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New IP创新研究简介 - 面向全行业数字化和工业互联网的下一代网络及协议体系

发布时间:2020-04-13 20:07:22作者:点击数:241

{原文转自华为官网:https://www.huawei.com/cn/industry-insights/innovation/new-ip?from=timeline}


现有的IP技术始于1969年,过去50年在全世界的部署与实践取得了巨大的成功。网络技术发展与应用业务需求总是相互促进的关系,在ITU-T Network 2030 Focus Group的研究[1][2]中详细阐述了包括全息全觉通信、工业互联网及全行业互联网、异构基础设施、质化通信等一系列面向未来的高价值应用场景。新应用与新业务的接入和承载需求不断地挑战着当前IP网络及协议体系的能力。


为什么要做New IP?在未来,会有大量的智能机器接入网络,“面向机器的通信”将产生许多新型网络连接需求。网络服务对象和服务模式的转变使得“大带宽等于高质量”的假设不再普遍适用,信息在网络中传输的准时性和网络层的确定性成为了未来网络关键需求之一。与此同时,机器对于信息的处理效率、时长和连续性等方面的要求将远超人类,未来网络在总传输通量和超大数据瞬时传输能力的上限亟需提升。超低功耗的传感器等更为多样的异构设备,超高速移动的卫星联网等更为多样的异构网络逐步促成“万物、万网互联”的态势,网络协议体系需要匹配复杂异构化的特征。以全息全觉通信为代表的未来媒体通信形式通过多信息源、多维感官数据的同步传输保证服务体验,超高吞吐、多路并发、精准协同等势必成为未来媒体应用的普遍需求。接入并基于网络展开的产业链条逐步增长,众多业务场景的高经济价值必须有更加完善的安全与隐私机制来守护系统运转。面对未来应用业务需求对网络技术提出的挑战,网络协议体系的能力已经成为不可回避的瓶颈。


New IP是什么?关于未来网络的研究由来已久。在过去的技术发展历史中,包括美国、欧洲、中国在内的各个国家和组织都设立有众多关于未来网络架构的研究项目。它们从不同的思路出发,探讨并研究未来网络架构与协议体系,或连续演进、或彻底变革。这些基于IP或非IP的创新思想为全世界包括IETF在内的标准化组织提供了富有创造力的思路和价值,为网络技术发展提供了巨大的空间。在继承现有IP能力的基础上,New IP基于未来愿景,展开一系列前瞻性技术研究,旨在面向未来智能机器通信为主的全行业互联网和工业互联网需求,提供可承诺确定性低时延、兼顾安全与隐私、万物万网互联等新业务能力的网络技术及协议。New IP系统性地提升网络能力,推动网络协议体系技术持续向前演进,全面支撑未来6G和远景业务的技术需求。目前,New IP的研究[3][4]围绕五大能力提升展开。


(1)New IP研究灵活可变长的地址体系,并在网络中提供多样化路由寻址能力,以缓解传统IP网络定长地址及单一拓扑寻址模式导致的问题。这种灵活多样化编址、路由体系能够通过短地址编址来满足IoT设备低功耗诉求,通过地理位置路由来匹配卫星网络高动态性的特征,基于服务路由在边缘计算场景实现更加极致的服务获取体验。灵活多样化地址使New IP同时适用于多种异构网络场景,从而实现万物万网互联。


(2)New IP在传统IP网络统计复用基础之上,在当前“尽力而为”服务模式之外,尝试增加确定性转发模式。在网络层提供端到端的确定性服务能力,保障特定业务流传输的确定性低时延和抖动,从而满足未来智能制造、远程医疗、自动驾驶等众多对网络服务质量保障有严苛要求的应用。


(3)网络设计之初的七大设计原则不包括安全因素[5],当前IP网络存在地址易伪造、隐私易暴露、信任模型脆弱、易受分布式拒绝服务攻击等问题。New IP基于STRIDE安全模型[6],分析和研究具有内生安全机制的网络架构,最大化地保护用户隐私,构建坚实的分布式可信基础,打造安全可信的网络,满足以GDPR为代表的对隐私保护的要求,以及全行业互联对安全可信的需求。


(4)New IP研究新传输层架构,通过并发多路传输、网络编码和跨层协同机制缓解当前传输协议带宽利用率不足、无法感知应用需求和网络状态等问题。面向未来全息全觉通信、AI视频处理等新型应用,实现业务流的超高通量、超大数据突发、差异化服务传输。


(5)New IP探索用户可定义的网络架构,通过在协议报文中携带指令和元数据信息,使用户能够向网络表达更细粒度、更多元化的业务需求,如质化传输、多业务流间同步等[2]。不同于传统IP网络只能满足用户拓扑寻址需求,New IP能够根据用户定义的指令对数据包进行定制化处理,以支撑未来更加纷繁复杂的业务场景。


New IP不是什么? New IP的研究是基于愿景的技术创新,Top-Down的相关描述不是指互联网治理模式,而是技术研究过程中由愿景和场景驱动需求、需求驱动技术、从系统到特性的研究方法。New IP的研究并不会“导致更中心化的自顶向下的控制”[7],更不会使得现有互联网治理架构变得更加集中化。此外,New IP的研究从未提及也不会引入“关闭命令”[7]。在与业界专家讨论防御DDoS攻击的技术构想时,New IP提到了最早由美国卡耐基梅隆大学学者提出的Shut-off协议,类似技术早已在IETF DDoS Open Threat Signaling (DOTS) [8]中进行充分讨论并发布相关标准。该技术用于DDOS攻击的受害者网络向攻击源侧网络发送信令,以请求源侧网络协助清洗攻击流量[9][10]。专业研究者在讨论防御DDoS攻击的技术构想时,引用并讨论这一技术是常见的研究实践。


New IP怎样发展?目前,New IP正处于早期研究阶段,正逐步从场景、用例和需求的研究过渡到网络架构、关键技术的研究和实验。业界也一直在开展面向未来网络需求的讨论。以ITU-T Network 2030 Focus Group为代表,在过去的几年中不断吸引来自中国、欧洲、日韩、北美、南美、非洲等数十个国家的学术界和工业界的百十名高水平研究人员参与其中,提出了面向未来的新业务、新愿景和对支撑技术的新需求。包括华为在内的来自中国、北美、欧洲、亚太等多国的技术专家都在同时开展围绕New IP为主题的研究工作,相关成果逐步在标准化组织、学术会议上发布。


New IP是一个纯粹的技术研究课题,是面向未来场景探索的研究,不应被政治化和立场化。海内外的众多研究学者也在不同的技术路径上开展未来网络架构和协议技术探索,网络技术的研究与创新从未止步,朝向智能化万物、万网泛在互联的演进方向继续向前。华为公司一直秉承着开放的心态,持续邀请并欢迎全世界所有国家、所有行业的更多研究者投入到IP技术持续演进与变革的研究中来,共同推动世界通信事业的持续发展。


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.