬網(wǎng)。

面向連接的虛擬網(wǎng)由一組虛電路組成,實(shí)際上是一個(gè)線狀網(wǎng),由N條互不相交的線(虛電路)組成,如圖2所示。

圖2 面向連接的虛擬網(wǎng)

虛電路是一條點(diǎn)到點(diǎn)的隧道,在虛電路的連接建立過(guò)程中通信資源參數(shù)已經(jīng)協(xié)商好。全連接的面向連接的虛擬網(wǎng)存在N平方問(wèn)題,即虛電路數(shù)和連接點(diǎn)數(shù)呈N平方關(guān)系。圖2是四個(gè)點(diǎn)的虛擬網(wǎng),它的全連接虛擬網(wǎng)的虛電路數(shù)為N×(N-1)/2=6。當(dāng)虛擬網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)越多,虛電路數(shù)將快速增加,復(fù)雜度也急劇增加,難以支持大尺度的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。面向連接的虛擬網(wǎng)是一種成熟的技術(shù),MPLS可支持虛擬網(wǎng),軟件定義廣域網(wǎng)絡(luò)(Software-Defined Wide-Area Networking,SD-WAN)也支持虛擬網(wǎng),因?yàn)樗鼈兌疾捎妹嫦蜻B接的技術(shù)。要很好地運(yùn)營(yíng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)是很困難的,需要專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍來(lái)維護(hù),信息化發(fā)展,大、中、小企業(yè)都需要有屬于他們的專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò),虛擬網(wǎng)可以大大簡(jiǎn)化專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)的難度,虛擬網(wǎng)技術(shù)非常重要,企業(yè)信息化對(duì)此有十分強(qiáng)烈的需求;對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言,虛擬網(wǎng)是盈利點(diǎn),對(duì)供需雙方是雙贏的關(guān)系。因此建設(shè)網(wǎng)絡(luò)不能不考慮虛擬網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)5.0中的第五代數(shù)據(jù)網(wǎng)采用不面向連接的技術(shù),不面向連接的虛擬網(wǎng)如圖3所示。

圖3 不面向連接的虛擬網(wǎng)

從圖3可以看出,對(duì)于不面向連接的虛擬網(wǎng),接入連接數(shù)與接入點(diǎn)數(shù)相同,只有N條連接(圖上是四點(diǎn)),虛擬網(wǎng)的全連接的關(guān)系由網(wǎng)絡(luò)形成,連接是無(wú)狀態(tài)的,由路由技術(shù)實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)5.0采用不面向連接的虛擬網(wǎng),虛擬網(wǎng)的要求同樣是信息隔離和資源獨(dú)立。對(duì)于全連接的虛擬網(wǎng),同樣需要N平方條虛連接,但不是虛電路。虛連接的基本要素是確定性路由、資源確定(即資源獨(dú)立)、時(shí)間確定和無(wú)狀態(tài)管理。目前,還沒(méi)有先例采用不面向連接的工作方式網(wǎng)絡(luò)來(lái)構(gòu)建虛擬網(wǎng),這需要網(wǎng)絡(luò)層的創(chuàng)新。

2.5 業(yè)務(wù)網(wǎng)與承載網(wǎng)的接口和協(xié)議

互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念是業(yè)務(wù)網(wǎng)和承載網(wǎng)(IP網(wǎng))徹底解耦,互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)全部是OTT業(yè)務(wù)。Everything over IP曾經(jīng)是一個(gè)愿景,目前這個(gè)目標(biāo)已經(jīng)達(dá)到,所有的通信業(yè)務(wù)全部是互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),且完全是OTT業(yè)務(wù),已經(jīng)找不到一種業(yè)務(wù)是非OTT業(yè)務(wù)。隨著信息技術(shù)、業(yè)務(wù)和應(yīng)用的發(fā)展,業(yè)務(wù)完全OTT化已經(jīng)不能滿(mǎn)足發(fā)展的需要,發(fā)展非OTT業(yè)務(wù)是當(dāng)務(wù)之急,但仍有人認(rèn)為OTT業(yè)務(wù)還是萬(wàn)能的,目前還沒(méi)有OTT形態(tài)的業(yè)務(wù)搞不定的業(yè)務(wù)。對(duì)此,本文以區(qū)塊鏈的分布式賬本為例(見(jiàn)圖4)。

圖4 區(qū)塊鏈的分布式賬本

從圖4可以看出,盡管圖中分布式賬本的記賬能力很強(qiáng)(算力很強(qiáng)),估計(jì)遠(yuǎn)超10 000次/s。從圖4中的數(shù)據(jù)可以看出,通信能力不同,用戶(hù)(此處指測(cè)試設(shè)備)實(shí)際得到的記賬能力(算力)是有很大差異的?？梢?jiàn)用戶(hù)使用算力服務(wù)時(shí),OTT形態(tài)的服務(wù)是無(wú)法支持的,用戶(hù)得不到他所需要的服務(wù)。圖4中的算力到底在哪里還需要澄清,算力是一種能力,分布式賬本產(chǎn)生算力,測(cè)試設(shè)備使用算力。這很像水、電、用戶(hù)的關(guān)系,水廠和電廠產(chǎn)生水和電,用戶(hù)使用水和電,使用者是在本地使用,而不是到水廠和電廠去使用。所以算力能否提供到用戶(hù),固然和算力的生產(chǎn)者有密切關(guān)系,但是和網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力也是強(qiáng)相關(guān)的,沒(méi)有足夠的網(wǎng)絡(luò)能力,是無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)的需要的。與算力有關(guān)的所有業(yè)務(wù)和應(yīng)用都是非OTT形態(tài)的業(yè)務(wù),OTT沒(méi)有能力支持實(shí)時(shí)的算力服務(wù)。

非OTT業(yè)務(wù)形態(tài)涉及3個(gè)方面:其一是業(yè)務(wù)網(wǎng)的業(yè)務(wù)對(duì)承載網(wǎng)資源和能力有要求;其二是業(yè)務(wù)網(wǎng)對(duì)承載網(wǎng)資源和能力的要求通過(guò)協(xié)議交互,使承載網(wǎng)對(duì)業(yè)務(wù)網(wǎng)的要求有明確的了解;其三是承載網(wǎng)在業(yè)務(wù)進(jìn)行的全程實(shí)現(xiàn)資源的確定性保障。非OTT業(yè)務(wù)和OTT業(yè)務(wù)相比復(fù)雜度確實(shí)是增加了。OTT業(yè)務(wù)可以完全不顧承載網(wǎng)能力(其實(shí)是默認(rèn)承載網(wǎng)有能力,典型的是VOIP和視頻會(huì)議,這類(lèi)業(yè)務(wù)對(duì)承載網(wǎng)資源和確定性實(shí)際上都有要求),只要完成對(duì)業(yè)務(wù)的組織和管理即可。非OTT業(yè)務(wù)相比OTT業(yè)務(wù)無(wú)論在管理和控制方面都要復(fù)雜一些,但十分有限。其區(qū)別只在于在業(yè)務(wù)連接建立時(shí)對(duì)該業(yè)務(wù)資源的要求,通過(guò)交互使對(duì)等端協(xié)商一致,并且形成業(yè)務(wù)網(wǎng)向承載網(wǎng)請(qǐng)求資源和能力的信息。非OTT業(yè)務(wù)網(wǎng)的“業(yè)務(wù)網(wǎng)對(duì)承載網(wǎng)資源和能力要求通過(guò)協(xié)議”是OTT業(yè)務(wù)所沒(méi)有的,一般稱(chēng)為非OTT業(yè)務(wù)的用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)接口,當(dāng)然這也不是十分復(fù)雜的。最復(fù)雜的是承載網(wǎng)在業(yè)務(wù)進(jìn)行的全程實(shí)現(xiàn)資源的確定性保障,一般來(lái)說(shuō)對(duì)于面向連接的網(wǎng)絡(luò)不困難,但對(duì)于不面向連接的網(wǎng)絡(luò)(IP網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)5.0的數(shù)據(jù)網(wǎng))來(lái)說(shuō),要做到業(yè)務(wù)進(jìn)行全程的資源保障就困難了,這需要理念上的創(chuàng)新。

3 結(jié)束語(yǔ)

互聯(lián)網(wǎng)推動(dòng)了社會(huì)的數(shù)字化和信息化,對(duì)國(guó)計(jì)民生起著越來(lái)越大的作用。由于網(wǎng)絡(luò)空間主權(quán)已經(jīng)是國(guó)家主權(quán)的重要組成部分,各國(guó)政府對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間主權(quán)給予了高度關(guān)注,并采用各種技術(shù)設(shè)施對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間主權(quán)進(jìn)行管理?；ヂ?lián)網(wǎng)發(fā)展了50多年,就設(shè)計(jì)理念而言,從未改變過(guò),業(yè)務(wù)網(wǎng)完全OTT化,IP網(wǎng)還是“盡力而為”能力非常弱化的數(shù)據(jù)網(wǎng)。50多年來(lái),為了滿(mǎn)足業(yè)務(wù)發(fā)展的需要,IP網(wǎng)技術(shù)補(bǔ)丁不斷,但其設(shè)計(jì)理念和核心技術(shù)卻沒(méi)有發(fā)生實(shí)質(zhì)性的改變。如果不是兩個(gè)巨大的“紅利”出現(xiàn),互聯(lián)網(wǎng)能發(fā)展到現(xiàn)在是難以想象的。網(wǎng)絡(luò)5.0的設(shè)計(jì)理念是繼承發(fā)展和創(chuàng)新。在深入研究第四代數(shù)據(jù)網(wǎng)的基礎(chǔ)之上,充分吸收第四代數(shù)據(jù)網(wǎng)的精華部分,將全部?jī)?yōu)點(diǎn)繼承過(guò)來(lái),將全部?jī)?yōu)質(zhì)能力保留下來(lái)。在此基礎(chǔ)上,突破原有思維框架,提出“以網(wǎng)絡(luò)(承載網(wǎng))為中心,能力內(nèi)生”的設(shè)計(jì)理念,進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的大膽創(chuàng)新。