未来IP网络IDEAS关键技术白皮书 （2020年）

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1.概述... 2

2. Internet的发展和IDEAS的创新思路... 3
2.1 Internet的发展... 3
2.2未来IP技术的探索... 3
2.3“IDEAS”创新思路... 5
3.智能路由（I）... 7
3.1智能路由的背景... 7
3.2智能路由的关键技术... 7
3.3智能路由的研究展望... 9
4.确定性网络（D）... 10
4.1确定性网络的背景... 10
4.2确定性网络的关键技术... 11
4.3确定性网络的研究展望... 13
5.算网一体（E）... 13
5.1算网一体的背景... 13
5.2算网一体的关键技术... 15
5.3算网一体的研究展望... 16
6.无障碍连接（A）... 17
6.1无障碍连接的背景... 17
6.2无障碍连接的关键技术... 18
6.3无障碍连接的研究展望... 20
7.网络安全可信（S）... 20
7.1网络安全可信的背景... 20
7.2网络安全可信的关键技术... 21
7.3网络安全可信的研究展望... 23
8.总结与展望... 23
缩略语列表... 25
参考文献... 26

1.概述“互联网+”不断催生发展新动能，各种新技术、新产业、新业态、新模式活跃。互联网经济、网络强国的概念已经深入人心，5G新基建引领了我国的数字经济大发展。在当今的互联网上，视频直播、VR/AR、车联网等各种新应用、新服务不断涌现。
互联网诞生之初，仅仅是为了连接有限的几台计算机，而目前的互联网已经发展到了终端广泛普及，甚至是万物互联。泛在的终端和网络使得信息的沟通更加便捷，在方方面面影响着人们的生活。

应用服务和终端的变革也促使了网络自身的演进。移动通信网络从3G/4G，正在逐渐向5G，甚至是未来的6G转型。在无线空口速率提升的同时，移动通信网络架构也在发生转变。3G/4G时期，移动通信网络架构从传统的TDM Based向IP Based演进；5G时期，移动通信网络的控制面和用户面进一步解耦，借鉴了IT领域的“微服务”理念提出了SBA（ServiceBased Architecture）的架构[1]。相应的，移动承载网络或者固定网络也在向SDN/NFV的方向演进，运营商IP网络的路由器接口带宽越来越高，设备吞吐量越来越大，同时也在增强着各种新特性、新能力，以应对不断出现的新业务、新需求。

业界对未来的Internet网络或者IP网络做了很多的探索，其中的一个共识是为了应对新的业务需求，未来的网络需要支持快速的创新，支持新的商业模式。通过对未来IP网络的新场景、新需求，以及当前热点技术的调研，本文档创新性地提出了“IDEAS”（Intelligent Routing, Deterministic Networking, Embedded Computing, All-inclusiveConnectivity, Security Guarantee）未来IP网络关键技术探索思路。本文档将从IDEAS的几个不同的角度来阐述对于未来IP网络关键技术的思考。

2. Internet的发展和IDEAS的创新思路2.1 Internet的发展

上个世纪60、70年代美国部署的ARPANET （Advanced Research Projects AgencyNetwork）是Internet的雏形，起初只用于军事网络。后来，各种各样的计算机网络在规模和数量上的提升，促成了不同网络之间的互联需求，最终导致了TCP/IP协议的诞生，也即Internet的诞生。初期的Internet主要基础是WWW/HTTP，TCP/IP，分组传输，Ethernet等，完成的业务也比较简单，大部分是实现基础的数据互联，设计理念是简单、开放和低成本。

经过几十年的发展，随着业务变得越来越复杂，Internet网络自身也变得越来越复杂。根据Wiki百科的定义[2]，Internet是一个使用TCP/IP连接了全球的计算机网络的系统，它内部包含了各种网络，可以是本地的，也可以是全球性的，具体包括个人网络，公共网络，学术网络，商业网络，和政府网络等。因此，从广义上讲，Internet涉及计算机技术的几乎方方面面，已经形成了一个庞大的技术体系。
随着业务类型、用户数量、终端类型的不断演进，Internet相关的创新技术也是层出不穷，例如CDN，云计算，DC网络，IoT，SDN/NFV，边缘计算等等。可以预见的，随着未来更多的业务场景，连接方式的出现，尤其是未来6G网络的各种探索和需求驱动，未来的Internet或者未来的IP网络也需要更多的创新技术来支撑。
2.2未来IP技术的探索为了应对各种业务的新需求，互联网领域的研究人员一直在致力于对IP的改善，包括学术界、产业界等。其中，IETF是制定互联网协议的权威组织，它是IP(v6)协议、TCP协议、DNS协议、路由协议等标准的发源地。近年来IETF积极推动IP技术创新，先后成立了源路由（SPRING）、确定性网络（DetNet）等工作组。同时，国际电信联盟电信标准分局（ITU-T）的FG-NET-2030焦点组，以及国内2018年成立的网络5.0联盟[3]也对IP技术创新进行了广泛的讨论。

FG-NET-2030的Network 2030白皮书[4]展望了未来的网络业务，包括全息通信（Holographic TypeCommunications），多维感知网络（Multi-Sense Networks），网络业务的时间工程（Time Engineered Applications），网络业务的高可靠底层架构（CriticalInfrastructure）。如图2-1所示，从业务发展的角度来看，只有攻克未来IP网络的关键技术难点，才能构建持续演进的Internet，满足未来IP网络越来越多的业务种类和不断增强的业务SLA诉求。

   

图7-3 去中心化的域名解析系统

7.3网络安全可信的研究展望BGP和DNS作为重要的IP网络基础机制，是实现网络内生安全的重要方面。网络安全可信的研究需要继续深入研究对网络资源（例如IP地址、AS号、域名及其他资源）的去中心化管理与资源映射机制，构建公平、可靠、可用的网络基础设施。
面向内生安全的未来网络需要研究如何基于以区块链为代表的去中心化技术，从网络体系层面、路由层面设计网络架构，以及去中心化的域间路由认证与管理机制和去中心化的域名标识与解析体系，构建满足各种新型业务需求的新型网络。
8.总结与展望IDEAS关键技术探索思路是对未来Internet互联网和底层IP技术的发展展望和参考。为了满足现在或者未来的业务，尤其是B5G/6G的新场景、新需求，Internet需要支持泛在的智能、泛在的互联，并且以IP技术内生确定性，内生算力，内生安全等能力的提升为基础，持续创新演进。
面向未来IP技术发展趋势设计的IDEAS探索路线，为业界共同打造具备智能路由、确定性QoS、算力内生、无障碍连接和安全性保障的未来电信IP网络提供了参考。IDEAS创新网络的架构设计和使能还有很多挑战，有很多科学和工程问题需要突破，希望更多的团体和合作伙伴参与到未来IP网络相关的创新工作中，精诚合作，共筑未来。

缩略语列表

缩略语	英文全名	中文解释
API	Application Programming Interface	应用编程接口
AR	Augmented Reality	增强现实
ASN	Autonomous System Number	自治系统号码
BGP	Border Gateway Protocol	边界网关协议
CAN	Computing Aware Networking	算力感知网络
CDN	Content Delivery Network	内容分发网络
CNN	Convolutional Neural Network	卷积神经网络
DetNet	Deterministic Networking	确定性网络
DNS	Domain Name System	域名系统
FlexE	Flex Ethernet	灵活以太网
IBN	Intent-Based Network	基于意图的网络
ICT	Information and Communications Technology	信息与通信技术
IoT	Internet of Things	物联网
MEC	Multi-access Edge Computing	多接入边缘计算
NFV	Network Functions Virtualization	网络功能虚拟化
OAM	Operation Administration and Maintenance	操作维护管理
OICT	Operation, Information and Communications  Technology	工业控制技术，信息技术，电信技术
OPEX	Operating Expense	运营支出
QoS	Quality of Service	服务质量
QUIC	Quick UDP Internet Connection	快速 UDP 网络连接
RNN	Recurrent Neural Network	循环神经网络
RPKI	Resource Public Key Infrastructure	资源公共密钥基础架构
SBA	Service Based Architecture	基于服务的架构
SDN	Software Defined Network	软件定义网络
SLA	Service-Level Agreement	服务等级协定
SPRING	Source Packet Routing in Networking	基于分组报文的源路由
TDM	Time-division multiplexing	时分多路复用
TSAG	Telecommunication Standardization  Advisory Group	电信标准顾问组
TSN	Time Sensitive Network	时间敏感网络
VR	Virtual Reality	虚拟现实

参考文献

[1] 3GPP TS23.501, System architecture for the 5GSystem (5GS), 2018.
[2] Wikipedia, https://simple.wikipedia.org/wiki/Internet
[3] 网络5.0技术和产业创新联盟, 网络5.0技术白皮书, http://www.network5.cn/index.php ... d/95/action/21.html
[4] ITU-T FG-NET-2030, Network 2030 White Paper, ABlueprint of Technology, Applications and Market Drivers Towards the Year 2030and Beyond, 2019.
[5] SDN/NFV/AI标准与产业推进委员会, 网络人工智能应用白皮书, 2019.
[6] IETF RFC8578, Deterministic Networking Use Cases,2019.
[7] IETF RFC8655, Deterministic NetworkingArchitecture, 2019.
[8] IETF draft-shi-quic-dtp, Deadline-aware TransportProtocol, 2020.
[9] IETF draft-du-detnet-layer3-low-latency,Micro-burst Decreasing in Layer3 Network for Low-Latency Traffic, 2020.
[10] 中国移动, 算力感知网络白皮书, 边缘计算产业峰会, 2019.
[11] 杨芫, 徐明伟, 李贺武, 天地一体化信息网络统一编址与路由研究, 电信科学, 2017, v.33(12):16-23.
[12] 郑秀丽, 蒋胜, 王闯, NewIP：开拓未来数据网络的新连接和新能力, 电信科学, 2019, v.35(9):2-11.
[13] 徐明伟, 夏安青, 杨芫, 等， 天地一体化网络域内路由协议OSPF+, 清华大学学报:自然科学版, 2017(01):15-20.
[14] IETF RFC6810, The Resource Public KeyInfrastructure (RPKI) to Router Protocol, 2013.
[15] IETF RFC8206, BGPsec Considerations forAutonomous System (AS) Migration, 2017.
[16] IETF RFC4035, Protocol Modifications for the DNSSecurity Extensions, 2005.
[17] 江伟玉, 刘冰洋, 王闯, 内生安全网络架构, 电信科学, 2019, v.35(9):20-28.
[18] Duan X, Yan Z, Geng G, et al. DNSLedger: Decentralizedand distributed name resolution for ubiquitous IoT, IEEE InternationalConference on Consumer Electronics IEEE, 2018:1-3.