下一代互联网的发展 Next Generation Internet

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1 下一代互联网的发展 Next Generation Internet Technology and Future Development Beijing University of Posts and Telecommunications Sept. 2018

2 Agenda Internet around world Scale, Technology, Standardization and Applications Internet development and governance IPv6 enabled Next Generation Internet Features of Internet Protocol version 6 IPv6 development in the world Next Generation Internet in China Future development Directives from Central government Transition from IPv4 to IPv6

3 Internet development around world

4 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 军事用途的互联网雏形 Internet IPv4 IPv6 国家启动 CNGI - 进入大规模 CERNET2 建设商业化部署 - CERNET 建设与人才培养 年我国接入互联网提供服务, 进入商用时代 全球 IPv4 地址进入耗尽阶段发展下一代互联网

5 互联网的昨天与今天

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9 More and more devices will be connected online in the era of Information Society

10 Explosion of routing tables URL:

11 Scale, Challenges and Opportunities Connected countries Number of Internet users Devices on the Internet Tech & App Innovation Network coverage Development of the industry Problems and challenges Opportunities

12 Development of Network Infrastructure Future Internet Research NDN / SDN / NFV IPv6 IPv4 DECnet IPX/SPX SNA ISDN X.25 / Frame Relay / ATM FN / NGN TDM -> DWDM, Satellite 1994 中国全功能 接入互联网 2004 中国启动 IPv6建设 G大容量光纤 和移动互联网 2024 谁能预测 未来发展

13 Development of variety of network applications Mobile Internet Internet of Things Convergence of everything Mobile Apps 网上教育 / 搜索 / 阅读 / 游戏 / 购物 音乐 / 视频 / 信息分享 / 及时通信 / 新闻 / 社区 办公 /地图等 位置服务 / 拍照 / 天气 / 工具 旅行 / 健康 / 文件处理 / 日历 / WorldWideWeb 和视频 / FTP / BBS UUCP / Archie Gopher / Wais

14 Migration of network technologies theory university prototypes production use in research commercial early residential broadband home Mobile Social Next generation and Future Internet port speeds 100 kb/s 1 Mb/s 10 Mb/s 100 Mb/s ~ 1G 10 Gb/s 100 Gb/s 2020 Internet protocols and various smtp ftp dial-up leased-line DNS RIP UDP TCP SMTP SNMP finger ATM BGP, OSPF Mbone IPsec HTTP HTML RTP XML OWL SIP Jabber Virtualization Cloud- Computing https IPv6 DNSSec SDN/NFV applications queueing architecture 14 routing control DQDB, ATM QoS VoD p2p ad-hoc sensor Social Networking Streaming VoI IoT IoE

15 Standardization of Internet Protocols Contribution from Chinese engineers and researches Over 8300 RFCs

16 RFC Contribution by countries 来自中国工程师的贡献超过 200 项, 按国家排名第二

17 Who runs the Internet ICANN's illustration on "who runs the Internet

18 The major stakeholders IAB ICANN IETF IGF IRTF Governments & Intergovernmental organizations, ITU etc. ISOC RIRs ARIN/RIPE-NCC/APNIC/LACNIC/AFRINIC W3C Internet Network Operators Group(NOGs) ISO IEEE Manufactures, service providers User community Multi-stakeholder / Multi-lateral model Advice, Community engagement, Education, Operations, Policy, Research, Standards, Services

19 Internet community 各类用户群体应用服务和内容提供商网络与计算服务提供商设备制造商和软件产业研究与标准化组织法律框架与政府治理

20 关于顶级域名服务器 作为互联网运行的重要基础设施之一, 域名服务关系到互联网运行的安全与稳定, 发挥着不可替代的作用 ICANN 承担着互联网域名系统 (DNS) 的技术协调职责 由于受 UDP 协议数据包大小的限制, 目前全球顶级域名服务器共 13 台 ( 其中 A 为主根由美国管理, 其它 BCDEFGHJL 位于美国,I 和 K 位于欧洲,M 位于日本 ) 截至 2016 年, 超过 1000 台顶级域名服务器的镜像分布在全球各地 100 多个地区, 其中有 4 台位于中国大陆 国际社会担忧现有顶级域名服务体系可能引起的互联网安全问题 不均衡的分布会导致用户体验下降 20

21 APNIC 提供的 RootServer 镜像 21

22 信息通信网络若干关键技术的发展 传输技术 光纤 100~400Gbps 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 标准化组织 IETF 的工作目前分为八个领域 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 物联网 Internet of Things 车联网 能源网 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 大数据处理 / 分析 / 利用 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

23 10G ~ 40G ~ 100G ~400G Backbone Network

24 Wireless Networking PAN / WLAN / Cellular system PAN Bluetooth WLAN IEEE HiperLAN Cellular Systems GSM, TDMA, CDMA GPRS, EDGE 3G, LTE 4G and 5G WiMax Personal Area Local Area Wide Area INC BUPT, 2017

25 Access Technologies ADSL / vdsl / xdsl IEEE b / a / g / n / ac IEEE /16 /20 /21 /22 Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) solution 3G/3G+/4G/5G INC BUPT, 2018

26 Internet development in China Internet was extended to China in July 20, Kbps leased-line linking CAS / THU /PKU in ZhongGuanCun area with global Internet, tremendous changes happened in China THU and BUPT started to build CERNET China Education and Research Network in 1994 There are over 770 million Internet users in China by the end of 2017, after 24 years of development Cyberspace is now an important part for our daily life IPv4 addresses is not sufficient for the development, IPv6 is the future

27 BUPT Homepage in 1995

28 BUPT campus network and CERNET We started BUPT campus network construction in 1994 and BUPT is the founding member of CERNET in 1994 BUPT is now the backbone nodes of CERNET among other 38 universities Over 2000 universities and 20 million students and professors connected with CERNET now Many national research projects conducted over CERNET and many national awards received IPv6 powered CNGI-CERNET2 started construction in 2003

29 CERNET backbone topology in 1995

30 CERNET backbone in 1996

31 CERNET backbone in 1999

32 CERNET backbone in 2005 徐闻长春哈尔滨乌鲁木齐拉萨西宁兰州银川呼和浩特台北沈阳南昌西安徐州武汉合肥郑州石家庄北京南宁广州福州杭州上海南京天津贵阳海口三亚湛江无锡大连太原济南烟台成都长沙重庆黄梅九江昆明青岛汕头唐山汉中宜昌珠海深圳惠州柳州百色厦门 Backbone Regional GigaPop Pop 桂林深圳

33 CERNET backbone in 2013

34 Backbone upgrade to 100Gbps in 2016 CERNET100G 的主干网

35 CERNET backbone bandwidth in last 20 years

36 IPv6 development around world

37 IPv4 Problems and the advantage of IPv6 We relying on IPv4 over the last 30 years, but the IPv4 address space exhausted Routing table explosion Network and information security problems Better quality of service expected Auto-configuration, mobility, protocol extension capabilities IPv6 will take the position and become the global trend

38 对下一代互联网的期待 巨大的 IPv6 地址空间可以解决 IPv4 地址耗尽的问题 网络 服务 应用以及终端类型的丰富多样和可扩展性 利用高速光纤 有线和无线通信技术解决带宽问题 增强的安全特性实现更好的安全防护 增强实时多媒体传输与服务质量保障能力 用户移动性与服务可移动性 网络与服务的可管理性 探索新的可盈利的经济模式 节能环保型的互联网技术 与各个行业的融合 39

39 IPv6 协议主要技术特点 针对解决现有 IPv4 面临的问题,IPv6 具有以下特点 解决地址短缺问题,IPv6 地址为 16 字节共 128 位,IPv4 只有 32 位 报头简化, 路由聚合程度高, 可减小路由器中路由表的长度, 提高路由器转发数据包的速度 增强了对组播 (Multicast) 以及对流的支持 (Flow-control), 为服务质量控制提供了良好的网络支撑 对自动配置 (Auto-configuration) 的支持, 可使对网络设备的管理更加方便和快捷 协议内置对网络层数据进行加密的 IPsec, 并对 IP 报文进行校验, 以增强网络安全, 也为安全监管带来难度 对移动 IP 的改进更方便无线移动 IP 业务的部署 报头扩展选项可以灵活增加新特性 40

40 IPv6 Statement released by IAB The Internet Architecture Board (IAB), following discussions in the Internet Engineering Task Force (IETF), advises its partner Standards Development Organizations (SDOs) and organizations that the pool of unassigned IPv4 addresses has been exhausted, and as a result we are seeing an increase in both dual-stack (that is, both IPv4 and IPv6) and IPv6-only deployments, a trend that will only accelerate. Therefore, networking standards need to fully support IPv6. The IETF as well as other SDOs need to ensure that their standards do not assume IPv4. The IAB expects that the IETF will stop requiring IPv4 compatibility in new or extended protocols. Future IETF protocol work will then optimize for and depend on IPv6. 41

41 What we need Vision - 远见卓识 Remain with legacy or moving forward Always following or keep innovation while accumulating experience Action - 付出实际行动 Capacity building, technology and standardization, equipment and infrastructure deployment, network application, IoT IoV IoE, policy and regulation, Security assurance, international collaboration, 42

42 Major service provider promote IPv6 by ISOC in 10th January

43 IPv6 traffic statistics from Akamai 排名 IPv6 % 网络服务提供机构 ( 数据采集日 : 2016/11/20) % Comcast Cable % AT&T Communications Americas % Reliance Jio INFOCOMM Ltd % Time Warner Cable Inc % Cox Communications Inc % Verizon Wireless % Sky Broadband % Deutsche Telekom (formerly T-Systems USA, Inc.) % China Next Generation Internet CERNET % China major Internet service provider Source: 44

44 印度的 IPv6 流量近年来快速增长 45

45 Chinese government directives 2003年发改委等八部委启动了中国下一代互联网CNGI项目 2011年温家宝总理主持召开国务院常务会议研究部署加快下一代互联网产业 发展 2012年发改委等七部委联合印发 关于下一代互联网 十二五 发展建设的意 见 总书记 国家主席听取汇报签批 2017年11月中共中央办公厅 国务院办公 厅印发了 推进互联网协议第六版 IPv6 规模部署行动计划 (Action Plan) 2018年5月2日工业和信息化部发布了关于贯彻落实 推进互联网协议第六版 IPv6 规模部署行动计划 的通知 教育网CERNET2于2003年启动IPv6建设 网络设备制造商已经提供设备 网络提供商仍在筹备大规模部署 云服务提供商 内容提供商开始逐步部署

46 Action Plan 给出明确时间表

47 Future work

48 We need continue our innovation steps Among those areas, IPv6 powered Next Generation Internet is also very important

49 当前国际上的若干研究热点 光与无线高速网络通信技术 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 虚拟化与云计算技术 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

50 Efforts on IPv6 security standardization SAVI & SAVA

51 RFC2473 RFC6145 Efforts on IPv6 transition standardization IPv6 IPv6-only, stateless, end-to-end Translation IVI IPv6 IVI IPv4 NAT64 MAP-T 464XLAT Double translation NAT64 RFC6146 RFC6145 RFC6145 MAP-E DS-Lite Tunneling IPv6 Stateless NAT44 Stateful

52 CERNET BUPT backbone node in 2018 从 1994 年起负责 CERNET 和 CNGI- CERNET2 核心建设 运行 代维光缆和对接入单位的技术和安全支持 负责 50 所院校 IPv4 接入, 总计约 100 万教师学生 已有 41 所院校 IPv6 接入 负责教育部等机构线路 负责百度 中国互联网运营商联盟 天地通和方正宽带等单位的 IPv6 接入

53 IPv4 and IPv6 traffic in BUPT 北邮出口 IPv4/IPv6 流量 北邮终端 IPv4/IPv6 使用情况

54 IPv4 / IPv6 admission and authentication 常用认证方式 PPPoE 802.1x web Portal 二层认证 三层认证 congqun 2001:da8:215:230c::852e

55 Our campus network operation management 通过 IPv6 地址对所有 IT 资源进行管理 支持 IPv6 网络拓扑发现 支持 IPv6 子网管理 终端管理支持 IPv6 & 自动识别双栈设备

56 CERNET2 traffic stats in April, 2018 网络入出流量汇总 网络入流量分布 网络出口流量汇总 网络出流量分布 57

57 CERNET 组播视频会议 INC BUPT, 2017

58 Internet of Things - 物联网 INC BUPT, 2017

59 IPv6 enabled IPTV and video-conferencing 十分受欢迎, 流量达到 20Gbps

60 高速光通信技术 骨干网传输带宽的年均增长速度达到 50% 以上, 对 100G 及 400G 光纤通信技术的需求越加迫切 CERNET 已经于 2013 年完成主干 100G 升级 华为 烽火通信 阿朗等国内外传输设备厂商已能提供 400G 传输设备及方案, 部分运营商 400G 实验室已于 2014 年进行测试 目前 400G 采用双载波和四载波方案, 其中双载波 PM-16QAM 是业界主流调制方式 目前 400G 传输系统的 OSNR 受限 噪声 非线性, 光纤偏振模色散 PMD/ 同色度色散 CD 等问题使传输距离受限, 尚不能满足干线长距传输需求 CERNOC 网络技术研讨会,

61 可视化网络安全态势感知系统 CERNOC 网络技术研讨会,

62 云计算与虚拟化 高可用性网络的连接实现用户与计算和存储设施互联 面向服务的体系结构和 Web service 推动网络应用的发展 新技术和方便的开发工具使各种网络应用开发更便捷快速 业务的融合使得服务提供者 / 提供商可以降低运维成本 虚拟化技术可以使节能减排和绿色经济的理念变为现实 云计算综合标准化技术体系目前已形成草案 移动互联网的兴起和移动终端的普及进一步推动云计算发展 63

63 大数据技术及其应用 国务院印发 促进大数据发展行动纲要 大数据正式升级为国家战略 教育行业可利用大数据技术及其应用的发展, 推进教育信息化, 培养高素质人才 网络运维可利用 大数据 实现对网络行为的分析和预测, 提高网络运行质量, 降低管理压力, 保障网络安全高质量运行 INC BUPT,

64 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 INC BUPT, 2018

65 关于软件定义网络 SDN 的思考 能力开放 为什么会有 SDN, 要创新要打破现状 从发掘应用层 网络层的能力到跨层能力开放 SDN/NFV 与互联网的关系 SDN 与未来网络的关系 如何开放 如何过渡 遵守规则与制定规则 技术规则与管理规则 我们从遵守规则到参与制定规则 基础研究与应用研究 INC BUPT,

66 互联网的发展与创新 互联网的生命在于不停地创新 关于多媒体 从早期纯文字, 到图片 语音到视频 大批带 智能 的硬件进入市场 物联网 :IoT (Internet of Things) 接通了各种传感器媒体 : 生物信息 化学参量 物理参量, 思维意识 软件定义网络 SDN 网络功能虚拟化 NFV 与未来网络 本质是能力开放, 能力释放和扩展 关于跨界应用与创新 局部改进与颠覆性创新 evolution/revolution 互联网管理与体制 互联网金融 互联网与工业化的两化融合 限制发展的因素则是看我们是否具有创新性思维与扎实的行动 67

67 未来互联网的研究 体系结构改变机制 : 革命性的还是演进性的变化 网络性能的提升 : 高性能光通信和无线通信能力 网络业务部署的结构 : 分布式还是集中式 未来网络的安全 : 可信 可控 可管与个人隐私保护 网络管理的方式 : 被动式管理还是主动式管理 网络研究的方式 : 学术研究与工程试验 经济与技术的关系 : 技术如何为经济发展服务 未来网络与未来应用 : 从应用对网络提出要求 网络与计算的关系, 网络与人和社会的关系 INC BUPT,

68 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 INC BUPT, 2017

69 人工智能的进展 近期的 AlphaGO 系统引起广泛的关注, 其计算能力是当年 IBM 计算机深蓝的 3 万倍, 并具有超强的学习能力, 每秒钟可以执行 2 亿步计算 研究发现人类大脑拥有约 1000 亿个神经元, 每个神经元有 5000 个树突, 每秒 200 次触发 而两年前的 Spaun 系统仅拥有 250 万个神经元 通信 信息与脑科学研究成果的集成将加快人类社会的进步 INC BUPT,

70 第七届中国互联网学术年会, 崔勇 网络遇见机器学习 网络的问题在哪里? 网络系统日趋多样 异构 复杂 控制和优化决策空间增大 缺乏理论 网络行为动态多变 应用需求各异 传统方法的挑战 (HotNets 16 DeepRM) 底层网络系统复杂且常常不易准确建模 在线决策的输入往往带有噪声

71 网络遇见机器学习 第七届中国互联网学术年会, 崔勇

72 2045年的世界会是什么样子 2013年在美国举行的2045未来世界大会上 未来学家和科技专家 描绘了未来半个世纪科技可能对世界带来的影响 更加智能的网络 后大脑图谱时代 生物科技时代 云端大脑 我们能期待到怎样的发展 将存在哪些技术 安全和伦理问题 去接受 去参与 去抗衡 去约束 73

73 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 INC BUPT, 2018

74 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!

75 20 years before, who can imagine the Internet today? Who can imagine what is the future will be? Let s working together for a better future! 76