新IP：面向泛在全場景的未來數據網絡

陳哲，男，博士，華為技術有限公司高級技術專家，CCSA TC614網絡5.0技術標準推進委員會接口與協議組組長。主要研究方向為未來網絡體系架構和路由協議。發表多篇論文。輸出標準提案10餘件。申請通信網絡領域專利50餘件。

周旭，男，博士，中國科學院電腦網絡信息先進網絡技術與應用發展部主任、研究員、博士生導師，科技部重點研發計劃項目首席科學家。專業方向為電腦網絡體系結構、5G移動網絡、網絡人工智能技術等。作為項目負責人完成省部級重大項目10餘項，獲得省部級科學技術獎一等獎、二等獎各一次。發表論文70餘篇，申請專利60餘項（其中已授權16項），主持/參與制定國際標準/行業標準8項。

雷波，男，中國電信股份有限公司研究院網絡技術研究所副所長、正高級工程師，中國科學院電腦網絡信息中心客座研究員，北京郵電大學兼職教授，中國通信學會第八屆信息通信網絡技術委員會委員，中國通信學會第一屆算力網絡技術委員會委員。主要研究方向為未來網絡技術、新型數據中心網絡、邊緣計算與算力網絡等，主導編寫了首份算力網絡ITU-T國際標準、編著業界算力網絡專著，目前累計已完成4本專著，發表論文數十篇。

蔣勝，現任北京郵電大學教授，2007-2022歷任華為技術有限公司標準主任工程師、產業&標準專家。擔任IETF ANIMA工作組主席、CCSA TC614網絡5.0技術標準推進委員會副主席。發布29篇IETF RFCs國際標準。獲中國國家科技發明獎二等獎、中國專利優秀獎、中國通信標準化協會科學技術獎一等獎、通信學會科學技術獎一等獎。獲中國授權專利40+項，國際授權專利20+項。目前研究方向為6G網絡、智簡通信網絡、數據通信網絡、互聯網協議創新、自組織網絡及相關國際國內標準。

鄭秀麗，女，華為技術有限公司主任工程師，主要研究領域為未來網絡架構與協議、SDN、網絡虛擬化、移動性管理等，申請專利30餘項（其中授權19項），發表論文10多篇。目前擔任網絡5.0產業和技術創新聯盟副秘書長。

吳楠，女，中國電信股份有限公司研究院工程師，主要從事新型IP網絡技術、雲網融合、未來網絡架構等創新領域的研究工作。目前擔任CCSA TC614網絡5.0技術標準推進委員會接口與協議組副組長。

第 1章 概述 1

第 2章 因特網體系協議設計 4

2.1 網絡協議發展歷程 4

2.1.1 協議體系發展初期 5

2.1.2 IP得到認同統一 5

2.1.3 IP技術能力不斷擴張階段 6

2.2 典型技術發展演進分析 7

2.2.1 NCP到TCP/IP 7

2.2.2 TCP/IP和OSI 8

2.2.3 TCP/IP和ATM 9

2.2.4 TCP/IP到人機物互聯 10

參考文獻 11

第3章 TCP/IP網絡協議架構及演變 12

3.1 TCP/IP網絡協議架構 12

3.1.1 協議分層設計 12

3.1.2 網絡協議體系基礎組成部分 18

3.1.3 網絡協議過渡方案 24

3.2 網絡體系設計原則及演變 26

3.2.1 TCP/IP網絡體系設計初始原則 27

3.2.2 TCP/IP網絡體系設計原則演進 29

3.3 網絡協議能力擴展 31

3.3.1 軟件定義網絡 31

3.3.2 網絡隧道技術 34

3.3.3 SRv6 35

3.3.4 低功耗網絡協議技術 37

3.4 網絡體系演進推動 39

3.4.1 網絡演進動力分析 39

3.4.2 網絡演進推動組織 42

第4章 面向未來因特網協議的新需求 48

4.1 面向未來因特網協議應用多樣性需求 49

4.1.1 工業因特網應用場景 49

4.1.2 物聯網應用場景 53

4.1.3 天地一體化應用場景 55

4.1.4 多媒體應用場景 57

4.2 面向未來因特網協議的技術能力擴展 59

4.2.1 多語義標識變長能力要求 59

4.2.2 網絡確定性能力要求 60

4.2.3 網絡內生安全能力 63

4.2.4 網絡資源感知和管控能力要求 66

4.2.5 網絡層多播技術能力要求 68

4.2.6 高通量傳輸能力要求 69

4.3 面向未來因特網協議作用域需求 71

第5章 泛在全場景新IP設計 74

5.1 泛在全場景新IP體系設計原則 75

5.2 泛在全場景新IP體系架構與能力願景 78

5.3 泛在全場景新IP概覽 82

5.3.1 泛在IP體系架構設計 82

5.3.2 泛在IP數據面協議組成 84

5.3.3 泛在IP控制面協議組成 85

5.3.4 泛在IP管理面協議組成 87

5.4 泛在IP技術要素 87

參考文獻 93

第6章 泛在全場景新IP基礎技術 94

6.1 地址編址技術 95

6.1.1 地址編址需求 95

6.1.2 地址編址結構 96

6.1.3 可變長多語義地址的表達方式 100

6.2 報文封裝技術 100

6.2.1 報文封裝設計需求 100

6.2.2 報文封裝規範 101

6.2.3 靈活IP封裝子類格式 102

6.3 靈活IP尋址技術 106

6.3.1 基於Bloom Filter的變長地址高效尋址技術 107

6.3.2 靈活IP地址尋址的可擴展性 111

6.4 泛在發現協議 113

6.5 靈活IP路由協議 116

6.5.1 服務路由 117

6.5.2 身份路由 119

6.5.3 地理位置路由 120

6.6 靈活IP與現有協議互通技術 121

6.7 靈活IP應用實例 123

6.7.1 衛星靈活IP組網 123

6.7.2 IoT物聯傳感器網絡 124

6.7.3 面向服務的網絡尋址 125

6.7.4 工業因特網和全互聯工廠網絡 126

第7章 泛在全場景新IP關鍵使能技術 127

7.1 確定性IP技術 127

7.1.1 確定性網絡概念和特徵 127

7.1.2 確定性網絡業界研究進展 129

7.1.3 確定性IP架構 133

7.1.4 確定性IP組網設計 142

7.1.5 確定性IP試驗驗證 144

7.1.6 確定性IP網絡演進趨勢 149

7.2 網絡自組織協議 150

7.2.1 網絡自組織需求 150

7.2.2 網絡自組織研究進展 153

7.2.3 網絡自組織架構 156

7.2.4 網絡自組織技術實現 160

7.2.5 網絡自組織技術發展趨勢 177

7.3 內生安全協議 177

7.3.1 IPv4/IPv6安全分析 178

7.3.2 內生安全是未來網絡安全的重要趨勢 181

7.3.3 因特網內生安全架構 182

7.3.4 內生安全相關技術 187

7.3.5 內生安全發展展望 200

7.4 運營級優簡多播協議 201

7.4.1 多播業務發展需求 201

7.4.2 網絡多播研究現狀 202

7.4.3 優簡多播技術框架 216

7.4.4 優簡多播關鍵使能技術 220

7.4.5 優簡多播應用場景 230

7.5 新傳輸層協議 241

7.5.1 網絡應用的傳輸需求 241

7.5.2 傳輸層協議發展綜述 245

7.5.3 應用感知的協議設計 254

7.5.4 靈活智能的傳輸功能 259

7.5.5 新傳輸層的演進方向 265

參考文獻 267

第8章 泛在全場景新IP基礎設施 274

8.1 因特網中心化管控問題分析 274

8.1.1 因特網基礎設施 274

8.1.2 因特網中心化問題 276

8.1.3 因特網去中心化相關研究工作 276

8.2 去中心化因特網基礎設施架構 277

8.3 去中心化因特網技術 280

8.3.1 分佈式賬本技術 280

8.3.2 名字空間管理層 283

8.3.3 應用層 286

8.4 因特網基礎設施演進方案 288

8.4.1 IP地址管理和ROA能力的遷移 289

8.4.2 ASN管理和域間鄰居關系的遷移 290

8.4.3 域名系統的遷移 291

參考文獻 292

第9章 泛在全場景新IP體系實踐案例 294

9.1 智慧城市 294

9.1.1 智慧城市場景實現 294

9.1.2 智慧城市實踐案例 297

9.2 車聯網 299

9.2.1 車聯網場景實現 299

9.2.2 車聯網實踐案例 300

9.3 工業因特網 302

9.3.1 工業因特網場景實現 303

9.3.2 工業因特網實踐案例 304

9.4 能源因特網 306

9.4.1 能源因特網場景實現 306

9.4.2 能源因特網實踐案例 308

9.5 因特網智慧通信 310

9.5.1 因特網智慧通信場景實現 310

9.5.2 因特網智慧通信實踐案例 311

9.6 因特網安全防護 314

9.6.1 因特網安全防護場景實現 315

9.6.2 因特網安全防護實踐案例 317

參考文獻 318

附錄 泛在IP協議棧開源實踐 319