未來的IP網絡和IP網絡管理

2019-11-03 09:11:36

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供稿：網友

　　摘要：簡單描述了未來ip網絡及其網絡管理的特點。重點討論了下一代IP網絡的技術問題和管理問題，展望了簡單網絡管理協議（SNMP）、電信管理網（TMN）和公共對象請求代理體系結構（CORBA）等技術在未來IP網絡管理中的應用前景。

　　關鍵詞：服務質量，SNMP，TMN，CORBA

　　數據網絡勢將在未來的通信領域里成為主角，因為電話網本身存在著難以克服的缺陷。無論xDSL等技術怎樣成功，電話網資源利用率低、帶寬窄、線路質量不穩定都是難以改變的事實；有線電視網相對缺乏通信領域的運營經驗，研究工作相對滯后；而數據網絡則因為Internet網絡技術的成功，進入到開放的、分布式的發展環境，并以飛快的速度在向前發展。

　　IP技術是未來數據網絡中的核心技術。無論人們怎樣看待ATM和IP之間的競爭，事實是IP將成為未來承載各種應用業務的平臺。因此，人們還需要考慮如何在IP之上開展各種多媒體業務和實時業務。而在IP層之下，人們在尋找著合適的技術為IP層提供傳輸能力和部分路由功能，例如ATM，MPLS，SDH和DWDM。另一方面，三大網絡之間的融合是不可避免的，并將從業務的融合最終發展到網絡的融合。人們期待著在一個統一的網絡上開展各種業務、傳輸各種信號，以保障高效率地利用資源和更好地開展業務。

　　下面簡單介紹下一代IP網絡的特點，并重點討論下一代IP網絡的管理問題。

一、IP網絡技術問題

　　作為下一代網絡應用業務的主要支撐平臺，IP技術本身存在一些有待解決的問題，其中最主要的是服務質量和安全問題。安全問題的解決主要依賴于隧道技術（tunneling）、加密技術（encryption&decryption）、密鑰管理技術（key management）和身份認證技術（authentication）等，在此不做討論。下面主要討論IP網絡中的服務類別進行信息傳輸。目前，衡量服務質量的主要參數包括：

·時延：一個信息包在兩個參考點之間傳輸的時間間隔；

·時延抖動：相同路徑上信息包的時延變化；

·吞吐量；經過一個網絡或網絡設備的信息包的速率，可以用峰值速率或平均速率表示；

·丟包率：一個網絡丟棄信息包的最大概率。

　　IP網絡中的服務質量問題主要與IP網絡的傳輸方式有關。目前，IP網絡采用的是“盡力而為（best-effort）”的傳輸方式，對傳輸的結果不做任何保證。這樣的傳輸方式會帶來很多服務質量問題，例如：

·因為傳輸中可能會丟失或拋棄信息外，所以無法保證傳輸內容的完整性；

·由于對資源實行共享和動態分配，因此不能保證傳輸的速率或帶寬；

·不能保證對用戶的響應時間；

　　從某種意義上說，這是IP網絡分布式的、開放的環境帶來的負面影響。未來IP網絡上會有多種業務開展，其中多媒體業務要求非常高的傳輸質量，實時業務要求非常高的響應時間和傳輸時延控制，這是目前的網絡傳輸環境無法達到的。雖然DWDM的出現幾十倍甚至幾百倍地擴展了基礎網絡的傳輸帶寬，但是網絡的高帶寬并不味著服務質量問題的最終解決。換言之，在高帶寬的網絡中同樣會有服務質量問題。只有在擴展網絡帶寬的同時展開對服務質量支持技術的研究，才能最終比較徹底地解決服務質量問題。

二、在IP網絡中保證服務質量

　　目前，人們一直在研究如何提高IP網絡對服務質量的支持能力。其中主要包括如下技術。

1、虛擬專用網

　　虛擬專用網（VPN）是通過私有的隧道技術在公共數據網絡上仿真點到點專線的技術。利用VPN可以為企業提供不同的服務質量保證，同時更有效地利用廣域網資源。

2、區分服務

　　區分服務（Diff-Serv）在IP網中通過傳輸匯聚提供服務質量支持。數據包在區分服務邊緣被分類和傳輸。在不同的區分服務域之間要建立服務層規范（SLS），這是邊緣路由器的傳輸狀況動作基礎。

3、流量工程

　　流量工程（Traffic Engineering）是一個控制傳輸流怎樣經過網絡以達到網絡資源的最佳利用和性能保證的過程。出現流量工程的原因是最短路徑的路由算法使得某些路由出現擁塞而某些路由卻未被使用。以前的流量工程是基于層模式的，即IP處于一個面向連接的網絡技術之上，比較典型的是將IP置于ATM之上。

4、多協議標簽交換

　　多協議標簽交換（MPLS）允許在IP包頭前增加包頭來建立通道，不對IP數據包的內容做任何處理。采用固定長度的標簽加快了MPLS交換機查找路由表的速度，減輕了交換機的負擔。MPLS技術為IP網絡引入了更好、更復雜的路由技術和服務質量管理功能，加快了數據包轉發的速度，減少了時延和時延抖動，增加了網絡的吞吐能力。MPLS同樣是流量工程的一種。

三、下一代IP網絡中的管理需求

　　未來的IP網絡是一個更加復雜、對管理能力要求更高的網絡系統。這種要求不僅反映在對網元和網絡的管理要求上，還反映在對網絡業務的管理要求上。未來網絡管理的核心目標只有一個：保證為用戶提供的業務的質量。因此，與現在的網絡管理相比，下一代IP網絡管理將有以下不同。

1、管理重點轉移到業務層和事務層

　　網絡管理系統的管理重點從網元層和網絡層轉移到業務層和事務層，即從保證網絡資源的可用性轉移到保證網絡所提供服務的質量。按照電信管理網（TMN）的分層管理原則，網絡管理分為四個層次：網元管理層管理網絡中的單個設備；網絡管理層管理供應商全網框架；業務管理層管理供應商所提供的網絡業務；事務管理層管理供應商的運行策略和客戶關系。目前的網絡管理協議僅僅完成了網元層的管理工作和網絡層的部分管理工作，業務層和事務層的管理工作還剛剛起步。

　　未來IP網絡的核心目標是對客戶服務質量的保證，而單純的網元層和網絡層的管理已經遠遠不能滿足對服務質量保證的需求。人們還將從應用（例如業務的吞吐量、響應時間）和系統（例如網絡服務器性能）等方面為網絡服務質量提供監視和保障。同時，還將制定更多、更新的網絡管理參數來適應這些新的要求。

2、管理信息交互問題將成為研究重點

　　客戶所要求的服務保證是端到端的，而網絡運營商所能提供的服務是點到點的，上面所提到的VPN，Diff-Serv等技術都是基于域的概念，像隧道和分類等技術都是在域內建立和有效的。一個域一般由一個供應商提供，而客戶的服務則可能需要多個域共同提供，所以客戶服務質量保證依賴于線路上每個運營商所提供的服務質量保證。因此，不同網絡系統之間如何建立和保證服務層規范（SLS）以及在不同系統間如何交換與網絡管理相關的信息是全網通信質量保證的重要環節。通信網絡從端到端運營方式向點到點運營方式的轉變將對網絡系統之間和網絡管理系統之間管理信息的交互提出新的挑戰。

3、需要更強大的配置功能

　　由于未來網絡的復雜性，特別是邊緣路由器等新的智能設備的出現，將使網絡配置更為復雜。若仍然依賴手工配置將導致效率更低、錯誤更多，因此，增強網管系統的配置功能，利用網管系統高效、準確地配置網絡將是必然需求。需特別注意的是，由于安全性和復雜性的原因，網絡設備的配置功能一直都是網管系統的薄弱環節。目前的網絡設備配置功能大多由設備廠商直接提供，而真正實現由網絡來提供對網絡設備的遠程配置功能代價將很高。

四、SNMP在未來IP網絡管理中的應用

　　目前，圍繞IP網絡的很多管理研究是以簡單網絡管理協議（SNMP）為基礎展開的。SNMP是一個簡單的、開放的、被廣泛接受和應用的網絡管理協議，包括IETF在內的很多組織都在研究和制定下一代IP網絡中所適用的管理信息庫（MIB）。但SNMP本身存在一些缺陷，如安全性不高、陷阱沒有認證、不直接支持強制性命令等，因此人們制定了遠程網絡監控協誶（RMON）、SNMPv2和SNMPv3等網管協議以試圖改善SNMP協議。SNMP和IP在某種程度上面臨一個相同的境況：怎樣才能既保持自身簡單、開放的特點，又可以滿足人們新的、更復雜的需求。如果從實用的角度考慮，SNMP是在Internet上進行網絡管理的最佳選擇之一。

　　考慮到在SNMP協議家族中，SNMPv1提供了網元級的管理功能，SNMPv2和RMON提供和增強了網絡級的管理功能，因此，目前的主要任務在于怎樣把網絡管理功能轉移到業務層甚至事務層上，以及如何加強網絡層的管理功能。

　　從這里可以看出，SNMP已經可以支持網元層和部分網絡層的網絡管理功能，但從未來的IP網絡管理考慮還存在一些問題。SNMPv1的安全性非常差，僅通過團體（community）的概念保證安全性，而且團體名是以可顯示字符串記錄的；又因為SNMP信息包的結構簡單，這樣的安全保證非常容易被攻破。因此，人們普遍不愿以SNMPv1對設備信息執行設置功能。SNMPv2安全性的提高使協議的復雜性也大大提高，以至于很多設備不支持SNMPv2。因此，SNMP的網絡管理功能主要還是集中在對網絡和網絡設備的監視和查詢功能上。此外，SNMP還沒有對業務層和事務層提供足夠的支持。從某種意義上說，這兩層功能的支持可能主要涉及到相應移動管理信息庫的制定問題。如果從更深的角度考慮，還涉及到對SNMP體系結構、性能等多方面的要求，特別是SNMP沒有在管理者之間提供足夠強大的接口，SNMP對管理信息庫的描述功能過于簡單，以及應用SNMP時的巨大網絡通信開銷等都是限制SNMP協議在未來IP網絡中繼續稱霸的重要因素。

五、TMN和CORBA在未來IP網絡管理中的應用

　　目前在IP網絡中極少引入TMN對公共對象請求代理體系結構（CORBA）來實現網絡管理，其中原因不盡相同。但考慮到未來IP網絡管理任務越來越重，人們將可能引入或借鑒這兩種體系結構來實現IP網絡的管理。

　　TMN的最大問題在于實現的復雜性，由此帶來實現方式和理解上的差異，造成TMN系統間難于互通。目前TMN只應用于對網管要求很高的大型、復雜的網絡，如移動通信網。但是面對未來IP網絡的管理，TMN保密性好、管理信息描述功能強等優勢可能會得以體現，特別是TMN對網絡管理系統和管理系統之間的X接口做了詳細定義，這些特性都是未來網絡系統所必需的。

　　與TMN不同的是，CORBA技術由計算機領域的技術人員研究和制定，因此實現起來要比TMN更容易和自然。而且，CORBA的接口描述語言（IDL）功能在很多方面也可以與TMN的管理對象定義指南（GDMO）描述功能相媲美。同時，從面向分布、面向對象和兼容性等多方面考慮，CORBA優于TMN。因此CORBA技術在未來的網絡管理，特別是面向業務層和事務層的管理中將大有所為。但CORBA技術還沒有完全成熟，還沒有完全達到人們對它的期望。

六、結語

　　IP網絡技術將在下一代數據網絡中大展鴻圖。伴隨著網絡體系結構的改變和網絡規模的急劇擴大，網絡的管理問題將日益突出。因此，網絡技術的革命必將同時引發網絡管理技術的革命。經驗證明，在考慮下一代數據網絡建設問題的同時，還應考慮下一代網絡的管理問題。

　　在網絡管理領域中，SNMP被認為是目前應用于Internet網絡管理的最佳網絡管理協議。而TMN和CORBA等體系結構也可能在未來的IP網絡管理中顯示出自己的種種優勢。可以預見，未來的網絡管理必將從網元層和網絡層轉移到業務層和事務層，也可以說從保證網絡的可用性轉移到保證網絡所提供業務的服務質量。因此，未來的網絡管理面臨著對被管理問題的認識、如何制定相應的MIB和選擇最佳的管理協議和框架等問題。IP網絡服務質量及其管理問題的解決，將是數據網絡運行多媒體業務和實時業務的關鍵所在。

摘自《現代電信科技》2002年第六期

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