网络的挑战NGI和NGN040629-邬贺铨.ppt

1,网络的挑战：NGI 和 NGN 邬贺铨 中国工程院 2004.6.29,2,从NGI到NGN,网络发展进入到IP主导的时期 Internet面临的挑战 从NGI到 NGN NGI和NGN-竞争还是互补 中国的NGI和NGN试验,3,网络发展到了转折点,网络发展进入IP新时期,4,移动用户数超过了固定用户数,用户数 (百万),World Fixed Telephony,World Mobile,World Internet,China Fixed Telephony,Chinas Mobile,China Internet,Source：ITU ICT key indication,2003年在中国和全球移动通信用户均超过固定电话用户数,2003年中国的电信用户占全球比例: 总量固定 21.76%; 移动 20.22%; Internet 11.95% 增量固定 60.6%; 移动 36%; Internet 24% 增速固定 22.9%; 移动 30.4%; Internet 34.5%,5,中国 Internet 宽带接入用户数几年后可能多于窄带,Internet用户年增长率:2002年中国为 75% (世界30%); 2003年中国34.5% 我国使用ADSL/Cable Modem上网的用户数已占Internet用户数17.7%（半年就增长77.6%） ，如果将专线LAN上网的用户也计入宽带接入的话，宽带上网用户已超过上网人数的1/2，预计几年后将以宽带上网为主要手段；,(million),按MII统计在注册互联网用户中，专线用户去年增长了315%，而拨号用户仅增长了1.67%,6,我国干线 Internet 业务量超过电话业务量,Gb/s,CAGR for telephony traffic during 5 years and last year are respectively 41.89% and 29.69%; CAGR for Internet traffic during 5 years and last year are respectively 362% and 143% CAGR for total traffic during 5 years and last year are respectively 69% and 75%,过去三年国内数据业务量平均年增260%，省际干线数据所占带宽为话音4.3倍,7,我国长途和国际电路上VOIP累计通信时长已领先于传统话音,Chinas Domestic Long Distance and International Call (100 min),在国际电话业务累计时长中，VOIP（8.89亿分钟）多于TDM的固定加移动电话(7.4亿分钟),（2003年112月）,(6.3%),(41.1%),(24.6%),(-1.8%),(5.9%),(25.6%),(-15.8%),(12.5%),(25.1%),8,网络发展到了转折点,移动通信用户数开始超过固定电话用户数 长途的移动通信累计通话时长已接近固定电话时长 在国际和长途电话业务中，累计通话时长VOIP已经超过TDM的固定电话和移动电话 在干线带宽中，基于IP的数据业务所需的带宽已超过传统电话（固定+移动）所需的带宽,9,Internet面临变化的环境,更多的应用需求 流媒体 （Media streaming） 多媒体会议 新型的终端 PDA 移动电话 家用电器 传感器 RFID 无线上网、移动上网 在一个缺乏信誉的世界里需要提供有信用的服务,TCP/IP协议,Web技术,网格技术,70年代 90年代 00年代,10,Internet面临的挑战,专为数据业务而设计的Internet过去的成功并不意味着此路永远越走越宽 几年后上网用户数中使用宽带接入将超过拨号接入，用户接入速率因宽带化而成数量级的提高，可扩展性的问题无法回避 移动通信终端将超过PC成为最普遍的上网终端 M2M的通信量将超过P2P的通信量 全球Internet用户在近7亿基础上13%的年增长率及几乎每年翻番的业务量给Internet设施巨大的压力，路由器已变得越来越复杂 对实时业务不具有QOS保障能力，带宽和时延对网络体系提出了挑战 安全性问题 对Internet可持续发展的期待 美国100X100项目,11,移动通信终端将超过PC成为最普遍的上网终端,中国移动2003年上半年移动梦网用户已占其移动用户数一半，2003年底我国上网的计算机总数为3089万台，显然移动通信终端将取代PC成为最普遍的上网终端。,Cellular Subscribers (Nokia 1998),PC and,mobile,phone,43%,PC only,35%,Mobile,phone,only,22%,Internet access usage method,Japan, 2002,Source: ITU adapted from Nomura Research Institute.,WAP Handsets (Nokia 1999),PCs Connected to the internet (Dataquest 10/98),12,M2M的通信将较P2P的通信更无处不在,全球现有比人口多10倍的机器，2010年将布署1亿M2M NTT DoCoMo估计2010年有2/3的移动通信连接将是非P2P Analysts Ovum预测2010年移动运营商20%收入将来自M2M,Vehicle-to-Cellular,Communication Hot Spot,Internet,Vehicle-to-Vehicle,Service Provider,Road Infrastructure Data System,Vehicle-to- Roadside,Vehicle and Road Data,Applications,Road Data,Navigation - GPS/Inertial Navi. Route guidance based on forecasted info - Small sensor modules,Wireless Comm - 3G/4G Road side equipment DMB Remote control,Safety - E911 - Accident detection Drowsiness detection Collision detection Tracking stolen vehicles,Auto PC - Client-Server system S/W & H/W Platform Embedded S/W 3D-Display Voice recognition/TTS SoC,13,对路由表的容量需求,/as1221/bgp-active.html,BGP 转发表的数据组规模AS1221 at Tue Jun 29 00:31:45 2004 (Australian Eastern Time). 路由表/转发表：2.0518,14,美国Internet干线带宽的增长,SWITCH traffic and capacity across the Atlantic,Year 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003,TB/month 1.0 2.0 4.4 8.3 16.3 ? 1,500 2,500 - 4,000 5,000 - 8,000 10,000 - 16,000 20,000 - 35,000 40,000 - 70,000 80,000 - 140,000 140,000 250,000,Traffic on Internet backbones in U.S.,每67年带宽增长100倍!,(100,000TB/month 300Gb/s),15,电信业务量所占带宽资源与业务收入不对称,增长率 （%）,固定电话用户数增长率,移动用户数增长率,Internet用户数增长率,30.7%,22.91%,13.9%,34.51%,30.43%,电信业务总量增长率,电信业务收入增长率,Internet国际带宽增长率,190%,增速-国际干线带宽 6业务量 12 业务收入 省际干线数据业务占全部带宽80%，但数据业务收入仅占全部收入5%,16,中国 Internet 国际干线带宽,(Mb/s),Bandwidth increase 108.3% average six months,17,中国的网络性能相对发达国家仍有几年差距,环路时延 (RTT),互联网性能每年都有改进，中国改进更快，但仍然比发达国家落后几年,Source: ICFA SCIC Network Monitoring Report, Jan,2004,中国,18,中国的网络性能相对发达国家仍有几年差距,Source: ICFA SCIC Network Monitoring Report, Jan,2004,China,19,中国的网络性能相对发达国家仍有几年差距,throughput = 1460Bytes/(RTT * sqrt(loss/14400),Source: ICFA SCIC Network Monitoring Report, Jan,2004,20,100x100,ESM-Latency (Narada),Hybrid Boustead & Safaei,网络体系结构面临挑战,21,网络安全事件,Today,10,179,020,7 Days,119,952,504,Total,10,144,419,312,Stats last ran at 6/28/2004 10:00:00 GMT,22,美国100x100项目,2002年初由Cisco、Intel、Microsoft、3Com等CEO组成的TechNet协会向联邦政府建议以2010年实现一亿家庭用100Mb/s上网为目标制定国家宽带发展战略。 “宽带应当是本世纪国家的需要，就像在上世纪将人送上月球那样重要” -Chambers, President & CEO Cisco Systems 2003年底美国NSF以750万美元资助 100 by 100 consortium在未来几年开展以一亿家庭100Mb/s上网规模为目标的Internet改进研究.,23,美国100x100项目,Internet已经不可能继续如它以前那样的基本设计方式来发展，作为Web流量控制设备的路由器太复杂了，大网络的运行越来越难且不经济。 “在网络设施发展的十字路口又一次提出革命还是改良的问题， Internet 应当是面向连接还是无连接，现在是无连接。但未来的Internet需要有一些类似老的电话网的连接特性” 100x100项目将通过交叉学科基础研究和总体设计及验证网的开发演示为新网络的建设提供决策依据，新网络应该是可靠的和安全的、用户和运营商可理解的，而且是经济的和可扩展的。,24,从NGI到NGN,NGN / NGI,IP 协议,25,网络的变革,？,NGN 下一代网,1970 1980 1990 2000,ISDN,B-ISDN,Internet,Internet,电话网,电路交换,分组交换,面向连接,无连接,交换技术的演进,互联网,一旦接受，精益求精！,来者不拒，尽力而为！,NGI,26,NGI,关于下一代互联网（NGI），目前还没有统一的严格定义，已经取得共识的NGI主要特征是： 更大、更快、更安全可信、更及时、更方便、更可管理以及更有效益等。 一般认为IPv6协议是NGI的特征之一，除此之外，还需要扩展一批协议 NGI将从现有Internet通过协议的扩展和容量的增加而演变得到,27,IPv6地址结构,流标记,净荷长度,下一头部,最大跳数,源地址（128 bits）,目的地地址（128 bits）,版本,优先级,IPv6地址(40字节),site topology (16 bits),interface identifier (64 bits),public topology (45 bits),interface ID,Subnet ID,NLA*,TLA,001,Global Unicast Addresses,TLA = Top-Level Aggregator（如运营商识别） NLA* = Next-Level Aggregator(s),全球地址前缀,NGI Protocol Extensions,SCPS-NP,Link,SCPS-SP,Other Apps,IPSec,UDP,TCP,SCPS-FP,TCP Options,FTP,FTP Features,Bandwidth Management,Mobile IP,HA/FA: encapsulation and decapsulation,Signaling between Security Gateways,Signaling between Home/Foreign Agents,End-to-End Signaling - Per Router Actions,IP,Support for Requirements Signaling,Key Mgmt.,MobileIP,BW Mgmt.,NGI的协议扩展,29,NGN的定义,“NGN 是一个基于分组的网络，它能够提供包括电信业务在内的各种业务并能够使用多种宽带的且有QOS保证的传送技术，业务功能与所用的承载传送技术无关，使用者通过NGN能够不受限制地接入不同业务提供者，它支持通用移动性，允许无处不在地提供业务给用户”。,30,NGN应有的基本特征,多业务（话音与数据、固定与移动、点到点与广播的会聚） 宽带化（具有端到端透明性） 分组化 开放性（控制功能与承载能力分离；业务功能与传送功能分离；用户接入与业务提供分离） 移动性（以及固定与移动的会聚） 兼容性（与现有网的互通） 安全性 可管理性（包括QOS的保证）,期待下一代网（NGN） 无处不在、无所不达 永远在线、应用为先 我行我速、可信可管 资源共享、良性互动,一个具有这些特征的网络毫无疑问堪称全业务网， 这一理想的目标可能不仅仅是下一代网络就能达到的,31,NGN-探索通过网络会聚之路来实现,电路交换 TDM 传送 傻瓜电话终端 高可靠性和安全性 基于通信时长的计费 适于实时业务 对数据业务效率低 对宽带业务可扩展性差,分组交换 PC终端，智能在“边缘” 低可靠性和安全性 难保证QOS 平价率或按带宽计价 优化对数据业务的支持 便于实现宽带,单一基础设施 分组交换 智能分布/合作 分等级的可靠性、安全性与受控的 QoS 新型的商业模式 高附加值的业务捆绑 及时的业务交付 智能的终端 宽带业务能力,Next Generation Network,Voice World,Data World,IP + QOS = NGN（下一代网） ？,32,NGN将采用IPv6,NGN肯定将基于分组模式，在众多分组协议中，将首先考虑IP协议，这并不因为其理想，而是因为IP已无处不在 传统的IPv4地址使用效率不高，虽已引入子网地址概念（由部分网络地址和主机地址字段的比特组合得到子网标记），但选路等级仍然过简，不利于路由的可扩展性 IPv6在子网之上增加了全球地址前缀（又可分为顶级与次级），丰富了地址层次，增加了选路的可扩展性，减少了选路时延 IPv6相对IPv4还为支持QOS和安全性管理留有发展的余地 NGN在采用IPv6的同时并不排斥IPv4 ITU在探讨引入与IP友好的协议配合IP以改进QOS,33,MPLS-采用面向连接技术且与IP友好的协议,传统的路由器基于无连接模式，逐跳选路，在网络层同时进行分组转发与通道选择，路由器处理能力成为瓶颈。 MPLS可在无连接模式中引入面向连接特性 MPLS实现了转发与控制分离，用面向连接的信令（标签）使任何一种基于分组的链路层技术都可支持网络层无连接的IP包的传送 MPLS 是结合了分组选路和电路交换特性的混合模型,34,MPLS-采用面向连接技术且与IP友好的协议,利用LDP可以为分组的传送预留LSP通道的网络资源，利用标签可以表示不同的业务类型，方便采用流量工程措施为解决可扩展性问题以及QOS问题奠定了基础。 虽然MPLS还不是端到端的协议，还没有最终解决QOS的问题，但引入面向连接的信令来改进IP包的传送性能的方式是构造与IP友好协议的一个范例。 虽然MPLS尚未成熟，但还没有其他技术更为理想和成熟，因此MPLS将会在未来NGN中起应有的作用,35,各种QOS措施的综合例子-MPLS+集中资源管理,从智能管理的角度可以将网络分为运载层（在这一层上的路由器等业务节点组成逻辑运载网LBN）、运载控制层（在这一层上有与LBN对应的运载资源管理器BRM，它记录和维护网络拓扑和资源数据库，还可以有流量监视和SLA管理等功能）和业务控制层（有各种业务控制服务器SCS，如软交换的业务控制功能）。,36,NGN-增强控制面功能,控制面与传送面功能分离是NGN的基本特征，软交换是反映这一特征的技术体系,Management Plane,Forwarding Plane,Control Plane,Signaling Plane Adapted from IP such as RSVP-TE， CR-LDP,Routing Plane Adapted from IP such as OSPF-TE, ISIS-TE,E.g. SDH/SONET, G.709, Ethernet,GMPLS,E.g.TMN or SNMP or TL-1,选路协议,信令协议,IETF 的光网络协议模型,NGN的基本分层体系,传送层与业务层分离 用户面、控制面与管理面分离,管理面,管理面,控制面,用户面,控制面,用户面,37,简化的 NGN 体系,SOFTSWITCH,Transport Layer,Management,SS7,ISDN,H.323,SIP,MGCP,Call Control & MGC,Policy Based Routing,Features & Services,Billing Interface,AAA Interface,cNAPS,Media Gateways,Media Servers,IP End Points,Application Layer,Operations & Business Support Systems,MEGACO,DB,SLA Management,App. Servers Interface,38,NGN-采用NGI技术但不是其机理,Internet的设计思想是智能分散在终端，网络是“傻瓜”，网络不了解用户业务的质量要求。 NGI似乎仍沿用Internet的思路 NGN将采用Internet的技术（IP或与IP友好的传送技术）但不是其机理，即不再让网络作为“傻瓜”把复杂功能推给终端，在资源分配和业务传递方面网络必须是主动的和有智能的，不能像Internet那样靠终端来适应。 智能在网络还是在终端的问题实质上是智能在高层还是在低层的问题 当然在强调智能在网络的同时并不排斥智能在边缘，网络的智能与终端的智能配合可提供更多样性的业务。,39,NGN-更关注编号、计费与商业模式,NGI关注纯IP域的寻址，研究利用ENUM将电话网编号映射到IP域，NGN还关注与现有网各种业务互通的编号与寻址问题，特别是电话网和Internet编号和寻址的统一 NGI目前多处在学术网性质，对计费问题关注甚少 NGN虽然也处在试验阶段，但十分关注业务、计费与商业模式 业务平台：包括OSA/API和代理的业务控制体系；业务互联和用户漫游所需要的业务支撑和提供机制；支持用户对业务客户化和属性控制的机制。 在异构网和多业务环境下的移动性管理 对流媒体业务的支持 广播与组播应用 资费与计费模式 应用和可赢利的商业模式,40,NGN-更为关注网络安全,IPsec不能通过防火墙或NAT、不支持QOS和动态IP地址 NGN需要建立内在的不依赖于加密的网络安全体系：需要开发安全性体系和安全性导则；开发特定所需的安全性协议和API。 NGN更关注网络安全问题，希望通过控制面与传送面的分离隔离对网络的可能入侵 合法的拦截（Lawful/Legal Interception）：NGN需要规定新的基于在目标网和法定执行代理间的传送“切换“接口的分组；扩充现有的与拦截有关的信息以便包括涉及信令和多媒体流的数据；考虑与保护隐私有关问题的技术解决,IPsec,41,NGN和NGI的关系,NGN和NGI-竞争还是互补,42,NGN与NGI,NGN的概念源于电信背景的标准化组织（例如ITU-T和ETSI） 电信界看NGN- 21世纪网络 NGI的术语则为互联网研究部门和标准化实体（例如IETF）所提出 计算机界看NGI-新世纪的互联网 NGN和NGI两者从不同的源点（对电话优化的网络和对数据优化的网络）出发朝着几乎相同的目标发展。 NGN和NGI两者追求的侧重点有所不同，但所采用的IP协议、路由协议是共同的,应用与服务,NGI,NGN,计算机界,电信界,43,NGN与NGI,NGI非常明确走从Internet发展之路 NGN采用Internet技术但不是其机理，可能走网络/业务会聚之路 NGN和NGI在竞争中发展，技术互相借鉴，可以说两者既竞争又互补 NGI并非NGN必由之路，但从NGI入手难度相对少一些，即先解决大容量和可扩展性问题 按照采用多个业务网综合得到多业务综合网的概念，NGI可看成是NGN的重要组成部分,44,可以将NGI看成是NGN的一部分,Integrated Services Network of NGN,45,中国的NGN和NGI试验,中国的NGN和NGI试验,发展下一代网之路,46,中国已经开展的NGN和NGI试验,为了适应网络环境和业务发展进入新时期，做好网络升级换代的准备，我国有关部门和单位积极开展NGN和/或NGI研究和试验 NGI和IPv6试验网 中国教育和科研计算机网IPv6试验网 中日IPv6试验网 重庆网通信息港IPv6城域示范网 信息产业部6TNet下一代IP电信实验网 湖南电信IPv6实验网/中国电信集团IPv6实验网 国家863计划中国高性能宽带信息网 中美俄科学试验网 中国下一代互联网CNGI示范工程 NGN试验 信息产业部6TNet下一代IP电信实验网 电信运营商NGN试验（中国电信、中国联通、中国网通、中国铁通、中国卫通、中国移动）,中国的CNGI是向NGN发展的重要步骤,47,核心网,接入网/驻地网 (CPN),接入网/驻地网 (CPN),接入网/驻地网 (CPN),IPv6主干网1,IPv6主干网2,IPv6主干网n,城域网,国际下一代互联网,接入网/驻地网 (CPN),城域网,接入网/驻地网 (CPN),城域网,GigaPoP,GigaPoP,GigaPoP,GigaPoP,GigaPoP,GigaPoP,GigaPoP,GigaPoP,GigaPoP,交换中心6IX,交换中心 6IX/6RA,GigaPoP,GW,网关,CNGI示范网络,北京,上海,48,CNGI示范工程核心网,XinJiang,XiZang,兰州,NeiMengGu,NingXia,西安,ShanXi,HeBei,郑州,武汉,南京,合肥,上海,YunNan,GuiZhou,长沙,JiangXi,厦门,GuangXi,HaiNan,长春,JiLin,大连,台湾,深圳,成都,QingHai,济南,重庆,CERNET,中国电信,中国网通,中国移动,中国联通,CERNET,中国电信,中国网通/中科院,中国移动,中国联通,杭州,福州,沈