NGN和無所不在的NGI

前言

　　1995年互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)化取得巨大成功，促使電信業(yè)從1998年開始了IP化的進(jìn)程，但是電信業(yè)沒有接受互聯(lián)網(wǎng)分布自治的理念和運營模式。電信運營商按照傳統(tǒng)的電信運營模式和要求改造IP網(wǎng)，建立集中控制系統(tǒng)，使之成為可管理、能運營的IP網(wǎng)，并且進(jìn)一步向NGN演化。2000年互聯(lián)網(wǎng)泡沫破裂，更堅定了發(fā)展可管理的IP網(wǎng)的信念。但是，集中管理的概念削弱或喪失了互聯(lián)網(wǎng)無所不在的能力，這種可管理的IP網(wǎng)絡(luò)只能稱之為“局部”網(wǎng)，盡管這些網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積可能很大，但是和Internet的公共互聯(lián)網(wǎng)的概念是絕不相同的。近年來互聯(lián)網(wǎng)性能提高，寬帶業(yè)務(wù)快速發(fā)展，網(wǎng)站開始贏利，互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)正在形成�；ヂ�(lián)網(wǎng)公司開始能夠提供可以和NGN競爭的業(yè)務(wù)如互聯(lián)網(wǎng)電話，擠壓其生存空間；而其無所不在在特性和以人為本的思想的基本服務(wù)免費(個性化)、增值服務(wù)收費的模式代表了未來的發(fā)展方向。

　　目前，實際上已經(jīng)形成無所不在的全球互聯(lián)網(wǎng)(NGI)和運營商的可管理的IP網(wǎng)(NGN)并存的局面。目前我國的固網(wǎng)運營商已經(jīng)將公共互聯(lián)網(wǎng)和可管理的IP網(wǎng)在物理上分開為兩個網(wǎng)絡(luò)分別管理運營。如中國網(wǎng)通分別使用“CNCMAX我世界”和“CNC connected寬帶商務(wù)”兩個品牌。原小網(wǎng)通的貫穿南北的IP/MPLS網(wǎng)做為可管理的IP網(wǎng)專門為寬帶商務(wù)服務(wù)。中國電信正在建立一張新的IP/MPLS網(wǎng)-ChinaNet2為VIP企業(yè)客戶服務(wù)。原有ChinaNet用于公共寬帶業(yè)務(wù)。目前公共互聯(lián)網(wǎng)接入和寬帶業(yè)務(wù)收入與可管理的IP網(wǎng)提供的IP-VPN等增值數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)收入比例大約是2:1。兩者之和占電信業(yè)務(wù)總收入大約百分之十幾。

從可管理的IP網(wǎng)到NGN和Infranet

　　發(fā)展可管理的IP網(wǎng)的目的是在使用IP協(xié)議的分組網(wǎng)上解決服務(wù)質(zhì)量QoS保證，安全性和可管理性問題，其主要服務(wù)對象是中，大型企業(yè)，跨國公司，外交和國際組織等VIP用戶。他們對服務(wù)質(zhì)量和安全性有很高要求，有使用租用專線的體驗。主要業(yè)務(wù)方式是IP/MPLS-VPN。電信運營商正在使用IP/MPLS整合其傳統(tǒng)和IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這種具有分類計費和結(jié)算能力的可管理的IP網(wǎng)提供了一個開放平臺，一個統(tǒng)一的承載網(wǎng)，在此基礎(chǔ)上發(fā)展各種新的增值業(yè)務(wù)還需要增加各種增值業(yè)務(wù)系統(tǒng)。例如要提供多媒體通信業(yè)務(wù)就需要基于SIP的軟交換系統(tǒng)。這樣就形成了一個向下一代網(wǎng)絡(luò)NGN演化的過程。

　　發(fā)展NGN的基本思路是明確的：基于IP技術(shù)，引入電信運營理念，為多個業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)一個統(tǒng)一的承載網(wǎng)。為了進(jìn)行有效的管理控制需要有一個統(tǒng)一的承載控制層，這將成為運營商的專網(wǎng)。在收費模型方面，是對各種業(yè)務(wù)提供區(qū)別服務(wù)，基于QoS和使用量計費。

　　目前NGN正在發(fā)展中，有不同方案，一般都是將NGN分為承載、控制和業(yè)務(wù)三層。邊界路由器識別出業(yè)務(wù)流，通知承載控制層按業(yè)務(wù)要求控制分配承載網(wǎng)資源保證服務(wù)質(zhì)量，實現(xiàn)資源管理和規(guī)劃，實現(xiàn)可運營、可管理。邊界路由器對業(yè)務(wù)流進(jìn)行合法性檢查和控制，保證安全性。目前業(yè)界主流意見是采用IP/MPLS用于承載網(wǎng)，以移動通信3GPP的基于SIP的IMS為基礎(chǔ)發(fā)展統(tǒng)一的NGN。實現(xiàn)移動和固定融合。

　　這種體系結(jié)構(gòu)的問題是其管理控制只在一個運營商的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有效，要跨越運營商的邊界，需要解決接口標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)算等一系列問題。這個問題不解決，其使用的有效性將大大降低。應(yīng)該使不同運營商的可管理的IP網(wǎng)/NGN像PSTN一樣能夠方便地互通互連，方便結(jié)算。

　　為此，Juniper公司提出“Infranet倡議”(Infranet Initiative)，希望通過設(shè)備制造商與運營商合作解決各個運營商IP/MPLS網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)和結(jié)算，實現(xiàn)IP/MPLS網(wǎng)絡(luò)全球任意到任意應(yīng)用的功能互連，并保證性能和安全性。Infranet的實施將大大擴(kuò)大每一個運營商的NGN專網(wǎng)的通達(dá)能力，但是在無所不在的滲透能力方面，以及支持P2P方面Infranet還遠(yuǎn)比不上公共互聯(lián)網(wǎng)。

　　可管理的IP網(wǎng)/NGN提供的業(yè)務(wù)基本上還是原有業(yè)務(wù)的延伸，基本上沒有開拓新的應(yīng)用和新的運營模式。對于在快速發(fā)展、普及的互聯(lián)網(wǎng)上，已經(jīng)和正在發(fā)展的新應(yīng)用新業(yè)務(wù)，如對等連接P2P和傳感器網(wǎng)，機(jī)-機(jī)網(wǎng)絡(luò)，NGN的體系結(jié)構(gòu)并不能很好勝任。

　　需要發(fā)展具有分布管理能力的NGI，利用互聯(lián)網(wǎng)做為基層承載網(wǎng)，在其上應(yīng)用層建立重疊網(wǎng)支持P2P應(yīng)用和提供分布式管理。

互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用新模式--重疊網(wǎng)對等連接P2P應(yīng)用

　　近年來互聯(lián)網(wǎng)上對等連接P2P應(yīng)用發(fā)展迅速，MP3和視頻文件共享下載的P2P流已經(jīng)成為寬帶用戶流量的主體�；�于P2P的即時通信和互聯(lián)網(wǎng)電話發(fā)展迅速，對等廣播正在興起。P2P協(xié)同計算和網(wǎng)格方興未艾。而網(wǎng)絡(luò)通信的對象正在從人-人，人-機(jī)發(fā)展到機(jī)-機(jī)，從家庭網(wǎng)絡(luò)和傳感器/執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)到軍事上網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的全球信息網(wǎng)格GIG。NGN是從以人-人為主的傳統(tǒng)通信模式、體驗和需求演化來的，不能有效支持這種概括起來可以稱之為無所不在的互聯(lián)網(wǎng)的新應(yīng)用新模式。

　　實現(xiàn)P2P的第一步是在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行檢索，找到擁有有所需內(nèi)容和計算力的節(jié)點的地址，第二步是通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對等連接。為了充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)無所不在的優(yōu)勢，不能對互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行任何修改。解決的方法是在基礎(chǔ)的互聯(lián)網(wǎng)上架設(shè)一個P2P重疊網(wǎng)。

　　P2P重疊網(wǎng)分為“無組織的P2P重疊網(wǎng)”和“有組織的P2P重疊網(wǎng)”。兩大類。目前在互聯(lián)網(wǎng)上廣泛使用的大多是無組織的P2P重疊網(wǎng)。當(dāng)今寬帶用戶流量中一半以上是這種P2P流。而有組織的P2P重疊網(wǎng)目前還處于學(xué)術(shù)界研究階段。如Tapestry、Chord、Pastry、和CAN等。正在研究的新一代的P2P應(yīng)用包括多播、網(wǎng)絡(luò)存儲等都運行在這種有組織P2P重疊網(wǎng)上。

　　無組織的P2P重疊網(wǎng)已經(jīng)演進(jìn)了四代。第一代P2P網(wǎng)絡(luò)采用中央控制網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。早期的Napster就采用這種結(jié)構(gòu)。第二代P2P采用分散分布網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。適合在自組織(ad-hoc)網(wǎng)上的應(yīng)用，如即時通信等。第三代P2P采用混合網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。這種模式綜合第一代和第二代的優(yōu)點，用分布的超級節(jié)點取代中央檢索服務(wù)器。目前常用的P2P軟件BitTorrent，edonkey和Gnutella等都屬于此類。第四代P2P目前發(fā)展中。主要發(fā)展技術(shù)有動態(tài)口選擇和雙向下載。動態(tài)口選擇。需要發(fā)展適應(yīng)P2P應(yīng)用的分布式管理系統(tǒng)。

智能節(jié)點重疊網(wǎng)和分布式管理

　　1.發(fā)展重疊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)的分布式管理的研究

　　由于現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模已經(jīng)非常龐大，又分別為不同運營商和機(jī)構(gòu)擁有和管理，要想同步改變體系結(jié)構(gòu)幾乎是不可能的。而等待各個子網(wǎng)逐步改變又太慢。解決這些問題的方法是在保持現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)繼續(xù)工作的同時實現(xiàn)無縫的演進(jìn)，近年來國際上在研究發(fā)展在互聯(lián)網(wǎng)上重疊網(wǎng)，以進(jìn)行分布式控制和支持P2P重疊網(wǎng)。與電信業(yè)發(fā)展具有集中控制的下一代網(wǎng)NGN的思路不同，這是一種分布式的控制管理，保持了互聯(lián)網(wǎng)分布自治的特性。我們稱之為無所不在的NGI，這方面研究工作最突出有代表性的是：彈性重疊網(wǎng)RON、Tapestry和Planetlab。

　　2.彈性重疊網(wǎng)RON

　　彈性重疊網(wǎng)RON做為應(yīng)用層被重疊在現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)選路層上。RON的節(jié)點監(jiān)視互聯(lián)網(wǎng)路徑的機(jī)能和質(zhì)量，根據(jù)這些信息決定是直接利用它來傳輸數(shù)據(jù)還是通過其他RON的節(jié)點。用RON可以減少丟包率，降低時延，提高吞吐量。在幾秒鐘內(nèi)發(fā)現(xiàn)路徑損耗和周期性性能下降并且使之恢復(fù)正常。而目前使用的廣域路由協(xié)議BGP等為此要耗費幾分鐘。

　　RON的節(jié)點被放置的不同的選路域中，它們之間可以協(xié)同工作互相轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。因為AS是獨立行政管理、配置和選路的，屬于不同運營商，很少有共享的內(nèi)部鏈路。AS發(fā)生的故障彼此之間是獨立的。

　　RON通過主動探測和監(jiān)視節(jié)點之間的鏈路來發(fā)現(xiàn)問題。如果下面互聯(lián)網(wǎng)的路徑是最好的，就使用這路徑，不需要其他節(jié)點介入。如果下面互聯(lián)網(wǎng)路徑不是最好的，RON將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到其他節(jié)點，建立最佳路徑。RON的節(jié)點間交換路徑的質(zhì)量信息，據(jù)此建立包括丟包率、時延和吞吐量等參數(shù)的路徑質(zhì)量表，在此基礎(chǔ)上通過路由協(xié)議建立轉(zhuǎn)發(fā)表。每一個RON的節(jié)點通過綜合主動探針探測和被動觀察運行的數(shù)據(jù)傳輸，建立路徑質(zhì)量表。

　　RON的第二個目標(biāo)是將選路和路徑選擇與分布應(yīng)用綜合，使之具有根據(jù)應(yīng)用特性來選擇路徑的能力。在提供多媒體會議業(yè)務(wù)時可以直接使用RON的數(shù)據(jù)庫透明地構(gòu)成包括所有參會成員的重疊網(wǎng)，提供低丟包率和時延抖動和高吞吐量。網(wǎng)絡(luò)管理員可以利用RON路由器在若干個局域網(wǎng)之間構(gòu)成重疊網(wǎng)，成為“重疊VPN”。這個概念進(jìn)一步發(fā)展成為“重疊ISP”。“重疊ISP”向傳統(tǒng)運營商買帶寬，通過RON連接不同的傳統(tǒng)的ISP的POP點，利用RON的選路機(jī)制，可以為用戶提供更有彈性和容錯能力的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。

　　RON的第三個目標(biāo)是提供框架，以實現(xiàn)管制路徑選擇的顯式路由策略，用來管理網(wǎng)絡(luò)中路徑的選擇。RON很容易對數(shù)據(jù)包進(jìn)行識別分類，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)可接受的使用或強(qiáng)制控制轉(zhuǎn)發(fā)速率。

　　3.Tapestry和PlanetLab計劃？有組織的P2P重疊網(wǎng)

　　(1)Tapestry

　　Tapestry是一種有組織的P2P重疊網(wǎng)，可擴(kuò)展的基礎(chǔ)設(shè)施。通過分布式的目標(biāo)定位和選路DOLR提供高性能，可擴(kuò)展和位置無關(guān)的選路，使用局部資源將消息送到最靠近的終點。目的是提高效率，減少消息時延和提高吞吐量。

　　(2)PlanetLab

　　這是一個全球性的民間的研究計劃，建立分布全球的研究實驗床，連接各處的智能節(jié)點，建立Tapestry分布式的目標(biāo)定位和選路DOLR網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮類似發(fā)展Linux開放源代碼的開放合作精神。PlanetLab在全球互聯(lián)網(wǎng)的主要地區(qū)設(shè)置智能節(jié)點(初期1000個)，連接骨干網(wǎng)，構(gòu)成分布的虛擬計算環(huán)境。這些節(jié)點可以實現(xiàn)：異常檢測，魯棒選路，儲存內(nèi)容分發(fā)(盡量接近數(shù)據(jù)源)，數(shù)據(jù)融合，提供分散在多個獨立域的高生存性存儲等。而連接這些智能節(jié)點的重疊網(wǎng)是重疊在現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)上的，便于擴(kuò)展演化。構(gòu)建了上百種可以在該平臺上運行的全新服務(wù)。智能節(jié)點重疊網(wǎng)INON實現(xiàn)無所不在的NGI

　　本文提出發(fā)展統(tǒng)一的智能節(jié)點重疊網(wǎng)INON，架構(gòu)在互聯(lián)網(wǎng)的頂部，以無縫且持續(xù)演進(jìn)的方式構(gòu)建，不但可以提供分布式控制，還可以支持P2P等各種的全新應(yīng)用服務(wù)。智能節(jié)點重疊網(wǎng)做為一種概念框架可以包容前述各方面的努力，是一種正在發(fā)展中的技術(shù)。

　　智能節(jié)點重疊網(wǎng)是一個可以支持由多個服務(wù)商提供的服務(wù)所組成的價值鏈的開放的、標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)平臺。服務(wù)可以分為兩類。第一類服務(wù)是分布式控制。以互聯(lián)網(wǎng)本身為對象的服務(wù)。這些基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)將監(jiān)控并解決諸如容量、可靠性、QoS和安全性等問題。第二類是用戶P2P應(yīng)用服務(wù)，以及為用戶服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施。如網(wǎng)絡(luò)存儲、內(nèi)容分配、P2P檢索，對等廣播等。

　　1.智能節(jié)點重疊網(wǎng)絡(luò)的原理和構(gòu)成

　　智能節(jié)點重疊網(wǎng)絡(luò)采用分布管理模式，在網(wǎng)絡(luò)上關(guān)鍵部位設(shè)置智能節(jié)點，用來監(jiān)視周圍網(wǎng)絡(luò)上的資源分布和帶寬利用率，傳輸延時，路由走向、流量模式和分布，中斷和故障以及病毒感染流行等情況。智能節(jié)點之間交換這些信息，進(jìn)一步實現(xiàn)監(jiān)視和控制，即時做出響應(yīng)。如提供路由探測選擇、病毒發(fā)現(xiàn)消滅以及內(nèi)容的檢索、分類和管理。

　　智能節(jié)點的另外一個用途是支持各種P2P應(yīng)用，如做為無組織混合型P2P重疊網(wǎng)的超級節(jié)點提供分層檢索能力或支持有組織P2P重疊網(wǎng)。

　　智能節(jié)點擁有較強(qiáng)的計算能力，它向網(wǎng)絡(luò)核心注入大量計算資源。與當(dāng)今的互聯(lián)網(wǎng)靜態(tài)地將應(yīng)用和數(shù)據(jù)分配到指定位置的具體設(shè)備中不同，智能節(jié)點重疊網(wǎng)可以動態(tài)分配計算和存儲能力，這樣就可以按照用戶的需要將其放置在最佳地理位置上。

　　2.智能節(jié)點的布設(shè)和運營模式

　　在一些重要站點不同運營商網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點是重合的，在這些站點設(shè)置智能節(jié)點連接各運營商的網(wǎng)絡(luò)，可以監(jiān)視各個網(wǎng)絡(luò)的資源分布和帶寬用率，傳輸路由走向、流量模式和分布，中斷和故障以及病毒感染流行等情況。智能節(jié)點之間交換這些信息，從而即時做出響應(yīng)實現(xiàn)分布控制。

　　智能節(jié)點設(shè)備可以由許多不同的服務(wù)提供商，分布安裝于多個不同站點，進(jìn)行維護(hù)并提供給用戶。擁有并操作這些設(shè)備的組織聯(lián)盟可以是一個擁有并管理互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的類似于聯(lián)盟的實體。

　　智能節(jié)點互相連接在互聯(lián)網(wǎng)上構(gòu)成一個重疊網(wǎng)，執(zhí)行單個、聯(lián)合以及開放服務(wù)提供平臺功能的標(biāo)準(zhǔn)。對于不同的功能這些標(biāo)準(zhǔn)尚在發(fā)展中。例如在Plan-etlab計劃中共享網(wǎng)絡(luò)計算力資源時，這些標(biāo)準(zhǔn)將包括虛擬機(jī)器接口，以提供借以編寫服務(wù)的API。該接口將為每種應(yīng)用業(yè)務(wù)提供自己的虛擬機(jī)器，針對該業(yè)務(wù)計算資源被組織成為“片斷”，不同的應(yīng)用業(yè)務(wù)運行在不同的片段上。每個片斷都由分布在多個分散物理機(jī)器中的計算、內(nèi)存和儲存組成。重疊網(wǎng)的資源必須可以按照需要以經(jīng)濟(jì)高效的方式靈活使用�？蛻�(可以包括用戶或服務(wù)提供商)只需按照使用量支付費用，如同使用水電等公用設(shè)施服務(wù)一樣。這將形成一種新的生態(tài)系統(tǒng)。

　　智能節(jié)點重疊網(wǎng)的布設(shè)和運營對于運營商的發(fā)展是至關(guān)重要的。智能節(jié)點重疊網(wǎng)是建立在應(yīng)用層上的，從產(chǎn)業(yè)鏈看屬于增值業(yè)務(wù)，具體的業(yè)務(wù)模式目前還沒有形成。對于虛擬運營商來說這是一個機(jī)會，是有待開拓的新市場。對于電信運營商來說掌握分布管理對于提高基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)運營效率和可靠性，提供新業(yè)務(wù)一代P2P業(yè)務(wù)都是至關(guān)重要的。其重要性不亞于目前定義的NGN。

結(jié)語

　　可管理的IP網(wǎng)/NGN采用集中控制的統(tǒng)一的承載網(wǎng)提供綜合業(yè)務(wù)，解決了QoS、安全性和可管理問題。但是也因此削弱和喪失部分無所不在性能。Infranet解決不同運營商的IP/MPLS網(wǎng)之間的互連互通和結(jié)算問題，提高了通達(dá)能力。但是在支持以P2P為代表的互聯(lián)網(wǎng)新應(yīng)用和無所不在性能仍然先天不足。

　　無所不在的NGI以公共互聯(lián)網(wǎng)為基層承載網(wǎng)，提供架設(shè)重疊網(wǎng)來支持P2P應(yīng)用，提供分布式管理解決QoS和安全性等問題。可以保持現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)繼續(xù)工作的同時實現(xiàn)無縫的向下一代演進(jìn)。