關鍵詞 Internet 體系架構 IP電信網 端到端的透明性
1、IP化的趨勢不可阻擋
人們對于采用綜合技術，將數據、語音和視頻等業(yè)務“一網打盡”夢想的追求從來都沒有停止過。從20世紀80年代的綜合業(yè)務數字網(ISDN)技術，到90年代的基于異步傳輸模式(ATM)的寬帶ISDN，直到現在的IP+MPLS(多協(xié)議標記交換)技術等。在這一過程中，雖然在技術選擇上屢戰(zhàn)屢敗，但卻屢敗屢戰(zhàn)，對融合目標的追求從來都沒有動搖過�，F在的問題不是要不要融合，而是采用什么樣的技術和方式融合的問題。
在21世紀初，IP技術徹底擊敗ATM技術，成為業(yè)界普遍看好的下一代網絡(NGN)的承載技術。但IP最初設計以盡力而為(best effort)的方式工作，用于教育和科研目的，因此面臨著服務質量(QoS)、安全和商業(yè)應用等問題。雖然將IP技術“電信化”的工作已經進行了數年，但效果并不理想。比如在QoS方面，一直沒有能夠找到一種經濟合理的解決方案：輕載方式成本過高，流量規(guī)劃困難；InterServ/RSVP模型需要在網絡中保留狀態(tài)信息，擴展性不好；DiffServ模型無法嚴格保證QoS；流量工程技術過于復雜。
近年來，雖然IP技術在數據通信領域的應用范圍繼續(xù)擴大，但業(yè)界一些人開始對IP技術是否能夠滿足下一代網絡所期望的“電信級”服務的要求產生了動搖。筆者以為：之所以選擇IP，并非IP技術就比別的技術先進多少，而是諸多原因綜合的結果：
2、Internet架構核心：端到端的透明性
IP技術最成功的應用就是Internet。RFC3439等所描述的“端到端的透明性”是Internet少有的、一直堅持的體系架構的核心設計理念。所謂端到端的透明性，就是在TCP/IP的設計中，將Internet系統(tǒng)中與通信相關的部分(IP網絡)與高層應用(端點)分離，最大限度地簡化網絡的設計。在有些文獻中也稱其為“沙漏”模型，如圖1所示。
圖1 Internet的“沙漏”模型
Internet“端到端透明性”原理的設計基礎(假設)是：
但與設計IP時的30多年前相比，目前無論是IP所面臨的技術環(huán)境、商業(yè)環(huán)境、社會環(huán)境還是政策環(huán)境，都發(fā)生了翻天覆地的變化。這些變化導致IP技術面臨嚴峻挑戰(zhàn)。
IP誕生時還沒有個人計算機(PC)和局域網(LAN)的概念，光通信技術還沒有走出實驗室，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，計算規(guī)模也不很大。另外，IP設計用于教育科研，根本沒有商業(yè)化使用的考慮。政策層面，IP所面對是壟斷政策下的電話通信，對IP沒有任何政策要求(限制)。
但現在，通信速率已經是當時的100萬倍以上，出現了多種無線通信方式，PC和嵌入式計算已經無處不在。其次，IP已經走向了商用，用戶群和社會環(huán)境發(fā)生了很大的變化，相關的通信政策也已經由壟斷走向了自由競爭。雖然IP以其頑強的生命力適應了很多變化和挑戰(zhàn)，但在商用模型、QoS、安全和網絡管理等方面卻步履艱難，根本原因在于Internet“端到端的透明性”體系架構已經無法適應“商用化”和“用戶群”的變化。
3.1 商用化
20世紀90年代出現的互聯(lián)網服務運營商(ISP)，標志著Internet從教育科研走向了商業(yè)化應用。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的Internet讓ISP能夠提供的業(yè)務只能是“比特管道(bit pipe)”，而同時ISP又必須投入大量的人力、財力和物力在Internet上，這在經濟學上是一個悖論，導致我們已經看到的前幾年大量的ISP破產或被兼并，嚴重損害了競爭環(huán)境，也降低了ISP對Internet的投入。
這樣發(fā)展下去的結果無非有兩個：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，而是利用所謂的“中間體”(middlebox)技術對其IP網絡進行控制，提供利潤更高的、差異化的、用戶可見的其它應用以增加收益，但這是以破壞Internet端到端的透明性的核心設計理念為代價的。
3.2 用戶群的變化
對IP造成嚴峻挑戰(zhàn)的另外一個重要變化是用戶群。Internet最初是由具有共同愛好的彼此信任的技術專家設計開發(fā)的，并且是由科研團體或政府研究機構管理下的非商用網絡。可以說Internet最初只是為了在一個關系密切的社區(qū)內多臺電腦之間的相互通信設計的，因此Internet的用戶彼此之間相互信任是其非常重要的一個設計假設。
如今隨著Internet規(guī)模和用戶數量的日益增加，Internet已經演變成了在一個開放的社區(qū)中任何人相互之間的通信方式。這個社區(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、共享與版權保護等，但假設用戶相互信任的Internet“端到端透明性”設計原則方便了安全攻擊、病毒和其它有害信息的傳播。最后，現在的Internet用戶已經從原來的技術人員發(fā)展到不懂技術的普通用戶，用戶希望Internet終端像電話終端那么“傻”和容易使用，導致智能性被迫從終端向網絡中遷移。
4、IP電信網體系架構：從疊加模型到集成模型
IP技術是目前最被看好的網絡層技術，而以太網技術是目前最被看好的鏈路層技術，這里做一個簡單的類比。
以太網最初設計用于局域網(LAN)范圍內，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制(CSMA/CD)解決設備之間競爭總線的問題。經過30多年的發(fā)展，現在的以太網技術已經發(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(MAN)和廣域網(WAN)，而且增加了流量控制、優(yōu)先級、VLAN和生成樹協(xié)議等內容。經典的CSMA/CD技術已經被拋棄，取而代之的是交換式以太網。
雖然以太網技術從誕生之初到現在已經發(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”，是因為有兩點一直沒有改變：一是幀格式，二是MAC地址分配的惟一性。換言之，為了適應不同的工作環(huán)境和要求，適應承載電信業(yè)務的需要等，除了以太網幀的封裝格式，其它的已經發(fā)生了非常大的改變，尤其是以太網的交換路由機制已經不復存在。
對比以太網的發(fā)展史，IP電信網可能的發(fā)展思路有三條：(1)繼續(xù)沿用Internet的架構和已有IP技術，在現有架構和技術基礎上，增加對QoS、安全和運營等的支持，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系不大的技術，最小限度地“IP化”；(3)進行取舍，將二者有機地結合起來。
傳統(tǒng)電信網和Internet都取得了巨大的成功，但二者采用了不同的、甚至矛盾的設計理念。IP中的很多技術，或者是IP電信網所不希望的，或是沒有必要的。但筆者以為，非常令人遺憾的是目前國內外對IP電信網的研究思路似乎都是在走第一條道路。將電信領域希望的一些功能要求簡單地“疊加”到現有的IP和Internet架構上去，否定傳統(tǒng)電信中一些仍然非常行之有效的技術，或者因為Internet存在的問題而一味否定IP技術的做法，并不科學。筆者將這種模式稱為“疊加模型”。
而IP電信網應走第三條道路，即筆者所謂的“集成模型”。構建IP電信網不應該是簡單地在現有的IP之上增加業(yè)務控制、QoS和安全機制等，而是要更新Internet的設計理念�，F在要做的是改變思路，研究如何根據IP技術和傳統(tǒng)電信技術各自的特點，根據商用的需要，從體系架構開始重新考慮，先對IP技術做“減法”，去掉不適合商用的東西，再做“加法”，增加必要的機制，將二者真正有機地緊密“集成”起來，而不是簡單地“疊加”起來。
