面向全行業(yè)數(shù)字化和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的下一代網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議體系
現(xiàn)有的IP技術(shù)始于1969年，過去50年在全世界的部署與實踐取得了巨大的成功。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用業(yè)務(wù)需求總是相互促進的關(guān)系，在ITU-T Network 2030 Focus Group的研究[1][2]中詳細闡述了包括全息全覺通信、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及全行業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、異構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)施、質(zhì)化通信等一系列面向未來的高價值應(yīng)用場景。新應(yīng)用與新業(yè)務(wù)的接入和承載需求不斷地挑戰(zhàn)著當前IP網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議體系的能力。
為什么要做New IP？在未來，會有大量的智能機器接入網(wǎng)絡(luò)，“面向機器的通信”將產(chǎn)生許多新型網(wǎng)絡(luò)連接需求。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)對象和服務(wù)模式的轉(zhuǎn)變使得“大帶寬等于高質(zhì)量”的假設(shè)不再普遍適用，信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臏蕰r性和網(wǎng)絡(luò)層的確定性成為了未來網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵需求之一。與此同時，機器對于信息的處理效率、時長和連續(xù)性等方面的要求將遠超人類，未來網(wǎng)絡(luò)在總傳輸通量和超大數(shù)據(jù)瞬時傳輸能力的上限亟需提升。超低功耗的傳感器等更為多樣的異構(gòu)設(shè)備，超高速移動的衛(wèi)星聯(lián)網(wǎng)等更為多樣的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)逐步促成“萬物、萬網(wǎng)互聯(lián)”的態(tài)勢，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系需要匹配復雜異構(gòu)化的特征。以全息全覺通信為代表的未來媒體通信形式通過多信息源、多維感官數(shù)據(jù)的同步傳輸保證服務(wù)體驗，超高吞吐、多路并發(fā)、精準協(xié)同等勢必成為未來媒體應(yīng)用的普遍需求。接入并基于網(wǎng)絡(luò)展開的產(chǎn)業(yè)鏈條逐步增長，眾多業(yè)務(wù)場景的高經(jīng)濟價值必須有更加完善的安全與隱私機制來守護系統(tǒng)運轉(zhuǎn)。面對未來應(yīng)用業(yè)務(wù)需求對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提出的挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系的能力已經(jīng)成為不可回避的瓶頸。
New IP是什么？關(guān)于未來網(wǎng)絡(luò)的研究由來已久。在過去的技術(shù)發(fā)展歷史中，包括美國、歐洲、中國在內(nèi)的各個國家和組織都設(shè)立有眾多關(guān)于未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研究項目。它們從不同的思路出發(fā)，探討并研究未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與協(xié)議體系，或連續(xù)演進、或徹底變革。這些基于IP或非IP的創(chuàng)新思想為全世界包括IETF在內(nèi)的標準化組織提供了富有創(chuàng)造力的思路和價值，為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展提供了巨大的空間。在繼承現(xiàn)有IP能力的基礎(chǔ)上，New IP基于未來愿景，展開一系列前瞻性技術(shù)研究，旨在面向未來智能機器通信為主的全行業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需求，提供可承諾確定性低時延、兼顧安全與隱私、萬物萬網(wǎng)互聯(lián)等新業(yè)務(wù)能力的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及協(xié)議。New IP系統(tǒng)性地提升網(wǎng)絡(luò)能力，推動網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系技術(shù)持續(xù)向前演進，全面支撐未來6G和遠景業(yè)務(wù)的技術(shù)需求。目前，New IP的研究[3][4]圍繞五大能力提升展開。
· New IP研究靈活可變長的地址體系，并在網(wǎng)絡(luò)中提供多樣化路由尋址能力，以緩解傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)定長地址及單一拓撲尋址模式導致的問題。這種靈活多樣化編址、路由體系能夠通過短地址編址來滿足IoT設(shè)備低功耗訴求，通過地理位置路由來匹配衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)高動態(tài)性的特征，基于服務(wù)路由在邊緣計算場景實現(xiàn)更加極致的服務(wù)獲取體驗。靈活多樣化地址使New IP同時適用于多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)場景，從而實現(xiàn)萬物萬網(wǎng)互聯(lián)。
· New IP在傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計復用基礎(chǔ)之上，在當前“盡力而為”服務(wù)模式之外，嘗試增加確定性轉(zhuǎn)發(fā)模式。在網(wǎng)絡(luò)層提供端到端的確定性服務(wù)能力，保障特定業(yè)務(wù)流傳輸?shù)拇_定性低時延和抖動，從而滿足未來智能制造、遠程醫(yī)療、自動駕駛等眾多對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量保障有嚴苛要求的應(yīng)用。
· IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)計之初的七大設(shè)計原則不包括安全因素[5]，當前IP網(wǎng)絡(luò)存在地址易偽造、隱私易暴露、信任模型脆弱、易受分布式拒絕服務(wù)攻擊等問題。New IP基于STRIDE安全模型[6]，分析和研究具有內(nèi)生安全機制的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，最大化地保護用戶隱私，構(gòu)建堅實的分布式可信基礎(chǔ)，打造安全可信的網(wǎng)絡(luò)，滿足以GDPR為代表的對隱私保護的要求，以及全行業(yè)互聯(lián)對安全可信的需求。
· New IP研究新傳輸層架構(gòu)，通過并發(fā)多路傳輸、網(wǎng)絡(luò)編碼和跨層協(xié)同機制緩解當前傳輸協(xié)議帶寬利用率不足、無法感知應(yīng)用需求和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等問題。面向未來全息全覺通信、AI視頻處理等新型應(yīng)用，實現(xiàn)業(yè)務(wù)流的超高通量、超大數(shù)據(jù)突發(fā)、差異化服務(wù)傳輸。
· New IP探索用戶可定義的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過在協(xié)議報文中攜帶指令和元數(shù)據(jù)信息，使用戶能夠向網(wǎng)絡(luò)表達更細粒度、更多元化的業(yè)務(wù)需求，如質(zhì)化傳輸、多業(yè)務(wù)流間同步等[2]。不同于傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)只能滿足用戶拓撲尋址需求，New IP能夠根據(jù)用戶定義的指令對數(shù)據(jù)包進行定制化處理，以支撐未來更加紛繁復雜的業(yè)務(wù)場景。
New IP不是什么？ New IP的研究是基于愿景的技術(shù)創(chuàng)新，Top-Down的相關(guān)描述不是指互聯(lián)網(wǎng)治理模式，而是技術(shù)研究過程中由愿景和場景驅(qū)動需求、需求驅(qū)動技術(shù)、從系統(tǒng)到特性的研究方法。New IP的研究并不會“導致更中心化的自頂向下的控制”[7]，更不會使得現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)治理架構(gòu)變得更加集中化。此外，New IP的研究從未提及也不會引入“關(guān)閉命令”[7]。在與業(yè)界專家討論防御DDoS攻擊的技術(shù)構(gòu)想時，New IP提到了最早由美國卡耐基梅隆大學學者提出的Shut-off協(xié)議，類似技術(shù)早已在IETF DDoS Open Threat Signaling (DOTS) [8]中進行充分討論并發(fā)布相關(guān)標準。該技術(shù)用于DDOS攻擊的受害者網(wǎng)絡(luò)向攻擊源側(cè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信令，以請求源側(cè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)助清洗攻擊流量[9][10]。專業(yè)研究者在討論防御DDoS攻擊的技術(shù)構(gòu)想時，引用并討論這一技術(shù)是常見的研究實踐。
New IP怎樣發(fā)展？目前，New IP正處于早期研究階段，正逐步從場景、用例和需求的研究過渡到網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)的研究和實驗。業(yè)界也一直在開展面向未來網(wǎng)絡(luò)需求的討論。以ITU-T Network 2030 Focus Group為代表，在過去的幾年中不斷吸引來自中國、歐洲、日韓、北美、南美、非洲等數(shù)十個國家的學術(shù)界和工業(yè)界的百十名高水平研究人員參與其中，提出了面向未來的新業(yè)務(wù)、新愿景和對支撐技術(shù)的新需求。包括華為在內(nèi)的來自中國、北美、歐洲、亞太等多國的技術(shù)專家都在同時開展圍繞New IP為主題的研究工作，相關(guān)成果逐步在標準化組織、學術(shù)會議上發(fā)布。
New IP是一個純粹的技術(shù)研究課題，是面向未來場景探索的研究，不應(yīng)被政治化和立場化。海內(nèi)外的眾多研究學者也在不同的技術(shù)路徑上開展未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和協(xié)議技術(shù)探索，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究與創(chuàng)新從未止步，朝向智能化萬物、萬網(wǎng)泛在互聯(lián)的演進方向繼續(xù)向前。華為公司一直秉承著開放的心態(tài)，持續(xù)邀請并歡迎全世界所有國家、所有行業(yè)的更多研究者投入到IP技術(shù)持續(xù)演進與變革的研究中來，共同推動世界通信事業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
1. ITU-T FG NET2030, “A Blueprint of Technology, Applications and Market Drivers Towards the Year 2030 and Beyond”, online: https://www.itu.int/en/ITU-T/focusgroups/net2030/Documents/White_Paper.pdf
2. ITU-T FG NET2030, “New Services and Capabilities for Network 2030: Description, Technical Gap and Performance Target Analysis”, online: https://www.itu.int/en/ITU-T/focusgroups/net2030/Documents/Deliverable_NET2030.pdf
3. Xiuli Zheng, Sheng Jiang, Chuang Wang, “New IP: new connectivity and capabilities of upgrading future data network.”Telecommunications Science, 2019, 35(9): 2-11. doi: 10.11959/j.issn.1000-0801.2019208.
4. Xiuli Zheng, Jiayao Tan, Sheng Jiang, Chuang Wang, “Analysis on the requirements of future data network.” Telecommunications Science, 2019, 35(8): 16-25. doi: 10.11959/j.issn.1000-0801.2019204.
5. David Clark, “The design philosophy of the DARPA internet protocols.” SIGCOMM Comput. Commun. Rev. 18, 4 (August 1988), 106–114. DOI: https://doi.org/10.1145/52325.52336
6. Microsoft, "The STRIDE Threat Model", online: https://msdn.microsoft.com/en-us/library/ee823878(v=cs.20).aspx
7. Anna Gross and Madhumita Murgia, “China and Huawei propose reinvention of the internet.” March 28 2020, online: https://www.ft.com/content/c78be2cf-a1a1-40b1-8ab7-904d7095e0f2
8. DDoS Open Threat Signaling (DOTS), https://datatracker.ietf.org/wg/dots/charter/
9. David Andersen, Hari Balakrishnan, Nick Feamster, Teemu Koponen, Daekyeong Moon, and Scott Shenker. "Accountable internet protocol (aip)." In Proceedings of the ACM SIGCOMM 2008 conference on Data communication, pp. 339-350. 2008.
10. David Naylor, Matthew K. Mukerjee, and Peter Steenkiste. "Balancing accountability and privacy in the network." ACM SIGCOMM Computer Communication Review 44, no. 4 (2014): 75-86.
