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邬贺铨:未来网络的研究现状与未来

发表日期:2011年11月11日      共浏览 2359 次      编辑:


图为原中国工程院副院长邬贺铨演讲

演讲全文:

邬贺铨副院士:各位专家早上好,我讲的题目是未来网络的研究的现状与挑战,我先说未来网络的背景与目标,刚才刘院士也讲了一下,所以我简单一点。

互联网从70年代开始到90年代,到现在进入了新世纪的第二个十年,从最早的美国国防部的部长到下一代互联网,从TCP-IP,从联系平台,到接入平台,从有线介入到无线,从拨号到永远在线,从网络媒体到互联业务等,互联网的发展实际上是超出了它当时的假定,最初是以人作为使用者的,不适应互联网的发展,现在假定以主机为中心,认为主机是有智能的,当时因为主机是固定的,因为使用者,主机,物理位置是IP抵制是等效的,没有考虑移动与共享。另外网络是黑匣子,与网络不管,不认为需要考虑QOS,不要考虑安全等,互联网的很多的挑战,有可扩展性挑战,可管理性的挑战,移动性的挑战,泛在性的挑战等,网络的演进的目标也不一样。日本提出的下一代互联网的四个目标,基于IP的网络替换传统电话网,综合IP网的话音,数据,视频业务等,美国GENI计划提出的目标是信息的介入的可用性与可信性,无论合适何时何地的接入等。

国际上面对于网络的演进是有不同的说法的,有的叫下一代网络,NGN,下一代互联网叫NGI,有叫新一代网NWGN,有叫未来互联网,有叫未来网络,有叫Intertnet3.0,有后IP网络,叫法不一样,但是本质上没有太大的差别,当然也没有非常严格的定义。

欧盟关于未来的互联网的本身就出了不同的版本,有IOG,IOM,IOS,IOE,当然在另一个版本里面又提出了另外一种是不一样的,还有一种提法也是不一样的。所以关于未来的互联网同样一个欧盟提的就不完全一样,你可以看到它都是希望覆盖服务,覆盖将来的物联网,覆盖应用,覆盖内容,覆盖媒体等等。

美国的兼并计划是下一第互联网的目标,首先要结果可信的问题,移动的问题,跨越物理的下一个空间,还要支持联网,它希望是可分配的,可编程的,虚拟化的,联邦化的,可观察的,可安全性的。实际上我理解的就是要建立一个可信的互联网,一个移动的互联网,一个支持互联网应用的互联网,一个支持泛在的互联网,这是不同的提法。

关于未来网络,我们现在叫做Futreetwork,我们看一下,未来网络就是能够提供用现有的网络技术难以做到的服务,能力和设施的网络,提得很巧妙,也就是说它是一个网络,但是有的技术是现在的网络比较难解决的。是一个新成分的网络,或者是一个现有网的增强版本,也就是说它可以是一个全新的网络,也可以是现有网的一个发展,或者是一个新成分(音)网络的结合,或者是一个新成分网络的结合,它没有排除网络是在现有网上面改进发展的网络,甚至是他们的混合,所以说未来网络的口袋非常之大,只要能够比现在的网络有增强改进,能达到这些目的的都可以放在未来网络里面。

实际上未来网络的含义国外定义的都不一样,它是一个包罗万象的东西。欧盟说现在是定义未来网络是什么的时候了,他们没有认为这些网络就已经达到未来网络的需求了,但是他认为这些网络是未来网络研究的一个支撑和一个组成部分。

未来网络的设计目标是四大领域,服务感知,数据感知,环境感知,协会和经济感知(音)三大领域。有12个定义的目标,一个是服务,一个是资源,一个网络管理,一个是移动性一个是可靠性和安全性,这些都认为服务感知的内容。

在数据感知的里面,包括数据的接入和数据的识别。在环境里面有关于能量,能耗的网络,以及网络的优化,在社会和经济的里面,有业务的通用性,实际上你可以看到关于未来网络的研究不仅仅是技术,包括社会和经济,现在很多的地方在研究未来网络的时候,都还达不到这个要求,但还没有完全把社会和经济包含在里面。

第二个讲一下未来网络的试验,在90年代中,美国的NGI就开展了未来网络的研究,中间有很多的项目,有新一代的可信网,日本的,韩国的等等,目标都是要研究未来网络10-20年的网络。也就是说未来网络定义的时间长度是比较长的,美国最早06年就IIND计划,这个计划里面包括好几个项目,现在从这个里面演进了FIA计划,里面有四个有名的计划,一个是NDN,一个是Mobile,一个是EEBVA,一个是XIA等,后面还有其他的计划。第二阶段是研究了60个项目,第三阶段是今年开始的10多个项目,这个GENI是一个实验的项目,美国是同时把它们开展起来的。这个是GENI的研究,里面有很多的平台。

举其中一个例子,Mobility  First,移动互联网的终端数将超过固定的互联网,这使移动性成为常态的要求,无线传播特别是异构网络可能出现断连,因此P2P的应用服务的模式会成为主梁,注入V2V和V2I等物联网的应用对可信传送,组织和位置服务及上下文感知有较高的要求。

我们有什么挑战呢,对它的移动性和可扩大性,内容性等。

他怎么支持这个Mobility  First的网络体系与协议呢,我们现在讲究安全讲究主机安全和通道安全,将来希望是主机通道都不安全,我是把内容加密的,这是一个不同的先进思想。还有一个是传输感知的协议,转动的物联网是不管路由的好坏的,现在有了这样的变化。还有逐跳的分块传送,整块的路由反传,以及管理跟计算机的分离的借口,主播和多通道的服务。

欧洲关于未来互联网的研究路标,包括非欧盟的国家,国家有国家的互联网的研究项目,欧盟本身有欧盟的互联网项目,这里面会看到从研究开始到一些先导性的试验,然后支持创新,最后再是策略性的研究,然后再推进,所以是分阶段的。欧盟最早在2000年附近,MP6的计划就开始了互联网的研究,现在这个FI  PPP的计划,这符合企业共同参与的项目,FIRE是互联网的研究试验,现在是FP7,你可以看到他已经走了十年,而且现在还没有到市场,我们南京定位在两三年之后进入信息产业及我觉得太乐观了一点。

欧盟在FP跨家下支持的未来网络项目,有未来体系与技术,业务、软化与虚拟化,网络媒体,物联网,可信性,试验床,还有其他的,每一个项目并不是全面解决互联网的问题,而是解决现有互联网的某一两个问题。FIRE的研究,有研究试验床,现在是样机的研究,现在又到了新一轮的2009-2010年,要制造一个试验室上面的一些使用,如果网络试验仅仅是试验,仅仅仿真,它无法解决现在遇到的问题,也没法表明能坚持大网(音)的应用。

日本是研究互联网比较前的,2005年研究的是NGN,现在叫下一代的网络,当时要建NXGN做一些修改,到2015年要过渡到新一代的网络。AKARI有很多的阶段,现在是协进,然后是作为一个概念性的验证,然后是初步形的试验,再建立试验床,再现场实验,再创新,这个阶段走了十年。真正走入市场也是2016年以后,我们可以看一下互联网从1969年开始,到真正90年代才走到了市场,走了20多年,我们现在互联网的还需要走相当长的一段时间。

日本新一代的互联网主张未来是重建的虚拟化,还是网络是自组织的虚拟网络,它把新一代的互联网现在提出泛在社会由通用通信,新一代网络和安全三部分足球,到2015年开始应用,现在是一张白纸的概念,重点是应用成为重叠网,研究方向是从无连接数据到数据交换。底层是现有的网络,光网络,移动网络,传感网络,中间有一层就是IP+Q,他讲的后IP是指IP上面的改进,或者是不同于IP,也就是可能完全不同于IP,或者是对原来的IP进行改进,日本人说得还是留有余地的。他说清楚的是它的研究方向是从无连接的数据报到分组交换。

韩国也提出了未来的互联网的研究,是从IP和非IP两者的结合,有宽带通信网络,会融合到往来的IP里面,会有实时的网络,希望可以是智能的,有一堆的研发项目,实际上跟英国,日本,美国都差不多,它的未来的互联网的体系分层是这样的,这是异构的,这是符号识别的,虚拟的,联盟的,物理上的,逻辑上面的影射,以业务服务为中心,用户为中心,各式各样复杂的网络,这是多元化的网络。

接口有验证的,无缝的,还有以H为中心的,各式各样的网络中心。

中国百分之代的互联网从2003年就开始了,开始了源地址的认证,用二层的交换,清华提出了现在已经列入到了ITF的建议里面了。中国除了发改委支撑的CNGI以外,也有可信的新一代的互联网的研究,还有可信网的应用,可信网的服务,坚持与控制的研究等,在863的项目里面,要基于未来的IP技术,未来的公共的承载网络,这是中国提出来的一个建议,还有NGB新一代网络的开发,新一代的网络和业务的国家测试床,新的光网络等,973项目里面安排了很多的关于未来网络的研究。这里面讲了一个北京交通大学希望在开发的一个标识影射的方案,希望在接入部分,到了接入交换路由器进行一些影射,影射以后装上路由器的标志,对端再影射,把标识,接入跟核心网分离,目的是希望提供一些安全性。

第三网络讲一下未来网络的技术和挑战,最关键的技术是网络虚拟化,可以共享物联网的设施,多个虚拟化可以共处在一个虚拟网络上面,在选址,安全机制等方面与现有的网不同的数据内容传送方法,并且数据的内容是可以分散的,所有的数据内容都有签名和认证,在出版和预订的网络当中,还有能效网络,使用低功效的设备,光交换,网络有修改的模式,通过数组播,过滤,高速缓存,定向等减少无效的流量,使用分散,自组织的自治方式,另外还有网络的优化,在设备级,系统级,网络级的优化,现在我们提出了在低层加密,这样可以降低功效。另外还要考虑业务的特征,刚才讲了路由选择并不是简单的按照最短路径优先来的,还要根据业务的流量,还有分布的无线网,将移动性和数据管理尽可能的靠近终端,我们现在都是集中到网络核心网的,它认为要尽可能的要分散到终端,这是一些设计的思路,我稍微具体化说明一下。

美国的Mobility  First和FIND计划项目提出了切片化,虚拟化和可编程设计思想,通过逻辑上的分离的方式支持不同的业务共享物理实体,希望将传送资源与业务服务质量对应。怎么做到切片化,虚拟化和编成呢,我们可以把它分成两个网络,一个是A网,一个是B网,A网走红色,B网走蓝色,都在一个物理网上,但是分成了两个逻辑的网络,他们是隔离的,但是他们资源是可以优化的,虚拟化不仅仅是在同一个域,也可以在不同的域,第一个网络可能是单个的网络,第二个域可能是两个不同的网络。虚拟化还包括资源的虚拟化,第一层是物理网,第二层是虚拟化的资源。所以虚拟化包括资源虚拟化,网络虚拟和业务虚拟化,这是虚拟化的一些思路。

第二个普遍的各种网都希望做到ID跟位置分离,当时没有移动网这是一个很移动网,这是一个很正常的事,有了移动网之后,位置变了,但是身份没有,我们希望现在的网络能变化位置,不希望变化身份,所以只好分离,位置在网络上,身份在应用层,而两者中间还一起影射,就是把位置和身份分离,这样就能达到一些过去支持移动性和支持安全性的要求。具体来说,就是在路由器之间,基于直接的HAS(音)技术,把身份和名字分开了,用HAS(音)表来实现,位置和身份分离了,如果你到网上查一下影射,然后再传输,所以你可以看到全球的唯一的一个扁平的识别的服务,然后有主机的命名,有服务的命名等服务,

这也是接入与核心网络地址的分离方法,国外也是在做,中国也在做。命名与地址分离方式怎么分组传递呢,这里首先ID,首先是身份,然后是应用数据,先不管主机的位置和名字,到了前面的接入路由器的时候,前面加上一个源的地址,然后把它后面的源的身份表示和应用数据包在里面,从这里一直传到这里,传到这里以后再把前面的位置去掉,再回到原来的身份指示,然后再传到内部的数据,这里面还要定位服务等等。也就是说,这里面要实行一次新的影射包装。

另外一个很重要的内容,现在是以从节点为中心到以内容为中心,过去我们要上网如果要找到刘德华的信息,我们必须要一个网上去找,我们有必要到一个指定的网,或者到一个指定的网站吗?没有必要,用户需要的不是访问哪个节点,用户需要的是找哪个内容,你要以从节点为中心到以内容为中心,也就是说我要找刘德华,哪个网络上面的信息更方便,不堵色,我就可以从哪个网上查,你要的就是这个信息,并不关心这个信息来自何处,所以未来的网络要以地址节点为中心,过渡到以内容为中心。

过去用户访问是要到内容存储在哪里,然后内容在什么地方,一个一个的服务器找,一般来说,我们访问一个服务器要经过14跳(音),找了以后告诉你在哪里找,然后才能找到。针对未来我们要找的是内容,并不是哪个网站,所以可以从几个网站来权衡考虑。

以内容为中心的协议线跟传统的IP协议线不一样,在这个上面有内容层,安全层,还有连接存储,还有后面的应用,可以看到新的以内容为中心的网络协议线跟传统的IP协议线是有所不同的,而IP层面上再加上一个内容的访问标志,它要重新命名主机,从命名主机到命名内容来变换网络的抽象。而对内容实行安全的保护,而不对主机实行安全的保护,主机安全不安全不关心,他只关心内容,通过这样来保护协议线,来保护动态和静态的内容,一个是感兴趣的消息,一种是实现内容的目标。

内容中心网的体系里面有三种结构,一个是内容存储,一个是本段感兴趣的内容表,还有一个是转化信息的库,这三个不一样的实体。另外它主要有组播和广播的,还是要把准确的内容打到,而不是泛泛的去找,希望将来可以找到精确的匹配。现在互联网的消息是这样的,而未来的互联网的分组包是这样的,数据包再重新包装一下,这里面有数字签名,还有内容的名字,也就是说数据包是要进行加密的,这些消息的用户有感兴趣的请求什么内容,还有你请求什么数据服务,还有固定长度的字段。

另外国外提的面向数据的网络体系,NONA提议是表示数据或业务的名称的新机理,并基于数据或业务的介入的名称来选路,它提议用扁平、自认证名称来替换DNS名称,并用在IP层之上的基于名称的naycost原语来替换DNS的域名解释。

我们过去传输不论什么东西都是要找到IP,实际上是没有必要的,什么东西不能脱离大小全部要上到IP层,里面的消耗很大。我们过去的路由器都是排队,可容易丢包,而未来的路由器首先进入了CAST表,也就是说路由器的丢包是选择性的丢,所以这是搞Q2S服务的一个方法。

未来网络的体系是可以革命的,革命是需要方法,实现是需要眼界的,当采用革命路线的时候怎么使新的网络业务跟原有网络的业务互通以及兼用,这是一个很大的挑战,其实现在各国开展的网络研究的试验有几个问题,在目标层面上不全面,有可能的不到全面的方案,有些要解决移动性,有些要解决安全性,有些要解决QAS,能不能得到一个全面的解决方案?目前各国开展的未来网络的研究与试验所取得的成果之间不保证互相兼容,因此未必能够兼容,目前考虑的试验床还不能代替大网试验,而真正贷业务的大网试验风险很大,没有一个运营商敢一下子把这个投到里面做试验,再研究过程中,需要系统性的理论来支撑,而不能仅靠试验。现在我们研究试验的比较多,研究理论创新的还不够,互联网本身就是一个理论包括工程的事件,很多工程问题上来了,理论解决不了,到现在为止还找不到一个真正适合物联网的理论模型,我们不能永远这样。

社会和经济的发展是未来的互联网的重要因素,但是现有的互联网对此的关注还不够,关注未来的互联网有不同的路线,美国的一份调查,80%的被调查者及其中78%的专家认为下一代的互联网的研究将用于改造现有的互联网而不是替换它。政府和公司期望更安全的网络,但是每个系统可能会产生意想不到的后果,得到更多就会丢掉更多,负面的影响总是开放的,如果互联网要开放是很难回避的。

下一个互联网有演进的路线,像位置分离等等,IP地址选入等等,还有革命性的革命,是不考虑跟现有网络结合的,实际上两个路线的技术互相是可以借鉴的,长远来看是革命性的,眼前怎么样改革互联网还很难说,两条互联网的路线可能安全可靠的。

我们国家在十二五规划里面下一代的信息技术里面有新一代的互联网,对这方面还是很重视的,胡锦涛总书记说要研发新一代的互联网,互联网是最重要的创新,移动互联网,物联网等方面,各个国家的研究主要是战略性的,所有的研究性的项目基本上都是大学牵头,现场的项目也有一些企业参与,目标就是五到十年甚至更长,需要从长计议。我认为南京是走到全世界的前面了,我们是已经有了未来网络的产业基地,但是还要往前看,还要有长期的打算,别以为这么快就会有新兴产业了,谢谢各位。