互联网下一代互联网

2014/12/281中国教育和科研计算机网CERNET华南地区2014年学术会议未来网络之互联网体系结构的变革毕军清华大学2014年12月27日1目录从互联网成功的"基因"看网络体系结构的变革驱动力对软件定义网SDN的个人浅见简要汇报清华大学依托教育网络所从事的网络体系结构研究与试验2目录从互联网的"基因"看网络体系结构的变革驱动力互联网发展简史与互联网体系结构的特点互联网成功的"基因"是开放与创新未来网络体系结构变革的驱动力3互联网发展简史1960年代:分组交换网理论研究1961-1962:UCLA教授LeonardKleinrock1961年7月MIT博士论文开题报告:InformationFlowinLargeCommunicationNets提出分组交换的构想(27岁)1962年12月博士论文:Messagedelayincommunicationnetswithstorage(1934-)Internet的雏形ARPANET的部署ARPANET2014/12/282互联网发展简史1970年代:ARPANET(大型机时代)VintCerf和RobertKanh因TCP/IP获2004年图灵奖1969:Cerf参加了的IMP和NetworkControlProgram(NCP)的设计和开发,遇到参与设计的BBN的Kahn1972:RobertKahn进入DARPA研究网络间互通的协议,Cerf于1972年博士毕业作为斯坦福大学助理教授也参与1974年5月提出了TCP(TransmissionControlProgram):Cerf&Kahn,ProtocolforPacketNetworkIntercommunication,IEEETransonComms,VolCom-22,No5(31岁)(1943-)(1938-)互联网发展简史1970年代:ARPANET(大型机时代)VintCerf和USC-ISI的JonPostel的贡献1978年1月TCP和IP分开:TCPv3和IPv1(体现互联网与电信网哲学的不同,即端到端属性:复杂终端+简单网络)–Cerf&Postel,SpecificationofInternetTransmissionControlProgram(TCPversion3)(1943-1998)互联网发展简史1980年代PC时代开始,互联网发展1981-1983年ISI的JonPostel对标准和部署的贡献1981年9月:编辑RFC791,792,793即TCP/IP1981年11月:RFC801:NCP/TCPTransitionPlan1983年1月1日现代互联网诞生日:APARNET的400台主机从旧NCP迁移到TCP/IP基于TCP/UDP的网络应用开发随着PC的推广开始广泛展开,为互联网体系结构胜利种下种子互联网发展简史1980年代PC时代开始,互联网发展ISI的JonPostel对标准和部署的贡献1983年:ARPANET分离出MILNET1985年:NSFNET成立,ARPANET关闭1986:IETF成立,大力推动标准化1981-1989:MIT的DavidD.
Clark为体系结构设计师(1944-)美国自然科学基金会NSFNET互联网发展简史1990年代互联网开始商用,飞速发展"信息高速公路"运营商开始提供互联网服务WWW等应用蓬勃发展IPv6标准化1995年RFC18831998年RFC24602014/12/283互联网发展简史2000年代,互联网成为信息基础设施,种子终于结出果实得到大规模应用,成为不可或缺的基础设施互联网问题也越来越多,开始重新设计互联网体系结构的尝试(后面继续展开论述)2010年代,发展、挑战与革新并存经过多年摸索,开始出现了一些可能成功的新型网络体系结构NSFFIA计划5个项目SDN思想(清华大学863FINE).
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互联网发展简史小结互联网是从小型试验网发展起来的,实践很重要1969年APARNETNCP研究与运行的并行和互动:TCP/IP的研究与互联网的雏形APARNET1974年TCP(TCP+IP)提出,1983年部署现网NCP运行14年,TCP/IP研究9年TCP/IP不是圣经,是不断完善、与实践结合的结果教育网络具有历史功绩和历史使命优秀的思想(端到端属性,将TCP与IP分开)适应了PC时代,应用推动了互联网的发展目录互联网为什么会成功15Hourglass模型(成功的因素)各网络通过IP互联(IPoverEverything)IP把大家连起来提供统一平台使网络应用易于创新"互联共享、融合创新"底层对应用透明(EverythingoverIP)网络提供最小功能来连通(窄腰),主要功能在上层TechnologyApplicationsemailWWWphone.
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SMTPHTTPRTP.
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TCPUDP…IPethernetPPP…CSMAasyncsonet.
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copperfiberradio.
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16互联网生而逢时,适应PC时代的发展,互联网应用是人民(拥有计算机的人民)创造的,人民推动了互联网的成功网络应用不需要全局部署、不需要做国际标准、不需要依赖设备厂商.
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网络应用易于革新和竞争互联网的"基因"是开放与创新当前互联网成功的因素是:优秀的网络体系结构支持了网络应用的开放与创新Hourglass模型(面临的挑战)17网络应用的创新不需要全局部署、不需要做国际标准、不需要依赖设备厂商.
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但IP核心层的创新就需要全局部署、需要做国际标准、需要依赖设备厂商.
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网络应用易于革新和竞争但IP核心层难于革新和竞争互联网体系结构变革的驱动力源于发展超过了原始设计的需求TechnologyApplicationsemailWWWphone.
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SMTPHTTPRTP.
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TCPUDP…IPethernetPPP…CSMAasyncsonet.
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copperfiberradio.
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互联网体系结构革新面临的挑战原因1:作为全社会基础设施"先天不足"带来的问题大规模、可扩展问题小众网络->全社会规模安全可信问题用户互相认识的网络->全社会的用户QoS问题简单的服务->全社会需要的差异服务可演进问题(IP层的平滑革新)***全社会基础设施的更新换代不应推倒重来182014/12/284互联网体系结构革新面临的挑战原因2:此一时也、彼一时也,因为时代变了,需求必然变了带来的新问题PC时代->移动计算时代、云计算时代.
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移动性高性能更好的管理、控制和定制***服务的快速引入(类苹果模式)网络新经济模式万一需求再变怎么办:可演进能力(IP层的平滑革新)***.
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19国际主要未来网络体系结构研究项目的回顾和动态NewArch(2000-2003)FIND(2005-2009)->NeTSlongtermFIND-like项目NeTS专项FIA(2010-2013)NeTS专项新一期FIA-NP(2013-2015)检验未来网络体系结构的标准是什么是否继承了互联网的基因–支持创新是推到重来还是继承发展20互联网体系结构革新面临的挑战我的个人观点核心需求1:网络体系结构或核心功能的可定制性不同用户对网络核心技术需求的多样性例如有人强调安全,有人强调QoS等等更主要的,为了催化和支持人们的创造力达到目前网络应用那样易于设计-开发-部署核心需求2:可平滑演进减轻以后再满足新需求的痛苦如果让我重新设计网络体系结构,我个人认为必须满足上述两条需求,其实现的核心是有网络功能抽象的能力!
恰恰是SDN支持未来网络的最重要的切入点和价值!
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目录从互联网成功的"基因"看网络体系结构的变革驱动力对软件定义网络SDN的个人浅见简要汇报清华大学依托教育网络所从事的网络体系结构研究与试验22Gartner2014年技术成熟度周期曲线技术萌芽期期望膨胀顶期泡沫化的谷底期稳步爬升的光明期产品化高峰期对SDN的一般认识(ONF)242014/12/285用"鸿沟"到"紧耦合的反馈回路"25可编程的需求紧耦合被控制对象从单台->全网控制的速度、周期的质变自动化的程度的质变双向:从管理->交互利于开发者编制现代应用程序的接口如自描述能力(动态适应变化)信息表达格式的丰富(如Json等)26什么是SDN(我的个人观点)"什么是SDN"目前尚未达成共识和的定义有两种SDN:广义SDN(道)与狭义SDN(术)广义的SDN是对网络体系结构的可编程性(及API和工具)数控分不分离、集不集中不是本质,抽象和编程能力是本质!
表现形式是由目标、手段的发展水平决定的某些简单的SDN目标可能不需要分离、不需要集中、不需要虚拟化、不需要OpenFlow某些高级的SDN目标,以今天的手段技术水平可能需要分离、需要集中.
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但明天的高级的手段水平下可能就不需要(例:集中编程的点->分布式的编程)27什么是SDN(我的个人观点)狭义的SDN是各种实例化的SDN体系结构传统网络体系结构模型是从通信届的横向协议借来的,SDN强调的是系统(纵向的模型),因此允许管控域内多样性被抽象的实体的"粒度和接口"不同(用于被编程控制)革命型SDN:新的数据平面抽象:细粒度(如Flow)、甚至计算、存储的抽象演进型SDN:开放接口+现有的数据平面:路由表(I2RS)、LabelPath(PCE)、VPN(VxLAN/NVGRE/NVO3forDCN)混合型SDN:老+新网+用(软件驱动网络Software-DrivenNetwork)管控域间的互通仍很重要,否则不能达到InternetScale无论广义还是狭义,都是"正在进行时",百家争鸣、百花齐放阶段,自主创新的研究和发展空间非常大28SDN与传统分布式网络的辩证关系Clean-Slate还是Dirty-SlateSDN技术的部署不一定是"推倒重来"SDN的集中式与传统分布式不是对立的、不是割裂的,有一个"度"的关系传统分布式控制平面可以做承载网(植物神经)网络传输的连通性基本功能SDN集中式控制平面可以做编程控制(大脑+动物神经)在承载网基础上叠加控制逻辑复杂的功能:例如加载新的安全功能、编排网络使用的模式(支持的网络创新在这里!
)用户放心:即使失效也不影响基本功能(植物人)29SDN与IPv6是支持与被支持的关系这是我在2013年4月IPv6峰会的一个比喻SDN固然可以描述非IP体系结构,但目前主要还是描述IP网络,支持IP的新协议的研究、试验甚至运行因此SDN与IPv6是支持与被支持的关系,不是对立的关系SDN将助力IPv6的研究和试验,推动IPv6"起飞"2014/12/286SDN的应用-GooglePrivateWAN31SDN的应用-GooglePrivateWAN32SDN的应用-Internet233第二届赛程时间安排(初拟)目录从互联网成功的"基因"看网络体系结构的变革驱动力对软件定义网络SDN的个人浅见简要汇报清华大学依托教育网络所从事的网络体系结构研究与试验35JointSDNResearchTsinghua-StanfordUniversity(Since2010)OpenFlowExtensionforIPv6,SAV,etc.
Referenceimplementation,deploymentCERNET-INTERNET2(Since2012)Inter-domainSDNTsinghua-Huawei(Since2011)OFforIPv6/IPv4translation/E-WinterfacesSDN+ICN+DCNTsinghua-Certusnet(Since2014)StatefulForwardingAbstractionTsinghua-HP(Since2011)ScalabilityofcontrollerTsinghua-Samsung(Since2013)FlowruleconflictsTsinghua-H3C(Since2013)DistributedcontrollerTsinghua-DCN(Since2011)OpenRouter:OpenFlow+upgradeforlegacyrouters362014/12/287FINE项目简介国家"863"项目:未来网络体系结构和创新环境(FINE)主要参加单位:清华大学(牵头)、中科院计算所、北邮、东南大学、北京大学工信部电信研究院、解放军信大、国防科大等科研院校和中兴、华三、华为等网络设备厂商,并依托各高校、电信研究院、上海宽带、总参61所、中国移动研究院等建设试验平台项目意义:新型网络体系结构和新型网络协议在设计方法、编址方式、转发机制、控制模式等方面存在巨大差异当前网络设备和试验环境封闭性严重制约网络技术创新和体系演进因此,设计和实现促进未来网络体系结构创新的环境,对支撑未来网络的技术创新和体系演进具有重要的意义37特定转发硬件协议协议协议特定转发硬件协议协议协议特定转发硬件协议协议协议特定转发硬件协议协议协议特定转发硬件操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统协议协议协议网域操作系统协议协议协议传统网络及试验平台架构:新协议依赖厂商实现在网络设备内(周期长、封闭)传统网络及试验平台架构:新协议依赖厂商实现在网络设备内(周期长、封闭)开放性1:统一的网域操作系统、提供全局物理视图和API(网域操作系统)开放性1:统一的网域操作系统、提供全局物理视图和API(网域操作系统)开放性1网域操作系统开放性2:控制平面协议与设备分离(多种新型网络体系和新协议共存)开放性2:控制平面协议与设备分离(多种新型网络体系和新协议共存)开放性2多种新型网络体系结构和新协议共存项目总体结构-设计思路38虚拟化平台开放性2:控制平面协议与设备分离(新型网络体系结构及新协议)开放性2:控制平面协议与设备分离(新型网络体系结构及新协议)特定转发硬件特定转发硬件特定转发硬件特定转发硬件特定转发硬件网域操作系统协议协议协议开放性1网域操作系统开放性3:基于云服务的虚拟化平台,为APP提供特定逻辑视图和工具集(虚拟化平台及管控测系统)开放性3:基于云服务的虚拟化平台,为APP提供特定逻辑视图和工具集(虚拟化平台及管控测系统)开放性4:兼容多种开放、可编程设备的数据平面抽象技术和设备开放性4:兼容多种开放、可编程设备的数据平面抽象技术和设备开放性3虚拟化云平台及管控测系统开放性4开放网络的数据平面抽象技术和设备开放性2多种新型网络体系结构和新协议共存开放网络设备开放网络设备开放网络设备开放网络设备开放网络设备项目总体结构-设计思路3913-nodetestbedwillbebuilt,includingeducationnetworks,researchinstitutesinTelecomandBroadcastingarea,etc.
FINEProjectTestbedChinaBroadcastingNodeChinaTelecomNodeChinaMobileNodeChinaMilitaryNode典型的新网络体系结构的验证和示范内容与节点的分离网络(ICN),分组与通道交换混合网络(PTDN),其它新体系结构如ADN典型的新协议的验证和示范网络安全(IPv6域间/域内源地址验证)、移动互联网(ILNP)、三网融合(广电网NGB)、新型路由(二维路由)项目应用示范规划NDNTUNIETUNOSCPFPTDNILNPContentFlowOpenFlow+Edge/CoreDev其它新体系结构域内示范域间示范广电主要进展1--提出了FINE网络体系结构2014/12/288域间协商机制域间协商机制WE-Bridge通过东西向接口交换虚拟视图,实现跨越的协商机制.
成果得到互联网先驱Internet2CTOS.
Wolff的高度评价在SIGCOMM2013、CANS2013、SuperComputing2013、INFOCOM2014、CANS2014等重要国际会议演示Fiber跨域开放实验平台的建设SIGCOMM2013SIGCOMM2013CANS2013CANS2013SuperComputing2013SuperComputing2013INFOCOM2014INFOCOM2014CANS2014CANS2014Internet2CTOCERNET,Internet2和Cstnet之间成功演示了"域间SDN试验网及其应用",为中美基因组研究提供了跨多个管理域的动态数据传输通道.
该试验网采用了FINE的域间机制WE-Bridge对多个跨洲际的SDN试验网进行互联Internet2CTO高度评价,认为SDN技术目前只能用于单域,中国863项目提出和实现WE-Bridge是新型SDN东西向接口,其跨域协商的重要技术,为未来SDN技术的应用扩展到全球网络提供了基础,对美国部署SDN的校园网与Interent2互通形成国家级基础设施也有重要意义.
跨域开放试验平台获得的评价提出了开放平台的跨域互联机制互联机制"WE-Bridge"成果在顶级或一流国际会议进行演示,被SCI影响因子4.
755的IEEECommunications录用所研制的系统应用到了中美学术网络的开放试验平台,得到Internet2CTOStephenWolff对此技术的高度评价,认为解决了SDN只能局限于小范围网络的问题,支持了大规模多自治域的网络技术创新研究该技术支持了新型域间路由技术研究,美国Internet2再次发表题为"里程碑式的演示,将新的域间SDN应用和研究合作推进到新阶段"评论.
总结互联网的"基因"是开放与创新当前互联网成功的因素是优秀的网络体系结构支持了网络应用的开放与创新网络体系结构变革的驱动力在于需求的变化,网络核心功能的开放与创新是对互联网创新基因的继承SDN在新一轮未来网络体系结构革新中扮演了重要地位,在网络核心层继承互联网开放与创新的基因SDN与某种具体的未来网络体系结构(下一代互联网IPv6)的关系是支持与被支持的关系未来网络自主创新空间仍很大!
互联网的历史一再表明,研究与运行的互动创造了互联网、新型网络体系结构,教育网络界与纯学术界和运营商相比独具优势47路漫漫其修远兮,吾将上下而求索敢问路在何方路在脚下!
与教育网络界的同仁们共勉谢谢!
敬请各位专家批评指正!
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