關(guān)鍵詞 Internet 體系架構(gòu) IP電信網(wǎng) 端到端的透明性
1、IP化的趨勢不可阻擋
人們對(duì)于采用綜合技術(shù)，將數(shù)據(jù)、語音和視頻等業(yè)務(wù)“一網(wǎng)打盡”夢想的追求從來都沒有停止過。從20世紀(jì)80年代的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)技術(shù)，到90年代的基于異步傳輸模式(ATM)的寬帶ISDN，直到現(xiàn)在的IP+MPLS(多協(xié)議標(biāo)記交換)技術(shù)等。在這一過程中，雖然在技術(shù)選擇上屢戰(zhàn)屢敗，但卻屢敗屢戰(zhàn)，對(duì)融合目標(biāo)的追求從來都沒有動(dòng)搖過�，F(xiàn)在的問題不是要不要融合，而是采用什么樣的技術(shù)和方式融合的問題。
在21世紀(jì)初，IP技術(shù)徹底擊敗ATM技術(shù)，成為業(yè)界普遍看好的下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)的承載技術(shù)。但I(xiàn)P最初設(shè)計(jì)以盡力而為(best effort)的方式工作，用于教育和科研目的，因此面臨著服務(wù)質(zhì)量(QoS)、安全和商業(yè)應(yīng)用等問題。雖然將IP技術(shù)“電信化”的工作已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)年，但效果并不理想。比如在QoS方面，一直沒有能夠找到一種經(jīng)濟(jì)合理的解決方案：輕載方式成本過高，流量規(guī)劃困難；InterServ/RSVP模型需要在網(wǎng)絡(luò)中保留狀態(tài)信息，擴(kuò)展性不好；DiffServ模型無法嚴(yán)格保證QoS；流量工程技術(shù)過于復(fù)雜。
近年來，雖然IP技術(shù)在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的應(yīng)用范圍繼續(xù)擴(kuò)大，但業(yè)界一些人開始對(duì)IP技術(shù)是否能夠滿足下一代網(wǎng)絡(luò)所期望的“電信級(jí)”服務(wù)的要求產(chǎn)生了動(dòng)搖。筆者以為：之所以選擇IP，并非IP技術(shù)就比別的技術(shù)先進(jìn)多少，而是諸多原因綜合的結(jié)果：
2、Internet架構(gòu)核心：端到端的透明性
IP技術(shù)最成功的應(yīng)用就是Internet。RFC3439等所描述的“端到端的透明性”是Internet少有的、一直堅(jiān)持的體系架構(gòu)的核心設(shè)計(jì)理念。所謂端到端的透明性，就是在TCP/IP的設(shè)計(jì)中，將Internet系統(tǒng)中與通信相關(guān)的部分(IP網(wǎng)絡(luò))與高層應(yīng)用(端點(diǎn))分離，最大限度地簡化網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。在有些文獻(xiàn)中也稱其為“沙漏”模型，如圖1所示。
圖1 Internet的“沙漏”模型
Internet“端到端透明性”原理的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(假設(shè))是：
但與設(shè)計(jì)IP時(shí)的30多年前相比，目前無論是IP所面臨的技術(shù)環(huán)境、商業(yè)環(huán)境、社會(huì)環(huán)境還是政策環(huán)境，都發(fā)生了翻天覆地的變化。這些變化導(dǎo)致IP技術(shù)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
IP誕生時(shí)還沒有個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)和局域網(wǎng)(LAN)的概念，光通信技術(shù)還沒有走出實(shí)驗(yàn)室，商業(yè)上可用的跨國電路只有56kbit/s，IP只用于文本方式的通信，計(jì)算規(guī)模也不很大。另外，IP設(shè)計(jì)用于教育科研，根本沒有商業(yè)化使用的考慮。政策層面，IP所面對(duì)是壟斷政策下的電話通信，對(duì)IP沒有任何政策要求(限制)。
但現(xiàn)在，通信速率已經(jīng)是當(dāng)時(shí)的100萬倍以上，出現(xiàn)了多種無線通信方式，PC和嵌入式計(jì)算已經(jīng)無處不在。其次，IP已經(jīng)走向了商用，用戶群和社會(huì)環(huán)境發(fā)生了很大的變化，相關(guān)的通信政策也已經(jīng)由壟斷走向了自由競爭。雖然IP以其頑強(qiáng)的生命力適應(yīng)了很多變化和挑戰(zhàn)，但在商用模型、QoS、安全和網(wǎng)絡(luò)管理等方面卻步履艱難，根本原因在于Internet“端到端的透明性”體系架構(gòu)已經(jīng)無法適應(yīng)“商用化”和“用戶群”的變化。
3.1 商用化
20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)運(yùn)營商(ISP)，標(biāo)志著Internet從教育科研走向了商業(yè)化應(yīng)用。但在激烈的市場競爭環(huán)境下，端到端透明性所帶來的開放架構(gòu)的Internet讓ISP能夠提供的業(yè)務(wù)只能是“比特管道(bit pipe)”，而同時(shí)ISP又必須投入大量的人力、財(cái)力和物力在Internet上，這在經(jīng)濟(jì)學(xué)上是一個(gè)悖論，導(dǎo)致我們已經(jīng)看到的前幾年大量的ISP破產(chǎn)或被兼并，嚴(yán)重?fù)p害了競爭環(huán)境，也降低了ISP對(duì)Internet的投入。
這樣發(fā)展下去的結(jié)果無非有兩個(gè)：要么諸多ISP從自由競爭逐步演變成區(qū)域性的寡頭壟斷；要么ISP不只是提供“比特管道”服務(wù)，而是利用所謂的“中間體”(middlebox)技術(shù)對(duì)其IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，提供利潤更高的、差異化的、用戶可見的其它應(yīng)用以增加收益，但這是以破壞Internet端到端的透明性的核心設(shè)計(jì)理念為代價(jià)的。
3.2 用戶群的變化
對(duì)IP造成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的另外一個(gè)重要變化是用戶群。Internet最初是由具有共同愛好的彼此信任的技術(shù)專家設(shè)計(jì)開發(fā)的，并且是由科研團(tuán)體或政府研究機(jī)構(gòu)管理下的非商用網(wǎng)絡(luò)�？梢哉fInternet最初只是為了在一個(gè)關(guān)系密切的社區(qū)內(nèi)多臺(tái)電腦之間的相互通信設(shè)計(jì)的，因此Internet的用戶彼此之間相互信任是其非常重要的一個(gè)設(shè)計(jì)假設(shè)。
如今隨著Internet規(guī)模和用戶數(shù)量的日益增加，Internet已經(jīng)演變成了在一個(gè)開放的社區(qū)中任何人相互之間的通信方式。這個(gè)社區(qū)從地域上說是全球化的，不存在什么管制規(guī)則，用戶彼此之間不再相互信任。另外，相互并不信任的用戶之間的利益也不再是一致的了，而是可能存在沖突，如病毒與反病毒、保密與合法攔截、共享與版權(quán)保護(hù)等，但假設(shè)用戶相互信任的Internet“端到端透明性”設(shè)計(jì)原則方便了安全攻擊、病毒和其它有害信息的傳播。最后，現(xiàn)在的Internet用戶已經(jīng)從原來的技術(shù)人員發(fā)展到不懂技術(shù)的普通用戶，用戶希望Internet終端像電話終端那么“傻”和容易使用，導(dǎo)致智能性被迫從終端向網(wǎng)絡(luò)中遷移。
4、IP電信網(wǎng)體系架構(gòu)：從疊加模型到集成模型
IP技術(shù)是目前最被看好的網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)，而以太網(wǎng)技術(shù)是目前最被看好的鏈路層技術(shù)，這里做一個(gè)簡單的類比。
以太網(wǎng)最初設(shè)計(jì)用于局域網(wǎng)(LAN)范圍內(nèi)，以共享總線的單工模型工作，利用帶沖突檢測的多路訪問控制機(jī)制(CSMA/CD)解決設(shè)備之間競爭總線的問題。經(jīng)過30多年的發(fā)展，現(xiàn)在的以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化，不僅工作速率從10Mbit/s上升到了10Gbit/s，傳輸介質(zhì)從有線走向了無線，從單工走向了全雙工，從本地走向了城域網(wǎng)(MAN)和廣域網(wǎng)(WAN)，而且增加了流量控制、優(yōu)先級(jí)、VLAN和生成樹協(xié)議等內(nèi)容。經(jīng)典的CSMA/CD技術(shù)已經(jīng)被拋棄，取而代之的是交換式以太網(wǎng)。
雖然以太網(wǎng)技術(shù)從誕生之初到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生了這么多變化，而且還在發(fā)展變化中，但之所以仍然被稱作“以太網(wǎng)”，是因?yàn)橛袃牲c(diǎn)一直沒有改變：一是幀格式，二是MAC地址分配的惟一性。換言之，為了適應(yīng)不同的工作環(huán)境和要求，適應(yīng)承載電信業(yè)務(wù)的需要等，除了以太網(wǎng)幀的封裝格式，其它的已經(jīng)發(fā)生了非常大的改變，尤其是以太網(wǎng)的交換路由機(jī)制已經(jīng)不復(fù)存在。
對(duì)比以太網(wǎng)的發(fā)展史，IP電信網(wǎng)可能的發(fā)展思路有三條：(1)繼續(xù)沿用Internet的架構(gòu)和已有IP技術(shù)，在現(xiàn)有架構(gòu)和技術(shù)基礎(chǔ)上，增加對(duì)QoS、安全和運(yùn)營等的支持，最大限度地“IP化”；(2)只使用IP頭格式和地址，只保留IP封裝而拋棄其它與電信化關(guān)系不大的技術(shù)，最小限度地“IP化”；(3)進(jìn)行取舍，將二者有機(jī)地結(jié)合起來。
傳統(tǒng)電信網(wǎng)和Internet都取得了巨大的成功，但二者采用了不同的、甚至矛盾的設(shè)計(jì)理念。IP中的很多技術(shù)，或者是IP電信網(wǎng)所不希望的，或是沒有必要的。但筆者以為，非常令人遺憾的是目前國內(nèi)外對(duì)IP電信網(wǎng)的研究思路似乎都是在走第一條道路。將電信領(lǐng)域希望的一些功能要求簡單地“疊加”到現(xiàn)有的IP和Internet架構(gòu)上去，否定傳統(tǒng)電信中一些仍然非常行之有效的技術(shù)，或者因?yàn)镮nternet存在的問題而一味否定IP技術(shù)的做法，并不科學(xué)。筆者將這種模式稱為“疊加模型”。
而IP電信網(wǎng)應(yīng)走第三條道路，即筆者所謂的“集成模型”。構(gòu)建IP電信網(wǎng)不應(yīng)該是簡單地在現(xiàn)有的IP之上增加業(yè)務(wù)控制、QoS和安全機(jī)制等，而是要更新Internet的設(shè)計(jì)理念。現(xiàn)在要做的是改變思路，研究如何根據(jù)IP技術(shù)和傳統(tǒng)電信技術(shù)各自的特點(diǎn)，根據(jù)商用的需要，從體系架構(gòu)開始重新考慮，先對(duì)IP技術(shù)做“減法”，去掉不適合商用的東西，再做“加法”，增加必要的機(jī)制，將二者真正有機(jī)地緊密“集成”起來，而不是簡單地“疊加”起來。
