面向全行業(yè)數字化和工業(yè)互聯網的下一代網絡及協議體系
現有的IP技術始于1969年，過去50年在全世界的部署與實踐取得了巨大的成功。網絡技術發(fā)展與應用業(yè)務需求總是相互促進的關系，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)互聯網及全行業(yè)互聯網、異構基礎設施、質化通信等一系列面向未來的高價值應用場景。新應用與新業(yè)務的接入和承載需求不斷地挑戰(zhàn)著當前IP網絡及協議體系的能力。
為什么要做New IP？在未來，會有大量的智能機器接入網絡，“面向機器的通信”將產生許多新型網絡連接需求。網絡服務對象和服務模式的轉變使得“大帶寬等于高質量”的假設不再普遍適用，信息在網絡中傳輸的準時性和網絡層的確定性成為了未來網絡關鍵需求之一。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，未來網絡在總傳輸通量和超大數據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設備，超高速移動的衛(wèi)星聯網等更為多樣的異構網絡逐步促成“萬物、萬網互聯”的態(tài)勢，網絡協議體系需要匹配復雜異構化的特征。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、多維感官數據的同步傳輸保證服務體驗，超高吞吐、多路并發(fā)、精準協同等勢必成為未來媒體應用的普遍需求。接入并基于網絡展開的產業(yè)鏈條逐步增長，眾多業(yè)務場景的高經濟價值必須有更加完善的安全與隱私機制來守護系統運轉。面對未來應用業(yè)務需求對網絡技術提出的挑戰(zhàn)，網絡協議體系的能力已經成為不可回避的瓶頸。
New IP是什么？關于未來網絡的研究由來已久。在過去的技術發(fā)展歷史中，包括美國、歐洲、中國在內的各個國家和組織都設立有眾多關于未來網絡架構的研究項目。它們從不同的思路出發(fā)，探討并研究未來網絡架構與協議體系，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在內的標準化組織提供了富有創(chuàng)造力的思路和價值，為網絡技術發(fā)展提供了巨大的空間。在繼承現有IP能力的基礎上，New IP基于未來愿景，展開一系列前瞻性技術研究，旨在面向未來智能機器通信為主的全行業(yè)互聯網和工業(yè)互聯網需求，提供可承諾確定性低時延、兼顧安全與隱私、萬物萬網互聯等新業(yè)務能力的網絡技術及協議。New IP系統性地提升網絡能力，推動網絡協議體系技術持續(xù)向前演進，全面支撐未來6G和遠景業(yè)務的技術需求。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，并在網絡中提供多樣化路由尋址能力，以緩解傳統IP網絡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設備低功耗訴求，通過地理位置路由來匹配衛(wèi)星網絡高動態(tài)性的特征，基于服務路由在邊緣計算場景實現更加極致的服務獲取體驗。靈活多樣化地址使New IP同時適用于多種異構網絡場景，從而實現萬物萬網互聯。
· New IP在傳統IP網絡統計復用基礎之上，在當前“盡力而為”服務模式之外，嘗試增加確定性轉發(fā)模式。在網絡層提供端到端的確定性服務能力，保障特定業(yè)務流傳輸的確定性低時延和抖動，從而滿足未來智能制造、遠程醫(yī)療、自動駕駛等眾多對網絡服務質量保障有嚴苛要求的應用。
· IP網絡設計之初的七大設計原則不包括安全因素[5]，當前IP網絡存在地址易偽造、隱私易暴露、信任模型脆弱、易受分布式拒絕服務攻擊等問題。New IP基于STRIDE安全模型[6]，分析和研究具有內生安全機制的網絡架構，最大化地保護用戶隱私，構建堅實的分布式可信基礎，打造安全可信的網絡，滿足以GDPR為代表的對隱私保護的要求，以及全行業(yè)互聯對安全可信的需求。
· New IP研究新傳輸層架構，通過并發(fā)多路傳輸、網絡編碼和跨層協同機制緩解當前傳輸協議帶寬利用率不足、無法感知應用需求和網絡狀態(tài)等問題。面向未來全息全覺通信、AI視頻處理等新型應用，實現業(yè)務流的超高通量、超大數據突發(fā)、差異化服務傳輸。
· New IP探索用戶可定義的網絡架構，通過在協議報文中攜帶指令和元數據信息，使用戶能夠向網絡表達更細粒度、更多元化的業(yè)務需求，如質化傳輸、多業(yè)務流間同步等[2]。不同于傳統IP網絡只能滿足用戶拓撲尋址需求，New IP能夠根據用戶定義的指令對數據包進行定制化處理，以支撐未來更加紛繁復雜的業(yè)務場景。
New IP不是什么？ New IP的研究是基于愿景的技術創(chuàng)新，Top-Down的相關描述不是指互聯網治理模式，而是技術研究過程中由愿景和場景驅動需求、需求驅動技術、從系統到特性的研究方法。New IP的研究并不會“導致更中心化的自頂向下的控制”[7]，更不會使得現有互聯網治理架構變得更加集中化。此外，New IP的研究從未提及也不會引入“關閉命令”[7]。在與業(yè)界專家討論防御DDoS攻擊的技術構想時，New IP提到了最早由美國卡耐基梅隆大學學者提出的Shut-off協議，類似技術早已在IETF DDoS Open Threat Signaling (DOTS) [8]中進行充分討論并發(fā)布相關標準。該技術用于DDOS攻擊的受害者網絡向攻擊源側網絡發(fā)送信令，以請求源側網絡協助清洗攻擊流量[9][10]。專業(yè)研究者在討論防御DDoS攻擊的技術構想時，引用并討論這一技術是常見的研究實踐。
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絡架構、關鍵技術的研究和實驗。業(yè)界也一直在開展面向未來網絡需求的討論。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、非洲等數十個國家的學術界和工業(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、新愿景和對支撐技術的新需求。包括華為在內的來自中國、北美、歐洲、亞太等多國的技術專家都在同時開展圍繞New IP為主題的研究工作，相關成果逐步在標準化組織、學術會議上發(fā)布。
New IP是一個純粹的技術研究課題，是面向未來場景探索的研究，不應被政治化和立場化。海內外的眾多研究學者也在不同的技術路徑上開展未來網絡架構和協議技術探索，網絡技術的研究與創(chuàng)新從未止步，朝向智能化萬物、萬網泛在互聯的演進方向繼續(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.
