IP电信网技术研究

zjol

Study on IP Telecom Network Technologies
蒋林涛 / JIANG Lin-tao  

摘要：文章讨论了IP电信网存在的诸多关键技术问题，指出IP电信网有能力综合现有全部电信业务，可以提供与传统电信网相同的安全性和相同的服务质量，而且不会因此而加大IP网的复杂性；IP电信网的关键问题不是不可逾越的，有相当技术业已存在，这些问题是可以在近期内解决的。

关键词：电信网；因特网；服务质量；安全

Abstract:The IP telecom network has some problems with its key technologies, but it is capable of integrating all the existing telecom services, and guarantees the same security and QoS requirements as the traditional PSTN, for which no more complexity is needed. The key problems with IP telecom networks are not insurmountable. Some of them have already been solved and an overall settlement will be facilitated in the near future.

Key words:Telecom network; Internet; QoS; Security


　　1 电信网的现状与发展趋势

　　电信网的发展已经进入十字路口。电信网发展向何处去，下一代电信网的发展方向是什么，国内电信运营商下一步网络如何发展，电信设备制造商制造什么产品能满足下一步电信市场的需要，电信行业主管部门如何来引导产业发展方向，这些问题已严重地困扰着电信界，也影响着电信产业的发展。

　　电信网原本是有序发展的。随着技术的发展，电信网已顺利完成了由模拟向数字的过渡，正在进行由TDM向分组交换的过渡。ATM是这一过渡的代表，但是由于技术难度大和商业运作上的不成功，第二步的过渡未能实现。20世纪90年代初，Internet由于Web技术的应用而获得了极大的成功，迅速扩大成一个和电信网足以抗衡的全球性大网络，进而向电信业务延伸。Internet的非赢利的业务商业模式和以用户自律为基础的业务体系设计，强烈地冲击着以商业经营为目的的电信网。尽管Internet的经营者并没有因此而获利，全球的Internet经营者几乎是全面亏损。但是由于消费者的趋利性，迫使电信运营商不得不采用大幅度降价，来暂时缓解来自Internet的冲击。由此，全世界范围的电信业效益大幅滑坡。为了摆脱这种极为不利的局面，电信界被迫重新正视IP技术(而20世纪80年代时电信界普遍不看好IP技术)。匆忙之中，电信网中引进基于Internet理念设计的IP网，并将部分电信业务加载在IP网上，希望由此来实现由TDM向分组网的过渡。两三年过去了，用基于Internet理念设计的IP网来承载电信业务已暴露出越来越多的问题，有一些问题是带有根本性的(如QoS、安全等问题)，这又导致电信界的部分专家对IP技术产生了怀疑，甚至认为电信网根本就不可能用IP网来融合。

　　TDM技术不是下一代网的方向，这一观点已为绝大多数电信专家所认可，电信产业全面停止对TDM产品的研发是一个有力的佐证。ATM因其商业运作不成功，而在90年代中期开始走下坡路。ATM没有业务，没有继续的标准化工作和相应的开发工作，ATM网作为一个具有端到端交换能力的数据网，从来没有实现过。ATM大网能否实现端到端服务质量的保证在技术上是存有疑问的。只是因为基于ATM PVC(永久虚通道)技术的VPN(虚拟专网)具有很好的安全性和资源独立性，近期ATM在网络建设中(电信网及企业网)的应用又有回升，但这并不意味着ATM可能成为下一代的网络技术。ATM的技术复杂性及缺乏业务，基本上决定了ATM不会成为下一代网络技术。

　　简言之，Internet的崛起打乱了电信的有序发展，Internet的自由模式和非赢利商业模型使电信陷入了困境。简单地将Internet技术用于电信已证明是此路不通，而电信再走回头路也不可能，它的发展已处于进退两难、迷失方向的十字路口。

　　电信网发展向何处去是一个必须要回答、无法回避的问题。从电信网发展的技术趋势来看，下一代电信网将会是IP网，是一个与基于Internet设计理念的IP网有着很大区别的IP电信网。它将保留IP网技术最主要的精华部分，即基于分组交换技术，采用不面向全国连接的工作方式，网络设备间不采用复杂流量控制技术，并且集电信网技术所长。

　　2 IP电信网的定义与特点

　　IP电信网是一个采用不面向连接的分组交换技术、基于TCP/IP协议的网络。这个网络可以承载现有全部电信业务，并能保证提供与现有电信业务完全相同的服务质量，实现全部电信业务在一个IP网上的完全综合。

　　IP电信网的特点是：是一个IPv6的网络，拥有丰富的地址资源，能够支撑电信网的持续发展；它是一个可管理的、可维护的，能够为运营商提供完备售后服务能力的网络；它是一个安全的可信任的网络，网络提供信任度和安全机制；它具有一条增值价值链，具有能使该价值链上的所有商家赢利的能力；它拥有Internet的灵活性，能提供现有Internet 的全部业务，并拥有电信网的高稳定性、可靠性和高度的可管理性，能够按运营者对业务的设计要求自主地调度全部网络资源，保证现有的电信业务，以及今后可能产生业务的服务质量。IP电信网及其业务网系统应该是一个开放式的体系结构，能够很方便地生成新业务，并能向第三方运营商提供服务。

　　3 关键技术问题

　　下一代电信网将会是IP电信网。它将保持IP网最基本的关键特征，即IP电信网将基于分组交换技术，采用不面向连接的工作方式，网络设备的节点之间不采用复杂流控技术。需要特别指出是：不面向连接、无复杂流控是IP网的精髓，是不可改变的。

　　IP电信网将是集Internet技术与电信网技术优点于一身的IP网。正因为如此，简单照搬Internet，希望用它来综合电信业务注定要失败的；但是反过来，也决不能因为要满足电信业务的需要而使IP网复杂化，使得网络与网络节点设备的复杂度接近ATM或比ATM更复杂，有违IP网的简单性。因此，任何试图采用面向连接的技术来满足网络业务需求的做法，都违背了IP网的基本设计理念。

　　IP电信网的关键技术是什么，IP网解决了哪些关键问题以后才是IP电信网，这些关键技术问题能不能解决，是否可能在近期得到解决并能用于商用系统，这些都是值得十分重视的问题。

　　3.1 IP电信网的服务质量问题

　　对电信网来说，服务质量必须考虑。近年来在市场需求的推动下，IP网的性能有了相当程度的提高，IP网的性能提高主要有3个因素：其一，Internet中的网络节点设备在技术上已获得很大发展。由于在路由处理、包交换中均采用硬件技术，路由器的性能有了很大的提高，高端路由器中包转发时延甚至与ATM交换机一样好，从而导致IP网性能越来越好。其二，由于传输技术的发展，特别是通信技术的高速发展，如DWDM(密集波分复用)的大量商用，传输成本大为降低，Internet 网络环境大为改善，传输资源对于Internet 的ISP(因特网业务提供商)来说已不再是一种紧缺资源。相反，由于网络建设得快，网络的传输能力相对处于比较富裕的状态。其三，Internet 上的业务发展相对比较慢，使得网络相对处于轻载状态。以上3个因素结合起来，使近年来Internet 性能有了很大的提高，甚至可以在Internet上很好地开展电话通信。这一结果表明，IP网络有能力保证业务的服务质量，关键问题是如何来调配网络资源，以满足不同业务对网络资源的需求，进而满足不同业务的不同服务质量要求。

　　“分类服务”是解决IP网中业务的服务质量的核心技术。分类服务的本质是将IP网中的业务分为几类，对每一类业务分配合适的网络资源，以保证该类业务必须的服务质量。实现分类服务技术有4项关键：

　　(1)支撑分类服务的网络。该网络能够按各类业务对网络资源的需求分配相应的网络资源。从另一角度来看，该网络也可看作是一个可以构建若干个全局性资源独立的虚拟专网的网络，每一个全局性资源独立的虚拟专网所需的资源，可以根据业务的数学模型来计算，并予以保证。

　　(2)支撑分类业务网络的边缘接入设备应具有业务分类和对用户使用的业务量进行管理和控制的能力。任何一个商业运作的网络，如要求其能支撑业务的服务质量，则它一定不能依靠用户“自律”来实现，必须要依靠网络设备，特别是网络边缘设备的业务量管理功能来实现。

　　(3)业务的分类有两个方面的问题：其一是应分多少类。这是一个很大的问题，也是决定分类业务成败的关键。由于IP电信网是一个大网，它必须有良好的可扩展性，因此业务类别宜少，一般分为4类即可，最多也不要超过8类。其二是业务的分类在何处实现。目前的业务分类是在用户终端处实现的。对任何一个商用系统，运营商不采取措施，希望通过用户的自律来实现网络的管理和维持网络的正常秩序是不现实的，因而业务分类应在网络运营商可管理的网络边缘节点设备上。

　　(4)网络的节点性能要足够优良。节点的丢包时延抖动性能必须足够好，不会因为网络节点的性能而影响业务的服务质量。

　　从技术层面来讲，实现这4项技术并非很困难，事实上上述许多技术问题已基本解决，目前的问题主要是缺乏统一规划和统一协议，而使“分类服务”技术并没有真正进行下去。

　　服务质量是从业务层面来衡量的，要真正解决服务质量问题，不是只在网络层采取技术措施就可以解决的，而要从应用层到网络层多层联合起来考虑才有望解决。IP网的QoS问题是一个很复杂的技术问题，目前已经有了很好的开头，这一问题应是可以解决的。

　　3.2 IP电信网的安全性和可信任性

　　目前，不少人包括IP领域的部分专家都认为IP网是一个不安全的网，用于一般的信息检索是很好的，但不能用于加载重要的业务数据，不能用来承载重要的商用业务网。因此，目前不仅是电信业务网不敢用公众IP网来承载，甚至大型企业网的业务数据都不敢加载到企业公用IP网上去。

　　IP网是天然不安全，还是另有原因，这是一个值得好好分析的问题。大家先来看一看电信网中的数据网。目前在电信网中的数据网有3个：一个是X.25网，另外两个是帧中继和ATM网。X.25网最早在电信网中应用，并且是具有端到端寻址能力的数据网，银行、证券等高灵敏度、要求高度安全的业务至今仍然加载在其上。帧中继和ATM网这两个公共电信数据网目前也承载着大量要求高度安全的业务。电信用户十分自然地认为，电信的3个数据网是安全的。事实也如此，至今这3个数据网没有发生过严重的安全事故。

　　从技术上来讲，X.25、FR、ATM和IP的技术基础是相同的，都基于统计复用的分组交换技术之上，在很多技术上它们也是很相似的。那么，为什么前三者是安全的网，用户对它们寄予很高程度的信任，而IP则不认可呢，很显然除技术原因之外，还有其他原因。原因在于IP与前三者还是有区别的。IP是采用不面向连接的工作方式工作的，其余三者均采用了面向连接的技术。但这一工作方式的区别不会导致安全性问题。面向连接的工作方式指的是在端到端之间的应用，必须通过信令建立端到端的连接后，才能进行通信；而不面向连接的工作方式是在端到端直接进行通信。对于业务系统来说，端到端之间通信安全性的关键是与端到端之间的信任关系的建立，面向连接是在连接建立之前确定信任关系，不面向连接的工作方式是要在通信过程中确定信任关系，这只是工作方式的不同，或许效率也有所不同，但从安全强度来看，两种工作方式的安全强度是相同的。由此可知，基于分组交换技术的、以不面向连接工作方式的IP网不是天生不安全的，而是另有原因。原因即是管理机制和网络设计理念导致了它的不安全性。

　　IP网最成功的范例是Internet，目前的电信级IP网也只是简单照搬、基于Internet理念的IP网。Internet的理念是：IP网只需尽可能向用户提供一个自由方便的工作平台，网络应尽可能不干预用户的工作，除为了维持网络的生存收取一定的网络接入费，为此有一定的用户鉴权等管理机制外，其余的事情网络运营者一概不管。长期以来，Internet专家总是宣称Internet是一个不管理的网，是Internet的这种不管理性和自由开放才使其快速发展。但也正是因为网络的无序和不管理，导致了网络的不安全性和不可信任性。因此，解决IP网的安全问题，首要切入点是从管理入手。网络运营者必须对IP网络的管理负责，网络运营者必须采用一切技术措施来确保网络的安全性和可信任性。

　　3.3 IP电信网的商业模型及其相关技术

　　商业模型是由技术支撑的，不同的商业模型导致了不同技术的产生。Internet是从军网、科研网逐步发展过来的。从本质上来讲，Internet的设计理念是一种非赢利性的系统体系设计理念，最典型的例子就是引起Internet爆炸性发展的Web设计就是非赢利性的，电信运营商是无法通过经营Web业务而据此赢利的。Internet泡沫的出现，以及泡沫破灭后带来的产业的大滑坡，当然是与炒作有关，但最本质的还是技术因素，因为Web是一种不可赢利的技术，要用一个不能赢利的系统赚钱，除了炒作外别无它路可走。“.COM企业”的大量倒闭，网络企业的相继破产，其根源是商业模型及其相关的技术问题。

　　电信网的商业模型是电信运营商最为关心的问题。一个不能赢利的网，一个赢利能力不足的网，一个在运营过程中不能使自身经营得到维持、并且有足够利润去进一步发展的网是不可能被运营商接纳的。因而IP电信网的商业模型也是一个极为关键的技术。

　　IP电信网的商业模型构成如下：

　　第1个层面是出售网络基础资源，如带宽、流量、虚拟专网等。这是电信运营商可获得最小增值量的层面，这相当于在石油工业体系中买原油的情况。显然，这是利润最低的部分。第2个层面是出租业务平台，这是电信运营商在它的基础网络之上，增加了一系列管理系统构成了电信运营商出租的业务平台。电信运营商出租业务平台与邮政向社会提供刊物发行渠道是同类的概念。业务拥有者借助电信业务平台得以扩大用户量，并从繁重的商务活动中摆脱出来，电信运营商则可借助业务平台获得进一步的增值利润。第3个层面是电信运营商提供业务及增值业务，这是电信运营商价值链上最高的一个层面，也是电信运营商目前主要的赢利点。这类业务中最典型的是电话，目前电信运营商的主要收入即来源于此。

　　这3个层面是电信运营商必须关注的，也是绝对不会放弃的。必须指出的是，这3个层面商业模型是需要不同技术支撑的，而且3个层面有很强的技术关联性。

　　Internet显然没有这样的商业模型，Internet是业务与承载分离的典型。ISP、ICP(因特网业务提供商)互不相关，所涉技术也互不关联。因而从技术上讲，基于Internet理念的IP网是无法完成电信网的商业模型的。

　　很显然，电信网的商业模型的实现要从IP网的体系结构和业务网的体系结构来考虑，要从全局出发。传统电信网在这方面有很好的可供借鉴的经验与技术，因而必须要跳出Internet的理念，用新的思路来设计IP电信网的商业模型。

　　3.4 业务网体系的赢利模型

　　从上述分析可知，电信网的商业模型分3个层次，这3个层次是从第1层出租初级的基础资源产品到第3层出售高级服务产品。从任何一个行业来看，初级产品处于价值链的最底层，是最不可能获利的，或者是只能获得很少的附加值；处于价值链最上层的产品是利润最大的产品，也是最大赢利点，因而各行业都非常看重高级产品层面。对电信来说也不例外，从实际情况来看，目前电信网的主要收入是电话业务收入，电信运营商在仍大量开发新业务，在满足用户需求的同时为自身创造最大的利润，这是电信的经营理念。因而，业务对电信来说具有极端的重要性。

　　不同的业务网体系，其赢利能力是不同的。有的业务网体系是根本不能赢利的。一般来说，Internet业务大多缺乏赢利能力，这实际上是与它的业务系统设计理念密切相关的。Internet的业务设计理念是业务系统的智能放在边缘，甚至在用户的终端处，网络业务系统只有极少的智能；业务系统管理智能也是如此，业务网管理智能也尽量在边缘用户处，而不在运营者能管理和控制的节点设备上，这种业务设计思路必然导致业务系统难于赢利。当然，从另一方面来看，运营者对业务网的管理智能过弱，将导致运营者无法了解业务网的服务状况，无法对业务实行有效的管理和控制，当然更无从提供必要的售后服务和进一步改善服务质量，这样的技术对于用户也是不利的。

　　Internet中最重要的Web业务就是一种赢利能力很差的业务，特别对电信运营者来说。中国电信在169网建设中曾对Web业务的赢利方式作过大量研究，得出的结论是：Web技术是无法使电信运营商通过经营Web业务而获利，电信运营商只能通过收取“买路钱”这种最低级的赢利手段来获利。可以类比，SIP phone(会晤启动协议电话)也会存在同样的问题，问题也是业务系统的设计理念，智能过分集中在边缘或终端的系统是无法进行商业经营的。在电信网中，业务管理层面的智能必须存在于由运营商直接管理的节点中，只有这样，运营者才可能从经营中赢利并获得发展，形成良性的产业循环，否则只能是泡沫。当然，这样说并不意味着Internet的业务都不可用，必须去创造新的业务，而是说业务模型必须进行改造，以适应电信运营的需要。当然也会有一些业务设计完全违背产业经营的基本要求，则其将完全被抛弃，或需要作重大改进。

　　总的来说，电信运营商在设计业务系统时必须考虑运营特色，经营性业务与非赢利性业务设计是有很大差异的，这是一个巨大的差别。目前，绝大部分电信运营者都忽视这个差别，这个问题极为重要，搞不好会带来灾难性的后果。

　　4 结束语

　　IP网到底有无能力来综合全部的电信业务，综合全部电信业务的IP网是否一定会很复杂？在对技术作深层次的研究后，上述两个问题的答案是明确的：IP网的确拥有综合全电信业务的能力，而且仍能保持简单、高效的特色。当然，能够综合全部电信业务的IP网不会再是基于Internet理念设计的；而且，它一定不会用复杂技术来实现业务的综合。如果人们注意到光传输技术高速发展和传输价格大幅下降的特点，用粗放的资源管理技术就完全可以实现多业务综合提出的全部资源要求，而且可以在不增加系统的复杂性、不提高系统的综合成本的基础上，完成全业务在IP网上的综合。

　　IP电信网的技术关键问题不是不可逾越的，有相当技术业已存在，运营商和设备制造商及科研院所也曾考虑过，也有一些解决方案，只是还比较零乱和分散，形不成定论。虽然说还有大量技术工作要做，但总体上来说并不是遥不可及的，这些问题是可以在近期解决的。

　　从目前的情况来看，下一代电信网的发展和建设需要政府的产业引导和支撑，政府引导产业方向的作用是巨大的。政府引导产业发展也是世界上各发达国家政府非常关注并投入巨大力量的工作内容。下一代电信网是机遇也是挑战，产业界期盼着政府的引导和支撑。

　　


编辑概况：
　　蒋林涛，信息产业部电信传输研究所总工程师。1970年毕业于清华大学无线电系，1982年获清华大学电子工程系数据通信专业工学硕士学位。国家“863”通信主题多媒体专业专家组第一、二、三届成员。1992年获国务院颁发的政府特殊津贴，1996年获“中华人民共和国有突出贡献的中青年科学技术专家”称号。现从事通信标准的制订工作。