未来互联网现状与发展趋势.ppt

未来互联网现状与发展趋势,王兴伟东北大学,提纲,未来互联网的由来未来互联网面临的重大挑战未来互联网研发现状关于未来互联网发展的几点思考东北大学未来互联网研发简介,未来互联网的由来,未来互联网的由来,Internet的出现和发展Internet创始于1969年最初是由美国国防部高级研究计划局（DARPA）建设的军用网ARPANET1982年，TCP/IP被DARPA接受并认可1983年，ARPANET被划分为两部分MILNET（军用）和ARPANET（民用）1988年，由美国国家自然科学基金会（NSF）建立的NSFNET取代ARPANET成为Internet的主干网1989年，ARPANET被撤销，Internet正式从军用转为民用,未来互联网的由来,Internet的出现和发展当今的Internet规模巨大到2013年6月，全球网民超过24亿，占全球总人口数的1/3以上，发达国家每百人网民比例超过70%到2013年6月，全球活跃网站约6.73亿个仅在中国大陆，到2013年5月，互联网普及率43.6%，网民5.84亿以上，手机网民4.3亿以上，微博用户3.1亿以上，手机微博用户规模2.02亿以上,未来互联网的由来,根据中国互联网行业“十二五”发展规划网民数超过8亿，普及率超过57%，其中农村网民超过2亿人网页规模超过4000亿个互联网固定宽带接入端口超过3.7亿个城市家庭带宽接入能力基本达到20Mbps以上，同时满足至少2路高清电视和1路高速上网农村家庭带宽接入能力基本达到4Mbps以上，同时满足至少1路标清电视和1路高速上网,未来互联网的由来,未来互联网的提出现有的Internet基于IPv4用户数量不断增长，新型应用不断涌现用户在地址空间、服务质量（QualityofService,QoS）支持、移动支持以及安全支持等方面提出更高要求促使人们展开对下一代互联网（NextGenerationInternet,NGI)乃至未来互联网（FutureInternet）的研究与开发,未来互联网面临的重大挑战,未来互联网面临的重大挑战,理论落后于工程难题：测量，分析，模型自适应网络缺乏认知能力和智慧网络体系结构缺乏进化能力难以适应上层应用和底层通信技术的飞速发展扩展性联网对象：机机互联人机物互联人机物融合网络规模、功能、服务、安全,未来互联网面临的重大挑战,高性能更高的传输速率更高性能的应用服务质量QoS（QualityofService）保证网络QoS控制用户体验质量QoE（QualityofExperience）保障单播为核心，缺乏对组播等的内在支持可用资源地址IPv4IPv6频谱,未来互联网面临的重大挑战,动态性满足移动支持、生存/容错能力、节能等需求安全性安全事件频发确保实体、运行、数据、内容安全确保信息的真实性、机密性和可用性行为可信，事件可追第五维空间网络空间陆、海、空、天、网领土、领海、领空、领天、领网陆权、海权、空权、天权、网权网络空间可管可控网络安全可信,未来互联网面临的重大挑战,高效运行运行低效绿色节能ICT产业已经是全球第五大耗能产业ICT设备二氧化碳排放已经占全球的22.5经济性商业模式改变基础网络运营商投资巨大、盈利甚微乃至亏损而增值业务开发商投资少、盈利丰的局面公平合理的多方盈利模式管理体制、流量、内容版权和隐私美国5的网民消耗全网50的带宽，其中的90是非法下载严密的管理体系和齐全的管理手段精细管理,未来互联网研发现状,未来互联网研发现状,国外相关研发项目1992年美国提出“信息高速公路”2005年美国启动两项未来互联网研究计划FIND(FutureInternetDesign)满足未来15年社会需求的新型网络GENI(GlobalEnvironmentforNetworkInnovations)崭新的、高安全的、能够连接一切设备的互联网2007年欧盟启动第七科技框架计划（FP7）未来互联网研究和实验（FutureInternetResearchandExperimentation）日本AKARI,未来互联网研发现状,国外相关研发项目2010年美国启动FIA(FUTUREINTERNETARCHITECTURE)研究计划NamedDataNetworkingMobilityFirstNEBULAcloud-computing-centricnetworkarchitectureXIA(eXpressiveInternetArchitecture)securityissue,未来互联网研发现状,几个重要的体系结构Data-OrientedNetworkArchitecture(DONA)主要研制者TeemuKoponen,MohitChawla,Byung-GonChun,AndreyErmolinskiy,KyeHyunKim,ScottShenker,IonStoica,主要研制机构InternationalComputerScienceInstitute(ICSI),HelsinkiInstituteforInformationTechnology(HIIT),UCBerkeley,ComputerScienceDivision,资助机构NSF,BritishTelecom,未来互联网研发现状,几个重要的体系结构Data-OrientedNetworkArchitecture(DONA)系统组成示意图,未来互联网研发现状,几个重要的体系结构Data-OrientedNetworkArchitecture(DONA)主要技术特点扁平结构的命名空间名称具有不可读性和自认证性命名对象为完整的数据对象根据发布者进行路由聚合，形成明确的名称定位映射采用基于名称的路由方式数据的交付路径与请求路径相反或者直接采用IP连接应用程序同步获得数据对象传输过程依赖IP,未来互联网研发现状,几个重要的体系结构Data-OrientedNetworkArchitecture(DONA)优点简化的、更可靠的安全模式减少整体延迟、简化整体过程缺点需要额外手段将自认证名称与可读的应用层名称进行绑定缓存受限于转发路径内容的移动性会带来解析处理器中路由状态的更新,未来互联网研发现状,几个重要的体系结构NamedDataNetworking(NDN)主要研制者VanJacobson,JeffBurke,DeborahEstrin,LixiaZhangBeichuanZhang,GeneTsudik,KimClaffy,DmitriKrioukovDanMassey,ChristosPapadopoulos,TarekAbdelzaherLanWang,PatrickCrowley,EdmundYeh,PaulOhmKatieShilton,ErsinUzun,未来互联网研发现状,几个重要的体系结构NamedDataNetworking(NDN)主要研制机构UniversityofCalifornia,UniversityofArizona,UniversityofCalifornia,UniversityofCalifornia,ColoradoStateUniversity,UniversityofIllinoisUrbana-Champaign,UniversityofMemphis,WashingtonUniversityNortheasternUniversity,UniversityofColoradoUniversityofMaryland,PARC,资助机构NSF,未来互联网研发现状,几个重要的体系结构NamedDataNetworking(NDN)系统组成示意图,未来互联网研发现状,几个重要的体系结构NamedDataNetworking(NDN)主要技术特点分层的命名空间名称具有可读性数据包作为最小命名粒度根据发布者进行路由聚合采用基于名称的路由方式数据交付路径与请求路径相反应用程序同步获得数据对象传输过程部分依赖IP,未来互联网研发现状,几个重要的体系结构NamedDataNetworking(NDN)优点路由系统的可扩展性（分层命名空间）用户可以评估名称与其实际所需数据的相关性（可读性）请求聚合（PIT）减少整体延迟、简化整体过程缺点需要外部信任源保障名称数据的完整性缓存受限于转发路径内容的移动性会带来相关路由表的更新并可能破坏名称的前缀聚合,未来互联网研发现状,几个重要的体系结构Publish-SubscribeInternetTechnology(PURSUIT)主要研制者ArtoKarila,GeorgePolyzos,DirkTrossen,GeorgeParisis,LeandrosTassiulas,MartinLong,StuartPorter,MartinReed,KunYang,PekkaNikander,PetriMhnen,未来互联网研发现状,几个重要的体系结构Publish-SubscribeInternetTechnology(PURSUIT)主要研制机构AaltoUniversity(Aalto-HIIT),AthensUniversityofEconomicsandBusiness(AUEB),CambridgeUniversity,CentreforResearchandTechnologyHellas(CERTH)CTVC,EssexUniversity,EricssonResearch(LMF)RWTHAachen(RWTH)资助机构EUPF7(EuropeanCommissionsseventhframeworkprogram),未来互联网研发现状,几个重要的体系结构Publish-SubscribeInternetTechnology(PURSUIT)系统组成示意图,未来互联网研发现状,几个重要的体系结构Publish-SubscribeInternetTechnology(PURSUIT)主要技术特点扁平结构的命名空间名称具有不可读性和自认证性命名对象为完整的数据对象根据作用域进行路由聚合，得到明确的名字定位映射请求的路由采用名称解析的方式数据的交付路由采用源路由方式应用程序通过发布/订阅方式得到对象传输过程依赖IP与PSIRP（Publish-SubscribeInternetRoutingParadigm）,未来互联网研发现状,几个重要的体系结构Publish-SubscribeInternetTechnology(PURSUIT)优点简化的、更可靠的安全模式提供任意可用对象副本的定位迁移过程简化为路由选择，不需要修改底层的转发缺点需要额外手段将自认证名字与可读的应用层名字进行绑定请求可能被转发到没有接收方的接口上缺乏有效的兴趣聚合方式缓存受限于数据对象的作用域内容的移动性会造成交汇节点处路由状态的更新,未来互联网研发现状,几个重要的体系结构ScalableandAdaptiveInternetSolutions(SAIL)主要研制者MichaelSoellner,BengtAhlgren,MatteoD.Ambrosio,DominiqueDudkowski,ClaudioImbrenda,DirkKutscher,FabianSchneider,BenoitTremblay,PeterSchoo,ElwynDavies,AndersE.Eriksson,StephenFarrell,HannuFlinck,BrunoKauffmann,GeraldKunzmann,AndersLindgren,IanMarsh,BrjeOhlman,Karl-AkePersson,PetteriPyhnen,JarnoRajahalme,未来互联网研发现状,几个重要的体系结构ScalableandAdaptiveInternetSolutions(SAIL)主要研制机构EricssonAB,Alcatel-Lucent,NokiaSiemensNetworks,NECEurope,FranceTelecom,TelefonicaI&D,TelecomItalia,FraunhoferAISEC,PortugalTelecomInovacao,UniversityofPaderborn,AaltoUniversity,ISTTechnicalUniversityofLisbon,Hewlett-Packard,Tecnalia,INRIA,KTHRoyalInstituteofTechnology,UniversityofBremen,SICS,InstitutTelecom,TechnionIsraelInstituteofTechnology,Lyatiss,DOCOMOCommunicationsLaboratoriesEurope,TrinityCollegeDublin,NationalICTAustralia,UniversityofCantabria,资助机构EUPF7,未来互联网研发现状,几个重要的体系结构ScalableandAdaptiveInternetSolutions(SAIL)系统组成示意图,未来互联网研发现状,几个重要的体系结构ScalableandAdaptiveInternetSolutions(SAIL)主要技术特点扁平结构的命名空间名字具有不可读性和自认证性命名对象为完整的数据对象具有信息抽象模型根据发布者进行路由聚合请求的路由采用名称解析与基于名称路由相混合的方式数据的交付路径与请求路径相反或者直接采用IP连接应用程序直接得到对象传输过程部分依赖IP,未来互联网研发现状,几个重要的体系结构ScalableandAdaptiveInternetSolutions(SAIL)优点灵活、可扩展，适应不同的网络类型简化的、更可靠的安全模式请求聚合提供任意可用对象副本的定位支持当前互联网到未来互联网的平滑演进支持用户/内容/网络的移动性缺点需要额外手段将自认证名字与可读的应用层名字进行绑定缺乏有效的兴趣聚合方式,未来互联网研发现状,大规模部署面临的挑战可扩展性数据对象数量远大于主机数量路由及名称解析系统面临的任务比目前IP路由与DNS名称解析更加艰巨有效的路由聚合手段及可扩展的名称解析方案仍待验证隐私性对内容的请求在网络中可见关联请求到特定的人可能不可行隐私问题需要更详细地研究，以便找到有效的处理方案,未来互联网研发现状,大规模部署面临的挑战法律问题网络中缓存可能造成数据对象的非法传播需要技术、法律、监管等联合解决部署要有针对参与者的奖励措施需要标准化支持支持增量部署，降低部署难度,未来互联网研发现状,国内相关研发项目20世纪90年代后期开始，中国启动了一系列相关研发计划教育部建设了CERNET-IPv6试验网国家自然科学基金委员会资助建设了中国高速互联研究试验网络（NSFCNET）863计划支持了高性能宽带信息网3TNET等重大专项Tbps级的路由、交换、传输中科院组织“IPv6关键技术以及城域示范网”项目原国家计委组织“下一代互联网中日IPv6合作项目”,未来互联网研发现状,国内NGI的相关研究2003年CNGI正式启动中国NGI示范项目（ChinaNextGenerationInternet）6个主干网,未来互联网研发现状,国内相关研发项目CNGI-CERNET2是CNGI中唯一的学术网，也是其中规模最大的主干网2004年3月CNGI-CERNET2试验网开通并提供服务2008年依托CNGI-CERNET2建成100个IPv6高校驻地网，IPv6用户约30万,未来互联网研发现状,国内相关研发项目教育科研基础设施IPv6技术升级和应用示范2008年底，国家发改委、教育部启动，国拨经费4亿元2010年底，100所学校（97所大学+3所中学）实现IPv6技术升级2011年底，IPv6用户达到100万，10010个校园信息系统IPv6升级,未来互联网研发现状,国内相关研发项目教育科研基础设施IPv6技术升级和应用示范2011年底，实现关键技术试商用基于真实地址的跨域统一标识、认证和信息服务系统IPv4/IPv6过渡系统可控大规模组播服务系统主干网运行管理与安全监控系统支持全网漫游的校园网接入业务管理系统校园网网络管理与安全监控系统,未来互联网研发现状,国内相关研发项目教育科研基础设施IPv6技术升级和应用示范2011年底，推广20个IPv6教育科研重大示范应用中国教育和科研计算机网门户系统IPv6升级重点学科信息资源系统IPv6升级中国教育科研网格IPv6升级中国高等教育文献保障系统IPv6升级高等学校仪器设备和优质资源共享系统IPv6升级百万册数字图书服务系统IPv6升级大学数字博物馆IPv6升级高等学校招生网上录取系统IPv6升级全国高等教育教学资源平台IPv6升级远程教育系统IPv6升级,未来互联网研发现状,国内相关研发项目教育科研基础设施IPv6技术升级和应用示范2011年底，推广20个IPv6教育科研重大示范应用大规模视频直播点播系统应用示范大规模高清视频会议系统应用示范大规模无线宽带通信系统应用示范校园学习生活交流平台应用示范教师教育创新支持系统应用示范分布式搜索引擎应用示范虚拟现实科研交流平台应用示范舆情管理系统应用示范医学教学科研平台应用示范大规模遥感数据融合共享系统应用示范,未来互联网研发现状,国内相关研发项目教育科研基础设施IPv6技术升级和应用示范2012年通过了国家验收目前，正在将100所高校IPv6试商用的成果向CERNET连接学校推广，CERNET主干网核心设备支持IPv6协议，通过CERNET和CERNET2的互通并存，引导应用系统和用户逐步向IPv6迁移到2015年，CERNET主干网全面支持IPv6，校园网实现IPv6接入，同时继续保留CERNET2试验网，开展未来互联网技术研究与试验鼓励学校申请IPv6地址,CNGICERNET2国家中心,CNGICERNET2国家网络中心由清华大学承担建设部署了高端IPv6核心路由器与其他24个核心节点互联形成CERNET2主干网通过CNGI-6IX与中国电信、中国移动、中国联通、美国Internet2、欧洲GEANT2和亚太地区APAN互联,CERNET2国家网络中心机房,CERNET2国家网络中心拓扑图,CNGICERNET2沈阳节点,CNGICERNET2主干网沈阳节点由东北大学承担建设部署了高端IPv6核心路由器与清华大学核心节点等互联基于IPv6部署了Web服务、DVTS（高清视频传送系统）、CGAG（访问网格系统）等应用,CERNET2沈阳节点机房,未来互联网研发现状,973项目2012-2016面向服务的未来互联网体系结构与机制研究2012-2016可重构信息通信基础网络体系研究2012-2016能效与资源优化的超蜂窝移动通信系统基础研究2012-2016高移动性宽带无线通信网络重点理论基础研究2011-2013物联网的技术理论与实践研究2011-2013物联网体系结构基础研究2011-2013物联网基础理论和设计方法研究2009-2013新一代互联网体系结构理论研究2007-2011可测可控可管的IP网的基础研究2007-2011一体化可信网络与普适服务体系基础研究,未来互联网研发现状,973项目信息科学领域2013年重要支持方向智能协同网络理论研究面向多维资源与新应用环境的传输理论与方法网络环境下密码安全研究社交网络分析与网络信息传播的基础研究信息科学领域2014年重要支持方向新型通信复用体制基础理论深空与临近空间的信息传输理论,未来互联网研发现状,国家自然科学基金重点项目2013-2017未来网络体系结构与关键技术2012-2016后IP网络体系结构及其机理探索2012-2016移动网络用户智能主动服务理论与关键技术研究2010-2013移动容迟网络理论与关键技术研究2009-2012未来互联网体系理论及关键技术研究2009-2012无线多媒体传感器网络设计理论与关键技术,未来互联网研发现状,国家自然科学基金重点项目2013年度科学部优先资助重点领域群智感知网络理论与关键技术：研究群智计算的网络系统结构、数据组织与挖掘等，探索新型感知网络的信息收集与处理技术，突破大规模自组网络建设的关键技术2013年度科学部资助重点领域基于X射线的深空无线通信基础理论与关键技术车联网跨层设计基础理论与关键技术面向云服务数据中心的Exascale全光交换网络,关于未来互联网发展的几点思考,关于未来互联网发展的几点思考,互联网经过40余年的发展取得了巨大成功，已经从只有少数高端用户才能使用的通信平台发展成为当今世界的信息基础设施同建设之初相比，互联网的运行与应用环境已经发生了巨大变化主要用途已经从主机间分组提交模式转变为围绕服务、内容、数据和用户而非围绕主机通信的更为多样化的模式，,关于未来互联网发展的几点思考,现有互联网体系结构中存在的先天设计缺陷导致其面临诸多亟待解决的问题IP作为互联网体系结构的“细腰”难以适应网络使用范型发生的重大改变巨大的网络规模和丰富的网络应用导致网络的时空复杂性急剧提高，网络管理面临严重挑战，现有网络地址空间也濒临枯竭网络与信息安全事件造成巨大的经济损失和严重的社会影响,关于未来互联网发展的几点思考,现有互联网体系结构中存在的先天设计缺陷导致其面临诸多亟待解决的问题基于固定端点互联而设计并发展起来的现有互联网难以满足日趋普及的移动上网设备与移动网络应用的实际需要网络耗电量与温室气体排放量快速增长，节能减排需求强烈网络空间与物理空间、社会空间分离，难以支持数字世界和物理世界、现实社会的集成，普适联网和遍在访问能力弱,关于未来互联网发展的几点思考,现有互联网体系结构中存在的先天设计缺陷导致其面临诸多亟待解决的问题计价和商业模型不很合理，难以协调网络运营方、服务提供方和用户等之间的利益诉求灵活性不够，难以提供对云计算、物联网等的内在支持构建和发展未来互联网，以适应变化了的网络运行环境和层出不穷的新型网络应用的需要,关于未来互联网发展的几点思考,未来互联网的基本需求和关键特征网络体系结构的变革可以是革命式的，但其实现应该是渐进式的未来互联网应该是软件定义网络，多形是其基本属性，虚拟化和云联网是其应该具备的基本能力联网规模巨大与范围广阔，从微观世界的毫微网络到浩瀚宇宙的深空网络无所不在，逐渐向全域覆盖的一体化网络发展,关于未来互联网发展的几点思考,未来互联网的基本需求和关键特征网络向用户提供的是服务，未来互联网应以服务为中心，服务应该成为未来互联网体系结构中的“细腰”，围绕内容等构建网络（DATAorCONTENTorINFORMATIONorSERVICECENTRICNETWORKING）联网的本质是协作，未来互联网应是自感知和自管理的，能够感知网络、感知应用、感知情景、感知服务、感知内容、感知数据、感知环境、感知社会和感知经济等（X-AWARE），具备自管理、自组织、自配置、自适应、自定位、自保护、自愈合、自优化和自进化等能力（SELF-X）,关于未来互联网发展的几点思考,未来互联网的基本需求和关键特征移动支持应该成为未来互联网的内在属性，支持网络、设备、服务、用户、情景等的移动隐私保护、信任管理、安全性等应该成为未来互联网的基本属性，具备防入侵、抗攻击甚至反制能力存储和计算成为网络的基本能力，网络内缓存和计算成为网络的基本特征考虑经济因素，具有灵活、合理的计价和商业模型，平衡供方与需方利益内在支持QoS，提供QoE和SLA（ServiceLevelAgreement）保障内在支持组播，网络服务构建以组播为核心,关于未来互联网发展的几点思考,未来互联网的基本需求和关键特征未来互联网应该是绿色的，节能减排成为对网络建设与发展的基本要求，能量高效型设计成为网络硬软件研发需遵循的基本准则社交关系对联网模式的影响日益增强，社交网络与物理网络的联系日益紧密网络空间与物理空间、社会空间的无缝衔接成为未来互联网的重要发展方向，支持数字世界和物理世界、现实社会的有机集成应该成为未来互联网的重要能力从E2E（端到端）到T2T（信任到信任）,关于未来互联网发展的几点思考,现有路由机制不能直接照搬或经简单修补后即应用于未来互联网以IP为核心，基于IP地址寻路，难以满足未来互联网以服务为中心的需要基于静态网络拓扑，难以满足网络因自管理、移动支持与节能等需要而导致网络拓扑时变的要求路由基于精确信息，不能适应网络状态难以精确测量和用户需求难以精确表达的需要,关于未来互联网发展的几点思考,现有路由机制不能直接照搬或经简单修补后即应用于未来互联网资源分配未充分考虑供需各方诉求，难以适应网络运营商业化客观上要求各方利益共赢的需要路由器功能以路由和交换为主，计算和存储功能薄弱，难以提供对安全、移动、自管理、弹复性、多形、虚拟化等的内在支持感知能力弱，对网络无尺度结构、小世界原理和社交关系等利用不充分，路由舍近求远现象时有发生，资源利用效率还需提高,关于未来互联网发展的几点思考,现有路由机制不能直接照搬或经简单修补后即应用于未来互联网智能不高，路由时通过简单局部交互实现全局寻优的能力弱路由节点速率自适应能力弱，功能结构对节点高能效运行的内在支持不足，难以支持能耗感知型路由的实现以单播为核心，难以提供对组播等的内在支持研究和发展新型路由机制及其相关技术，以适应未来互联网新的需求,东北大学未来互联网研发简介,支持服务质量提高生存能力改善工作效率,研究和发展新型路由、保护和疏导等技术,背景,智能路由机制,难点所在,主要研究,问题由来,路由机制是网络的核心技术,传统路由机制不支持QoS基于精确状态信息不考虑成本和收益多加性或乘性参数QoS单播路由问题、QoS组播路由问题是NP完全的,采用智能方法在不精确信息和经济约束下寻找满足应用QoS需求的路由,随着网络发展，新型网络应用呈现多样化QoS需求,拓扑复杂等使路由依赖的状态难以精确测量用户QoS需求难以准确表达,网络商业化运营要求兼顾各方利益,智能路由机制,智能路由模型,受生物演化和群体自组织现象启发支持网络自组织支持总最佳连接,不精确信息和经济约束处理方法,链路适合隶属度用户QoS满意度资源定价用户效用网络提供方效用,智能路由机制,跨层联合，集成优化,负载感知型链路选择旁通分流转发,启发式和智能优化相结合的QoS路由算法,链路博弈优化寻路,QoS路由请求成功率明显提高,保护机制,难点所在,主要研究,问题由来,如何使用尽可能少的备份资源，尽可能地提高网络生存能力、满足故障恢复时间约束、降低业务阻塞率,随着网络承载业务量急剧增加，网络一旦发生故障可能导致大量业务中断，造成严重影响传统保护机制备份资源消耗多故障恢复时间长多故障保护能力弱,如何在条件允许情况下为尽可能多