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新一代互联网 关键技术及其应用

新一代互联网 关键技术及其应用. 王兴伟 东北大学. NGI 的由来. Internet 的出现和发展 Internet 创始于 1969 年 最初是由美国国防部高级研究计划局（ DARPA ）建设的军用网 ARPANET 70 年代， ARPANET 已经拥有了几十个计算机网络 1982 年， TCP/IP 被 DARPA 接受并认可 1983 年， ARPANET 被划分为两部分－ MILNET （军用）和 ARPANET （民用） 1988 年，由美国国家自然科学基金会（ NSF ）建立的 NSFNET 取代 ARPANET 成为 Internet 的主干网

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新一代互联网 关键技术及其应用

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Presentation Transcript

  1. 新一代互联网关键技术及其应用 王兴伟 东北大学

  2. NGI的由来 • Internet的出现和发展 • Internet创始于1969年 • 最初是由美国国防部高级研究计划局（DARPA）建设的军用网ARPANET • 70年代，ARPANET已经拥有了几十个计算机网络 • 1982年，TCP/IP被DARPA接受并认可 • 1983年，ARPANET被划分为两部分－MILNET（军用）和ARPANET（民用） • 1988年，由美国国家自然科学基金会（NSF）建立的NSFNET取代ARPANET成为Internet的主干网 • 1989年，ARPANET被撤销，Internet正式从军用转为民用

  3. NGI的由来 • Internet的出现和发展 • 当今的Internet规模巨大 • 到2012年4月，全球网民22.7亿，占全球总人口数的1/3以上，发达国家每百人网民比例超过70% • 到2012年3月，全球活跃网站约6.44亿个 • 仅在中国大陆，到2012年6月，网民5.38亿，互联网普及率39.9 % ，其中，手机网民3.88亿，微博用户1.7亿

  4. NGI的由来 • NGI的提出 • 现有的Internet基于IPv4 • 用户数量不断增长，新型应用不断涌现 • 用户在地址空间、服务质量（Quality of Service, QoS）支持、移动支持以及安全支持等方面提出更高要求 • IPv4的不足逐渐显现，促使人们展开对下一代互联网（Next Generation Internet , NGI)的深入研究

  5. NGI的由来 • NGI的提出 • 对NGI的需求和基本特征有了一些基本共识 • NGI应该比Internet“更大、更快、更及时、更方便、更安全、更易管理和更有效益 ” • 更大 • NGI将逐渐弃用IPv4协议而启用IPv6协议 • IPv6地址空间巨大，支持的联网规模几乎无限 • 更快 • NGI将比现有的Internet传输速率提高1000倍以上

  6. NGI的由来 • NGI的提出 • NGI应该比Internet“更大、更快、更及时、更方便、更安全、更易管理和更有效益 ” • 更及时 • QoS • 组播 • 更方便 • 支持更加方便快捷的接入方式（如移动接入） • 更安全 • 安全可信

  7. NGI的由来 • NGI的提出 • NGI应该比Internet“更大、更快、更及时、更方便、更安全、更易管理和更有效益 ” • 更易管理 • 可管可控 • 易于重组和重构 • 更有效益 • 要有好的经济模型，形成好的盈利模式 • 改变目前基础网络运营商投资巨大、盈利甚微乃至亏损而增值业务开发商投资少、盈利丰的局面

  8. NGI的由来 • 国外NGI的相关研究 • 1992年美国提出“信息高速公路” • 2002年美国Internet2和欧洲GéANT实现5Gbps高速互联 • 2005年美国启动两项NGI研究计划 • FIND(Future Internet Design ) • 满足未来15年社会需求的新型网络 • GENI (Global Environment for Network Innovations) • 崭新的、高安全的、能够连接一切设备的互联网 • 2007年欧盟启动FIRE项目 • 未来互联网研究和实验（Future Internet Research and Experimentation）

  9. NGI的由来 • 国外NGI的相关研究 • 2010年美国启动FIA(FUTURE INTERNET ARCHITECTURE )研究计划 • Named Data Networking • MobilityFirst • NEBULA • cloud-computing-centric network architecture • XIA(eXpressive Internet Architecture) • security issue

  10. NGI的由来 • 国内NGI的相关研究 • 20世纪90年代后期开始，中国启动了一系列与NGI研究有关的计划 • 教育部建设了CERNET-IPv6试验网 • 国家自然科学基金委员会资助建设了中国高速互联研究试验网络（NSFCNET） • 863计划支持了高性能宽带信息网 3TNET等重大专项 • Tbps级的路由、交换、传输 • 中科院组织“IPv6关键技术以及城域示范网 ” • 原国家计委组织“下一代互联网中日IPv6合作项目”

  11. NGI的由来 • 国内NGI的相关研究 • 2003年CNGI正式启动 • 中国NGI示范项目（China Next Generation Internet） • 6个主干网

  12. NGI的由来 • 国内NGI的相关研究 • CNGI-CERNET2是CNGI中唯一的学术网，也是其中规模最大的主干网 • 2004年3月CNGI-CERNET2试验网开通并提供服务

  13. NGI的由来 • 国内NGI的相关研究 • 2008年建成100个IPv6高校驻地网，IPv6用户约30万 • 2008年获得国家科技进步二等奖

  14. 中国电信 北京 西安 南京 上海 长沙 杭州 广州

  15. 中国网通/中科院 长春 沈阳 北京 兰州 上海 成都 广州

  16. 中国移动 北京 上海 武汉 深圳

  17. 中国联通 北京 济南 成都 郑州 上海 昆明 广州

  18. 中国铁通 沈阳 北京

  19. CNGI－CERNET2 沈阳节点 • CNGI－CERNET2主干网沈阳节点由东北大学承担建设 • 与清华大学核心节点等互联形成CERNET2主干网 • 沈阳节点部署了高端IPv6核心路由器3台 • 基于IPv6部署了Web服务、DVTS（高清晰视频传送系统）、CGAG （访问网格系统）等应用 CERNET2沈阳节点机房

  20. NGI的关键技术 • QoS • 服务性能的聚集效应，表示用户对服务的满意程度 • 既是主观的(QoE,Quality of Experience) • 也是客观的 • 主要QoS参数 • 带宽 • 延迟 • 延迟抖动 • 出错率

  21. NGI的关键技术 • 组播 • 单播（unicast）一对一 • 组播（multicast）一对多 • 泛播（anycast）一对多，但只要求一个接收方收到即可 • 广播（broadcast）一对所有

  22. NGI的关键技术 • 网络管理 • 配置管理 • 故障管理 • 计费管理 • 性能管理 • 安全管理 • QoS管理QoE

  23. NGI的关键技术 • 网络与信息安全 • 网络安全－保护网络免受攻击或者在遭受攻击的情况下依然正常运行 • 信息安全－保护信息免受攻击或者在遭受攻击的情况下依然保持完整无误 • 形势严峻 • 2011年上半年，中国大陆 • 遇到过病毒或木马攻击的网民2.17亿 • 有过帐号或密码被盗经历的网民1.21亿 • 遇到过网上消费诈骗的网民0.388亿

  24. NGI的关键技术 • 网络与信息安全 • 实体安全 • 运行安全 • 数据安全 • 内容安全 • 真实性、机密性和可用性

  25. NGI的关键技术 • 网络与信息安全是复杂的系统工程，必须技术与管理并举，从一定意义上讲管理甚至重于技术 • 网络与信息安全必须坚持标本兼治，综合治理 • 完善相关立法 • 加强网络法律监管 • 加快网络与信息安全技术开发研究 • 开展网络道德教育 • 深化国际交流合作 • 建立长效监管机制

  26. NGI的关键技术 • 光网络－高带宽 • 移动与无线网络－便捷接入 • 空间网络－全球全域覆盖 • 可信网络－用户放心 • 认知网络－简化组织与管理

  27. NGI的关键技术 • 光网络－高带宽 • 波分复用WDM（Wavelength Division Multiplexing） • 在发送端通过复用器将两种或多种不同频率（波长）的光载波信号复合在一起并耦合到同一根光纤中进行传输 • 接收端通过解复用器将各种不同频率的光载波信号分离，然后再由光接收机作进一步处理以恢复原始信号

  28. NGI的关键技术

  29. NGI的关键技术 • 密集波分复用DWDM（Dense WDM） • 信道间隔较小 • 可以实现波长间隔为纳米级甚至次纳米级的复用 • 大容量／超大容量主干网

  30. NGI的关键技术 • 稀疏波分复用CWDM（Coarse WDM） • 载波通道间距较宽 • 一根光纤上通常复用2到16个波长 • 在提供一定数量的波长和100公里内的传输时，系统成本低（只有DWDM系统的30%），非常适合城域网 • WDM在单纤波长信道数、单波长传输速率、全光传输距离均取得巨大突破，已经成为最佳的网络扩容方式之一，得到广泛应用

  31. NGI的关键技术 • 发展趋势 • 从点到点WDM传输链路向光传送网（Optical Transport Network, OTN）发展 • 全光网（all optical network） • 信号只在进出网络时才进行电光和光电转换，而在网络中传输和交换的过程中信号始终以光的形式存在

  32. NGI的关键技术 • 移动与无线网络－便捷接入 • 移动IPv4/IPv6 • 无线局域网WLAN • 移动自组网MANET • 无线传感器网络WSN • 无线网状网WMN

  33. NGI的关键技术 • 移动自组织网络（Mobile Ad hoc NETwork, MANET） • 由一组配备无线收发装置的移动终端组成的多跳临时性自治系统

  34. NGI的关键技术 • 应用场景 • 军事应用 • 车辆网络(VANET) • 紧急事故、灾难救援和临时场合 • 商业应用

  35. NGI的关键技术 • 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）由部署在监测区域内的大量微型、廉价、低功耗的传感器节点组成，通过自组织方式形成一个多跳的网络系统，目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者 • 2D、3D • 三个基本要素 • 传感器 • 感知对象 • 观察者

  36. NGI的关键技术 • WSN应用领域 • 军事应用 • 环境监测和预报系统 • 医疗护理 • 智能家居 • 工业控制及安全监测 • ……

  37. 入河水质监测 河道水情监测 精准农业灌溉监测 传感器部署

  38. NGI的关键技术 • 无线网状网（Wireless Mesh Network，WMN ）由节点通过无线互联组成 • 节点分成网状路由器（Mesh Routers，MR）和网状客户机（Mesh Clients，MC） • WiMAX 无线网状网 无线网状网

  39. NGI的关键技术 无线网状网 无线网状网

  40. NGI的关键技术 • WMN对很多应用来说是一项非常有前途的无线技术 • 宽带家居联网 • 小区联网 • 单位联网 • 城域网 • 运输系统 • 楼宇自动化

  41. NGI的关键技术 宽带家居联网

  42. NGI的关键技术 小区联网

  43. NGI的关键技术 单位联网

  44. NGI的关键技术 城域网

  45. NGI的关键技术 • 运输系统

  46. NGI的关键技术 楼宇自动化

  47. NGI的关键技术 • 空间网络－全球全域覆盖 • 临近空间互联网 • 卫星互联网 • 太空互联网

  48. NGI的关键技术 • 临近空间（Near Space）是指距地球表面20km～100km的空域，位于天空和太空之间，包括大气层最外部的平流层、中间层和部分电离层区域，可称亚轨道或空天过渡区 • 空域范围如图所示

  49. NGI的关键技术 • 临近空间互联网以临近空间飞行器（Near Space Move Vehicle，NSMV）为中心，连接空基、天基、地基，构成空天地一体化的网络平台 • 典型的临近空间飞行器 • 临近空间气球 • 临近空间准静止飞行器 • 临近空间机动飞行器

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