NGN和无所不在的全球互联网(NGI)|中国IT实验室

前言
1995年互联网商业化取得巨大成功，促使电信业从1998年开始了IP化的进程，但是电信业没有接受互联网分布自治的理念和运营模式。
电信运营商按照传统的电信运营模式和要求改造IP网，建立集中控制系统，使之成为可管理、能运营的IP网，并且进一步向NGN演化。2000年互联网泡沫破裂，更坚定了发展可管理的IP网的信念。但是，集中管理的概念削弱或丧失了互联网无所不在的能力，这种可管理的IP网络只能称之为“局部”网，尽管这些网络的覆盖面积可能很大，但是和Internet的公共互联网的概念是绝不相同的。近年来互联网性能提高，宽带业务快速发展，网站开始赢利，互联网生态系统正在形成。互联网公司开始能够提供可以和NGN竞争的业务如互联网电话，挤压其生存空间；而其无所不在在特性和以人为本的思想的基本服务免费(个性化)、增值服务收费的模式代表了未来的发展方向。
目前，实际上已经形成无所不在的全球互联网(NGI)和运营商的可管理的IP网(NGN)并存的局面。目前我国的固网运营商已经将公共互联网和可管理的IP网在物理上分开为两个网络分别管理运营。如中国网通分别使用“CNCMAX我世界”和“CNC connected宽带商务”两个品牌。原小网通的贯穿南北的IP/MPLS网做为可管理的IP网专门为宽带商务服务。中国电信正在建立一张新的IP/MPLS网-ChinaNet2为VIP企业客户服务。原有ChinaNet用于公共宽带业务。目前公共互联网接入和宽带业务收入与可管理的IP网提供的IP-VPN等增值数据业务收入比例大约是2:1。两者之和占电信业务总收入大约百分之十几。
从可管理的IP网到NGN和Infranet
发展可管理的IP网的目的是在使用IP协议的分组网上解决服务质量QoS保证，安全性和可管理性问题，其主要服务对象是中，大型企业，跨国公司，外交和国际组织等VIP用户。他们对服务质量和安全性有很高要求，有使用租用专线的体验。主要业务方式是IP/MPLS-VPN。电信运营商正在使用IP/MPLS整合其传统和IP数据业务。这种具有分类计费和结算能力的可管理的IP网提供了一个开放平台，一个统一的承载网，在此基础上发展各种新的增值业务还需要增加各种增值业务系统。例如要提供多媒体通信业务就需要基于SIP的软交换系统。这样就形成了一个向下一代网络NGN演化的过程。
发展NGN的基本思路是明确的：基于IP技术，引入电信运营理念，为多个业务网络建设一个统一的承载网。为了进行有效的管理控制需要有一个统一的承载控制层，这将成为运营商的专网。在收费模型方面，是对各种业务提供区别服务，基于QoS和使用量计费。
目前NGN正在发展中，有不同方案，一般都是将NGN分为承载、控制和业务三层。边界路由器识别出业务流，通知承载控制层按业务要求控制分配承载网资源保证服务质量，实现资源管理和规划，实现可运营、可管理。边界路由器对业务流进行合法性检查和控制，保证安全性。目前业界主流意见是采用IP/MPLS用于承载网，以移动通信3GPP的基于SIP的IMS为基础发展统一的NGN。实现移动和固定融合。
这种体系结构的问题是其管理控制只在一个运营商的网络内有效，要跨越运营商的边界，需要解决接口标准和结算等一系列问题。这个问题不解决，其使用的有效性将大大降低。应该使不同运营商的可管理的IP网/NGN像PSTN一样能够方便地互通互连，方便结算。
为此，Juniper公司提出“Infranet倡议”(Infranet Initiative)，希望通过设备制造商与运营商合作解决各个运营商IP/MPLS网络之间的互联和结算，实现IP/MPLS网络全球任意到任意应用的功能互连，并保证性能和安全性。Infranet的实施将大大扩大每一个运营商的NGN专网的通达能力，但是在无所不在的渗透能力方面，以及支持P2P方面Infranet还远比不上公共互联网。
可管理的IP网/NGN提供的业务基本上还是原有业务的延伸，基本上没有开拓新的应用和新的运营模式。对于在快速发展、普及的互联网上，已经和正在发展的新应用新业务，如对等连接P2P和传感器网，机-机网络，NGN的体系结构并不能很好胜任。
需要发展具有分布管理能力的NGI，利用互联网做为基层承载网，在其上应用层建立重叠网支持P2P应用和提供分布式管理。
互联网应用新模式--重叠网对等连接P2P应用
近年来互联网上对等连接P2P应用发展迅速，MP3和视频文件共享下载的P2P流已经成为宽带用户流量的主体。基于P2P的即时通信和互联网电话发展迅速，对等广播正在兴起。P2P协同计算和网格方兴未艾。而网络通信的对象正在从人-人，人-机发展到机-机，从家庭网络和传感器/执行器网络到军事上网络中心战的全球信息网格GIG。NGN是从以人-人为主的传统通信模式、体验和需求演化来的，不能有效支持这种概括起来可以称之为无所不在的互联网的新应用新模式。
实现P2P的第一步是在互联网上进行检索，找到拥有有所需内容和计算力的节点的地址，第二步是通过互联网实现对等连接。为了充分发挥互联网无所不在的优势，不能对互联网协议进行任何修改。解决的方法是在基础的互联网上架设一个P2P重叠网。
P2P重叠网分为“无组织的P2P重叠网”和“有组织的P2P重叠网”。两大类。目前在互联网上广泛使用的大多是无组织的P2P重叠网。当今宽带用户流量中一半以上是这种P2P流。而有组织的P2P重叠网目前还处于学术界研究阶段。如Tapestry、Chord、Pastry、和CAN等。正在研究的新一代的P2P应用包括多播、网络存储等都运行在这种有组织P2P重叠网上。
无组织的P2P重叠网已经演进了四代。第一代P2P网络采用中央控制网络体系结构。早期的Napster就采用这种结构。第二代P2P采用分散分布网络体系结构。适合在自组织(ad-hoc)网上的应用，如即时通信等。第三代P2P采用混合网络体系结构。这种模式综合第一代和第二代的优点，用分布的超级节点取代中央检索服务器。目前常用的P2P软件BitTorrent，edonkey和Gnutella等都属于此类。第四代P2P目前发展中。主要发展技术有动态口选择和双向下载。动态口选择。需要发展适应P2P应用的分布式管理系统。
智能节点重叠网和分布式管理
1.发展重叠网络进行互联网的分布式管理的研究
由于现在的互联网的规模已经非常庞大，又分别为不同运营商和机构拥有和管理，要想同步改变体系结构几乎是不可能的。而等待各个子网逐步改变又太慢。解决这些问题的方法是在保持现在的互联网继续工作的同时实现无缝的演进，近年来国际上在研究发展在互联网上重叠网，以进行分布式控制和支持P2P重叠网。与电信业发展具有集中控制的下一代网NGN的思路不同，这是一种分布式的控制管理，保持了互联网分布自治的特性。我们称之为无所不在的NGI，这方面研究工作最突出有代表性的是：弹性重叠网RON、Tapestry和Planetlab。
2.弹性重叠网RON
弹性重叠网RON做为应用层被重叠在现有的互联网选路层上。RON的节点监视互联网路径的机能和质量，根据这些信息决定是直接利用它来传输数据还是通过其他RON的节点。用RON可以减少丢包率，降低时延，提高吞吐量。在几秒钟内发现路径损耗和周期性性能下降并且使之恢复正常。而目前使用的广域路由协议BGP等为此要耗费几分钟。
RON的节点被放置的不同的选路域中，它们之间可以协同工作互相转发数据。因为AS是独立行政管理、配置和选路的，属于不同运营商，很少有共享的内部链路。AS发生的故障彼此之间是独立的。
RON通过主动探测和监视节点之间的链路来发现问题。如果下面互联网的路径是最好的，就使用这路径，不需要其他节点介入。如果下面互联网路径不是最好的，RON将数据转发到其他节点，建立最佳路径。RON的节点间交换路径的质量信息，据此建立包括丢包率、时延和吞吐量等参数的路径质量表，在此基础上通过路由协议建立转发表。每一个RON的节点通过综合主动探针探测和被动观察运行的数据传输，建立路径质量表。
RON的第二个目标是将选路和路径选择与分布应用综合，使之具有根据应用特性来选择路径的能力。在提供多媒体会议业务时可以直接使用RON的数据库透明地构成包括所有参会成员的重叠网，提供低丢包率和时延抖动和高吞吐量。网络管理员可以利用RON路由器在若干个局域网之间构成重叠网，成为“重叠VPN”。这个概念进一步发展成为“重叠ISP”。“重叠ISP”向传统运营商买带宽，通过RON连接不同的传统的ISP的POP点，利用RON的选路机制，可以为用户提供更有弹性和容错能力的互联网业务。
RON的第三个目标是提供框架，以实现管制路径选择的显式路由策略，用来管理网络中路径的选择。RON很容易对数据包进行识别分类，这样就能够实现可接受的使用或强制控制转发速率。
3.Tapestry和PlanetLab计划？有组织的P2P重叠网
(1)Tapestry
Tapestry是一种有组织的P2P重叠网，可扩展的基础设施。通过分布式的目标定位和选路DOLR提供高性能，可扩展和位置无关的选路，使用局部资源将消息送到最靠近的终点。目的是提高效率，减少消息时延和提高吞吐量。
(2)PlanetLab
这是一个全球性的民间的研究计划，建立分布全球的研究实验床，连接各处的智能节点，建立Tapestry分布式的目标定位和选路DOLR网络，发挥类似发展Linux开放源代码的开放合作精神。PlanetLab在全球互联网的主要地区设置智能节点(初期1000个)，连接骨干网，构成分布的虚拟计算环境。这些节点可以实现：异常检测，鲁棒选路，储存内容分发(尽量接近数据源)，数据融合，提供分散在多个独立域的高生存性存储等。而连接这些智能节点的重叠网是重叠在现在的互联网上的，便于扩展演化。构建了上百种可以在该平台上运行的全新服务。智能节点重叠网INON实现无所不在的NGI
本文提出发展统一的智能节点重叠网INON，架构在互联网的顶部，以无缝且持续演进的方式构建，不但可以提供分布式控制，还可以支持P2P等各种的全新应用服务。智能节点重叠网做为一种概念框架可以包容前述各方面的努力，是一种正在发展中的技术。
智能节点重叠网是一个可以支持由多个服务商提供的服务所组成的价值链的开放的、标准化的服务平台。服务可以分为两类。第一类服务是分布式控制。以互联网本身为对象的服务。这些基础设施服务将监控并解决诸如容量、可靠性、QoS和安全性等问题。第二类是用户P2P应用服务，以及为用户服务的基础设施。如网络存储、内容分配、P2P检索，对等广播等。
1.智能节点重叠网络的原理和构成
智能节点重叠网络采用分布管理模式，在网络上关键部位设置智能节点，用来监视周围网络上的资源分布和带宽利用率，传输延时，路由走向、流量模式和分布，中断和故障以及病毒感染流行等情况。智能节点之间交换这些信息，进一步实现监视和控制，即时做出响应。如提供路由探测选择、病毒发现消灭以及内容的检索、分类和管理。
智能节点的另外一个用途是支持各种P2P应用，如做为无组织混合型P2P重叠网的超级节点提供分层检索能力或支持有组织P2P重叠网。
智能节点拥有较强的计算能力，它向网络核心注入大量计算资源。与当今的互联网静态地将应用和数据分配到指定位置的具体设备中不同，智能节点重叠网可以动态分配计算和存储能力，这样就可以按照用户的需要将其放置在最佳地理位置上。
2.智能节点的布设和运营模式
在一些重要站点不同运营商网络的节点是重合的，在这些站点设置智能节点连接各运营商的网络，可以监视各个网络的资源分布和带宽用率，传输路由走向、流量模式和分布，中断和故障以及病毒感染流行等情况。智能节点之间交换这些信息，从而即时做出响应实现分布控制。
智能节点设备可以由许多不同的服务提供商，分布安装于多个不同站点，进行维护并提供给用户。拥有并操作这些设备的组织联盟可以是一个拥有并管理互联网现有基础设施的类似于联盟的实体。
智能节点互相连接在互联网上构成一个重叠网，执行单个、联合以及开放服务提供平台功能的标准。对于不同的功能这些标准尚在发展中。例如在Plan-etlab计划中共享网络计算力资源时，这些标准将包括虚拟机器接口，以提供借以编写服务的API。该接口将为每种应用业务提供自己的虚拟机器，针对该业务计算资源被组织成为“片断”，不同的应用业务运行在不同的片段上。每个片断都由分布在多个分散物理机器中的计算、内存和储存组成。重叠网的资源必须可以按照需要以经济高效的方式灵活使用。客户(可以包括用户或服务提供商)只需按照使用量支付费用，如同使用水电等公用设施服务一样。这将形成一种新的生态系统。
智能节点重叠网的布设和运营对于运营商的发展是至关重要的。智能节点重叠网是建立在应用层上的，从产业链看属于增值业务，具体的业务模式目前还没有形成。对于虚拟运营商来说这是一个机会，是有待开拓的新市场。对于电信运营商来说掌握分布管理对于提高基础网络运营效率和可靠性，提供新业务一代P2P业务都是至关重要的。其重要性不亚于目前定义的NGN。
结语
可管理的IP网/NGN采用集中控制的统一的承载网提供综合业务，解决了QoS、安全性和可管理问题。但是也因此削弱和丧失部分无所不在性能。Infranet解决不同运营商的IP/MPLS网之间的互连互通和结算问题，提高了通达能力。但是在支持以P2P为代表的互联网新应用和无所不在性能仍然先天不足。
无所不在的NGI以公共互联网为基层承载网，提供架设重叠网来支持P2P应用，提供分布式管理解决QoS和安全性等问题。可以保持现在的互联网继续工作的同时实现无缝的向下一代演进。