下一代互联网发展状况 Next Generation Internet technology and future development MA Yan Information Network Center (INC) Agenda Current status of Internet Problems to be addressed for the NGI Key Technologies Next Generation Internet activities in the World Next Generation Internet Activities in China Research and Education Networks in China Beijing University of Posts and Telecommunication Sept.2015 互联网网络图例 互联网若干发展历程 国际互联网已经深刻地影响着全球的社会生活和行为规则 1969 1986 1994 2003 2014 IPv4 军事用途的 互联网雏形 Internet IPv6 国家启动CNGI 全球IPv4 - 进入大规模 CERNET2建设 地址进入 商业化部署 耗尽阶段 - CERNET建设与人才培养 发展下一代 -1995年我国接入互联网 互联网 提供服务,进入商用时代 互联网的昨天与今天 http://www.telegeography.com/products/commsupdate/assets/comms_update/images/assets/news20090622-1.gif 2
谁来管理互联网? Multistakeholder model ISOC (Internet Society) IAB (Internet Architecture Board) RIRs (ARIN/RIPE/APNIC/LacNIC/AfricNIC) IETF (Internet Engineering Task Force) World Wide Web Consortium (W3C) IANA (Internet Assigned Numbers Authority) ICANN (Internet Corporation for Assigned Numbers) UN, ITU, Governments, NGOs, operator, private sector Internet Governance 互联网规模 互联网的发展已经深刻地影响着我们社会的发展 连接的国家 使用的人数 终端的数量 技术的创新 网络的规模 产业的发展 引发的问题 带来的机遇 http://ftp.isc.org/www/survey/reports/hosts.png http://www.isc.org/solutions/survey 全球互联网用户数量与普及率 http://www.cnbeta.com/articles/300497.htm http://internetworldstats.com/stats.htm 10 Internet number resource: Distribution of announced IPv4 (129673 prefixes, 15361 ASes) and IPv6 (612 prefixes, 324 ASes) By Bradley Huffaker, Fri Jul 22 16:46:58 PDT 2005 Active BGP entries (FIB) IPv4 Prefix count to 600,000 IPv6 Prefix count to 26,000 By 2009, China is the second largest IPv4 address block holder in the world. 11 12 By Geoff Huston, Sept 5, 2015 http://bgp.potaroo.net/as6447/
IPv4 Internet vs IPv6 Internet IPv4 address will run out of supply Did IP address important to Internet? When will IPv4 address space run out of supply? IPv4 ADDRESS SPACE ISSUED (RIRs TO CUSTOMERS) In terms of /8s, how much space did each RIR allocate by year? 14 http://www.tndh.net/~tony/ietf/ipv4-pool-combined-view.pdf Cisco Internet of Everything (IoE) connection counter http://conference.apnic.net/34/program/reports http://www.tndh.net/~tony/ietf/ipv4-delegated-per-rir.pdf 信息通信网络若干关键技术的发展 我国互联网的发展状况 CNNIC 每半年发布一次统计报告 据CNNIC今年初的统计 我国上网用户数量达到6.18亿 占人口总数的三分之二 其中通过智能手机方式使用互联网的用户数达到5.9亿 是全球最大的互联网用户群体 IPv4地址拥有量为世界第二 我们也面临着重大的机遇与挑战 传输技术 标准化组织IETF的工作目前分为八个领域 今后大规模有线和无线互联网的发展只能靠IPv6地址 Source: CNNIC, July., 2015 光纤100Gbps传输 高性能路由器 第四代移动通信与高速短距离通信 高速多 媒体卫星通信 空间与深空通信 应用app/综合gen/互联网int/运行与管理ops/实时应用与基础设施rai/路由rtg/安全 sec/传送层tsv 互联网与物联网Internet of Things 虚拟化 绿色节能 云计算与高性能分布式处理 信息表达 存储与搜索 虚拟现实技术 移动互联网 网络与信息的安全与可信任 其它新技术 18
网际空间 Cyberspace 互联网已成为许多国家的重要基础设施 CyberSpace 的概念和美国的 网络空间国际战略 美国总统奥巴马于 2011 年 5 月在 网络空间国际战略 中从政治 经济 安全 司法 军事等多方面阐释了美国对全球互联网空间未来发展 治理与安全的战略目标 是美国第一次把其国际政策目标与互联网政策结合在一起, 将此项努力与二战后建立经济和军事安全的全球框架相提并论, 将外交 军事和网络安全议题进行了整合 战略列出了 7 个政策重点, 即通过制订国际标准 鼓励创新和开放市场, 加强知识产权保护 ; 确保网络的安全 可靠和韧性 ; 深化执法合作并积极推出国际规则 ; 强化 网军 以应对 21 世纪的安全挑战 ; 建立有效且多方参与的国际互联网治理架构 ; 展开 网络援外 以及保障互联网自由 向外界传达了两个明确信号, 一是网络空间国际规则的制订美国要说了算, 二是美国有能力采取所有可能的手段 包括军事打击来应对危及其国家利益的网络攻击 http://news.xinhuanet.com/world/2011-05/23/c_121445217.htm http://www.zhgpl.com/crnwebapp/mag/docdetail.jsp?coluid=0&docid=101749129&page=4 21 行星际互联网计划 22 Problems to be addressed for the NGI Blackout in NYC, 2003/08 提供连接稳定的网络服务 提供质量保证的网络服务 提供安全可靠的网络服务 提高高速廉价的网络服务 提供内容丰富的网络服务 Will computer network be blocked like this In the future? Some of the key Technologies for the Next Generation Internet Wire and wireless high speed transmission High performance and cloud computing Quality guaranteed service Security and privacy guarantee Middleware and virtualization Smart software and applications
New Internet Architecture compared with traditional Internet and Telecommunication Network: Multimedia Communications Visualized Computations New Generation Applications Middlewares Optical Networking: DWDM State-of-the-Art Data Rate Point-to-point systems 40 x OC-48 deployed 16 x OC-192 deployed 160 x OC-192 announced Configurable OADMs Metro rings TCP/IP Dark fiber / DWDM / Wireless 1-10 Tbps per fiber is just around the corner! www.nanog.org/meetings/nanog16/presentations/mcadams.ppt 10G ~ 40G ~ 100G network Internet backbone traffic trend - in the case of CERNET 40G First estimation was made in 2003. Now, we will see how it will go! Real growth 高性能与分布式运算 ( 全球技术趋势 ) 网格计算与云计算 Internet GE 20G 10GE 计算中心 A WAN OC-192c/100GE WAN phy 计算中心 D Linear growth GE 10GE 06 07 08 09 2010 11 12 计算中心 B 计算中心 C 32
Wireless Networking PAN / WLAN / Cellular system PAN Bluetooth WLAN IEEE 802.11 HiperLAN Cellular Systems GSM, TDMA, CDMA GPRS, EDGE 3G and LTE 4G WiMax Access Technologies ADSL / vdsl / xdsl IEEE 802.11 b / a / g / n / ac IEEE 802.15 /16 /20 /21 /22 Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) solution 3G/3G+/4G Personal Area Local Area Wide Area Current IPv4 address allocation Classless Inter-Domain Routing 223.0.0.0 is the upper bound of IPv4 applicable address Only 14 /8 left for global IPv4 assignment New technologies drive the demand drive save the consumption See Analysis and Recommendations on the Exhaustion of IPv4 Address Space at: http://www.nic.ad.jp/en/topics/2006/20060731-01.html Features of IPv6 With new features, IPv6 support 128bit Address space Header simplified Security support Flow labels support more QoS options Mobility support Hierarchical routing Auto-configuration plug & play!... 39 New Applications Virtual Reality / Museum Remote Surgery Cloud computer and service Internet TV / Studio Distance Learning Internet of Things Online game 虚拟试验室 交互式的控制手段实时利用远程仪器对数据进行可视化分析
分布式计算 虚拟现实技术 Old Dominion 大学 Chesapeake 海湾模拟 高性能计算 可视化表达 传感器网络 Illinois 的芝加哥大学 虚拟现实模拟骨骼变化 HDTV HDTV over IP Grid CAVE Cave Automatic Virtual Environment
CERNET 组播视频会议 Consumer Applications Gaming Downloaded / on-line / interactive / network games, for the entertainment market Audio Content Music on demand Download and Streaming mode Video Content Video on demand e.g. Video Clips, Movie Previews How To guides: change your oil, fix a flat tire, etc Internet TV: e.g. sports highlights, news on the move Video conferencing for learning or office meeting 49 Location Based Services Personal Navigation Maps - zoom and roam capabilities Directions - turn by turn or graphical Points of Interest - kiosks, ATMs, services, attractions Alerts - traffic, weather or points of interest Concierge services Traffic Camera Provide traffic reports and video Emergency Service Provide the location of the victim Location Based Advertising Identifies nearby products and services of interest Mobile Commerce Services m-ticketing Flight booking, movies, concerts, performances m-shopping Mainly for lifestyle shopping (flowers, gifts, etc.) Mobile Banking Check account balance Fund transfers Mobile Financial Trading Stocks, bonds, currencies m-wallet Pre-registered credit payment with enhanced security Prepaid m-commerce Internet of Things - 物联网 Visualized Network Management
当前国际上的若干研究热点 高速网络技术 Internet 与传统电信的融合 IPv6 及其迁移技术组播技术 Multicast 移动 IP/ 移动互联网新的路由处理方法网络服务的性能和质量网络安全网络多媒体 / 网络新媒体中间件 Middle-ware XML 信息表达与目录服务端到端的性能保证未来互联网技术体制过渡机制 从 RFC 数量看 Internet 的发展 Total number of RFCs is 7429 by 2015-09-18. http://www.arkko.com/tools/docstats 中国网络设备制造公司也对标准化发挥越来越多的作用 Contribution by countries Statistic by http://www.arkko.com/tools/rfcstats/index.html 从 RFC 技术分类看 Internet 的发展 Research Works of Next Generation Internet Plans Activities Dreams and Reality Scale Performance: Speed Security and privacy Service quality Content Service model
Academic network in Europe Internet2 in US GEANT topology by 2014 Internet2 - Utilization Weather Map in 2005/09/12 http://loadrunner.uits.iu.edu/weathermaps/abilene/abilene.html Grid Computing Application National Lambda Rail Architecture Implementation 2003~2004 DWDM technology First transcontinental Ethernet network Generational cost decrease Additional dark fiber pairs available In Asia and Pacific area APAN (Asia Pacific Advanced Network) R&D network in China Mainland Hongkong Taiwan http://www.apan.net
Research Networks in Mainland China HiNet in Taiwan province 6NGIX 6TAP Tiscali CERNET: China Education and Research Network Taoyuan Taipei(S2) Provide NGI and Internet2 services Going to deploy IPv6 and link to Abilene in the USA 12 GigaPops Hsinchu TWIXv6 Taichung HiNet Hualien IPv6 Network Chia-I CSTNET: China Science and Technology Network Kaoshiung Collaboration work with AsiaPacific academic and research community 哈尔滨 乌鲁木齐 长春 沈阳 呼和浩特 北京 银川 兰州 西宁 天津 石家庄 太原 大连 济南 西安 Peer Connection Agreement with Abilene: CERNET on March 2000 徐州 南京 无锡 重庆 上海 武汉 黄梅 合肥 宜昌 九江 长沙 南昌 贵阳 杭州 台北 柳州 广州 厦门 Pop 湛江 汕头 惠州 深圳 珠海 徐闻 海口 三亚 Deployment: CERNET IPv6 Donations of International Connections to STAR TAP and APAN for three years free 福州 桂林 百色 南宁 Draft with CERNET on March 2000 CERNET, CSTNET and NSFCNET on May 2000 烟台 汉中 昆明 青岛 郑州 成都 GigaPop CERNET: IPv6 Test bed and 6 Bone in 1998 APAN-CN: 1999 MOU with UCAID: 唐山 主干网 地区网 2001, Supported by MOST, 6 nodes in Beijing city Major technology development DWDM switch and CR 中国教育和科研计算机网 CERNET 2013年10月主干网开通了100G 2000, Supported by NSFC, 6 nodes in Beijing city CAINONET: 拉萨 1994, Managed by CAS, Nation wide connections 100+ institutes, Users over 1.3 Millions NSFCNET: Tainan 1994, Managed by MOE, Nation wide backbone 2000+ Universities and institutes, Users over 20 Millions 10M to STAR TAP from China CNC in March 2001 10M to APAN from China Telecom in Sept. 2000 AsiaFI established in 2009 Focus its efforts on Future Internet Research Young researchers and PhD students 2012 Summer School held in Japan IPv6 Test-bed in NGN Lab, BUPT http://ipv6.bupt.edu.cn
我国高速网络建设的进展 NSFCNET Star Tap / APAN CERNET POS OC-48/192 国家自然科学基金委为对下一代互连网及有关技术进行研究和试验, 启动了 NSFCnet 计划 目标是建成一个我国下一代超高速互连网络试验床, 并在此基础上构造多个重要的网络应用系统原型, 研究超高速大规模网络建设及其应用中的若干重要科学技术问题 项目对于促进我国高速计算机网络技术的发展并达到国际先进水平具有重要意义 PKU CSTNET CAS 10G Tsighua 2.5G BUPT NSFC GE BUAA NSFCNET Architecture Applications Distance Learning DE SD Project 3 VC VOD DVD Computing Service Multicast QoS IPv6 Network Management Project 2 Infrastructure IP Network DWDM Project1 Next Generation Internet Plans and Projects in China NSFC: Networking and Information Security 5 years Basic Research Project National High Technology Plan for Information Lambda Networking and switching IPv6 Networking, Middleware and Applications IPv6 Router and Switching IPv6 Mobil Communication Next Generation Research and Education Backbone in China CERNET2: National Wide Backbone at 2.5G-10G High Speed International Links 155M+ NSFCnet 863 IPv6 Testbed 北大 Internet 清华 Streaming Services IPv6 DNS 北邮 Engineering NMS measurement QoS NAT-PT MobileIP Network IPv6 Testbed 计算所 科技网 公网互连 Equipment IPv6 Routers/Switches/Hosts
CJ IPv6 Next Generation Internet for China GE border LAN To Japan Router MAN/LAN Core Core Router Router Beijing 2.5G POS Edge GE Router WAN LAN Edge Router Core Router GE LAN Edge Core GE Router Router Core MA Router Shanghai N GE GE Edge Edge Core LAN LAN Router Router MAN/LAN Router Guangzh User Network (IPv6) ou 目前的互联网已经对我国的国民经济和社会发展, 尤其是信息产业的发展发挥了重要的作用利用 Internet 是发展的需要, 是国民经济和社会发展的历史机遇 互联网在整个国家高技术的发展中占重要地位 发展自有知识产权, 为下一代互联网发展作出贡献要利用 Internet 技术维护国家的政治 经济 文化和军事利益 发展下一代互联网的基本出发点 面对国际发展下一代互联网的历史性机遇 第一代互联网成功, 下一代互联网研究刚刚开始中国有发展下一代互联网的巨大需求和条件 中国互联网规模和可持续发展要求下一代互联网技术 中国互联网及其技术已有一定的发展基础, 下一代互联网是中国信息产业跨越式发展的一次机会中国发展下一代互联网应具有特色 互联网的信息共享性具有最大的潜力, 安全控制能力薄弱是最大的隐患, 我国必须自主开发安全的互联网 发挥我国社会制度的优越性, 组织下一代互联网的全国性大工程比其他国家更有优势 面对我国持续发展的根本问题 提高下一代互联网的中文信息处理能力 CNGI China Next Generation Internet 国家发展与改革委员会主持 8 部委参予 CERNET 和主要运营商 下一代互联网技术国际学术互联网连接 IPv6 等新技术 总体目标 由国家统一部署和支持, 抓住时机, 在改进和提高现有网络和大力推广应用的同时, 实施中国下一代互联网示范工程, 攻克下一代互联网及其重大应用的关键技术, 实现下一代互联网的产业化 在 2010 年, 建成全球最大规模的下一代互联网络, 在下一代互联网络标准 技术和产业上占有重要地位, 增强我国的综合国力和可持续发展能力, 推动我国的信息化建设, 实现国民经济和社会进步的跨越式发展 CNGI 的主要研究内容 建设下一代互联示范网络 核心网 ( 含城域网 ) 建设 驻地网 (CPN) 建设 国际联网和交换中心 网络技术的开发试验和重大应用示范 网络关键技术开发试验 网络中间件技术开发试验 重大网络应用示范关键设备和软件开发和推广应用 关键软 硬件网络设备产业化 重大应用产业化
CNGI 示范网络建设 核心网建设 ( 核心网包括主干网和城域网 ) 基于已有的光纤资源 (DWDM 技术 ) 建立多个互联的核心网 基于 IPv6 协议 建设约 30 个高速接入 / 交换节点 (GigaPOPs) 支持大规模复杂路由用户网 CPN 接入 (300 个左右 ) 北京邮电大学校园网是这三百个之一 基于 IPv6 协议 支持无线移动联网 提供多种业务国际联网与交换中心 与国际下一代互联网互联 与国内下一代互联网互联 CNGI-CERNET2 Nodes 下一代互联网络关键技术开发试验 大规模路由研究与试验大规模 多种类网络终端接入试验新一代协议及其兼容性与互通性研究与试验端到端高性能传输研究与试验大规模组播服务研究与试验端对端服务质量控制研究与试验网络抗攻击和安全防护技术研究与试验大规模无线和移动漫游研究与试验网络测量研究与试验, 网络管理研究与试验下一代互联网的域名地址研究网络过渡研究与试验下一代网络综合业务平台结算与计费管理技术研究与试验国产网络和终端设备软硬件测试与试验 重大应用的研究示范 互联网新应用 2014 点到点的多媒体通信 采用新型移动式多媒体个人用信息终端, 可实现全网漫游 实现端到端的高性能传输 具有安全服务和网络计费功能无线 / 移动应用 : 智能交通与定位应用 基于 IPv6, 结合 GPS, 实现城市智能交通管理示范系统 基于 IPv6 建立家庭网络, 实现远程家电控制 定位应用计算网格和数据网格 : 大规模科学计算与协同服务 高能物理网格 虚拟天文台 生物网格 地学网格 化学信息网格 信息服务网格大规模视频会议 高清晰度电视 基于组播的多点多路视频会议, 支持远程教育和远程医疗等综合应用 基于组播的高清晰度电视, 分辨率达到 HDTV 指标 流媒体业务与应用 环境监测 地震监测 基于 IPv6 实现大气 水文 水质等环境参数传感器联网 实现环境监测体系的规划部署, 实时采集数据远程仪器控制 虚拟实验室 大型贵重仪器联网, 实现对仪器的远程操作与控制 建立有关 CAVE 的试验 示范环境, 实现虚拟实验 VR 的研究试验与应用先进制造 交互式协同设计 远程仪器控制远程教育 数字图书馆 基于组播视频会议的远程授课和师生交流 图书馆资源的海量数据存储 管理和检索远程医疗 安全 可靠地传输医学图象和视频, 实现远程协同诊断 基于 IPv6 的各种人体传感器联网, 实现人体健康监测 下一代互联网的新应用 IPv6 的特点将通过应用来体现 在开发中的应用包括高性能视频 家庭网络 传感器网络 工业嵌入式控制 安全电子交易 高性能多点 P2P 应用 交互式数字博物馆 包括 3G 在内的移动互联网应用 网络娱乐等
北京邮电大学的 IPv6 部署 CNGI-CERNET2 规划 建设的主节点单位之一, 负责北师大等一批高校的运行管理接入校园网是 CNGI 驻地网之一 地址空间 2001:DA8:202::/48 有线和无线网络 校园和学生宿舍全面覆盖 用 IPv6 访问的北邮主页 www.bupt6.edu.cn 北邮各科研项目组承担和参与了 CNGI QoS 机制和组网关键技术及实施方案的研究 和 CNGI 大规模路由和组播技术的研究与实验 等 10 项国家 CNGI 科研项目正在筹备申请下一期国家 CNGI 重点科研课题 IPv6 traffic of BUPT, 17 Sept.2015 in 16 Sept. 2010 关于未来网络的研究 加州洛杉矶分校 (UCLA) 清华 思科和 VeriSign 等组建了 Named Data Networking(NDN) 联盟, 设计新的互联网架构, 以在一个日益移动化的世界更好的适应数据和应用访问 参与该项目的中国大学还包括了北京邮电 同济大学和北京大学 NDN 项目获得了美国科学基金会的资助, 联盟成员正在开发新的协议和架构, 包括新的包格式 更安全的架构 支持更多带宽, 对应用开发者更友好 遍布于全球的分布式应用层试验验证平台 PlanetLab 是典型的利用传统计算机服务器在应用层覆盖 ( 虚拟 ) 网络上, 开展未来网络和协议研究的一种实验验证平台 SDN 软件定义网络 在网络科研领域 研究人员利用 SDN 快速地部署和试验创新的网络架构和通信协议大型互联网公司希望 SDN 提供处理网络深层信息的可编程接口, 优化提升业务体验云服务提供商希望 SDN 提供网络虚拟化和自动配置以适应其扩展性和多租户需求互联网服务提供商 ISP 希望 利用 SDN 简化网络管理以及实现快速灵活的业务提供企业网用户则希望 SDN 实现私有云的自动配置和降低设备采购成本
理论与实验结合的网络层验证设备例子 OpenFlow 提供了一种网络层虚拟化实验验证, 目前得到广泛接受的机制 关于未来互联网研究 体系结构改变机制 : 革命性的还是演进性的变化 网络研究的方式 : 学术研究与工程试验的关系 网络业务部署的结构 : 分布式还是集中式 网络管理的方式 : 被动式管理还是主动式管理 经济与技术的关系 : 我们是否还要走只考虑用户体验不考虑系统承受能力的老路 Consideration 下一代互联网协议及其应用的研究和开发是个长期的过程 The study and research on next generation Internet protocols and their application is relying cumulative efforts 利用好网络平台来学习 Learn network technologies by using network 学习和研究不是目的, 形成产业才有出路 Study and research is not our final goal, the ultimate goal is industrialization and service provisioning. 我们不能等待, 而要更积极的参与 We need more active participation, not just waiting. 成功是靠扎扎实实的积累和努力地工作 Success is the fruit of continuous efforts of down-to-earth 掌握国际进展并走自己的路 Go our way, while monitoring the global industry trend 我们的未来取决于我们的工作 Our future is in our hand Next Generation Internet: The Challenges 任何人 不同年龄的人们使用 Internet 来学习 工作和娱乐任何时间 设备 永远在线, 服务随时提供任何地点 利用有线和无线通信技术在全球各个地方和角落提供网络连接服务任何设备 内置计算机和控制器的各类联网设备 各类设备均配置 IPv6 地址实现连接被授权获取的任何信息 在有授权的情况下, 可方便 保证服务质量的获得所需的信息和服务这就是我们的理想和努力目标! Questions What are the most important issues of the current Internet which should be changed, and how? Could the protocol stack used today evolved seamlessly to the next generation? What features should be stressed for the next generation services? What will be the way for the convergence of telecommunication system, Internet and broadcast and media industry? What do you think the next generation Internet to be? Some references IETF http://www.ietf.org GEANT http://www.geant.net/ Internet2 http://www.internet2.edu NSFCnet http://www.nsfcnet.net CERNET2 http://www.cernet2.edu.cn APAN http://www.apan.net AsiaFI http://www.asiafi.net
Let us create our future together!