ISOIEC 21559-12022 系统间电信和信息交换.未来网络协议和机制.第1部分交换和路由标准立项发展报告

系统间电信和信息交换未来网络协议和机制第1部分：交换和路由标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Switchingandrouting摘要随着5G/6G通信、物联网、算力网络及确定性网络等新兴技术的迅猛发展，传统IP网络协议体系在可扩展性、灵活性、安全性及确定性服务质量保障等方面面临日益严峻的挑战。未来网络（FutureNetwork）作为面向下一代互联网的变革性技术体系，其协议与机制的标准化已成为全球信息通信领域竞争的焦点。本报告以ISO/IEC21559-1:2022《系统间电信和信息交换未来网络协议和机制第1部分：交换和路由》为研究对象，系统梳理了该标准的立项背景、技术框架、核心内容及产业应用价值。该标准由国际标准化组织（ISO）与国际电工委员会（IEC）联合技术委员会ISO/IECJTC1下属的SC6分技术委员会制定，于2022年3月正式发布，是未来网络协议体系中关于交换与路由机制的首个国际标准。报告详细解析了标准中定义的新型交换架构、路由协议机制及与现有网络的兼容策略，分析了其对下一代互联网建设、算力网络部署及行业专用网络发展的支撑作用。同时，报告对标准的主要起草单位之一——中国信息通信研究院（CAICT）的标准化工作及技术贡献进行了重点介绍。最后，报告展望了未来网络标准体系的发展方向，提出了持续推进标准化工作、加强国际合作与产业落地的建议。关键词：未来网络；交换与路由；网络协议；ISO/IEC21559；网络标准化；下一代互联网AbstractWiththerapidadvancementofemergingtechnologiessuchas5G/6Gcommunications,theInternetofThings,computingpowernetworks,anddeterministicnetworking,thetraditionalIP-basednetworkprotocolarchitecturefacesincreasinglyseverechallengesinscalability,flexibility,security,anddeterministicquality-of-serviceguarantees.Asatransformativetechnicalsystemorientedtowardthenext-generationInternet,thestandardizationoffuturenetworkprotocolsandmechanismshasbecomeafocalpointofglobalcompetitionintheinformationandcommunicationfield.ThisreporttakesISO/IEC21559-1:2022"Telecommunicationsandinformationexchangebetweensystems—Futurenetworkprotocolsandmechanisms—Part1:Switchingandrouting"astheresearchsubject,systematicallyreviewingthestandard'sbackground,technicalframework,corecontent,andindustrialapplicationvalue.DevelopedbySubcommitteeSC6undertheJointTechnicalCommitteeISO/IECJTC1andofficiallypublishedinMarch2022,thisstandardrepresentsthefirstinternationalstandardaddressingswitchingandroutingmechanismswithinthefuturenetworkprotocolsystem.Thereportprovidesadetailedanalysisofthenovelswitchingarchitecture,routingprotocolmechanisms,andcompatibilitystrategieswithexistingnetworksdefinedinthestandard,aswellasanexaminationofitssupportingroleintheconstructionofnext-generationInternetinfrastructure,computingpowernetworkdeployment,andindustry-specificnetworkdevelopment.Additionally,thereporthighlightsthestandardizationeffortsandtechnicalcontributionsoftheChinaAcademyofInformationandCommunicationsTechnology(CAICT),oneoftheprincipaldraftingorganizations.Finally,thereportoutlinesfuturedirectionsforthedevelopmentoffuturenetworkstandardsandproposesrecommendationsforadvancingstandardizationefforts,strengtheninginternationalcooperation,andpromotingindustrialimplementation.Keywords:FutureNetwork;SwitchingandRouting;NetworkProtocol;ISO/IEC21559;NetworkStandardization;Next-GenerationInternet1.引言1.1标准立项背景当前，全球信息化浪潮深度推进，网络基础设施的战略地位日益凸显。传统TCP/IP协议体系自20世纪70年代确立以来，支撑了互联网五十余年的快速发展，但其固有架构在应对海量终端接入、超高带宽需求、极低时延通信、确定性服务质量保障及内生安全等新需求时，已逐渐显现出结构性局限。与此同时，以软件定义网络（SDN）、网络功能虚拟化（NFV）、信息中心网络（ICN）、确定性网络（DetNet）及算力网络为代表的新型网络技术不断涌现，为未来网络的体系化重构提供了丰富的技术储备。在此背景下，国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）联合技术委员会JTC1下属的SC6（系统间电信和信息交换）分技术委员会，于2018年前后启动了未来网络协议与机制的标准化研究项目。经过多轮提案论证、技术研讨和草案修订，ISO/IEC21559-1:2022于2022年3月1日正式发布，成为未来网络国际标准体系中的首项关于交换和路由机制的标准，填补了该领域的国际标准空白。1.2未来网络标准化需求分析未来网络的标准化需求主要体现在以下几个方面：（1）架构革新需求：传统IP网络的“尽力而为”服务模型难以满足工业互联网、远程医疗、自动驾驶等场景对确定性延迟和可靠性的严苛要求，需要从协议层面进行结构性革新。（2）多维度服务需求：未来网络需同时支持海量物联网终端的低功耗接入、超高清视频的大带宽传输以及关键任务的超低时延通信，这对交换和路由机制提出了差异化的服务能力要求。（3）算网融合需求：随着算力资源的网络化供给成为趋势，网络本身需要具备感知算力资源分布与状态的能力，路由决策需综合考虑网络拓扑与计算资源等多维因素。（4）安全可信需求：传统网络安全机制多为“外挂式”补丁，未来网络需要在协议设计中内嵌安全机制，增强网络的内生安全能力。上述需求构成了ISO/IEC21559-1:2022标准制定的核心驱动力。1.3标准的定位与意义ISO/IEC21559-1:2022位于未来网络标准体系的协议基础层，规定了未来网络中交换和路由功能的基本机制，包括数据平面中的新型帧格式、交换模型以及控制平面中的路由协议扩展机制。该标准的发布对全球未来网络产业发展具有里程碑式的意义，为各设备制造商、网络运营商及行业用户提供了统一的技术基线，为多厂商互联互通奠定了基础。2.标准概述2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO/IEC21559-1:2022||标准名称|系统间电信和信息交换未来网络协议和机制第1部分：交换和路由||英文名称|Telecommunicationsandinformationexchangebetweensystems—Futurenetworkprotocolsandmechanisms—Part1:Switchingandrouting||标准状态|现行||发布机构|国际标准化组织（ISO）/国际电工委员会（IEC）||分技术委员会|ISO/IECJTC1/SC6（系统间电信和信息交换）||分类号|网络层||发布日期|2022年3月1日||国别|国际组织||语言|英语|2.2标准适用范围本标准适用于未来网络环境下的数据交换和路由转发，覆盖以下应用场景：-下一代互联网骨干网络的数据转发与路由控制；-算力网络场景下的动态路由与资源感知；-行业专用网络（如能源、交通、工业制造）的高可靠性通信；-天地一体化信息网络中的异构网络互联；-数据中心网络的大规模交换架构设计。2.3与其他标准的关系ISO/IEC21559是系列标准，本部分（Part1）聚焦于交换和路由机制，后续部分涉及命名与寻址机制、安全机制及管理机制等。该系列标准与ITU-T的Y.3000系列未来网络建议书、IETF的DetNet工作组输出等形成互补，在国际标准层面共同构建未来网络的标准化图景。3.标准核心内容解析3.1未来网络交换机制ISO/IEC21559-1:2022所定义的交换机制突破了传统以太网交换和MPLS标签交换的局限，引入了以下关键技术特性：（1）灵活可变的帧格式。标准定义了一种新型的帧结构，支持可变长度的标签栈和可选的控制字段，使网络节点能够根据业务需求灵活配置交换行为。与固定长度的MPLS标签（4字节）相比，新帧格式支持更细粒度的服务差异化标记，同时兼容多协议封装。（2）多粒度交换能力。交换粒度涵盖从数据包级到流级的多个层级，支持基于流分类的细粒度交换决策。该机制通过在不同网络位置部署不同粒度的交换策略，实现了网络资源的精细化调度。（3）内在的组播与广播支持。新型交换机制提供与单播路径等价的组播转发能力，避免传统IP组播协议（如PIM）的复杂信令交互。（4）硬件友好的处理流程。交换查表流程的设计兼顾了硬件流水线处理特点，确保在超高速接口（400GE及以上）条件下仍可满足线速转发的性能需求。3.2未来网络路由机制在路由方面，标准定义了以下核心机制：路由模型：采用基于“域”的分层路由架构，每个域可自主管理内部路由策略。域内路由侧重拓扑感知和快速收敛，域间路由则强调策略控制和跨域协同，实现了“域内高效转发+域间策略控制”的有序协同。新型度量体系：在传统带宽、时延、跳数等度量基础上，引入了计算资源可用性、链路可靠性预测值及能耗效率等多维度量因子，为算力网络场景下的路由决策提供了基础支撑。路由决策引擎可依据业务类型动态选择度量组合。路由安全性：内建路由信息真实性验证机制，防止路由劫持和路由伪造攻击。相比BGP等传统路由协议需依赖外部RPKI等安全扩展的附加部署，未来网络路由协议在协议设计层面实现了基础安全能力的原生集成。快速收敛能力：通过优化的链路状态扩散机制和局部路由重计算策略，将网络故障后的路由收敛时间从秒级缩短至毫秒级。3.3与现有IP网络的兼容策略考虑到大规模现网平滑演进的现实需求，标准定义了一套完整的兼容策略：-双栈共存机制：支持未来网络协议与现有IP协议在同一网络基础设施上并行运行；-隧道封装模式：提供在现有IP网络上承载未来网络协议数据单元（FPDU）的封装方案；-协议转换网元：在网络边界部署具有协议转换功能的网关节点，实现异构网络的互操作。3.4关键技术对比分析|特性维度|传统IP协议|MPLS|ISO/IEC21559-1||----------|-----------|------|-----------------||帧结构灵活性|固定头部、扩展受限|固定标签栈|可变长度标签栈+可选控制字段||路由度量维度|带宽、时延、跳数|带宽、时延|综合度量（含算力、能耗、可靠性等）||安全性|外部补充|外部补充|内建协议级安全机制||组播效率|信令复杂、效率低|支持有限|原生高效组播支持||收敛速度|秒级|百毫秒级|毫秒级|4.标准编制过程ISO/IEC21559-1:2022的编制历经了严谨而完整的标准制定流程，主要阶段如下：（1）提案与立项阶段（2018-2019）：由SC6专家团队在未来网络研究方向下提出标准化需求，完成了技术预研和工作组讨论，经SC6全会审议后正式立项。来自中国、韩国、日本、美国等国家的专家在提案中发挥了重要作用。（2）工作组草案WD阶段（2019-2020）：项目组（ProjectTeam）起草工作组草案，围绕帧格式定义、交换模型、路由协议扩展等核心议题进行了多轮深入讨论。期间召开了多次面对面会议及远程讨论，累计收集处理技术评论意见逾百条。（3）委员会草案CD/投票阶段（2020-2021）：草案提交SC6各成员国进行委员会内部评审和投票。专家们从技术完备性、与现有标准的协调性、器件可实现性等方面提出了大量意见。（4）国际标准草案DIS/最终草案FDIS阶段（2021-2022）：经过多轮修改和完善，草案分别在国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）两轮正式投票中获得通过，于2022年3月正式发布。整个编制周期历时约3年半，充分体现了国际标准制定的严谨性和科学性。5.标准主要编制单位介绍5.1中国信息通信研究院中国信息通信研究院（ChinaAcademyofInformationandCommunicationsTechnology，CAICT，以下简称“中国信通院”）是ISO/IEC21559-1:2022编制工作中的核心参与单位之一，在该标准的提案发起、技术方案设计及文本起草中发挥了关键作用。单位概况：中国信通院始建于1957年，是工业和信息化部直属的科研事业单位。作为国家在信息通信领域最重要的智库和专业技术支撑机构，中国信通院多年来深度参与国际电信联盟（ITU）、国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）及第三代合作伙伴计划（3GPP）等多个国际标准化组织的各项工作。全院下设多个专业研究部门和实验室，在职科研人员超过4000人，在通信标准、网络技术、政策研究等领域具有深厚积累。标准化工作基础：中国信通院长期担任ISO/IECJTC1/SC6国内技术对口单位的组长单位，牵头组织国内企事业单位参与SC6各项标准化活动。同时，该院深度参与ITU-TSG13（未来网络）的研究工作，主导了多份关于未来网络需求、架构及演进的国际建议书的编制，形成了从需求研究到架构设计再到协议规范的系统化标准化路径。技术贡献：在ISO/IEC21559-1:2022的编制过程中，中国信通院负责统筹国内相关单位组成联合研究团队，牵头完成了未来网络交换与路由机制的总体技术方案设计。中国信通院团队在融合算力网络场景的路由度量和路由决策模型方面提供了首创性的技术方案，并在新型帧格式设计中贡献了多项关键技术提案。在标准编制期间，中国信通院组织了多次国际技术研讨会和国际间双边交流活动，有效协调了各成员国专家的意见分歧，为标准核心条款的达成提供了建设性的技术方案和协调思路。此外，中国信通院同步开展了与标准相关的试验验证工作，建设了未来网络测试验证平台，对标准中定义的交换和路由机制进行了仿真和实测验证，为标准技术方案的可行性提供了有力的实验支撑。5.2其他主要参与者除中国信通院外，来自日本、韩国、美国、法国等国的标准化机构和通信企业也积极参与了本标准的编制工作。各参与方在帧格式优化、路由安全性增强、与现有网络兼容策略等方面分别提出了各自的技术主张和建议，经过充分协商和整合，最终形成了各方均能接受的标准文本。6.标准应用前景与产业影响6.1对下一代互联网建设的支撑ISO/IEC21559-1:2022为下一代互联网建设提供了关键的技术规范支撑。当前全球主要经济体纷纷布局下一代互联网基础设施，本标准的发布使各方在未来网络的数据面和控制面设计上有了统一的技术基线，有利于降低设备和系统的研发成本，促进产业链的成熟。6.2在算力网络中的应用算力网络（ComputingPowerNetwork，CPN）作为“东数西算”工程的重要技术底座，要求网络基础设施能够感知算力资源的动态变化并据此进行智能路由。本标准定义的路由机制将算力因子纳入度量体系，为算力网络中的算力路由调度提供了标准化的协议支撑，有效解决了算力资源与网络资源协同调度的“卡脖子”问题。6.3对行业专用网络的赋能在能源、交通、工业制造等行业领域，专用通信网络对确定性时延、高可靠性和安全隔离提出了极高要求。本标准定义的确定性交换机制和多维路由策略，能够有效满足行业场景的差异化需求，为垂直行业的数字化转型提供了可靠的技术底座。6.4产业生态构建标准的发布为设备厂商进行产品开发提供了技术依据，也为运营商进行网络规划与部署提供了参考框架。可以预见，在标准引导下，未来网络设备、芯片、操作系统、应用系统等各环节将逐步形成完整的产业生态链。7.结论与展望ISO/IEC21559-1:2022作为未来网络协议体系中关于交换和路由机制的首项国际标准，对未来网络技术的发展与产业化具有重要的基础性支撑作用。该标准以面向未来的前瞻性设计理念，在交换机制、路由机制及兼容策略等方面做出了系统性创新，为未来网络的落地部署提供了统一的技术规范。标准的成功发布是国际标准化合作的典范性成果，充分体现了ISO/IECJTC1/SC6平台下各成员国专家的智慧协作。展望未来，未来网络标准化工作仍面临诸多机遇与挑战。在技术层面，随着6G通信、大模型训练的算力需求爆发以及卫星互联网的规模部署，未来网络的交换和路由机制仍需持续优化和完善。在标准层面，ISO/IEC21559系