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New IP - 面向未来IP网络的开放研究(一)

发布时间:2020-06-24 16:06:49作者:点击数:392

作者简介:

黎仁蔚(Richard Li),现任ITU-T网络2030焦点组主席,Futurewei技术有限公司网络技术实验室首席科学家,并在一些学术和工业会议中担任指导委员会和技术委员会的主席,曾于2016年1月~2019年12月担任ETSI下一代协议(Next-Generation Protocols, NGP) ISG副主席。在其职业生涯中,Richard领导了路由和MPLS、移动回传网、城域网和核心网、数据中心、云和虚拟化等方面的网络技术创新和开发。目前,他带领团队在研究New IP和网络2030背景下的下一代网络体系结构、协议、算法和系统等技术,以在支撑前瞻性应用及垂直行业场景。


导读:


Hascall Sharp在国际互联网协会( Internet Society)网站刊载了一篇名为《对ITU-T提出的“New IP”提案的分析》的讨论稿(国内相关人士将其译成中文并刊载)。黎仁蔚认为Hascall Sharp某些陈述、断言和观点具有误导性,夸大其词,具有推测性或者不够合理,会影响社区得出对New IP不公正的结论,作为New IP项目的深度参与者,作者认为有责任向社区分享他关于【SHARP】的看法和意见。


原文包括前言、摘要、正文(导言、概要评论、详细评论、结束语)和参考文献四部分,译者忠于原文,未加删减,由于该讨论稿内部比较多,将做系列刊载。本期将刊载讨论稿的前言、摘要及部分正文内容。


【前言】


本讨论稿是对另一篇名为《对ITU-T提出的“New IP”提案的分析》的征求意见稿的回应。该文章发表于国际互联网协会( Internet Society)网站,该网站旨在传递国际互联网协会的观点和立场。本人也希望能够将本讨论稿发表在国际互联网协会网站的相同位置,使社区能够轻松地全面了解本议题及讨论双方的全部观点,从而对本议题做出自己的判断。请将您的意见通过电子邮件发送至internet.evolution101@gmail.com,欢迎大家踊跃发表意见。


【摘要】


Paul Baran、Don Davis和Leonard Kleinrock早在上世纪60年代就已开始围绕分组交换开展互联网的基础概念研究。1974年,Vint Cerf和Bob Kahn联合发表了其TCP/IP论文。1981年,互联网协议IPv4标准(RFC 791)发布。1995年,互联网协议IPv6标准(RFC 1883)发布。就像在引入快速UDP互联网连接(Quick UDP Internet Connection,QUIC)之后,传输协议得以实现发展和创新一样,路由协议也取得了一定发展和创新。域名系统(DNS)得到了明显改进,多协议标签交换(MPLS)也已实现了长足的发展。


IPv6,作为网络层数据面协议,可将网络和终端接入互联网,已经有许多成功案例。IPv6的设计虽然可靠,但并不能解决当前和未来的每个问题,而且互联网的数据面也不会永远保持不变。因此,互联网需要在网络层进一步发展,方可应对新的创新和新的用例。在将IPv6用于支持并实现运营技术(OT),以及将工业网络连接至互联网时,我们发现,运营技术的特征与信息技术(IT)的特征并不相同。比如,运营技术对工厂自动化控制器与现场的工业终端之间的高精确端到端低时延、零丢包有严格要求。工业网络中的终端通常采用非IPv6地址。许多工业场景表明,将IPv6用于机器类通信存在技术差距。由于此差距,一些常用的工业控制系统及其通信协议栈在进行实时控制时并不使用TCP/IP堆栈。为了将这些工业网络及其终端连接至互联网,我们需要在可能的情况下优化现有协议栈,并在必要时增加新的功能。


反观今天的IP,我们发现,其在网络层提供了三种可供上层使用的基本能力和服务:(1)尽力而为转发:默认服务,也是最常用到的服务。这项服务在传送数据包时不提供任何保证,或者不会给用户提供有保证的服务质量或某种优先级。(2)差分服务:按8个流量类别提供每跳行为差分,但不为任何应用提供路径级端到端保证。(3)MPLS流量工程:在互联网协议历史上,有一种被称为综合服务IntServ(RFC 1663)的技术。这种技术采用资源预留协议RSVP(RFC 2205)为应用预留带宽。后来,资源预留协议RSVP经改编和加强处理后成为基于流量工程的资源预留协议RSVP-TE,用于MPLS流量工程。就像综合服务一样,基于流量工程的资源预留协议虽然保证了转发路径所需的带宽,但并不保证端到端的低延迟、高吞吐量以及零丟包。


不可否认,IP已经且将继续取得成功,且具有诸多优势。然而,在过去几十年里使互联网得到繁荣发展的单一、通用的“一体适用”IP的一些原则,并不适用于所有领域,尤其是工业网络领域。从客户端到网络,再到服务器,所有环节都存在的同质化问题,将导致互联网越来越整合且僵化。根据国际互联网协会发表的《2019年全球互联网报告》(GIR2019),在互联网整合的影响下,市场准入和竞争机会正在不断减少。互联网僵化使得IP无法在可接受的时间范围内满足新的需求和适应新的要求。为防止互联网整合和/或僵化,需在可能的情况下对现有协议进行优化;同时,还需要在必要时,通过扩展和更新来增加新的功能。可能还需要开发新的协议或其组件,尽管只有在就现有协议因其存在的不足之处而无法满足应用需求广泛达成共识时才开发。此外,开发新协议时,需要确保其具有向后兼容性。


为支撑新兴的垂直行业并将更多网络和终端接入互联网,需要开发新的网络协议。该协议,将是现有IP能力和服务的补充,而非取代既有互联网协议。更确切地来说,这种新网络协议旨在与现有协议一起实现以下目的:满足尚未连接至互联网的应用的需求,以及将这些应用接入互联网。预计将在具有地理限制的自治系统中使用所述协议,以支持工业互联与自动化、无人驾驶汽车和运输、5G/B5G超可靠低延迟通信(URLLC)所用的IP移动回传等场景以及由国际电信标准化部门ITU-T网络2030焦点组所发布【UC2030】中规定的一些用例。新协议的主要目标有:(1)提供一种机制,使路由器和交换器能够实现高精度/确定性通信,从而保证高吞吐量和低延迟,并消除丢包;(2)提供一种自由选择的寻址机制,使网络运营商和应用开发者自由选择对其领域和应用最有效的寻址系统;(3)提供可扩展的创新促进机制,以便在转发层中引入新的创新;(4)针对AR/VR和全息通信等未来应用提供一种支持大容量媒介的转发与传输机制;(5)体现一种内在安全机制,以保护用户隐私、机密性和安全性,并防止DDoS(分布式拒绝服务)攻击;(6)提供与适用于工业网络域的现有IP和功能互联的方法。由于此新网络协议假定是在保持与IP兼容的同时引入上述改进和扩展,因此暂时将该协议称为“New IP”。国际电信联盟(ITU)、计算机协会(ACM)和电气电子工程师学会(IEEE)发布的许多出版物已介绍过关于New IP的其中一个或多个方面内容。


尽管IPv4/IPv6在支持信息技术(IT)方面是不错的选择,但New IP旨在增加对运营技术(OT)的支持以及融合现有互联网和尚未连接至互联网的许多其他网络。历史上的OT网络不是互联网的一部分,经常使用针对其网域中所需功能进行了优化的专有协议。通常需要边界网关将这些网域连接至互联网。由于New IP可以将OT网络及其终端直接连接至互联网,因此无需使用特定边界网关。相关应用领域包括“互联工业”、“信息物理系统(CPS)”、“工业物联网”、“工业4.0”、“工业互联网”。


New IP从一个小项目发展成现在的多方社区项目,全球许多组织均参与了这个项目。一些网络运营商和工业制造相关公司已经表明了他们对New IP的兴趣。尽管已经有了一些关于New IP或其组件的概念验证(PoC)实现和刊物,但仍然没有官方标准,并且尚无标准制定组织(SDO)接受New IP作为标准化起点。


鉴于上述背景,已就New IP相关主题的工作,在国际电信联盟电信标准化部门下一研究期做了“研究课题”的提案【C83】。最近,【(SHARP)】陈述了关于此提案的分析情况。在审查【SHARP】之后我得出结论,【SHARP】中的某些陈述、断言和观点具有误导性,夸大其词,具有推测性或者不够合理。【SHARP】中关于New IP的结论不公正,因此将限制互联网未来的进化以及IT与OT之间的融合。


包括国际互联网协会在内的互联网社区应采用具有包容性和开放性的方法。应当欢迎、鼓励和支持就互联网更好地为人们、经济、工业服务开展的所有努力,包括New IP。无论是在互联网工程任务组IETF,抑或在国际电信联盟ITU或其他组织开展工作,社区均应本着这一立场。国际互联网协会应该鼓励标准制定组织发起针对New IP的标准化程序,使其成为开放的标准。


【正文】


导言


《对ITU-T提出的“New IP”提案的分析》文章的作者和编辑通过多份邮件公开征求讨论和意见,本文记录了对其的一些注释和评论。我是几年前发起New IP项目的其中一员,因此我认为我有责任向社区分享我关于【SHARP】的看法和意见。尽管我是国际电信标准化部门网络2030焦点组的主席,并且深度参与了New IP项目,但我仍仅代表我自己作出回应。我希望我的评论对社区有所帮助。


在我开始评论之前,我想感谢《对ITU-T提出的“New IP”提案的分析》的作者Hascall Sharp和Olaf Kolkman在当前“New IP”项目下所做的评论。我认为这是一个好机会来讨论这项工作的意图和提出的问题,对此我感到很高兴。


我想强调一下,“New IP”这个名字并不意味着要取代现有的互联网协议。相反,其目的是在可能的情况下使用现有协议以及在必要时通过扩展和更新来增强这些现有协议的功能,从而满足即将到来的新型网络应用和创新需求。只有人们就现有协议的不足将导致应用需求得到满足受阻达成广泛共识时,才应开发新的协议或组件。此外,在开发新协议时,这些新协议需向后兼容,并且需通过在相应社区中进行讨论,进而在相关标准组织进行开发。


新协议的主要目标包括:(1)提供一种机制,使路由器和交换机能够实现高精度、确定性通信,从而保证高吞吐量和低延迟,并消除丢包;(2)提供一种自由选择的寻址机制,使网络运营商和应用开发者自由选择对其领域和应用最有效的寻址系统;(3)提供可扩展的创新促进机制,以便在转发层中引入新的创新;(4)针对AR/VR和全息通信等未来应用提供一种支持大容量媒介的转发与传输机制;(5)体现一种内在安全机制,以保护用户隐私、机密性和安全性,并防止DDoS(分布式拒绝服务)攻击;(6)提供与适用于工业网络域的现有IP和功能互联的方法。由于本新网络协议在保持与IP兼容的同时引入上述改进和扩展,因此暂时将该协议称为“New IP”。国际电信联盟(ITU)、计算机协会(ACM)和电气电子工程师学会(IEEE)发布的许多出版物已介绍了关于New IP的其中一个或多个方面内容。


不可否认,IP已经且将继续取得成功,且具有诸多优势。我们要确保在今天所构建的并且功能将在未来几年内增强的互联网能为新型应用做好准备,所述应用指我们预期的以及某些服务提供商将需要部署的应用。我们还要确保互联网足够稳固以满足这些应用日益增长的需求。同时,我们希望秉承在过去四十年中使互联网得到繁荣发展的原则:自治系统的“自治”,运营的“独立性”,对任何人和任何地方的“开放性”以及构建和连接网络和应用的“自由性''。


秉承着开放标准且所有人均能在互联网内进行创新这一原则,我们的目的始终是向互联网工程任务组IETF、国际电信联盟ITU、欧洲电信标准协会ETSI、第三代合作伙伴计划3GPP、万维网联盟W3C、电气电子工程师协会IEEE和其他对所讨论协议和技术负有责任的标准制定组织提交相关提案互联网标准组织通过开放标准流程构建了一个成功的互联网,并在过去几十年中改变了世界,我们的目的始终是在相关组织开展任何必要的协议工作。


在承认以”连通性“为核心目标的现有IP在面向消费者使用时是成功的同时,我们也要确保IP将来可成功用于工业场景,工业场景下信息传递遵循严格的关键业务性能目标至关重要。


我提供的注释和评论采用下列结构:在”概要评论“部分中,我介绍了关于New IP的诸多背景知识并澄清了【SHARP】中的误解、夸大陈述或猜测内容。在”详细评论“部分中,我分析了【SHARP】并提出了我的观点。在”结论“部分中,我对本文做出了总结。


概要评论


在对New IP进行标准化的标准制定组织对其正式命名之前,我们使用”New IP“作为涵盖性术语。在这一涵盖性术语下,不同国家和组织做出了多方彼此独立的努力,旨在改善互联网,使其更好地服务于新应用并连接更多的具有严格性能需求的网络(如工业网络)至互联网。特别地,New IP旨在为工业控制与自动化在网络层(第3层、IP层)连接工业网络与其终端,这些由运营技术(OT)负责研究。OT与信息技术(IT)具有不同的特点和要求。IT的基本目标是连通性,然而OT需要信息传递保证严格的业务关键性能目标。


New IP不会导致互联网分裂。相反,其目的是连接更多尚未接入互联网的网络和终端。通过为关键业务工业领域的网络运营商和应用开发者提供更多功能,New IP将会增强互联网的功能并使其与时俱进。New IP旨在提供简单的可扩展性和适应新业务需求,打破僵化壁垒,从而促进并鼓励快速创新。我们的目的是New IP可以将目前尚未连接至互联网的更多网络和终端接入互联网。其中一个例子是Profinet网络,New IP在更具扩展性的层3网络中可将工厂控制器和B类终端连接起来,以满足极低延迟和无损控制信息传送等严格的性能指标要求。


从互联网伊始,就已假设互联网的设计需要不断改变、发展以适应新的需求,以便更好地为人们、经济和产业服务。应允许并提供相应工具使所有人能够在互联网上进行创新。


我认为”自顶向下方法“【C83】可能属于用词不当,因为它很容易引起误解和不必要的猜测。事实上,它表示”愿景驱动方法“或”目标驱动方法“,我认为这一方法在第三代合作伙伴计划3GPP等标准制定组织中已得到了很好的证明。通常将”愿景“规定为”用例和需求“:从愿景或目标开始,然后将其分为一组子目标或详细需求,并最终通过对这些子目标开展协同工作获得解决方案。


New IP,作为一个候选方案,可以部署在有关键业务应用的自治系统中。由于许多工业机器类通信需要低延迟和无损信息传送,此类通信网络经常部署在一个有限的地理区域内。


参考文献


【SHARP】H. Sharp, O. Kolkman,《对ITU-T提出的”New IP“提案的分析》,2020年


【C83】《”New IP,塑造未来网络“:建议启动国际电信联盟电信标准化部门战略转型讨论》,TSAG-C83R1,日内瓦,2019年9月23日-27日


【GIR2019】C. Bommelaer de Leusse, Carl Gahnberg《全球互联网报告:互联网生态整合》,国际互联网协会报告,2019年2月26日


【UC2030】《网络2030的代表用例和主要网络要求》,电信标准化部门网络2030焦点组, https://www.itu.int/pub/T-FG-NET2030-2020-SUB.G1,2020年


原文链接:http://m.c114.com.cn/w16-1129335.html