新IP：面向泛在全场景的未来数据网络

本书首先以时间为顺序分析了网络协议各个阶段的代表性技术及发展概况，结合TCP/IP的设计原理和技术分析其设计原由及演变方向，从目前有代表性的互联网协议角度，分别介绍了目前IP协议的发展方向以及各个方向维度的发展现状和技术进展情况，以及其发展过程中面临的问题。后从需求角度、技术能力发展和过渡演变趋势3个角度，重点介绍了面向未来互联网协议发展的方向和可能面对的问题。新的技术需求让传统IP协议体系在根逻辑上面临重大挑战，通过推动协议体系的泛在性演进，使网络技术深度进入并统一支撑诸如非IP、标准IP或因环境因素受限而难以通过传统IP协议及其补丁式改进支持的场景。

陈哲，男，博士，华为技术有限公司高级技术专家，CCSA TC614网络5.0技术标准推进委员会接口与协议组组长。主要研究方向为未来网络体系架构和路由协议。发表多篇论文。输出标准提案10余件。申请通信网络领域专利50余件。 周旭，男，博士，中国科学院计算机网络信息先进网络技术与应用发展部主任、研究员、博士生导师，科技部重点研发计划项目首席科学家。专业方向为计算机网络体系结构、5G移动网络、网络人工智能技术等。作为项目负责人完成省部级重大项目10余项，获得省部级科学技术奖一等奖、二等奖各一次。发表论文70余篇，申请专利60余项（其中已授权16项），主持/参与制定国际标准/行业标准8项。 雷波，男，中国电信股份有限公司研究院网络技术研究所副所长、正高级工程师，中国科学院计算机网络信息中心客座研究员，北京邮电大学兼职教授，中国通信学会第八届信息通信网络技术委员会委员，中国通信学会届算力网络技术委员会委员。主要研究方向为未来网络技术、新型数据中心网络、边缘计算与算力网络等，主导编写了首份算力网络ITU-T国际标准、编著业界算力网络专著，目前累计已完成4本专著，发表论文数十篇。 蒋胜，现任北京邮电大学教授，2007-2022历任华为技术有限公司标准主任工程师、产业&标准专家。担任IETF ANIMA工作组主席、CCSA TC614网络5.0技术标准推进委员会副主席。发布29篇IETF RFCs国际标准。获中国国家科技发明奖二等奖、中国专利优秀奖、中国通信标准化协会科学技术奖一等奖、通信学会科学技术奖一等奖。获中国授权专利40+项，国际授权专利20+项。目前研究方向为6G网络、智简通信网络、数据通信网络、互联网协议创新、自组织网络及相关国际国内标准。 郑秀丽，女，华为技术有限公司主任工程师，主要研究领域为未来网络架构与协议、SDN、网络虚拟化、移动性管理等，申请专利30余项（其中授权19项），发表论文10多篇。目前担任网络5.0产业和技术创新联盟副秘书长。 吴楠，女，中国电信股份有限公司研究院工程师，主要从事新型IP网络技术、云网融合、未来网络架构等创新领域的研究工作。目前担任CCSA TC614网络5.0技术标准推进委员会接口与协议组副组长。

第 1章 概述1

第 2章 互联网体系协议设计4

2.1 网络协议发展历程4

2.1.1 协议体系发展初期5

2.1.2 IP得到认同统一5

2.1.3 IP技术能力不断扩张阶段6

2.2 典型技术发展演进分析7

2.2.1 NCP到TCP/IP7

2.2.2 TCP/IP和OSI8

2.2.3 TCP/IP和ATM9

2.2.4 TCP/IP到人机物互联10

参考文献11

第3章 TCP/IP网络协议架构及演变12

3.1 TCP/IP网络协议架构12

3.1.1 协议分层设计12

3.1.2 网络协议体系基础组成部分18

3.1.3 网络协议过渡方案24

3.2 网络体系设计原则及演变26

3.2.1 TCP/IP网络体系设计初始原则27

3.2.2 TCP/IP网络体系设计原则演进29

3.3 网络协议能力扩展31

3.3.1 软件定义网络31

3.3.2 网络隧道技术34

3.3.3 SRv635

3.3.4 低功耗网络协议技术37

3.4 网络体系演进推动39

3.4.1 网络演进动力分析39

3.4.2 网络演进推动组织42

第4章 面向未来互联网协议的新需求48

4.1 面向未来互联网协议应用多样性需求49

4.1.1 工业互联网应用场景49

4.1.2 物联网应用场景53

4.1.3 天地一体化应用场景55

4.1.4 多媒体应用场景57

4.2 面向未来互联网协议的技术能力扩展59

4.2.1 多语义标识变长能力要求59

4.2.2 网络确定性能力要求60

4.2.3 网络内生安全能力63

4.2.4 网络资源感知和管控能力要求66

4.2.5 网络层多播技术能力要求68

4.2.6 高通量传输能力要求69

4.3 面向未来互联网协议作用域需求71

第5章 泛在全场景新IP设计74

5.1 泛在全场景新IP体系设计原则75

5.2 泛在全场景新IP体系架构与能力愿景78

5.3 泛在全场景新IP概览82

5.3.1 泛在IP体系架构设计82

5.3.2 泛在IP数据面协议组成84

5.3.3 泛在IP控制面协议组成85

5.3.4 泛在IP管理面协议组成87

5.4 泛在IP技术要素87

参考文献93

第6章 泛在全场景新IP基础技术94

6.1 地址编址技术95

6.1.1 地址编址需求95

6.1.2 地址编址结构96

6.1.3 可变长多语义地址的表达方式100

6.2 报文封装技术100

6.2.1 报文封装设计需求100

6.2.2 报文封装规范101

6.2.3 灵活IP封装子类格式102

6.3 灵活IP寻址技术106

6.3.1 基于Bloom Filter的变长地址高效寻址技术107

6.3.2 灵活IP地址寻址的可扩展性111

6.4 泛在发现协议113

6.5 灵活IP路由协议116

6.5.1 服务路由117

6.5.2 身份路由119

6.5.3 地理位置路由120

6.6 灵活IP与现有协议互通技术121

6.7 灵活IP应用实例123

6.7.1 卫星灵活IP组网123

6.7.2 IoT物联传感器网络124

6.7.3 面向服务的网络寻址125

6.7.4 工业互联网和全互联工厂网络126

第7章 泛在全场景新IP关键使能技术127

7.1 确定性IP技术127

7.1.1 确定性网络概念和特征127

7.1.2 确定性网络业界研究进展129

7.1.3 确定性IP架构133

7.1.4 确定性IP组网设计142

7.1.5 确定性IP试验验证144

7.1.6 确定性IP网络演进趋势149

7.2 网络自组织协议150

7.2.1 网络自组织需求150

7.2.2 网络自组织研究进展153

7.2.3 网络自组织架构156

7.2.4 网络自组织技术实现160

7.2.5 网络自组织技术发展趋势177

7.3 内生安全协议177

7.3.1 IPv4/IPv6安全分析178

7.3.2 内生安全是未来网络安全的重要趋势181

7.3.3 互联网内生安全架构182

7.3.4 内生安全相关技术187

7.3.5 内生安全发展展望200

7.4 运营级优简多播协议201

7.4.1 多播业务发展需求201

7.4.2 网络多播研究现状202

7.4.3 优简多播技术框架216

7.4.4 优简多播关键使能技术220

7.4.5 优简多播应用场景230

7.5 新传输层协议241

7.5.1 网络应用的传输需求241

7.5.2 传输层协议发展综述245

7.5.3 应用感知的协议设计254

7.5.4 灵活智能的传输功能259

7.5.5 新传输层的演进方向265

参考文献267

第8章 泛在全场景新IP基础设施274

8.1 互联网中心化管控问题分析274

8.1.1 互联网基础设施274

8.1.2 互联网中心化问题276

8.1.3 互联网去中心化相关研究工作276

8.2 去中心化互联网基础设施架构277

8.3 去中心化互联网技术280

8.3.1 分布式账本技术280

8.3.2 名字空间管理层283

8.3.3 应用层286

8.4 互联网基础设施演进方案288

8.4.1 IP地址管理和ROA能力的迁移289

8.4.2 ASN管理和域间邻居关系的迁移290

8.4.3 域名系统的迁移291

参考文献292

第9章 泛在全场景新IP体系实践案例294

9.1 智慧城市294

9.1.1 智慧城市场景实现294

9.1.2 智慧城市实践案例297

9.2 车联网299

9.2.1 车联网场景实现299

9.2.2 车联网实践案例300

9.3 工业互联网302

9.3.1 工业互联网场景实现303

9.3.2 工业互联网实践案例304

9.4 能源互联网306

9.4.1 能源互联网场景实现306

9.4.2 能源互联网实践案例308

9.5 互联网智慧通信310

9.5.1 互联网智慧通信场景实现310

9.5.2 互联网智慧通信实践案例311

9.6 互联网安全防护314

9.6.1 互联网安全防护场景实现315

9.6.2 互联网安全防护实践案例317

参考文献318

附录 泛在IP协议栈开源实践319