2021年IP网络未来演进技术白皮书

ZTE中兴P网络未来演进技术白皮书DZTE Corporation.Allrights reserved版权所有 中兴酒讯股份有限公司保留所有权利 ZTE中兴IP网络未来演进技术白皮书IP网络未来演进技术白皮书版本日期作者备注V1.02021/06/10ZTE新建重要贡献单位：中国信息通信研究院中国移动研究院中国电信集团中国联通研究院 2021 ZTE Corporation.All rights reserved.2021版权所有中兴通讯股份有限公司保留所有权利版权声明：本文档苦作权由中兴通讯股份有限公司享有，文中涉及中兴通讯股份有限公司的专有信息，未经中兴通讯股份有限公司书面许可，任何单位和个人不得使用和准漏该文档以及该文档包含的任何图片、表格、据及其他信息本文档中的信息随着中兴通讯股份有限公司产品和技术的进步将不断更新，中兴通讯股份有限公司不再通知此类信息的更新第2页中兴通讯版权所有未经许可不得扩散 ZTE中兴IP网络未来演进技术白皮书目录1概要2术语和定义3前言4未来网络的愿最和需求4.1未来网络的三大愿景4.2未来网络关键技术需求5未来网络的设计原则5.1传统互联网的设计原则回顾5.2电信网、互联网融合对网络架构的影响5.3面向未来业务需求的网络技术差距分析145.4未来网络的设计原则176未来网络的架构6.1横向：网络的能力向两端延伸226.2纵向：智能控制面支撑下的瘦腰7未来网络的关键技术..267.1精准连接技术267.1.1精准连接架构26中兴通讯版权所有未经许可不得扩放第1页 ZTE中兴IP网络未来演进技术白皮书7.12层次化灵活精准连接技术277.1.3精准连接控制技术297.2算力网络307.2.1算力网络控制面技术.317.2.2算力网络转发面及路由策略技术347.3网络内生安全347.3.1网络内生安全技术整体架构.357.3.2全系统可信网络通信367.3.3全网智能协同防御387.4移动性管理387.4.1移动性管理技术整体架构397.4.2移动性管理关键技术.407.5智能控制面关键技术427.5.1意图网络技术427.5.2镜像网络技术437.5.3网络智能调度技术458总结.469参考文献46第2页中兴通讯版权所有末经许可不得扩散 ZTE中兴IP网络未来演进技术白皮书1概要在数字经济的浪潮中，互联网在社会经济生活中起到越来越重要的作用。IP技术作为互联网的技术基础，在今后的5~10年间如何发展是通信行业面临的关键问题。本白皮书分析了IP两路未来510年（以下称为未采网）面临的需求和挑战，提出了方维互联、算网融合和精准网络这三大虑景，在技术架构方面，本文提出，未来网络仍将继承传统互联网成功的设计原则，比如端到端原则和解耦原则，但传统的IP技术过于强调网络和业务的分离，无法适应未来业务对于网络的高要求，本文认为未来网络要加强业务和网络的协同，对IP网络设计原则进行了改进一一“横向：服务化网络赋能的端到端原则，纵向：智能控制面支撑的疫腰模型，并基于此原则提出了未来网络的参考架构，本文还描迷了未来网络的关健技术，包括精准连接、算力网络、内生安全、移动性、智能控制面技术等。2术语和定义未采来网络：名下一代互联网，特指IP网络在未采5~10年力至更长时间的演进方问。主体是运营商数据网络。精准连接：基于业务承载质量要求精准选择灵活的承载技术提供网络连接。算力网络：即基于网络基础设施对算力资源进行感知、调度和编排，在网络层提供满足网络连接和计算（含存储】SLA的新型ICT融合服务，是以网络为基础的新一代技术架构和业务运营体系。网络内生安全：指结合新型网络结构体系特征，自顶而下地构建以全系统为视角、以信任为基础的安全可信防护体系，设计基于网络和业务需求的一体化自适应协同机制，赋能未来网络自主免疫、共生演进之特征。中兴通讯版权所有未经许可不得扩款第3页 ZTE中兴IP网络未采演进技术白皮书3前言当前，产业和社会正在进行数学化转型，数字经济造过不断升级的网络基础设施与算力设施等信息工具推动人类经济形态由工业经济向信息经济一知识经济一智慧经济形态转化，极大地降低社会交易成本，提高资源优化配置效率，数字经济的规模在国民经济中占比日益培强，互联网诞生至今已有超过50年的历更，从最初的限于军事和科研的实验网络到现在全球信总互联的基础设施，互联网已成为数学经济中最重要的载体和基右，为进一步推进数字经济的发展，面向未来5~10年的生产、生活、社会管理的需求，网络技术也需要不断演进。IP网络技术是互联网的技术基础，在过去50年取得了巨大的成功。但在面尚未来的需求，尤其是产业互联网的需求时，现有的IP技术存在着很大的局限性，对于IP技术在未来10年如何演进，业内有多条研路线，也有多个不同的称请，如未来网络、未来互联网，下一代互联网、网络5.0等，本白皮书使用?未来网络?来特指IPv6之后的网络技术发展，本白皮书从未来的业务需求出爱，试图我出传统IP技术在设计理念和技术架构上的不足，并提出了未来网络的设计思想。本白皮书的第4章阐述了未来网络的主要应用场景和技术需求；第5章是对于IP技术的反思和改进。其中第5.1节从传统互联网的设计原则出发，指出互联网的端到端原则和分层解耦原则虽然促进了互联网的创新，但也造成了业务和网络的隔离，第5.2节回顾了运营商对于互联网技术的增强和改进，也就是电信级IP技术，电信级IP技术使得IP网络成为可运营、可管理的网络，但并没有解决业务和网络的隔离问题，第5.3节面同未来的业务需求，总结了现在的IP网络所存在的主要技术差距。第5.4节总结前3节所送，提出了改进后的，面尚未来网络的两条设计原则，第6章根据新的设计原则提出了未来网络的参考架构。第7章南述了在此参考架构下，几个关健技术的方案和实现，第4页申兴油讯服权所有未轻评可不得扩 ZTE中兴IP网络未来演进技术白皮书4未来网络的愿景和需求4.1未来网络的三大愿景互联网的开放架构使得新应用的创新层出不穷，应用不断向深度和广度拓展，面向未来5~10年，互联网从消费互联网向产业互联网的演进最为令人期待：VR、AR、全总等新媒体应用也同样值得关注，6G面向万物智联，提出了感知互联网、AI服务互联网、行业服务互联网等应用场景和需求，随着业务形式的多样化和网络规模的扩张，对网络自身也提出了智能、开放的要求。面向新的业务需求，未来网络的发展趋势可以归纳为三个愿景：万维互联、算网融合和精准网络。这三个原景对应若未来网络的三个主要应用场景。互联算网如样力AI可装安全精准融合网络图4.1未来网络的愿景万维互联：包含3个含义：万网、万物和万业。万网是网络将持续融合多种异构中兴通讯版权所有未经许可不得扩款第5页 ZTE中兴IP网络未来演进技术白皮书网络互联，包括网络向空关地一体化演进、下一代智慧光承载和接入网、下一代B5G/6G移动互联网等；而随看物联网的深入发展，未来网络需要支持更天范围、更高数量级的方物互联IoT，从而实现智慧家庭、智慧城市等数学化社会的目标；工业互联网等垂直行业多种边缘异构异质网络无缝连接到以IP为核心的未来网互联体系。·章网融合：在边缘计算的大背景下，算力资源从中心云的集中模式，逐渐向云-边端的分布式模式转变，因此，如何将全网的算力资源、网络的精准传输能力更好的结合起来，实现云、边、端三级算力的分配和协同，是未来网络需要完成的使命，具体来说，网络需要能够根据不同的业务需求，并结合网络实时状况、计算资源实时状况，将业务导入到最合适的计算节点上执行计算任务，实现用户体验最优、计算资源利用率最优、网络效率最优，进一步地，通过动态优化连接的特性，如带宽、时延等特性，可为计算资源的动态利用提供更好的网络连接QoS保证，从而实现了计算和网络的深度融。·精准网络：面向未来工业控制、智能电网、远程医疗、自动驾驶等实时交互要求极高的业务，网络需要提供99.999%的可靠性，以及毫秒级的时延和微秒级的抖动，面向未来的AR/VR、全息通信等消费类业务，网络同样要满足越来越苛刻的带宽需求和精准传输需求。4.2未来网络关键技术需求从以上原景看，未来网络的技术需求表现在以下方面·网络确定性需求主要指的是时间敏感及可靠追信的需求，时间敏感的确定性需求包括确定性时延需求（端第6页中兴通讯版权所有末经许可不得扩散 ZTE中兴IP网络未来演进技术白皮书到端时延上限确定，即端到端网络逼信时延低于期望的最大值）、确定性时延变化需求（端到端时延变化确定，即端到端时延变化或称为抖动低于期望的最大值）；可靠通信的需求主要是确定性低丢包率需求（丢包率低且低于期望的最大值），时间敏感及可靠通信的典型应用包括工业控制、车辆远程操控、智能电网电力保护等。·内生安全需求产业互联网相对于消费互联网，对手网络要全的需求有本质的不同，然而现有技术难以满足多样化应用场景的泛在网络安全需求，未来网络需要在传统网络安全的基础上提供网络内生的安全增强，比如，未来产业互联网引入新角色、新信任关系，需要对身份或标识真实性做更强的校验，对端到端通信做路由安全保障，增强网络业务通信的可信度：网络需对未知攻击增强内生防御能力，提供自适应、自免疫、协同的内生安全能力，·移动性管理需求移动性问题是IP网络由来已久的问题。IP技术设计最初基于有线接入场景，存在IP地址身份、位置二义性问题，使得如何在移动环境下保持业务连续性成为一个难题。而随着工业互联、车联网、无人机、会XR等新兴业务的爱展，未来网络对于移动性将会提出越来题高的要求，不仅要满足业务连续不中断，还要在移动切换过程中保持零丢包、低时延、低抖动、高可靠。未来的6G网络需支持新培的空关地、毫来波、微基站等新型连接技术，在连接密度、空间容量、终端移动速度等方面相比5G网络有上百倍的增加，对手确保业务连续性和服务质量提出了重大挑战。·网络对算力感知与调度需求算网融合的需求是网络能够感知算力，并基于用户请求将动态分布的计算、存储等多维度中兴通讯版权所有未经许可不得扩散第7页 ZTE中兴IP网络未来演进技术白皮书资源统一调度、按需分配，实现全网的算力和网络一体化。网络能够针对算力进行可度量、可交易的调度，支持针对裸资源、虚拟机、容器和微服务等多种方式和颗粒度的算力资源调度。而在传统互联网的架构中，网络和算力的部署、运营是相对隔离的状态。尽管目前业内在朝云网触合的方向旁力，但客个云平台都是封闭私有的架构，云和网之间也难以形成有效的协同，·多语义多标识需求未来网络中异构网络不仅连接客种物理实体，如主机和人；随着网络虚拟化的度演进，也需要连接各种虚拟化实体，如内容、计算、存储等虚拟资源，因此未来网络既要支持传统的基于主机和位置绑定的拓扑寻址，也需要支持基于虚拟化和移动化的标识寻址、内容寻址、计算服务寻址等。5未来网络的设计原则5.1传统互联网的设计原则回顾美国麻省理工学院教授D.Clark在1988年发表论文ThedesignphilosophyoftheDARPAInternetprotocols，谈到互联网设计初期的目标，包括一个基本目标（FundamentalGoal）和七个二级目标（SecondLevelGoals）：基本目标：互联网需要把多个已经存在的网络连接在一起二级目标：互联网必须在一部分网络或者网关失效的情况下，其余部分还能继续通信(2)互联网必须能够支持多种通信服务第8页中兴通讯版权所有未经许可不得扩数 ZTE中兴IP网络未来演进技术白皮书(3) 互联网必须能够容纳多种网络接入(4)互联网必须能够分布式管理它的资源(5) 互联网体系结构应该是有成本效益的(6) 互联网体系结构应该充许主机较容易接入(7) 互联网体系结构资源的使用必须可审计可以看到，在互联网设计之初，整体自标国绕着建立主机间的追信连接。之后互联网遂步推进，规模逐步扩大，业界基于互联网推进过程硅到的问题进行总结，逐步形成了一些有共识的原则，在1996年，IETF发布的RFC1958《ArchitecturalPrinciplesoftheIntemet》中，首次提出了互联网设计需要遵错的一些原则