蒋林涛 (信息产业部电信传输研究所 北京 100045)
摘 要 本文详细地讨论了IP电信网存在的诸多关键技术问题，指出IP电信网有能力综合现有全部电信业务，可以提供与传统电信网相同的安全性和相同好的服务质量，而且不会因此而加大IP网的复杂性。IP电信网的关键问题，不是不可逾越的，有相当部分技术业已存在，IP电信网是可以在近期实现的。
关键词 电信网络 IP
蒋林涛 信息产业部电信传输研究所总工程师，IP与多媒体标准研究组主席，1970年毕业于清华大学无线电系，1982年获清华大学电子工程系数据通信专业工学硕士学位。长期从事多媒体、数据通信的研究和开发工作，国家“863”通信主题多媒体专业专家组一、二、三届成员。1992年获国务院颁发的政府特殊津贴，1996年获“中华人民共和国有突出贡献的中青年科学技术专家”称号。
1 电信网的现状与发展趋势
随着技术的发展，电信网顺利完成了由模拟向数字的过渡。20世纪90年代起电信网在进行由TDM向分组交换的过渡的历史进程，ATM是这一过渡的代表，但是由于技术难度大和商业运作上的不成功，这个过渡一直未能完成。20世纪90年代初，Internet由于Web技术的应用而获得了极大的成功，迅速扩大成一个和电信网足以抗衡的全球性大网络，进而向电信业务延伸，Internet的非赢利的业务商业模式和以用户自律为基础的业务体系设计，强烈地冲击着以商业经营为目的的电信网。尽管Internet的经营者并没有因此而获利，全球的Internet经营者几乎是全面亏损。但是由于消费者用户的趋利性，迫使电信运营商不得不采用大幅度降价，来暂时缓解来自Internet的冲击，由此全世界范围的电信业效益大面积滑坡，则是实实在在的后果。为了摆脱这种极为不利的局面，迫使电信界重新正视IP技术（20世纪80年代电信界普遍不看好IP技术），在匆忙之中，在电信网中引进基于Internet理念设计的IP网，并将部分电信业务加载在IP网上，期望由此来实现由TDM向分组网的过渡。二三年过去了，用基于Internet理念设计的IP网来承载电信业务暴露出越来越多的问题，有一些问题是带有根本性的（如QoS、安全等问题长时间得不到解决），从而又导致电信界的部分专家对IP技术产生了怀疑，甚至认为电信网根本就不可能用IP网来融合。
TDM技术不是下一代网的核心技术，这观点已为绝大多数电信专家所认可，电信产业全面停止对TDM产品的研发是一个有力的佐证。ATM因为其商业运作不成功，在20世纪90年代中期开始在走下坡路。ATM没有业务，没有继续这方面的标准化工作，ATM作为一个具有端到端交换能力的数据网，从来没有实现过。对于端到端服务质量的保证，在ATM大网中能否实现技术上是存有疑问的。只是因为基于ATM PVC技术的VPN具有很好的安全性和资源独立性，近期ATM在网络建设中（电信网及企业网）又有回升，但这并不意味ATM可能成为下一代的网络技术，ATM的技术复杂性及缺乏业务，基本上决定了ATM不会成为下一代网络技术。近二三年来，电信界一直在试图采用基于Internet理念的IP网技术来作为下一代电信网技术，但二三年过去了，失望情绪与日俱增，二三年前存在的问题，目前依旧存在，看来此路亦不通。Internet的崛起，打乱了电信的有序发展，Internet自由模式和非赢利商业模型使电信陷入困境。简单地将Internet技术用于电信也已证明是此路不通，电信网的发展进入了十字路口，电信网发展向何处去已是一个无法回避的问题。从电信网发展的技术趋势来看，下一代电信网将会是IP网，将会是一个与基于Internet设计理念的IP网有着很大区别的IP电信网。它将会是保留IP网技术最主要的精华部分，即基于分组交换技术采用不面向全国连接工作方式、网络设备间不采用复杂流量控制技术，并且是集电信网技术之长的IP电信网。
2 关键技术问题
IP电信网是集Internet技术与电信网技术优点的IP网，简单照搬Internet期望用它来综合电信业务已经失败；但是反过来，也决不能因为要满足电信业务的需要使IP网过于复杂化，使得网络与网络接点设备的复杂度接近ATM或比ATM更复杂。IP电信网的关键技术是什么，IP网解决了哪些关键问题以后，它就是IP电信网，这些关键技术问题能不能解决，是否可能在近期得到解决，并能用于商用系统，这些都是值得研究的问题。
2.1 IP电信网的服务质量问题QoS
对电信网来说，服务质量必须考虑。近年来在市场需求的推动下，IP网的性能有了很大的提高，IP网的性能提高主要是三个因素造成的：其一，IP 网中的网络节点设备技术上获得很大的发展，由于路由器中，在路由处理、包交换中均采用硬件技术，路由器的性能有了很大的提高，高端路由器中包转发时延甚至与ATM交换机一样好，从而导致IP网性能越来越好；其二，由于传输技术的发展，特别是通信技术的高速发展，DWDM大量商用，传输成本大为降低，IP 网络环境大为改善，传输资源对于IP网的网络资源提供者来说不再是紧缺资源。相反，由于网络建设得快，网络的传输能力相对比较富裕的状态；其三，IP网络上的业务发展相对比较慢，从而使得IP网络相对处于轻载状态。以上三个因素结合起来使得近年来Internet 网上的网络性能有了很大的提高，甚至可以在Internet上很好地开展电话通信。这一结果表明IP网络是有能力保证业务的服务质量，关键问题是如何来调配网络资源，以满足不同业务对网络资源需求，进而满足不同业务的不同服务质量要求。
要解决IP网的QoS，最理想的方法是采用不面向连接的技术来解决，分类服务就是这种技术的一个代表，分类服务的本质是将IP网中的业务分为几类，对每一类业务分配合适的网络资源，以保证该类业务必须的服务质量。分类服务的实现技术关键有4项：①支持分类服务的网络，该网络能够按各类业务对网络资源的需求分配相应的网络资源；从另一角度来看，支持分类服务的网络也可看作是一个可以构建若干个全局性资源独立虚拟专网的网络，每一个全局性资源独立虚拟专网所需的资源，可以根据业务的数学模型来计算，并予以保证。②支持分类业务网络的边缘接入设备应具有业务分类和对用户使用的业务量有管理和控制的能力。任何一个商业性运行的网络，如果要求网络能支持业务的服务质量，则它一定不能依靠用户“自律”来实现，必须要依靠网络设备，特别是网络边缘设备的业务量管理功能来实现，③业务的分类，其一是要实现网络的可扩展性，业务类别宜少，一般分为4类即可，最多也不要超过8类。其二是分类在何处实现，为了实现网络的管理和维持网络的正常秩序，业务分类应在网络的边沿节点设备上。④网络的节点性能要足够优良，节点的丢包时延抖动性能必须足够好，而不会影响业务的服务质量。总的说，从技术层面来讲，这4项技术并非很困难，事实上是这里的不少技术问题已经基本解决，目前主要是缺乏统一规划和统一协议，至使“分类服务”技术并没有真正进行下去。
IP网的QoS问题是一个很大的技术问题，必需从应用层到网络层多层联合起来考虑才有望解决，目前已经有了很好的开头，QoS问题是可以解决的。
2.2 IP电信网的安全性
目前人们认为IP网是一个不安全的网，用于信息检索很好，但不能用于加载重要的业务数据，不能用来承载重要的商用业务网。目前不仅是电信业务网不敢用公众IP网来承载，甚至大型企业网的业务数据都不敢加载到企业公用IP网上去。
IP网是天然不安全，还是因其它原因导致IP网的不安全，是一个值得很好分析的问题。由于我们是在研究下一代电信网技术，讨论电信网的安全问题，所以先来看一看已在商用的电信数据网的安全问题。目前电信数据网有三个： X.25、FR、ATM网。X.25网是最早在电信网中应用，并且是具有端到端寻址能力的数据网，目前银行、证券等高度敏感、要求高度安全的业务加载在其上，而且运行的很好。帧中继和ATM网也承担着大量要求高度安全的业务，很好地向电信用户提供服务。显然，用户是信任电信网中的这三个数据网，认为它们是安全的、可信的。从技术上来讲，X.25、FR、ATM和IP技术基础是相同的，它们都是基于分组交换技术之上，都采用统计复用的工作方式。那么为什么前三者是安全的网，而IP则不被认可呢，看来不是技术上有天然的缺陷，而是另有其它原因。不过，IP与前三者还是有区别的，IP采用不面向连接的工作方式，前三者均采用了面向连接的技术，但这不是导致安全性的问题。因为对于业务系统来说，端到端之间通信的安全性其关键是与端到端之间的信任关系的建立，面向连接是在连接建立之前确定信任关系，不面向连接是要在通信过程中确定信任关系，从安全强度来看，两种工作方式的安全强度是相同的。因此可以得出结论，即基于分组交换技术的、以不面向连接工作方式的IP网不是天生不安全的。
IP网最成功的范例是Internet，目前的电信级IP网也只是一个简单的照搬基于Internet理念的IP网。Internet的理念是：IP网只需尽可能向用户提供一个自由方便的工作平台，网络应尽可能不干预用户的工作，除了为了维持网络的生存收取一定的网络接入费，为此要有一定的用户鉴权等管理机制外，其余的事情网络运营者一概不管。长期以来Internet的专家总是宣称Internet是一个不管理的网，是Internet的这种不管理性和自由开放，Internet才得以发展。但也正是因为网络的无序和不管理，导致网络的不安全和不可信任，因而IP网的安全，首要切入点是要从管理入手。网络运营者必须对IP网络的管理责任，网络运营者必须采用一切技术措施来确保网络的安全性和可信任性。
2.3 IP电信网的商业模型及其相关技术
商业模型是要由技术来支持的，不同的商业模型导致不同技术的产生。Internet是从军网、科研网逐步发展过来的。从本质上来讲，Internet的设计理念是一种非赢利性体系的设计理念，引起Internet爆炸性发展的Web的设计就是非赢利的，电信运营商是无法通过经营Web业务来赢利的。要用一个不能赢利的系统赚钱，除了炒作外别无它路可走。.COM的大量倒闭，网络公司的相继破产，其根源是商业模型及其相关的技术问题。
电信网的商业模型是一个极为关键的技术，它由三个层面构成：
第一个层面是出售基础网络资源，如带宽、流量、虚拟专网等。这是利润最低的层面。
第二个层面是出租业务平台，这是在基础网络上增加了一系列管理系统构成的业务平台。电信运营商借助出租该平台可获得进一步的增值利润。
第三个层面是提供基本业务及增值业务，如电话等，这是电信运营商价值链上最高的一个层面。
必须指出，这三个层面的商业模型需要由不同技术支持，而且有很强的技术关联性。而Internet是业务与承载分离的典型，无法完成上述电信网的商业模型的。
很显然，IP电信网要实现上述商业模型，必须从IP网的体系结构和业务网的体系结构来考虑，传统电信网在这方面有很好的可借鉴的经验与技术，因而必须要跳出Internet的理念，用新的思路来规划和设计IP电信网。
2.4 业务网体系的赢利模型
电信网的商业模型三个层次是从第一层出租初级的基础资源到第三层出售高级服务产品，初级产品处于价值链的最底层，价值链最上层的产品才是最大赢利点，尽管目前电信网的主要收入还是是电话业务收入，但电话业务的贡献率在下降，不及时推出新业务，电信运营商很在激烈的市场竞争中获胜，开发新业务对于电信运营商具有极端的重要性，。
不同的业务网体系，其赢利能力是不同的。Internet的业务设计理念是业务系统的智能在边缘，甚至在用户的终端处，网络业务系统只有极少的智能；甚至业务系统管理智能也尽量放在用户处，而不在运营者能管理和控制的节点设备上，这种业务设计思路必然导致业务系统难于赢利。
Internet中的Web业务就是一种赢利能力很差的一种业务，特别对电信运营者来说。中国电信169网建设中曾对Web业务的赢利方式作过大量研究，结论是：电信运营商无法通过经营Web业务而获利，只能通过收取“买路钱”这种最低级的赢利手段来获利。可以类比，SIP phone也会存在同样的问题，问题也是业务系统的设计理念，智能过分集中在边缘或终端的系统是无法进行商业经营的。当然，这样说并不意味着Internet的业务都不可用，必须去创造新的业务。
总的来说，电信运营商在设计业务系统时必须考虑运行特色，经营性业务与非赢利性业务设计是有很大差异的，目前在设计业务系统时忽视了这个差别。
2.5 个性化的通信能力
个性化通信是通信的目标，也是广大消费者最为需求的。目前移动通信的高速发展，移动电话用户将超过固定电话用户，就是对个性化服务需求的一个明证。
Internet显然也看到了这一点，也已经提出在IP网中要支持终端移动性和系统移动性，为此提出了Mobile IP技术和一整套与之相关的协议，但是无论是目前的Internet也好，还是下一代Internet（NGI）也好，它的总体设计理念并没有发生变化。它最为关注的仍然是网络层的技术，Mobile IP是网络层的技术，它是从网络层去支持移动性。
电信网商业模型是由三个层面构成，而Internet的商业模型实际上只在网络层上考虑，即Internet只关心网络层带宽和传输能力租售，因而Internet的全部技术是为网络层设计的，Mobile IP的提出和加紧它的标准化工作，是一个典型的证明。对电信网的商业模型来说，它需要考虑三个层面的问题，单独使用Mobile IP技术，显然是无法满足IP电信网中全部层面业务的个性化需求。
从电信网角度来看，支持用户个性化通信需求的技术是成熟的，支持移动主要是由三个功能块构成，AUF、HLF、VLF，在哪一个层面设置这三个功能块，就能在哪个层面实现移动性，从而能满足用户个性化的需求。智能网技术也是支持用户个性化通信的技术，从技术的深层次分析，二者的技术基础有很大的关联性，支持用户个性化的技术是存在的，技术关键在于如何在三个层面上实现，如何解决相互间的关联问题。
2.6 可持续发展的网络（建设IPv6网）
下一代电信网必须是一个可持续发展的网络，可持续发展的网络一般说来有二个含义，其一是资源可以支持持续发展；其二是网络应该有很好的可扩展性。
IPv4的地址太少，不能满足电信网持续发展的需要，从发展的眼光来看，IP电信网只可能用IPv6网。但是，IPv6协议与IPv4协议完全不兼容，无法从IPv4网平滑地过渡到IPv6网去，使得IPv6系统商用化面临非常严重的问题。尽管提出了不少过渡技术，诸如：隧道技术、NAT-PT技术、双栈设备技术等，但是还没有找到很理想的技术来实现从IPv4网平滑地过渡到IPv6网。另外，如果只发展Internet而且只使用传统的业务，不考虑发展IP电信网需要大量地址的因素，IPv4的地址还可维持5～10年。正是二个原因，运营商还在千方百计用IPv4地址（甚至不惜采用会带来严重后果的私有地址和公开地址混用）来运营他们的Internet。
如果，全部电信业务要由IP网来承载， IP地址问题就变得十分严峻。不是说IPv4的地址还可维持5～10年的问题，一旦全部电信业务要由IP网来承载，剩余的IPv4的地址连一年都维持不了，更谈不上可持续发展了。建设一个IPv6的网是困难的，特别是要建设一个电信运营商能接纳的IPv6网更是困难，其最关键的问题是在建设IPv6网的同时，要充分考虑IPv4网的存在、市场惯性、用户习惯。IPv6网的另一大好处是可扩展性好，不仅是网络的可扩展性好，业务系统的可扩展性也好。因此建设和发展IPv6网是IP电信网的关键技术之一。
2.7 高速、大带宽的技术问题
下一代IP网络将是一个具有高交换速率，很大的传输带宽的IP网。能做到这一点主要应该归功于密集波分复用技术有突破性进展，单波长传输速率的迅速提高，一个波长上传输速率，从2.5Gbit/s提高到10Gbit/s、40Gbit/s甚至80Gbit/s以上；波分复用的信道数量的不断增加，从16波提高到32波、40波、80波甚至1000波以上。使地在一条光纤上数据传输速率有极大的提高，其速度不仅超过了由摩尔定律限定的交换机和路由器的发展速度，而且也超过了数据业务的增长速度。
当前，10Gbit/s系统已经成熟， 32×10Gbit/s系统已开始大批量装备网络。为了进一步提高WDM系统容量，增加复用波长数和单波传输速率是必然的发展趋势。
OADM技术：由于各项数据业务特别是高速IP业务的迅速发展，对带宽产生的爆炸式需求，不仅在骨干网中要求引入DWDM技术，在城域网和接入网中也将陆续引入DWDM技术。OADM的演变将随着DWDM系统的发展而发展，随着每光纤的传送的波长数不断增加，OADM的需求量也会高速增长。超高性能的路由交换技术：近几年路由器的交换能力有了很大的发展，接口速率从10Mbit/s到100Mbit/s、1000Mbit/s，2.5Gbit/s。但是，要满足IP电信网络的要求，路由器仍然是网络的瓶颈。无论是接口类型、速率还是体系结构上都存在着局限性，已经无法满足组建IP电信网络的需求。必须采用一种全新的分布式多处理器空分交换结构来实现电信级Terabit 线速路由器，这样的电信级Terabit 线速路由器背板将不再象传统的路由器那样使用一组或几组高速的并行总线，而是全部采用超高速的串行总线的方式。充分考虑路由技术和交换技术的结合，将高速大容量的空分交换机构引入到高性能的电信级Terabit 线速路由器中，这样的技术路线将能实现的功能会由过去的路由转变为路由、转发和交换。为了克服目前许多路由器在处理能力上的软件瓶颈，采用硬件ASIC和性能更高的网络处理器来解决由于软件处理部分IP模块方面产生的瓶颈，硬件进行包处理和转发，并由高性能路由处理机计算路由表。在此基础上，实现容量达512G的高速交换背板，包转发率达到100MPPS以上的高速、高性能、大容量、电信级Terabit 线速路由器。
总之，IP网络设备在实现IP网的高速、大容量方面还存在一些技术问题，但总的来说其技术路线已很清晰，目前网络设备的实际能力已超过实际的业务需要，因而在这方面技术压力并不是太大。
2.8 构建综合业务系统问题
电信建设是一个渐进的过程，以往传统电信运营商的基本做法是按业务建网，为每一种业务建一个网。这种作法的直接后果是网络数量过多、运维复杂、运维成本过高，运营商不堪重负。在竞争格局下的电信运营商，要在竞争中处于有利地位，就必须尽可能地‘减负增效’，增效即为发展新业务，减负即为简化网络种类，实现业务网综合化，实现众多电信业务用一个网络来承载。这一进步是几代电信专家的理想，也是多业务运营商的理想。在几年前，当IP技术崭露头角之时，绝大多数电信专家众口一词地认为IP网将一统天下，IP网将会是下一代综合业务网。但二三年过去了，IP技术从本质上没有长进。IP网到底有无能力来综合全部电信业务，能够综合全部电信业务的IP网是否一定会很复杂化。答案应是明确的，IP网的确拥有全电信业务的综合能力，而且IP网仍将保持简单、高效的特色。当然，能够综合全部电信业务的IP网不会再是基于Internet理念设计的，也不会用复杂技术来实现业务的综合。如果人们注意到光传输技术高速发展，和传输价格大幅度下降的特点，用粗放的资源管理技术，完全可以实现多业务综合提出的全部资源要求，在不增加系统的复杂性，不提高系统的综合成本的基础之上，来完成全业务在IP网上的综合。
电信业务的不同，其主要差异点是接入方式的不同，其余的网络技术是类同的。在IP电信网的体系结构设计中，以及业务系统的设计中应充分考虑这一点。从目前的技术现状来看，不少技术业已存在，其关键是对现有技术的整合。
3 结束语
前面讨论了IP电信网面临的八大技术关键，我们可以得出这样的结论，IP电信网有能力综合现有全部电信业务，可以提供与传统电信网相同的安全性和相同好的服务质量，而且不会因此而加大IP网的复杂性。从分析中我们也可以知道，IP电信网的八大技术关键问题，不是不可逾越的，有相当部分技术业已存在，只是还比较分散，形不成合力。虽然说还有大量技术工作要做，但总体上来说并不是遥不可及的。是可以在近期实现的。
从上述分析中的问题来看，下一代电信网的发展和建设需要政府的引导和支持是很重要的。世界上各发达国家政府对引导产业发展也是非常关注的，并投入巨大力量，这是值得我们借鉴的。
----《电信工程技术与标准化》
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