互聯(lián)網(wǎng)2030白皮書

1 5 5 6 11 3.1.1.現(xiàn)狀與挑戰(zhàn) 3.1.2.IPv6單棧技術(shù) 3.1.3.以太網(wǎng)協(xié)議創(chuàng)新 133.1.4.IPv6演進(jìn)技術(shù) 3.1.5.傳輸層協(xié)議創(chuàng)新 163.1.6.應(yīng)用層協(xié)議創(chuàng)新 17 3.2.1.現(xiàn)狀與挑戰(zhàn) 3.2.2.芯片級(jí)超寬 3.2.3.設(shè)備級(jí)超寬 203.2.4.綠色節(jié)能 21 233.3.1.現(xiàn)狀與挑戰(zhàn) 233.3.2.確定性網(wǎng)絡(luò)感知 243.3.3.確定性網(wǎng)絡(luò)能力 253.3.4.確定性網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維 26 273.4.1.現(xiàn)狀與挑戰(zhàn) 273.4.2.高通量廣域網(wǎng) 293.4.3.高性能智算中心網(wǎng)絡(luò) 303.4.4.數(shù)據(jù)流通與數(shù)網(wǎng)融合 323.4.5.算網(wǎng)智能編排 33 343.5.1.現(xiàn)狀與挑戰(zhàn) 343.5.2.智能業(yè)務(wù) 363.5.3.智能網(wǎng)絡(luò) 363.5.4.智能網(wǎng)元 373.5.5.智能部件 38 393.6.1.現(xiàn)狀與挑戰(zhàn) 393.6.2.設(shè)備層內(nèi)生安全 403.6.3.網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)生安全 413.6.4.管控層內(nèi)生安全 423.6.5.數(shù)據(jù)互聯(lián)內(nèi)生安全 43 44 46 46 48 50 51 53 55 56 58 59 62 62 63 63 64 66 68 73-1-1.互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程回顧網(wǎng)誕生55周年，也是中國(guó)全功能接入國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)30周年，互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)和發(fā)算機(jī)的互聯(lián)。隨后，逐漸成熟的ARPANET開始向大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)等非-2-網(wǎng)普及率達(dá)77.5％。我國(guó)已建成全球規(guī)模最大、技術(shù)主要包括電信運(yùn)營(yíng)商建設(shè)的大型互聯(lián)網(wǎng)商用基礎(chǔ)設(shè)施China169，China163和CMNet，以及中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)（CERNET）為代表的科教專用網(wǎng)絡(luò)基IPv6流量占比達(dá)到60.88%，固定網(wǎng)絡(luò)IPv6流量占比達(dá)到19.57%深度融合。2021年10月18日，中共中央-3-推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)，我國(guó)積極布局未來網(wǎng)絡(luò)（或未來互聯(lián)網(wǎng)）研究和試驗(yàn)，推進(jìn)下一代互聯(lián)網(wǎng)與人工智能、5G/6G等新一代信息技術(shù)的融合育壯大數(shù)字經(jīng)濟(jì)新動(dòng)能，推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)更深入地賦能經(jīng)濟(jì)-4--5-2.互聯(lián)網(wǎng)2030愿景與使命2.1.互聯(lián)網(wǎng)范疇與代際劃分專用承載網(wǎng)：基于IP基礎(chǔ)技術(shù)的私有連接互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用：重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容和用戶，從只能瀏覽網(wǎng)頁的Web1.0演進(jìn)到以用戶生產(chǎn)和分享內(nèi)容為主導(dǎo)的互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)模式Web2.0，直至現(xiàn)階段正在發(fā)展的步數(shù)字體系/多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（SDH/MSTP）技術(shù)為主，3G/4G時(shí)代承載網(wǎng)以-6-網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）的運(yùn)行模式來看，主要針對(duì)當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨的具體的轉(zhuǎn)控一體，到基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）技術(shù)的轉(zhuǎn)控分離，再到近年來的算做出如下互聯(lián)網(wǎng)代際劃分：第一代互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施以IPv4網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施以IPv6為核心；第三代互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施以IPv6演進(jìn)技術(shù)和新一代2.2.互聯(lián)網(wǎng)2030發(fā)展愿景-7--8-本白皮書將“互聯(lián)網(wǎng)2030”定義為：基于網(wǎng)絡(luò)層IPv6技術(shù)演進(jìn)、傳輸層圖1互聯(lián)網(wǎng)2030愿景圖互聯(lián)網(wǎng)2030具有如下六大關(guān)鍵特征。-9-（2）綠色超寬：廣域網(wǎng)從當(dāng)前以100G/400G為代表的路由/交換端口轉(zhuǎn)障數(shù)據(jù)全生命周期安全，互聯(lián)網(wǎng)2030將具備高度可-10-2030的公眾網(wǎng)部分堅(jiān)持國(guó)際通用IP技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，保障全球互聯(lián)互通，同時(shí)推進(jìn)-11-3.互聯(lián)網(wǎng)2030關(guān)鍵技術(shù)特征3.1.全域互聯(lián)例如，AI訓(xùn)練中存在大量的數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障會(huì)引發(fā)計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間業(yè)務(wù)-12-圖2互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議族譜-13-IETF針對(duì)不同的場(chǎng)景設(shè)計(jì)了多種純IPv6過渡方案，如IPv6承載IPv4技得了顯著進(jìn)展，例如在學(xué)術(shù)研究方面，清華大學(xué)不僅建立了中國(guó)網(wǎng)CERNET-6BONE，還在IPv6過渡技術(shù)，特別是IVI（無狀態(tài)IPv4/IPv6翻于推進(jìn)IPv6技術(shù)演進(jìn)和應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)施意見》，提-14-的承載要求。隨著以太網(wǎng)互聯(lián)帶寬從10Gbps、40Gbps/100Gbps演進(jìn)到400Gbps/800Gbps，往返延遲從幾百微秒降低到幾微秒甚至更低。傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧在數(shù)據(jù)復(fù)制等關(guān)鍵步驟中耗用大量資源并引入延遲，難以達(dá)到預(yù)體性能，目前已演進(jìn)到RoCEv2版本。為了適應(yīng)RDMA原生環(huán)境和需求，聯(lián)動(dòng)等方面進(jìn)行協(xié)議創(chuàng)新和優(yōu)化，以保證零算中心網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性和效能。UET技術(shù)可以在兼容現(xiàn)行以太網(wǎng)生態(tài)的同時(shí)，進(jìn)-15-通過充分發(fā)揮IPv6地址結(jié)構(gòu)的可編程能力，可以實(shí)現(xiàn)IPv6技術(shù)創(chuàng)新與網(wǎng)絡(luò)能具體而言，在提升承載能力方面，通過IPv6演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)承載協(xié)議SR），），asaService（SIDaaS）的技術(shù)理念，定義了網(wǎng)絡(luò)-16-能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠和高效傳輸。傳統(tǒng)傳輸層協(xié)議T瑣導(dǎo)致延遲大、不支持移動(dòng)漫游、TCP協(xié)議運(yùn)行在操作系統(tǒng)內(nèi)核態(tài)難以改動(dòng)等全協(xié)議（TLS）的安全性和HTTP2的并發(fā)-17-更充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，滿足海量數(shù)據(jù)傳輸和RTC等新興業(yè)務(wù)與互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用緊密關(guān)聯(lián)的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)資源層主要包括域名系統(tǒng)（DNS）和-18-3.2.綠色超寬均月無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)流量將相較于2020年增長(zhǎng)40倍，達(dá)到600GB；全球千兆-19-從100G向400G演進(jìn)，預(yù)計(jì)2030年將提升至800G/1.6T，至2035年，該并預(yù)計(jì)將在2030年實(shí)現(xiàn)3.2T的跨越，到2035年達(dá)-20-策略，可以進(jìn)一步增強(qiáng)芯片性能與容量，已成為產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要趨勢(shì)。尤其，設(shè)備容量的增長(zhǎng)除了依賴轉(zhuǎn)發(fā)芯片容量的增長(zhǎng)外，也離不開-21-速、高熱、高密）”的持續(xù)挑戰(zhàn)：硬件高速互連從當(dāng)前的28G/56Gbps向112G/224Gbps演進(jìn)，通過高性能PCB板材突破和Cable互連持續(xù)降低鏈路供電方面，單芯片供電能力從當(dāng)前的500W級(jí)提升到1000W級(jí)甚至更高，板-22-效的手段主要是通過制程工藝進(jìn)步，每一代提升約30%，但隨著摩爾定律及登納德縮放定律的失效，工藝進(jìn)步帶來的能效收益跟不上帶寬的增長(zhǎng)。從28nm并向0比特0瓦特的理想能效目標(biāo)靠近。其中對(duì)設(shè)備資源的精細(xì)化休眠控制和方向。通過實(shí)施此類休眠技術(shù)，可以將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能效提升-23-3.3.確定承載保障需求不同，包括將端到端時(shí)延控制在微秒到毫秒級(jí)，將抖動(dòng)控制在微秒級(jí)，承載網(wǎng)絡(luò)。如圖3所示，確定性承載網(wǎng)絡(luò)通過確定性感知技術(shù)、確定-24-2035年進(jìn)一步降低至亞微秒級(jí)水平，并確保丟圖3確定性承載技術(shù)體系-25-確定性網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)絡(luò)切片、流量工程等技術(shù)實(shí)現(xiàn)確定性帶寬，通過時(shí)鐘/頻確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)尚處于探索與技術(shù)收斂過程，-26-等，傳統(tǒng)的直接測(cè)量的技術(shù)包括連通錯(cuò)誤檢測(cè)（C-27-3.4.算網(wǎng)融合的距離將由100公里拓展至500公里；至2到1000公里。-28-布；在AI/機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)中，流量的總體特征是由少數(shù)的大象流為圖4算網(wǎng)融合系統(tǒng)整體架構(gòu)-29-中國(guó)聯(lián)通于2023年8月發(fā)布《高通量數(shù)據(jù)網(wǎng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)白皮書》，一方面，優(yōu)化端側(cè)的抗丟包傳輸控制算法，增強(qiáng)數(shù)網(wǎng)絡(luò)丟包率降至最低，避免因TCP傳輸特性全面推進(jìn)IPv6演進(jìn)技術(shù)，不僅強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)對(duì)IPv6的全面支持，還旨在提升網(wǎng)絡(luò)-30--31-級(jí)以太網(wǎng)聯(lián)盟（UEC）致力于保持與現(xiàn)有以太網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)兼容的同時(shí)，不斷尋-32-數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)技術(shù)通過賦予每個(gè)數(shù)據(jù)單元獨(dú)特標(biāo)識(shí)來增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可追溯性和可大技術(shù)板塊相輔相成，共同構(gòu)成了數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)健-33-面向未來，數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)將成為構(gòu)建在“機(jī)器/物理”-34-3.5.智能原生構(gòu)、智能計(jì)算芯片與系統(tǒng)等技術(shù)，AI關(guān)鍵技術(shù)的突破促進(jìn)了智能一體化網(wǎng)絡(luò)智能能力，驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管控向高階自治智以根據(jù)AI模型在特定的外部環(huán)境中面向特定單元使能閉環(huán)運(yùn)-35-進(jìn)，預(yù)計(jì)將于2030年實(shí)現(xiàn)整體L4級(jí)別的能力網(wǎng)絡(luò)的智能原生是指從設(shè)計(jì)之初就將人工智能集成作為核心組件的網(wǎng)絡(luò)系圖5智能原生網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)-36-經(jīng)濟(jì)高效的大規(guī)模模型部署，成為業(yè)界亟需攻克的技L4和L5級(jí)自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵技術(shù)。通過大小模型的配合，以業(yè)務(wù)為單-37--38--39--40-圖6網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全架構(gòu)示意圖-41-全球網(wǎng)絡(luò)協(xié)議正在加速從IPv4向IPv6過渡，網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的目標(biāo)是確保訪問-42-提升整體網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)至關(guān)重要。為此，構(gòu)建更適于在運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)部署的路由安全對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)安全至關(guān)重要，一是要研究IPv6路由術(shù)，部署防御措施，建設(shè)IPv6全球互聯(lián)網(wǎng)資源公鑰基升IPv6網(wǎng)絡(luò)的安全防護(hù)和預(yù)警能力，實(shí)現(xiàn)IPv6路由安全態(tài)勢(shì)感知和關(guān)聯(lián)分析面向高安全需求場(chǎng)景，可以采用以太網(wǎng)物理層加密技術(shù)、量子密鑰分發(fā)-43--44-3.7.技術(shù)特征目標(biāo)表1下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特征目標(biāo)100/400800/16003200400/800320064000.120.080.05100km500km1000km-45-本白皮書分別給出了2024年、2030-46-4.互聯(lián)網(wǎng)2030典型應(yīng)用場(chǎng)景邁向萬物/萬智/萬網(wǎng)互聯(lián)的“人-家-企-機(jī)-云-算-數(shù)-車-星”全互聯(lián)的下一代互圖7萬物智聯(lián)場(chǎng)景4.1.聯(lián)人：沉浸式體驗(yàn)自然逼真的全息通信和沉浸式的娛樂體驗(yàn)是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的新追求。互聯(lián)網(wǎng)-47-圖8沉浸式體驗(yàn)面向展會(huì)、教學(xué)和個(gè)人便攜終端等場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)商用，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬需求在10Gbps左右，時(shí)延要求為1～5毫秒，網(wǎng)絡(luò)可用性需達(dá)到99.999%。真人級(jí)的全息產(chǎn)-48-5毫秒時(shí)延和99.999%的可用性。來網(wǎng)絡(luò)需要具備每用戶1～10Gbps帶寬、1～10毫秒時(shí)延和大于99.999%的4.2.聯(lián)家：智慧家庭圖9所示，互聯(lián)網(wǎng)2030的綠色超寬和確定承載等能力，將為家庭用戶帶來大圖9智慧家庭-49-與深化，預(yù)計(jì)帶來聯(lián)網(wǎng)設(shè)備10倍增長(zhǎng)，單設(shè)備求網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)10Gbps到家和99.999%的可靠性。和1～5毫秒時(shí)延以及99.999%的可用性等關(guān)鍵性能指標(biāo)。-50-人1～10Gbps的帶寬、1～5毫秒時(shí)延和99.9999%的可用性。4.3.聯(lián)企：智慧辦公-51-圖10智慧園區(qū)4.4.聯(lián)機(jī)：智能制造深層次變革的核心力量。工業(yè)生產(chǎn)架構(gòu)將從傳統(tǒng)的ISA95“兩層三級(jí)”架構(gòu)逐-52-圖11智能制造滿足遠(yuǎn)程控制99.9999%可靠性的要求。絡(luò)需要具備應(yīng)用識(shí)別能力，以識(shí)別不同的業(yè)務(wù)類型，從而滿足不同SL-53-4.5.聯(lián)云：多云協(xié)同-54-圖12企業(yè)級(jí)多云連接-55-4.6.聯(lián)算：智算服務(wù)圖13智算中心提供強(qiáng)大的算力支撐-56-邁向800G/1.6T。未來，隨著企業(yè)分布式協(xié)海量訓(xùn)練數(shù)據(jù)上傳需要DCI網(wǎng)絡(luò)具備高通量的能力，滿足東數(shù)4.7.聯(lián)數(shù)：數(shù)據(jù)流通-57-圖14數(shù)據(jù)流通-58-4.8.聯(lián)車：智慧出行革。隨著人類活動(dòng)不斷向第三空間深度延伸，V2X圖15智慧出行-59-需要通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，未來，網(wǎng)絡(luò)需要提供P級(jí)數(shù)據(jù)小時(shí)達(dá)的高通量能力，超視距避障、多車匯入等場(chǎng)景時(shí)，因缺乏全局信息顯得無能為力，此時(shí)車-路-航道、園區(qū)自動(dòng)引導(dǎo)車（AGV）等無人駕駛場(chǎng)景，以全天候通數(shù)據(jù)擬合）目標(biāo)檢測(cè)精度可達(dá)15米，未來網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)1004.9.聯(lián)星：全域通信-60-圖16空天地海全域通信-61-中轉(zhuǎn)。單顆低軌衛(wèi)星容量達(dá)到10～20Gbps，假設(shè)1萬顆衛(wèi)星組成覆蓋全球的-62-5.互聯(lián)網(wǎng)2030實(shí)施策略5.1.原創(chuàng)技術(shù)策源，推動(dòng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化安全與治理、IP承載網(wǎng)絡(luò)以及智算中心網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵領(lǐng)域，需要進(jìn)一步加大核心-63-5.2.加強(qiáng)協(xié)同攻關(guān)，加快技術(shù)產(chǎn)品化一是為確保技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)既引領(lǐng)未來趨勢(shì)又能滿足實(shí)際需求，構(gòu)建面向互聯(lián)網(wǎng)5.3.完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化-64-5.4.擴(kuò)大開放合作，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模化基于產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的深厚基礎(chǔ)，產(chǎn)業(yè)鏈上下游匯聚合中提出重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)到2027年應(yīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展。-65--66-6.總結(jié)與展望