ISOIEC 21558-12022 系统间电信和信息交换.未来网络结构.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结构第1部分：交换和路由标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:TelecommunicationsandInformationExchangebetweenSystems-FutureNetworkArchitecture-Part1:SwitchingandRouting摘要随着全球数字化转型的深入推进，传统网络架构在可扩展性、灵活性和服务能力等方面面临严峻挑战。未来网络作为新一代信息基础设施的核心支撑，其体系架构研究已成为国际标准化组织关注的焦点。本报告针对ISO/IEC21558-1:2022《系统间电信和信息交换未来网络结构第1部分：交换和路由》标准的立项背景、技术内容、编制过程及应用前景进行系统分析。该标准由国际电工委员会（IEC）归口管理，于2022年3月1日正式发布，标准界定了未来网络中交换和路由功能的基本架构模型、技术要求及协议映射关系，为网络设备制造商、服务提供商及行业用户提供了统一的架构参考框架。报告详细阐述了该标准的技术框架体系，分析了其对现有网络技术的继承与革新，并介绍了主要起草单位的技术贡献。研究表明，该标准的发布对于推动未来网络技术从概念走向落地、促进网络产业生态的形成与发展具有重要的里程碑意义。关键词：未来网络；交换与路由；网络架构；国际标准；ISO/IEC21558AbstractWiththedeepeningofglobaldigitaltransformation,traditionalnetworkarchitecturesarefacingseverechallengesinscalability,flexibility,andservicecapability.Asthecoresupportofthenew-generationinformationinfrastructure,thearchitectureresearchoffuturenetworkshasbecomeafocusofinternationalstandardizationorganizations.Thisreportsystematicallyanalyzestheprojectbackground,technicalcontent,developmentprocess,andapplicationprospectsofISO/IEC21558-1:2022.Thestandard,administeredbytheInternationalElectrotechnicalCommission(IEC),wasofficiallyreleasedonMarch1,2022,definingthebasicarchitecturalmodel,technicalrequirements,andprotocolmappingrelationshipsforswitchingandroutingfunctionsinfuturenetworks.Itprovidesaunifiedarchitecturalreferenceframeworkfornetworkequipmentmanufacturers,serviceproviders,andindustryusers.Thereportelaboratesonthetechnicalframeworkofthestandard,analyzesitsinheritanceandinnovationofexistingnetworktechnologies,andintroducesthetechnicalcontributionsofmajordraftingorganizations.Researchindicatesthatthereleaseofthisstandardholdssignificantmilestoneimportanceinpromotingthetransformationoffuturenetworktechnologiesfromconcepttoimplementationandfosteringtheformationanddevelopmentofthenetworkindustryecosystem.Keywords:FutureNetwork;SwitchingandRouting;NetworkArchitecture;InternationalStandard;ISO/IEC21558一、引言1.1研究背景当前，云计算、大数据、物联网、人工智能等新一代信息技术蓬勃发展，驱动网络流量呈现指数级增长，网络业务形态日趋多样化。传统的TCP/IP体系架构在设计之初主要面向尽力而为的数据传输，难以满足确定性时延、海量连接、内容感知、安全可信等新型业务需求。在此背景下，世界各国纷纷布局未来网络技术研究，国际电信联盟（ITU）、国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）、互联网工程任务组（IETF）等标准化组织均启动了未来网络架构的相关标准制定工作。ISO/IECJTC1（联合技术委员会）作为国际信息技术标准化领域最具权威性的机构，下设SC6（系统间电信和信息交换分技术委员会）专门负责网络与通信领域的标准化工作。在前期完成未来网络基础架构标准的基础上，SC6进一步针对网络核心功能——交换与路由开展专题标准化工作，最终形成ISO/IEC21558-1:2022标准。1.2标准立项意义交换和路由是网络运行的核心功能，直接决定了网络性能、可靠性和可扩展性。ISO/IEC21558-1:2022的立项和发布具有以下重要意义：第一，为未来网络中的交换和路由技术提供统一的术语定义和架构参考，避免各厂商在技术实现上的碎片化；第二，通过标准化方式固化了未来网络在交换路由方面的创新成果，促进新技术的大规模商用部署；第三，为后续相关标准的制定奠定基础，推动形成完整的未来网络标准体系。1.3标准基本信息ISO/IEC21558-1:2022《系统间电信和信息交换未来网络结构第1部分：交换和路由》由IEC归口管理，标准状态为现行，分类号为网络层，于2022年3月1日正式发布。该标准属于ISO/IEC21558系列标准的组成部分，该系列标准围绕未来网络架构的各个功能维度展开系统性规范。二、标准技术内容分析2.1标准范围与定位ISO/IEC21558-1:2022在ISO/IEC21558系列标准中承担着界定未来网络交换和路由架构的功能定位。该标准规定了未来网络中交换和路由子系统的架构模型、功能实体、接口关系以及协议操作要求，适用于未来网络中的核心网、城域网和接入网等多个网络层次的交换和路由功能设计。标准的适用范围涵盖数据中心网络、运营商网络、企业网络以及未来可能出现的各类新型网络形态。2.2核心技术框架该标准构建了一套面向未来网络需求的交换和路由架构体系，其核心设计理念可以概括为以下几个层面：在架构模型层面，标准采用分层化与模块化相结合的设计方法，将交换和路由功能划分为控制平面、数据平面和管理平面三个功能平面，各平面之间通过标准化接口实现交互。该模型借鉴了SDN（软件定义网络）的控制与转发分离思想，但在此基础上进行了扩展和深化，支持更加灵活和动态的网络控制机制。在交换技术层面，标准涵盖了大容量交换矩阵设计、多级交换结构、光交换与电交换的融合、以及基于新型交换介质的高性能交换机制。针对未来网络对大带宽、低时延的极端要求，标准规范了交换节点在时延控制、拥塞管理和流量调度方面的技术要求。在路由技术层面，标准引入了基于意图的路由、上下文感知路由等多维路由机制。传统路由主要基于目的地址进行转发决策，而未来网络中的路由功能将综合考虑业务类型、服务质量要求、安全策略、网络状态等多种因素，实现更加智能化、精细化的路径选择和流量调度。2.3关键技术特性ISO/IEC21558-1:2022标准的技术特性主要体现在以下方面：（1）协议无关性。标准在架构层面与具体协议实现解耦，所定义的交换和路由框架可适配多种现有及新兴协议，包括IPv6、SRv6（基于IPv6的段路由）、BIER（位索引显式复制）等，具有良好的兼容性和前瞻性，为未来网络的演进提供了充分的协议灵活性。（2）确定性转发机制。针对工业互联网、车联网、远程医疗等对确定性时延有严格要求的应用场景，标准定义了确定性网络中的交换和路由增强机制，包括时间敏感网络（TSN）技术的融合以及大规模确定性网络中的资源预留和调度方法。（3）多维感知能力的嵌入。标准将网络状态的实时感知和业务意图的深度理解融入交换和路由的技术要求中，使网络核心节点具备更强的智能决策能力。标准还引入了AI/ML技术赋能网络智能化的架构支持，为网络流量的智能预测、自适应调整和故障自愈提供了架构基础。（4）内生安全设计。标准将安全机制内嵌于交换和路由的架构设计之中，而非作为事后补充的附加功能。这一设计理念改变了传统网络“先部署、后加固”的安全模式，使安全能力成为网络架构的天然属性。2.4与现有标准的关系ISO/IEC21558-1:2022与其系列标准和其他相关标准共同构成了未来网络的标准化体系。该标准与ISO/IEC21558-2（未来网络架构的标识寻址）存在紧密的协同关系——交换和路由功能依赖于高效的标识解析和地址映射机制。在路由层面，标准与ITU-TY.3000系列未来网络建议书保持协调一致，同时补充了ITU-T标准中在具体实现技术层面的规范空白。此外，标准在设计和编写过程中充分参考了IETF在路由领域积累的丰富技术文档，在保持架构创新性的同时尽可能兼容现有网络基础设施和运行经验。三、标准编制过程3.1立项阶段ISO/IEC21558-1:2022的标准化工作始于ISO/IECJTC1/SC6/WG7（未来网络工作组）的框架之下。WG7于2018年左右启动了未来网络架构系列标准的研制工作，其中交换和路由部分被识别为最核心的标准化方向之一。在立项论证阶段，多国国家成员体提交了各自在未来网络交换路由领域的研究成果和技术提案。中国作为未来网络领域的重要参与力量，依托国家未来网络试验设施（CENI）等项目积累的实践经验，为标准的立项提供了丰富的技术输入。经过多轮充分讨论和论证，该项目于2019年正式立项，编号为ISO/IEC21558-1。3.2起草与修改阶段在标准起草阶段，各参与国家的专家围绕标准的技术框架展开了多轮深入讨论。主要讨论焦点包括：未来网络交换和路由的新型性能指标体系、控制与转发分离的架构粒度、与现有IP网络平滑演进的关系、确定性转发机制的纳入程度等关键问题。起草组先后召开了多次面对面工作会议及多次网络电话会议，对标准草案进行逐条审议和修改。在WD（工作草案）阶段，标准框架从最初侧重于新型交换和路由机制的探索性描述，逐步调整为一个兼顾架构创新与工程可实现性的技术规范体系。在CD（委员会草案）和DIS（国际标准草案）阶段，标准文本经历了多轮各国家成员体函审和意见处理，在技术定义的精确性、条款表述的严谨性方面得到显著完善。3.3批准与发布阶段经过标准草案的多轮修改完善和严格的审查流程，ISO/IEC21558-1最终通过各国家成员体的投票表决，于2022年3月1日由IEC正式发布。该标准的发布凝聚了来自中国、韩国、日本、美国、德国、法国等多个国家的网络通信专家的智慧和努力，体现了国际社会在未来网络交换和路由技术发展方向上的广泛共识。四、主要起草单位介绍4.1中国电子技术标准化研究院中国电子技术标准化研究院（CESI）作为我国电子信息领域标准化工作的核心支撑机构，深度参与了ISO/IEC21558-1:2022标准的研制工作。该研究院创建于1963年，是工业和信息化部直属事业单位，也是国家标准化管理委员会批复的全国信息技术标准化技术委员会秘书处单位。在ISO/IECJTC1/SC6国内技术归口工作中，中国电子技术标准化研究院长期承担着组织国内专家参与国际标准制定的重要职责，积累了丰富的国际标准化工作经验。在ISO/IEC21558-1:2022标准的研制过程中，中国电子技术标准化研究院发挥了三方面的关键作用：一是组织协调作用，牵头组建了中国专家参与团队，统筹国内在该领域的优势技术资源，确保中国声音在国际标准制定中得到充分表达；二是技术支撑作用，将我国在未来网络试验网建设、新型路由技术研发等方面的实践经验转化为国际标准的技术输入，推动了中国方案在国际标准中的采纳；三是质量把关作用，组织国内专家对标准各阶段草案进行逐条研究，确保标准技术内容的科学性、严谨性和适用性，并通过多方沟通协调促成共识的达成。4.2其他主要参与力量除中国电子技术标准化研究院外，该标准的研制还汇聚了韩国电子通信研究院（ETRI）、日本信息通信研究机构（NICT）、美国国家标准与技术研究院（NIST）等国际知名研究机构和标准化组织的深度参与。各参与方分别在未来网络架构设计、新型网络协议开发、网络性能评估方法等领域贡献了各具特色的技术方案。此外，来自华为、中兴、爱立信、诺基亚等全球领先通信设备制造商的技术专家也从产业实践角度为标准的技术可行性提供了重要的工程经验和应用视角。五、标准应用前景分析5.1产业应用价值ISO/IEC21558-1:2022的发布将为网络产业各方提供统一的技术框架和参考依据。对于网络设备制造商而言，该标准明确了未来网络交换和路由设备需要满足的功能要求和性能指标，为产品研发提供了技术指引，有助于降低研发风险和市场不确定性。对于网络服务提供商而言，标准所定义的架构框架为网络规划、建设和运维提供了统一的技术语言和参考模型，有助于简化多厂商设备的互通集成。对于行业用户而言，标准的发布有助于增强其对未来网络技术成熟度和兼容性的信心，降低用户的部署顾虑。5.2技术发展趋势未来网络交换和路由技术的发展呈现以下趋势：其一，智能化程度持续加深，基于AI的网络自优化、自配置能力将从辅助角色逐步走向主导地位；其二，确定性通信从局域场景向广域场景扩展，对交换和路由的时延控制能力提出更高要求；其三，云网融合走向纵深，交换路由功能与云计算基础设施的协同将进一步深化；其四，算力网络等新型网络形态不断涌现，对网络核心功能提出多元化需求。5.3标准实施建议为促进ISO/IEC21558-1:2022的有效实施，建议各方采取以下策略：在技术验证层面，依托试验网络开展标准符合性测试和互操作性验证，积累部署经验；在标准转化层面，积极推动该国际标准向国家标准、行业标准的转化，使其更好地服务于国内产业实践；在人才培养层面，加强标准相关技术培训，培养一批既熟悉未来网络技术又精通国际标准化规则的专业人才。六、结论ISO/IEC21558-1:2022《系统间电信和信息交换未来网络结构第1部分：交换和路由》作为未来网络架构系列标准的核心组成部分，为未来网络中交换和路由功能的设计、实现和互联互通提供了权威的技术框架。该标准的发布凝聚了国际网络通信领域专家的集体智慧，反映了未来网络从学术研究走向产业实践的关键转折。标准在架构创新性与技术继承性之间取得了良好平衡，既为新型网络技术的引入提供了架构空间，又充分考虑了与现有网络基础设施的兼容演进。展望未来，随着确定性网络、算力网络、卫星互联网等新型网络形态的不断涌现，交换和路由技术将持续演进，标准化工作也将面临新的课题和挑战。建议相关各方以该标准为基础，持续推进未来网络标准体系的完善，加强国际合作，共同推动未来网络技术的健康发展，为全球数字化转型提供坚实的技术支撑。参考文献[1]ISO/IEC21558-1:2022,Telecommunicationsan