典型网络体系结构的比较分析1（文章字数超过限制多分页 [复制链接]

wochina

军衔等级：

少将

发表于 2008-1-11 14:03:00 |显示全部楼层

摘 要 对
现有互联网、电信网的网络体系结构及目前已经提出或试验的新型的网络体系结构，从需求变化、设计理念、结构模型、功能分布、传输模式、编址与命名、寻址与
路由、服务质量保证方式、网络安全性、可运营可管理能力、业务支撑能力及其对应的商业模式等方面进行比较分析，从而明确这些网络体系结构的主要特征和根本
区别，为未来网络体系结构的研究打下基础。
关键词 体系结构 设计理念 结构模型 功能分布 编址命名 寻址路由
<op> </op>
<op> </op>
1 互联网的体系结构<op></op>
 (1)需求变化：互联网最早是为了军事和科研而产生的，其目的是在传输链路不可靠的情况下，通过网络的自组织特性(后来的路由协议)，实现网络的端到端可达，从而支撑文件传输等非盈利性应用。现在互联网体系结构形成时的技术条件和应用需求已经发生了很大变化。最初的互联网设计出现在30年以前，那时个人电脑和局域网络尚未出现，光纤技术也尚在实验室内，跨国的商用链路只有50kbit/s，用户是少数精英，而且只能使用文本界面。如今终端智能越来越高、应用面向普通大众、传输链路已经达到T级，
而且接人手段多样。技术条件和应用需求的变化势必要求互联网的体系结构也相应进行调整，但是遗憾的是，互联网的体系结构自从确立到现在没有发生根本性的变
化，针对出现的不同需求，采用了渐进性的修补策略，一些功能和技术在原有体系结构上进行堆积，从而使得原本十分简洁清晰的网络结构变得越来越复杂，尤其是
在NAT等MIDDLEBOX技术、IPr4／6技术出现以后，在对服务质量、网络安全、可运营可管理等方面的需求不断迫切的情况下，传统互联网的网络结构也面临深度调整甚至变革的问题。
 (2)结
构模型：传统互联网在网络结构方面采用“云图模型”，网络简单的分为核心和边缘。整个网络是扁平的，所有网元基本处于同一层次。这种模式对于网络的扩展性
和灵活性有很大好处，但是同时也带来了一些问题，如网络功能的增加需要所有网元的配合，这在最早的路由协议实现中得到反应，路由协议的升级需要所有路由器
均要同时升级，而这在一个扁平化的网络中是不现实的。针对这些问题，后来提出了网络区域的概念，通过划分区域实现内部路由协议和外部路由协议的区别，从而
使得不同区域的路由协议可以分别升级，减少了网络之间的耦合性。
 (3)功
能分布：互联网采用了“层次化”的功能模型，通过功能层次的划分来实现功能的聚集和模块化，上下层之间通过标准定义的服务接口来实现服务和被服务的关系。
这种层次化的模型简化了网络设计，同时也给网络实现提供了较大的自由度，只要保证功能接口不变，层次内、模块内的功能可以自由调整。
 (4)传输模式：互联网采用了分组交换方式，分组交换方式可以很好地支撑多路统计复用，提高网络带宽的利用率。在互联网中采用的是不定长的分组，这在提供了业务数据封装的灵活性和封装效率的同时也给网元对分组的处理增加了难度，使得一些功能不能通过硬件来实现。
 (5)编址与命名：互联网中网元是采用全局命名规则的(当然其中保留了私有地址空间)，这是实现网络端到端透明性的基本需求。另外，互联网中网络标识和身份标识是合一的，即IP地址既表示网络位置也表示用户在网络中身份，这种限定性使得互联网对于移动性支撑能力先天不足，尽管目前出现了一些解决移动性的方案，如MobileIP和动态DNS等，但是实现起来难度较大，这种实现的不便是由互联网的编址与命名方式所决定的。
 (6)寻
址与路由：互联网的寻址和路由方式是和网络的扁平化、编址的全局化和网络的自组织性来决定的。由于在路由协议设计之处，网络传输链路是不可靠的，因此要求
网络能够在出现局部故障的时候，智能的发现新的通路实现网络的可达性，从而使得网络表现出自组织的智能。这种网络自组织特性对寻址性能是有影响的。现在网
络环境已经发生了很大变化，传输链路的故障率很低，网络通路自组织特性和寻路性能之间需要权衡。在未来网络中是否采用这种全局寻址、通路自组织技术是值得
深入研究的，而寻址和路由方式是决定未来网络体系结构的核心要素之一。
 (7)服
务质量保证方式：传统互联网是不提供服务质量保证的，或者说只提供“尽力而为”的服务质量保证方式。由于目前一些实时性业务的开展对互联网服务质量提出更
高的要求，因此在互联网上实现服务质量保证是非常困难的，这是由互联网对业务数据的“无记忆传输”特性所决定的，传统互联网希翼网络中保存的状态越少越
好，网络逻辑越简单越好，业务数据是透明传输的，网络基本不保存和业务数据相关的信息(路由信息除外)。互联网服务质量保证的实现需要对互联网的核心理念进行修改、究竟怎样修改、如何保证后向兼容性和互联网的简单特性、如何在简单性和服务质量保证之间找到平衡点等问题均是未来网络体系结构中的研究重点。
 (8)网络安全性：网络的端到端透明原则是互联网的核心理念之一。网络终端可以访问网络中的任何一个网元或者其它网络终端，这种特性对于保证互联网的通达性有着重要的作用，但是对于网络安全有较大影响。网络安全性应该在体系结构层面进行保证，是体系结构的重要内容。
 (9)可
管理能力：由于互联网是自组织性很强的网络，每个网元只需完成存储转发功能，一般来讲，对于网络其它部分的状况是不关心的。因此用于互联网的路由器和交换
机的网络管理系统基本上是“各自为战”的，是网元级别的，并不是网络级的。这给网络的运行和维护带来不便。在未来网络中，要能够提供对网络所有设备的统一
管理，不但包括网元级管理，而且包括网络级管理和业务层面的管理。
 (10)业务支撑能力：由于在互联网中采用了分层结构，网络和业务是分离的，即利用同一个IP网络可以支撑多种业务，这是IP技术受到青睐并被普遍认为是下一代网络基础协议的重要原因。但是正如前面所分析的那样，由于IP技术最早是在互联网环境中产生并为其服务的，因此其在服务质量、安全、可管理性等方面存在着许多不足，也导致了其在为业务提供的不同网络环境方面还存在较大的局限性。未来网络应该为业务提供在服务质量、安全等方面有差异性的网络环境，从而提供各种个性化应用。
 (11)对应的商业模式：互联网中由于IP网
络的端到端透明性、网络与业务的分离，业务智能主要在网络终端上实现，用户可以自主完成整个业务逻辑，而不需要运营商的参与，这样运营商只能通过提供传输
通道等“低级工作”来获取少量利润，没有对业务的控制能力也就不能实现一些高附加值的业务，难以形成合理的盈利模式，最终会阻碍互联网的发展。目前，互联
网持续发展的资金来源问题正普遍受到各方的关注，因此探索新型的、良性的业
务运营模式是一个十分紧迫的研究课题。
2 电信网的体系结构<op></op>
 (1)需求变化：传统电信网络只有话音业务的需求，因此网络结构是按照电话业务的需求而专门设计的。随着数据业务的出现和增长，在电信网络中出现了许多种分组交换技术，如X．25、帧中继、ATM等，这些技术各有特点和应用局限性，目前IP技术在电信网络中的应用范围越来越广，一时间“电信网络的IP化”成为了流行的口号。目前，越来越多的专家认识到IP技术在电信网络中的应用在带来诸多好处的同时，也由于IP技术的固有问题，如服务质量、安全、可管理性、移动性等，使得电信网络在应用IP技术后遇到了许多困难。一种利用传统电信网络理念来改造IP技术的呼声正逐步受到重视。越来越多的技术人员认为如果未来在电信网络中应用的分组交换技术是IP技术的话，其也一定不是现在技术水平上的IP技术，而是洗尽互联网铅华以后的、经过电信网理念改造的、更适应电信网络业务需求的IP技术。
 (2)结构模型：传统电信网采用的是“树状模型”，传统电信网络是严格分层的，网络不是扁平化的，处于不同层次的网元在网络中的功能和作用有较大差别。传统电，话网中分为C]-C5局，这些局之间是层次关系。
 (3)功能分布：传统电话网络中业务和网络是不分开的，但是随着数据业务的开展，尤其随着IP技术在电信网络中的应用，电信网中网络与业务的分离趋势明显。业务和网络的分离在带来诸多好处的同时，也增加了运营商对业务的控制难度，而运营商正是通过对业务的控制来获得增值利润的。
 (4)传
输模式：传统电信网中采用的电路交换技术，随着数据业务的开展，在现有电信网络中电路交换和分组交换技术并存，可以理解为一个正处于过渡时期的网络。在各
个过渡时期，电路交换技术和分组交换技术的并存有两种方式，一是一些业务利用电路交换、另一些业务利用分组交换，两者是不交叉的；另一种方式是在网络边缘
利用分组交换技术，充分发挥分组交换统计复用的高性能，而在网络核心利用电路交换技术，实现大颗粒数据的时分复用，保证骨干网的性能和传输效率。
 (5)编址与命名：采用层次化编码方式(E．164)。
 (6)寻址与路由：传统电信网络中寻址和路由基本是静态的，而且是局部的。在交换机上配好数据以后，不同层次的交换机只需看不同位置的电话号码进行链路建马上可，而不需要动态建立路由数据和全局路由，即寻址只需要在同一网络层次中进行，并不需要全程搜索，寻址具有局部特性。
 (7)服务质量保证方式：传统电信网络中电话是主要的应用，而电话是基于电路交换的，在通话之前要通过信令建立一条专用的虚拟电路，只要电路能够建立起来，在电话过程中电话的服务质量均是有保证的。
 (8)网络安全性：在传统电信网络中的用户终端只能在运营商的控制下访问其它用户终端，而不能对运营商网络中的任意网元(程控交换机)进行访问，即在传统电信网络中存在UNI，NNI和SNI接口的区别，用户只能看到UNI接口，而NNI接口以上部分，尤其是SNI接口以上的部分，完全由运营商来控制。也正是利用这一点，运营商实现了对用户的控制，也可以保证网络的安全性。
 (9)可管理能力：传统电信网络中，未来提高对网络的管理能力，在网络管理方面不但包括网元管理，而且包括网络管理，甚至包括业务层的管理。
 (10)业务支撑能力：由于传统电信网络是针对电话业务而设计并优化的，其对其它业务的支撑能力较弱，因此为了支撑新业务，在初期基本采用了一个业务一个网的建设模式，但是随着业务种类的增加，这种方式的弊端(管理难度、维护难度、建设成本等)很快暴露出来，最理想的方式是利用一个网络来承载所有业务，这样不但可以节约建设成本，而且在管理维护方面也会带来一些好处，因此从上世纪八十年代开始人们向着这个目标开始了长期而艰辛的探索。ISDN，B-ISDN，FR，ATM等技术纷纷登场，又很快消落，直到在互联网领域取得成功应用的IP技术走入电信网以后，一些乐观的专家认为终于找到了合适的技术，但是随着IP技术在电信网络中的快速渗透，IP技术也暴露出了许多问题，因此人们在关注