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至顶网网络频道交大教授张宏科:如何创建和设计一个新型互联网系统?

交大教授张宏科:如何创建和设计一个新型互联网系统?

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今天,以“新技术·新架构·新网络”为主题的“GNTC全球网络技术大会” 在北京长城饭店会议中心火热开幕。天地互连下一代互联网国家工程中心遍邀全球顶尖技术专家,增设多场峰会与热点Workshop,会议将全方位呈现产业和技术最新发展情况,促进合作共赢。

来源:至顶网网络频道【原创】 2017年11月28日

关键字: SINET GNTC 2017全球网络技术大会

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今天,以“新技术•新架构•新网络”为主题的“GNTC全球网络技术大会”遍邀全球顶尖技术专家,增设多场峰会与热点Workshop,将在3天的会议里分享最纯粹的技术趋势,全方位呈现产业和技术最新发展情况,为各方代表提供一个沟通交流的平台,促进合作共赢,推动网络重构发展进程。

在GNTC2017首日下午的主会上,来自学术领域的代表北京交通大学教授张宏科带来了“新型互联网系统及工程应用”的主题演讲,介绍了张宏科教授团队自己设计、自主可控的核心技术SINET。他表示,创建和设计一个新的互联网体系是世界性的难题,极具挑战性,我们需要继续努力,基于创新,来解决网络的安全和移动问题。

 张宏科

 北京交通大学教授 张宏科

以下为演讲原文整理:

大家下午好,从我的演讲题目可以看出,我认为新型互联网不是很远的事了。我团队为了这项工作整整个奋斗了30年,我工作的前10年主要研究IPv6技术,应该说我这个团队在国内、国外算是比较早从事这方面研究的团队了,这10年目的就是把互联网的基理、原理和问题与各种优缺点摸透,从中设计了10年新型的互联网,我们称之为标识网络,这是又做了10年雏形的网络,今天给大家呈现的已经是最近10年的工作,也就是我工作30年的结晶。

倪光南院士曾总结我们做的工作表示,国外有GPS,中国又做个北斗,国外有一个英特尔,我们中国又做一个自己设计、自主可控的核心技术SINET。我下面从我们工作的背景和挑战和SINET工作的几个步骤跟大家汇报。

我们的工作主要涵盖三个大的方面,第一个方面是理论体系机制机理的创新,这是源;然后技术上的突破,突破了原来、理论、技术,再从技术上突破;最后工程应用。

我们看从战略设计,我们国家一些行业要走出去,军队、高铁要走出去都急需要一个自己的网络,除此之外,比如说高铁在移动下的高速数据传输,现在的技术难以满足。工业控制领域三个要素,一个传感器、一个网络一个行业,工业制造的东西,我们是制造大国但不是强国,传感器行业现成的,单独看看数据网络不需要很复杂的通讯网络技术,要管理和控制工业制造的设备,网络要比较实时可靠,现在的网络能做到吗?IP网络尽力而为,以太网冲突碰撞这种机制,能说到实时吗?很困难,从战略上,从各个行业需求上急需。现在互联网它是近60年前设计的,到现在的IPv6,这种互联网机理原来没变,只是一些计算能力、存储能力提高了,这个设计我们通过大量的研究,这些问题都是天生具有的。比如安全性,我们后来的头疼治头,脚痛治脚,打补丁的方式也难以从本质上解决,网络是一个相对静态僵化的,不智慧的,急需重新构建新的互联网,从技术、战略,为此国内外把这领域作为最重要、最迫切的研究。973项目做了七八个重大基础研究,我自己就主持过两个这方面的研究,我就不讲了。

总而言之,创建和设计一个新的互联网体系是世界性的难题,极具挑战性,现有网络的问题有安全性、移动性待提高的问题,我们要找到它原始设计本质的根源在哪,现在我们有思路单个解决安全性、移动性问题,综合解决还是难题。你设计一个大网要保障互联网的开放,又要适当的可管、可控制,现在静态僵化的网络,要把它变成一个智慧、智能的,谈何容易?还要比较简单、有效,可见它的挑战性。

我通过几十年的研究,发现我们现有的网络,它的机理原来,发现它设计体系上有问题,七层每一层都是松的,之间是紧的,这是体系上造成它有这些问题。机制上,比如IP地址具有三重绑定,大部分人知道数据绑定,IP包是控制,后面是控制数据绑定,用户网络是绑定的,资源和位置,服务器上的资源和服务器的位置也是绑定的,IP地址具有这三重特性。捆绑位置导致效率低等等。为此我们创建了智慧协同标识网络系数解决这个,首先从体系架构上,过去七层体系变成一个三层两域体系,所谓七层上面四层是应用,下面三层是基础设施网络,我们应用网络中间加一个失陪协同,现在什么样的应用需要什么网络支撑,什么样的网络能支撑什么应用,不很好沟通,再加上捆绑在一起,我们实体域是真正运行的网络,行为域是将一些变化、可控、可管的东西抽象成了来管理这个实体的网络,这就是一个体系架构。这个架构可以有效地增强网络的先天免疫能力,把刚才那些重大缺陷,在这一个方案里有效的解决掉,这是从体系上。

我们为什么要引入标识,一个大系统的设计没有标识是很难完成的,现在我们互联网的应用同志们可能有的了解,有的不了解,实际上是一种应用一套标签,所有邮件、浏览,所有应用一套应用一套标识一套系统,前后不兼容。网络也是,V6一套,V4一套,通讯原理很接近,但是就是因为标识格式的不一样,造成了网络的机制、工作原理和系统也不一样。大系统设计必须统一标识,从应用到网络统一标识,这在国际上我们是首次系统的标识一个网络,显然在系统性、可编程性等等带来的好处,这就是首先第一个统一标识。

第二,我们引入了知识库的概念,现在的网络是一个静态僵化的,现在网络有一点智慧,但是还很少,我们新设计网络智慧,要引入各种知识库,比如网络科普知识库,网络的功能知识库,网络的性能知识库,我们把各种知识库引进,按照人构思的思路,能进行决策计算,深度学习,来让网络听人的话,现在我的网络是我们听它的话,它让我们怎么用就怎么用,以后的网络是我们希望它怎么样工作就怎么样工作,这就是设计的总体思路。这个机制,我国通过这个表,现在DNS主要是解决控制和数据绑定而设计的,NFA、CCA、NDA,大家看从主流的网络体系上看,各种网络体系只支持三个绑定,也就是三个分离某一种,要使这个网络好,必须这几个绑定,在一个篮子里有效的解决,才能真正的把六七个问题,用一个简单的机理原理解决,这是体系上,这是现有DNS面临的好处,面临的缺点,这是大家都知道的。

这个DNS我比这个东西,千万不要理解成DNS不好,两回事儿,现在的研究工作者和网络设备商和运营商,要在现有网络基础上做好这个事,DNS在现有网络NFA是必经之路,我们从原始设计上自己身有这种东西,现有网络也可以按照这个思路来实现,新设计网络上本身就有这种好处。现在的大部分人工作是现有网络工作中,用这种技术、这种理念是好的,必须这样做才能好,这个我不知道给大家表述清楚没有,不代表DNS、NFA技术不好,它应用的对象、背景是不一样的。

从技术上讲,每一种解决的移动性比较好,比如说安全性,和可扩展性,用户体验,NDN、SDN相对比较好,我们一个方面比较好,它是在现有网络上做,我们是在现有网络上可以做这种思想,新设计一个网络,自身就带着这种好处。这是一些专利,我们研究的成果,我写书不是目前,我们国内的这方面研究,我是经历者,从一个跟踪同步研究,到逐步引领的过程,我希望在有生之年好的网络技术,能在全世界、全国推广起来,万一推广不起来我们留个著作。我们的论文池,没有其他的,自己的理论、自己的体系,首先从理论、体系站住脚,逐步从一个跟踪学习,同步研究,逐步到逐步引领过程,我们写书和论文不是我们的目的。我们在计算机网络领域一个比较大的领域上,我们做一个小时的主题演讲,可以看出这个行业对我们的技术多么渴望,而且我们讲完了大家比较喜欢,在其他一些地方都在讲这些东西。原创性重大的前瞻性国际领先,院士也不是轻易给你下一个国际领先,我经常开鉴定会,我手里给它凭一个国际领先,我还是很难的。

三个分离在一个篮子里解决才有效,刚才NDN、SDN只解决一部分,在一个思路里解决蛮有挑战性,这里解释为什么工作的原理,我们把传统的网络骨干和接入分级,简单的原理来解释。这张片子解决安全性,我们安全是内生安全,现有的网络攻击我们设计就不它屏蔽掉。欺骗很容易做,攻击也很容易,目前是原地址换一下,随便所有会操作网络都可以干,我们通过接入用户与网络身份与位置分离技术,有效地解决了这个安全性,还有移动性,传统的移动大家都知道,我们现在的移动,互联网从这个屋子上了互联网,另外一个屋子IP地址断了再重新连接,理论是1.5秒,虽然你有一些技术可以改善,但是本质上从秒级提供到毫秒级到微秒级,如果大的机理原理没变,还采用IP这种技术,你是从一个1.5秒级到一个毫秒级,机理原理没变做到这个很困难。我们这儿移动到这儿,不中断,由于用户和网络隔离了,现在的网络用户和移动绑定在一起,所以移动性差、安全性差,现在网络工作都要到域名那解析,再到服务器上拿数据,为什么不能就近拿就近分配呢?北京的汽车大部分都在北京,为什么不能就近取。我们新设计的网络,跟网络工作有关系的,一个是地址,一个是域名解析,还有各种协议,我们这个网络设计标识和解析影射,还有各种协议完全是自己的,我们的域名服务器和根服务器完全是自己管理设计的。

从网络做安全的人,地址欺骗、地址攻击屏蔽掉了,危险大大降低了,移动性大大的改善了,从一个秒级到了毫秒级,视频也没事了,可扩展性、用户体验大大提升,这个技术我们在2008年核心技术在核心4G网上,这些安全性就用这些创意,效果还比较好。这是第一个突破标识网络。

还有一个资源协同,大网络的设计用户之间和网络之间都要协同,规模大了要智能,规模大了要智能非常难做。这是一个高铁,高铁我们应用的是外面的网,比如上海到北京,沿线三大运营商和卫星、铁路网,我们现在打电话,在高铁环境下现在的网络难做,原因是外面有资源我们没好好用,三大运营商只能跟一个应用上做,我们这个技术应用和网络是协同的,网络有资源没好好有,三大运营商哪个好用哪个,用户和网络是系统的,这么简单一个创意做了这个产品,就解决了高铁高移动下的高速数据传输。现在老百姓还没用上,列车上还没用上,应急通信系统、维护系统,因为这是高铁,到老百姓还是最次的,维护运营已经规模推动应用了,我们这个技术转让出去。还有一个工业互联网要求小范围的工业以太网,大范围、大密度的?网络技术能提供实时可靠吗?我们现在用的三大运营商的网络就是骨干上的网络,到4G多IP,IP就是尽力而为的,不是实时的,做不到实时可控,新的网络技术能感知到各个结点的状态,反过来能控制不同应用组、不同的虚拟网,用完了能管控它,还能拆掉,应用和网络是协同的,这样在工业制造这个东西,真正用在这个规模比较大,这一块解决了工业互联网真正网络的瓶颈,因为它这方面应用网络是它的瓶颈。

现在的所有云计算中心,基本都是这个思路,我们早就改了中心通讯,把这个技术过去了,运营商实际的网络,死板的不好管,把它抽象成一个虚拟的网络,然后再管这个虚拟网络,这是现有网络上这么干,所有的数据中心都是这样,实际的网络为了好管控它,出现了虚拟网,然后管控虚拟网,这就是我们行为域的分离和结耦,现有网络这样做比较好,我们设计的时候天生有这个功能,天生的管理,天生具有。现在的应急通讯,只是在一个运营商上,我们现在三个运营商哪个好用哪个,带宽不够汇聚起来,简单一个技术衍生一下就这么多应用。

我们想V4、V6,今后的网络怎么发展?我这个智慧网络是一个两三岁的小孩,离18岁成年人的智慧还有一定的距离,我们是设计好了让它智慧、智能,但是真正的智慧,我们现在相当于过去设计好让它按照人的思路动,将来各种知识库里还要引入深度学习,让它自动算出来网络怎么回事儿,真正人工智能加大量的数据分析、深度学习,才是真正网络研究要做的事,这就是要研究的人必须在这个思路做下去,也就是60年前设计的,因为它的计算、存储能力,现在大变化了,网络可以重新设计,60年的原理没法建设很大的存储,也没有很大的计算量,现在存储、计算,就我这个小东西,比过去一个台式电脑处理强。

我们的工业互联网、高铁急需这些技术,急需推广,谢谢大家。

 

 

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