《精编》IP网络发展趋势及其技术关键问题

nnIP业务互联网宽带用户的高速发展带动了数据业务的迅速普及和通信业务收入的快速增长。随着网络的分组化，IP业务已初步显现出替代话音通信的技术基础。 宽带接入成为IP业务发展的核心拉动力，IP业务运营模式逐步成熟。 1 当前IP网络的主要问题 面对电信业由语音业务向数据业务进行战略性转变，面对网络IP化的必然趋势，各运营商纷纷进行IP数据网络的建设，目前已基本建成了具有一定规模，覆盖范围较广的IP数据网络。但是，现有的IP网络在业务承载和运营上还存有不足，各运营商对现有IP网是否能够承载各种电信级业务仍存有疑虑。 在业务承载方面，自从Internet进入到电信级商用领域，原有的尽力而为传送的技术已不能满足不同用户不同应用的不同要求。IP技术也在逐步地完善以满足不同的用户、不同的应用对网络的不同的要求。由于缺乏完整的系统考虑，现有的IP网在电信级业务承载上还存在不少问题。虽然IP网络在QoS上有了很大的进步，但现有的IP网络大都只是在单个节点上提供相对优先权的处理。如果没有在全网层面上特别是在接入网中解决业务感知和接入允许控制，就不可能真正解决端到端的业务质量问题。此外，现有IP网络在业务承载上的不足还体现在网络业务安全性和网络管理能力不足上。由于IP技术的开放性使得IP网络业务很容易受到攻击，黑客无处不在、业务不时受到攻击等，这些都导致用户业务体验无法提高，特别是商业用户对此存在较大顾虑。在网络管理问题上，传统IP网络没有定义和设计针对公众环境的管理维护体系，当网络发生故障时，对故障点无法定位或者定位不够迅速，影响网络业务的服务质量。 在业务运营模式方面，尽管数据通信业务的增长迅速，网络的IP化趋势已经达成共识，但到目前为止数据业务仍不是运营商的主要业务收入来源，数据业务在整个电信业务收入中的比重还是很小的，难以支撑下一代电信业务的发展，这也与IP网络的用户数和业务量不相称。目前，制约数据业务发展的主要因素一是服务和资费模式比较单一，不利于把各种层次的消费群都吸纳到网络上来；二是缺乏成熟的商业运营模式，没有建立比较完善的宽带产业链，把社会上的各种资源吸纳到网络上来，充实网络的内容，把客户留在网内；三是缺乏用户确实感兴趣的，同时又消费得起的业务。 业务模式是IP网络赢利的关键，现有的IP网络应在业务承载和运营手段上进行完善，提升网络对业务的承载能力，保证业务承载的质量，提升ARPU值，走出IP网络运营“增量不增收”的困境。 2 IP网络发展趋势 2.1 IP电信网 （1）作为主要承载网络的IP网络必须满足的要求 根据目前网络发展的趋势，下一代网络是能够提供各种业务的综合、开放的网络。IP网络作为支撑下一代电信业务的主要承载网络，必须满足如下要求： 可运营可管理。下一代网络应能够提供营运商一套方便的网络业务运营的管理手段，包括对用户的管理、对网元设备的管理、对网络资源的管理、对业务的管理等。 提供多业务承载的能力。电信业的竞争是全业务的竞争，营运商希望在一个网络上提供对多种业务的承载，以降低基础网络建设开销和运营维护成本。IP承载网不仅要能够承载现有的Internet业务、承载语音、视频等多媒体业务、还要具备诸如NGN，3G等新业务承载的能力。 具有业务质量保证。IP承载网首先必须是一个高度稳定、高可用的网络，以保障业务的可靠运营。其次，它应能够保证向用户提供类似原来电信网相同甚至更好的服务质量，使业务在网络上的时延、时延抖动、丢包情况是可控的、可预测的。 业务安全。IP承载网必须要具有提供端到端服务的安全性。避免或减少黑客或其他恶意攻击对网络业务的影响。从网络设备抗攻击、用户业务保护、避免非法用户业务盗用等方式保护网络业务安全。 （2）IP电信网络的特征 IP电信网（IPTN）是建立在IP网络技术基础上，能够满足电信运营需求，使运营商减少投入、带来增值的通信网络解决方案。它可以承载传统的PSTN业务和数据专线业务，支持电信级服务质量的IP新业务。IP电信网不是否定现有的IP网络，而是对现有IP网络的改造，解决IP网络QoS、安全、管理等问题。IP电信网有以下几个特征： 可以跟现有的IP网络共存，不影响传统的无QoS的业务； 能够承载传统的电信业务，并且支持新的电信业务； 业务使用前申请资源，使用中保证资源，使用后释放资源； 基于分层的网络结构，包括逻辑承载层、承载控制层、业务控制层； 承载层基于MPLS，跟传统IP业务从资源上分离开； 承载控制层引入CM，实现对资源的统一管理。 （3）IPTN网络参考模型介绍 目前，业界对于IP电信网的概念、发展思路等逐步达到共识。图1所示的是IPTN的网络参考模型，从水平方向上看，IPTN包括IP接入网、IP端局、IP骨干网几个部分，其中： IP端局是用户进入运营商IP网络的第一个IP设备，这个设备在运营商网络的物理位置一般在运营商PSTN网络端局的位置，称之为IP端局，在设备形态上，是在现有BAS设备或MPLS VPN PE设备的基础上增加必要的功能而构成的设备。该设备还应提供带宽管理功能，提供防火墙、加密验证和VPN功能， 支持用户管理、业务管理以及配合承载网实现QoS管理等功能。 IP接入网是用户到IP端局属于运营商的一段网络，为了确保网络的可控性、可管理性和安全性，IP接入网必须是一个二层网络。 IP骨干网的建网模式可以有两种方式：一种是为IP电信业务单独建立一个物理IP网络，网络的安全性、可靠性要高一些，对IP端局设备的要求也可以低一些。另一种是IP电信业务和Internet业务共用一个物理网络，这时必须采用必要的技术手段将IP电信业务和Internet业务进行资源上的隔离，以防止Internet业务或各种网络攻击、突发事件等不确定因素对IP电信业务的影响，一般采用MPLS流量工程技术来实现两个逻辑业务网络的资源隔离。 为了给IP电信业务提供端到端、有严格QoS保证的承载通道，IP端局需要接受统一的资源管理控制。 IP接入网和IP骨干网有不同的QoS实现机制，IP接入网QoS的实现机制还和具体的接入手段有关。 IP电信网的计费模式是按业务收费，用户感知的是业务层面的服务质量而不是承载层面的QoS，用户业务获得QoS保证的方法是：用户申请业务，业务确定QoS，业务向网络申请QoS，用户根据所用业务向运营商交费。 2.2 网格技术互联网发展到今天，已给人们的生活带来了巨大的变化，它为人们构造了一条信息高速路。但是，这条信息高速路的使用率只有5%。因此，摆在人们面前的问题是如何利用互联网的价值。越来越多的人认为，网格作为一种新的理念，新的技术，新的设施，将会成为互联网的下一个浪潮。我国在基于网格的网络计算环境领域研究已开始了研究。网格研究已被列入国家“八六三”计划和“九七三”项目。 传统互联网实现了计算机硬件的连通，Web则实现了网页的连通，而网格网络环境则试图实现互联网上所有资源的全面连通。全面连通，实际上就是将整个互联网上的各种资源整合成一个强大的网络环境，通过使用标准的、开放的、通用的协议和接口，实现计算、存储、通信、软件、信息、知识的资源全面共享。这种网络计算环境包括三个基本特性，即动态的资源共享，协调地利用不同地点的网络资源，对于不同地点、不同单位的资源、人员等按需要动态地组成“虚拟机构”。因此，基于网格的网络环境相应的基本三要素包括：实现高性能计算机系统共享存取的计算网格、实现应用软件和信息资源共享存取的信息服务网格和实现数据库及文件系统共享存取的数据网格。从功能方面的实现资源共享、协同工作，实现应用层面的互联互通，提供一体化服务（一站式服务）、无障碍服务（自动化与无缝连接）和动态服务，对原有系统进行集成，共享资源（计算、软件、数据），提高利用率，实现负载平衡、容错容灾和就近服务。在性能方面可以拓宽应用面，实现用户与用户的互动，而不只是用户与机器的互动，利用迈特卡夫和布朗定律实现网络扩张效应，提高系统的价值；提高服务器端的资源利用率；实现自动化、减少人为环节；实现并行工作、缩短路径、消除瓶颈。 基于目前的网络体系结构有许多困惑，其中之一是利用在地域上分布很广的资源解决各种大型问题，如面向E-Science的黑洞、粒子物理、宇宙文明、生物基因等大型问题研究的计算时，在资源的调用是分布式的、自组织的前提下，如何提供对实时性、可靠性、安全性等要求不同的QoS服务。从图2通用的表示网络计算环境的结构图可以看出，计算、数据和通信是网络计算环境不可分割的三个部分，而在图3表示的网格沙漏模型显示，资源层和连接层是限制网络计算环境及其应用的瓶颈。 采用光网络是克服网络电子瓶颈的重要途径，也是网络环境中必不可少的资源。它不仅是如图3所示的数据和计算应用时应用层与分布式异构资源访问的关键，同时可以由用户或应用对通信带宽、延时、抖动等相关资源属性进行控制和管理，实现以数据驱动和计算驱动的资源按需调度。因此，先进智能的光网络作为网络环境构造的一部分，不仅提供网络传输的带宽，还可以由数据和计算应用自组织地发起建立专网来满足应用要求，改善资源层和连接层的性能，与应用层的其它功能一起来改善和提高网络计算环境的性能，可以说，先进、智能化的光网络是网络计算环境尤其是网格应用的原动力。目前，国内外对于网格的研究主要还是集中在如何建立网格环境，开发网格软件等方面。对于如何基于网格环境提供针对社会大众的业务则没有成熟的研究成果。正是因为这样的限制，目前已有的试验网格还只是局限于科研、大容量计算等专业领域。 2.3 城域以太网技术 城域以太网是采用以太网技术作为用户网络接口(UNI)的城域网，可运行于裸光纤，SDH，DWDM，MSTP和MPLS等多种传送方式之上。针对以太网技术缺少QoS保障和统一的网管能力等问题，城域以太网论坛(MEF)主要从城域以太网的架构，城域以太网提供的业务，城域以太网的保护框架和QoS，城域以太网的管理四个方面开展研究工作。城域以太网作为一种全新的网络架构，可以更好地利用传统网络，保护既有投资。城域以太网技术在城域网建设中越来越受到重视，下一步的标准化工作内容包括：进一步标准化以太网业务参数和相关属性，包括太网虚拟专线业务（EVPL）、以太网专用LAN业务（EPLn）、以太网电路仿真业务（CES），定义运营商级的基于以太网的城域传送技术，定义以太网电路仿真以及城域以太网的网元管理系统（EMS）和网络管理系统（NMS）。 城域以太网论坛目前有关城域以太网研究主要有两个方面：一是以太网技术向下与SDH结合，利用SDH的管理能力、故障保护切换能力提升以太网的组网能力和性能，此方向有代表性的是MSTP技术；二是保持以太网的底层特征，利用上层的智能技术来补充以太网相关能力的不足，此方向有代表性的是MPLS技术。 3 IP技术关键问题 3.1 QoS问题 能否保证QoS是IP网络能否能成为未来统一平台的关键，目前基于分组承载网的各种QoS解决方案主要关注于承载网络设备的QoS处理能力，更多的是基于分组承载网络设备的实现技术（如CAR、整形、队列调度、优先级标记及DiffServ等），这些具体的技术是所有QoS实施的基础，IP QoS关注的重点。 IP网络需要从网管/资源方面实施相应的QoS控制策略，因此需要有一个全网的QoS解决方案。IP电信网的QoS方案是一种基于资源隔离和业务请求的IPQoS框架及方法，把传统电信网的思路应用到IP网络中，将信令，DiffServ，MPLS，流量工程（TE）和策略控制（Policy）技术结合应用，能够严格保证每条业务流穿越IP骨干网时的QoS要求