ch2 底层网络技术
算力网络关键技术及发展挑战分析
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IPv6 IPv6 Head APP Info
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图 2 算力网络资源感知和信息交互示例
2021 年第 3 期
议的方式实 现 算 力 信 息 的 分 发 与 基 于 算 力 寻 址 的 路 由,同时综合考虑实时的网络和计算资源状况,将不同 的应用调度到合适的计算节点进行处理。 3.3 网络转发技术
专题:下一代互联网技术
算力网络关键技术及发展挑战分析
曹畅 唐雄燕
( 中国联合网络通信有限公司研究院,北京 100048)
摘要:分析了融合计算、存储、传送资源的新一代网络基础设施算力网络的提出背景,结合网络云化、协 议创新和网络能力开放论述了算力网络的关键技术和演进趋势,提出了算力网络未来发展中面临的挑 战,给出了若干促进算力网络发展的建议。 关键词:算力网络;云网融合;IPv6;可编程芯片 中图分类号:TN929. 5 文献标识码:A 引用格式:曹畅, 唐雄燕 . 算力网络关键技术及发展挑战分析[J]. 信息通信技术与政策, 2021,47(3):6-11. doi: 10.12267 / j.issn.2096-5931.2021.03.002
给予了算力提供者、网络运营者、服务提供者和服务使 用者等不同角色引入多方参与的空间,同时也给以算 力网络技术为基础的转—算—存主体分离、联合服务 的新商业模式提供了宝贵的尝试空间[9] 。
3 算力网络关键技术分析
下一代网络技术的前景和发展
下一代网络技术的前景和发展第一章：引言随着信息技术的发展，互联网已成为人们日常生活和工作中不可或缺的一部分。
然而，当今互联网技术仍然存在许多瓶颈和局限性，如带宽受限、网络安全问题等。
为了解决这些问题，下一代网络技术（Next Generation Network，简称NGN）应运而生。
本文将探讨下一代网络技术的前景和发展。
第二章：下一代网络技术的概述下一代网络技术是一种全新的网络技术体系，它融合了多种技术，如光纤通信技术、无线通信技术、网络管理技术等。
下一代网络技术具有高速传输、低延迟、更大带宽、更高安全性等特点，可以为未来的智能化、数字化社会提供全方位、高质量的网络服务。
第三章：下一代网络技术的主要特点1. 高速传输。
下一代网络技术采用光纤通信技术和多路复用技术，可以实现更高的传输速率和更低的延迟，更好地满足多媒体数据传输的需求。
2. 更大带宽。
下一代网络技术采用更广泛的频谱并使用更复杂的编码和调制方案，使得网络的带宽可以得到有效利用，带宽资源的利用率大大提高。
3. 更高安全性。
下一代网络技术采用更加安全的网络架构和更加安全的协议，可以有效防范各种网络攻击，保障网络的信息安全。
第四章：下一代网络技术的应用下一代网络技术可以广泛应用于多个领域，如医疗卫生、智能交通、智慧城市、金融等。
下面分别探讨下：1. 医疗卫生。
下一代网络技术可以为医疗卫生领域提供更安全、高效、便捷的网络服务，如智能医疗、远程医疗、云医疗等。
2. 智能交通。
下一代网络技术可以为智能交通领域的车联网、智慧交通等提供高效、安全、便捷的网络服务。
3. 智慧城市。
下一代网络技术可以为智慧城市建设提供更完善的基础设施，如智能照明、智能保安等。
4. 金融。
下一代网络技术可以为金融领域提供更快速、更安全的网络服务，如移动支付、网上支付等。
第五章：下一代网络技术发展趋势下一代网络技术将越来越注重网络智能化、网络安全、网络生态体系等方面的发展。
5G SA的网络架构和关键技术
5G SA的网络架构和关键技术5G SA是指基于5G独立组网（Standalone）的网络架构，与之相对应的是5G NSA （Non-Standalone）网络架构。
下面将介绍5G SA的网络架构和关键技术。
1. 网络架构：5G SA网络架构主要包括核心网、无线接入网与用户设备三个部分。
1.1 核心网：5G SA核心网的架构由5G核心网（5GC）和业务支持系统（Business Support System，BSS）组成。
5GC是5G SA核心网的关键组成部分，包括核心用户面、核心控制面和网络管理平面。
在核心用户面上，5GC提供了一系列的业务功能，例如用户识别、安全策略、会话管理等。
核心控制面负责用户数据的传输和路由，以及网络功能的控制和协调。
网络管理平面负责网络的配置、管理和监控。
1.2 无线接入网：5G SA的无线接入网包括5G基站和传输网络两部分。
5G基站负责与用户设备之间的无线通信，通过用户设备接入射频信号进行数据传输。
传输网络负责将用户设备传输的数据进行处理和转发，以保证数据的稳定性和可靠性。
1.3 用户设备：就像其他移动通信网络，5G SA网络中的用户设备包括手机、平板电脑、物联网设备等。
用户设备通过5G基站与核心网和其他用户设备进行通信。
2. 关键技术：2.1 新空口技术：为了实现更高的数据传输速率和更低的时延，5G SA引入了新的空口技术，如高增益多天线技术（Massive MIMO）、波束成形技术（Beamforming）和多路径接收技术等。
这些技术可以增加无线信号的覆盖范围和传输效率，提高网络的容量和性能。
2.2 网络切片：5G SA支持网络切片技术，将网络资源按照不同的业务需求进行划分和分配，可以为不同的应用场景提供定制化的网络服务。
网络切片可以提高网络的灵活性和可扩展性，支持各种不同类型的应用，如增强型移动宽带、物联网和车联网等。
2.3 蜂窝协同传输：5G SA引入了蜂窝协同传输技术，可以将多个基站的传输资源进行协同利用，提高网络的能源效率和容量。
8种宽带网络接入技术解析
8种宽带网络接入技术解析随着互联网的快速发展，越来越多的家庭和企业需要高速的宽带网络接入。
为了满足不同用户的需求，目前有多种不同的宽带网络接入技术。
本文将对其中的8种常见宽带网络接入技术进行解析。
1. 拨号接入：拨号接入是最早被广泛使用的宽带网络接入技术之一。
通过电话线路连接到互联网服务提供商（ISP）的服务器，用户可以通过调制解调器将数据发送到ISP，实现互联网接入。
这种技术简单易用，但速度较慢，仅适用于个人用户。
2. 数字用户线（DSL）：DSL是一种通过电话线路提供高速互联网接入的技术。
DSL技术使用高频信号的方式将电话线路分为两个频段，一个用于传输电话信号，另一个用于传输数据信号。
这种技术可以提供较高的下载速度，适用于个人用户和小型企业。
3. 电缆调制解调器：电缆调制解调器（Cable Modem）是通过电缆电视网络提供高速互联网接入的技术。
用户通过电视有线网络连接到互联网服务提供商的服务器，使用电缆调制解调器将数据传输到ISP，实现互联网接入。
电缆调制解调器可以提供较高的下载速度，适用于家庭和中小型企业。
4. 光纤接入：光纤接入是通过光纤网络提供高速互联网接入的技术。
光纤接入采用光信号传输数据，具有较高的传输速度和较低的延迟。
由于光纤的传输带宽较大，可以满足大型企业和机构的需求。
5. Wi-Fi接入：Wi-Fi是一种无线网络技术，通过无线路由器将互联网连接传输到用户的设备上。
Wi-Fi接入适用于个人用户和小型企业，具有便捷和灵活的特点。
6. WiMax接入：WiMax是一种广域无线接入技术，可以提供更大范围的无线互联网接入。
WiMax技术可以支持大规模用户同时访问互联网，适用于城市和农村地区的宽带网络接入。
7. 3G/4G接入：3G和4G是移动通信技术，可以通过移动网络提供高速的互联网接入。
3G和4G技术适用于移动设备和无线互联网接入，可以在城市和农村地区提供宽带网络服务。
8. 卫星接入：卫星接入是通过卫星通信提供互联网接入的一种技术。
电信运营商的网络架构与优化
电信运营商的网络架构与优化随着信息技术的高速发展，电信运营商竞争越来越激烈。
不仅需要提供更快速，更稳定的网络服务，还需要保证更好的用户体验。
为了满足用户日益提高的需求，电信运营商对其网络架构进行了不断的优化。
本文将介绍电信运营商的网络架构与优化。
一、电信运营商的网络架构电信运营商的网络架构包括核心网、无线接入网和传输网。
核心网是电信网络的最重要的组成部分，采用三层结构，即核心层、汇聚层和接入层。
其中核心层是网络架构的最顶层，主要用于承载高容量和高速率的数据，其设备具有高可靠性和高性能。
汇聚层主要用于数据交换和访问控制，将核心网与接入层连接起来。
它的设备需要具备高可靠性、高性能、高带宽等特点。
接入层主要是与用户直接相连的网络层，其设备具有较低的容错能力和处理能力。
无线接入网包括移动通信基站和移动核心网。
移动通信基站用于无线信号的覆盖和传输，而移动核心网则主要负责移动用户相关的网络功能。
无线接入层主要面向用户，其设备也需要具有较高的容错能力和处理性能。
传输网则是整个电信网络的管道部分，包括光纤、传输设备等。
其功能主要是高效、可靠地传输数据，为核心网和无线接入网提供必要的带宽和资源支持。
总的来说，电信运营商的网络架构是一个不断发展的过程。
其目标是为用户提供高速、高质量、高可靠的网络服务。
二、电信运营商网络的优化为了满足用户的需求，电信运营商进行了多方面的网络优化。
优化的目标是提高网络的性能与服务质量，减少故障率和服务中断的时间，并提高网络的带宽利用率。
1.硬件优化电信运营商通过不断更新硬件来提高网络的性能。
其中包括增加传输带宽、更新交换设备和路由器等。
特别是在核心层，运营商会投入大量资金更新高性能路由器，以提高网络的性能和响应速度。
2.软件优化软件优化是另一个重要方面。
电信运营商通过不断更新软件升级包来提高网络的可靠性和性能。
例如，在网络拥堵时，运营商可以根据用户需求和网络特性对软件进行优化。
此类优化可以通过节约带宽和网络资源，提高网络的响应速度。
5G SA的网络架构和关键技术
5G SA的网络架构和关键技术5G SA（Standalone）是指独立部署的5G网络架构，相对于5G NSA（Non-Standalone）来说，5G SA不再依赖于4G基站和网络。
下面将从网络架构和关键技术两个方面介绍5G SA。
一、网络架构：5G SA的网络架构主要包括核心网和无线接入网两个部分。
1. 核心网：5G SA的核心网由多个云原生网络函数组成，其中包括核心控制层（Core Control Plane）和核心用户面层（Core User Plane）。
核心控制层包括以下几个关键功能节点：- AMF（Access and Mobility Management Function）：负责用户接入和移动性管理。
- SMF（Session Management Function）：负责会话管理和策略控制。
- UPF（User Plane Function）：负责用户面数据包传输和处理。
2. 无线接入网：5G SA的无线接入网主要由NR gNodeB（New Radio gNodeB）和UE（User Equipment）组成。
NR gNodeB是5G SA中的基站，它通过与核心网交互，提供接入、定位、传输等功能。
NR gNodeB之间通过Xn接口进行连接，与核心网之间通过NG接口连接。
UE是用户设备，也就是我们所使用的手机、电脑等终端设备。
UE与NR gNodeB通过无线信道进行通信。
二、关键技术：5G SA的关键技术主要包括以下几个方面：1. 新空口技术：5G SA引入了新的空口技术，即NR（New Radio），其特点包括更高的频谱效率、更低的延迟、更大的网络容量和更好的覆盖性能等。
2. 非独占频谱：5G SA采用非独占频谱，即与其他无线通信系统共享频谱资源。
这样能够更有效地利用频谱资源，提高网络容量和覆盖范围。
3. MIMO技术：5G SA采用了更多的天线，即多输入多输出（MIMO）技术，以提高网络的容量和覆盖范围。
overlay网络技术之VxLAN详解
overlay⽹络技术之VxLAN详解⼀、如何理解overlay（⼜叫叠加⽹络、覆盖⽹络）简单理解就是把⼀个逻辑⽹络建⽴在⼀个实体⽹络之上。
就好⽐C/S架构是overlay internet、最开始⽹络overlay 电话⽹络、现在语⾳通信overlay ip ⽹络。
我们现在说的overlay是将⼆层数据包重新封装在UDP中。
⽐如IPsec over GRE就是⼀种嵌⼊式封装。
Overlay是vmware NSX主要运⽤的技术，已经被IETF收录。
⼆、overlay种类：⽹络overlay：主要针对物理服务器，物理交换机作为边缘设备。
（物理交换机为VTEP节点）主机overlay：针对虚拟化，vSwitch作为⽹络边缘设备。
（vSwitch为VTEP节点）混合overlay：上⾯两种的结合。
（软件VTEP和硬件VTEP之间需要标准协议互通）三、现在主要的⼏个overlay技术：VXLAN：由cisco和vmware⽀持，L2 over UDP ，会增加50个字节的IP包头。
NVGRE：由微软⽀持，L2 over GRE ，会增加42字节的包头长度。
（缺点是需要⽹络设备⽀持GRE）STT：由VMware（Nicira）⽀持，L2 over TCP，会增加58+76字节。
（需要修改TCP）四、VxLAN主要解决的问题：1、服务器虚拟化技术，允许在物理机上运⾏多个MAC地址各不相同的虚拟机，随着数量的增加，交换机上的MAC地址表将剧烈膨胀，甚⾄需要MAC覆盖。
2、数据中⼼多以VLAN为虚拟机划分⽹络，但是VLAN数量受制于VLAN(802.1Q)协议4096，这远远满⾜不了现实的需求。
3、多租户环境的要求，其每个租户都有⾃⼰隔离的⽹络环境，导致物理⽹络中每个租户所分配的MAC地址和VLAN ID会存在重叠的可能。
4、Spanning Tree Protocol (STP)算法会产⽣⼤量多路路径冗余。
5、⽀持远距离虚拟机迁移，避免处理复杂的L2 (VLAN)⽹络环境。
chi协议讲解
chi协议讲解近年来，网络安全威胁日益严峻，为了保护网络空间的安全，我国研究人员提出了一种名为CHI（Cross-Layer Hash Integrity）协议的安全防护技术。
本文将对CHI协议进行详细讲解，包括其简介、组成部分、工作原理、优势与应用场景，以及如何使用CHI协议搭建网络安全防护体系。
一、CHI协议简介CHI协议是一种跨层哈希完整性协议，旨在保障网络数据在传输过程中的完整性和安全性。
它通过对数据进行多层加密和哈希处理，实现对整个网络通信过程的监控与保护。
二、CHI协议的组成部分CHI协议主要由以下几个部分组成：1.数据加密层：采用对称加密算法对数据进行加密，保证数据在传输过程中的机密性。
2.哈希函数层：对加密后的数据进行多层哈希处理，生成哈希值。
哈希函数的设计需要满足抗碰撞性和安全性要求。
3.完整性验证层：接收方在接收到数据后，通过同样的哈希函数计算数据哈希值，与发送方提供的哈希值进行对比，验证数据的完整性。
4.签名认证层：采用非对称加密算法对哈希值进行签名，实现对数据来源的真实性和可靠性认证。
三、CHI协议的工作原理CHI协议的工作原理可以概括为以下几点：1.发送方将原始数据进行加密处理，生成加密数据。
2.发送方对加密数据进行多层哈希运算，得到哈希值。
3.发送方将哈希值与加密数据一同发送给接收方。
4.接收方接收到数据后，先对加密数据进行解密，然后使用相同的哈希函数计算数据哈希值。
5.接收方将计算得到的哈希值与发送方提供的哈希值进行对比，验证数据的完整性。
6.如果哈希值匹配，接收方再对签名进行验证，确认数据的真实性和可靠性。
四、CHI协议的优势与应用场景CHI协议具有以下优势：1.高效性：采用高效加密和哈希算法，降低通信开销。
2.安全性：多层次哈希处理，增强抗攻击能力。
3.实时性：实时验证数据完整性，快速发现和防止数据篡改。
4.易用性：兼容性强，可与其他安全协议无缝集成。
CHI协议适用于以下场景：1.数据中心：保障数据中心内部数据的安全传输。
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IP 数据报 字节 6 目的地址 插 入 8 字节 7 字节 10101010101010 1 字节 帧开始 定界符 MAC 帧 6 源地址 2 类型 数 46 ~ 1500 据 4 FCS
IP 层
MAC 层
物理层
… 10101010101010101011
前同步码
为了达到比特同步， 在传输媒体上实际传送的 要比 MAC 帧还多 8 个字节
IP
LAN
WAN
Circuit Switch
LAN
3
广域网与局域网
WAN
大，几百uS～几百mS
LAN
传输时延
传输时延
小，几uS～几mS Mbps～Gbps 多点共享、交换信道 标准化协议、种类不多， 依赖性小
传输速率
传输速率
几十Kbps～几Gbps
信道
信道
点对点信道为主
7
以太网特点
传输速率：10M、100M、1G、10Gbps 共享、交换式组网方式 尽力交付机制 传输方式：CSMA/CD，分布式传输控制 传输时延不稳定
指数退避法使时延成倍增加 流量大，时延变化加剧
8
2.2.1 以太网硬件地址
48bit 以太网地址（称为 MAC地址） 网络上每个站点的地址是唯一的 MAC地址分配与硬件接口卡相关 以太网上的各个MAC地址是互不相关的 Addressing
17
以后一般不考虑 LLC 子层
由于 TCP/IP 体系经常使用的局域网是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 标准中 的几种局域网，因此现在 802 委员会制 定的逻辑链路控制子层 LLC（即 802.2 标准）的作用已经不大了。 很多厂商生产的适配器上就仅装有 MAC 协议而没有 LLC 协议。
第二章 底层网络技术
以太网技术 PPP Protocol 其他网络技术
2.1 Introduction
Not a newly designed networks Method & protocol suite to interconnecting existing networks, enables computers in different networks to exchange information.
2
底层网络
互联网：构筑在现有网络基础上（底层网络）
使用底层网络的通信服务实现的“网络” 底层网络：LAN、WAN、以及专用的“数据链路” 物理网成为互连网的“信道”，或“接口” 理解和抽象互连网的接口
IP IP Packet switch
物理网为上层提供通信支持
IP
IP
IP
IP
IP
PHY
29
RAS：Remote Access Service
2.4.3 其它广域网信道
SONET/SDH 同步光纤网络（线路交换） DDN数字数据网（交换式点对点信道） 微波信道（固定点对点信道） 卫星信道（点对点信道）
30
2.4.4 无线局域网
无线局域网IEEE802.11
22
不提供使用序号和确认的可靠传输
PPP 协议之所以不使用序号和确认机制是出于 以下的考虑：
在数据链路层出现差错的概率不大时，使用比较简单 的 PPP 协议较为合理； 在因特网环境下，PPP 的信息字段放入的数据是 IP 数据报。数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层 的传输也是可靠的； 帧检验序列 FCS 字段可保证无差错接受。
18
2.3 点对点协议 PPP
现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点 对点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)； 用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是 使用 PPP 协议； PPP 协议由SLIP协议发展而来。
19
PPP 协议的组成
1992 年制订了 PPP 协议。经过 1993 年和 1994 年的修订，现在的 PPP 协议已成为因特 网的正式标准[RFC 1661]。 PPP 协议有三个组成部分
28
2.4.2 拨号网
PSTN （ Modem33.6/56Kbps），拨号接入 ISDN：一个数字电话网络国际标准，是一种 典型的电路交换网络系统 xDSL链路层：SLIP、PPP
M
M IP PPP PHY PSTN IP PPP MAC PHY PHY RAS Internet
PHY
23
用户到 ISP 的链路使用 PPP 协议
已向因特网管理机构 申请到一批 IP 地址 用 户 接入网 ISP 至因特网
PPP 协议
24
PPP 协议的工作过程
当用户拨号接入 ISP 时，路由器的调制解调器对拨号做
出确认，并建立一条物理连接； PC 机向路由器发送一系列的 LCP 分组（封装成多个 PPP 帧）； 这些分组及其响应选择一些 PPP 参数进行网络层配置， NCP 给新接入的 PC机分配一个临时的 IP 地址，使 PC 机成为因特网上的一个主机； 通信完毕时，NCP 释放网络层连接，收回原来分配出去 的 IP 地址。接着，LCP 释放数据链路层连接。最后释 放的是物理层的连接。
6
2.2 Ethernet Technology
PHY＋MAC two layer structure Broadcast or Switch Directly addressing to destination
MAC PHY MAC PHY MAC PHY
MAC PHY
MAC PHY
Ethernet
类型字段用来标志上一层使用的是什么协议， 以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。 类型字段 2 字节
IP 数据报
IP 层
4 FCS MAC 层
字节
6 目的地址
6 源地址
2 类型 数
46 ~ 1500 据
13
MAC 帧
物理层
以太网 V2 的 MAC 帧格式
数据字段的正式名称是 MAC 客户数据字段
最小长度 64 字节 18 字节的首部和尾部 = 数据字段的最小长度
数据字段 46 ~ 1500 字节
IP 数据报 字节 6 目的地址 6 源地址 2 类型 数 46 ~ 1500 据 4 FCS 帧
物理层
当传输媒体的误码率为 1108 时， MAC 子层可使未检测到的差错小于 11014。 FCS 字段 4 字节
Unicast Broadcast Multicast
9
2.2.2 层次结构
两层结构：L1， L2 L2 分为MAC子层和LLC子层 LLC和MAC子层均可为上层提供服务
LLC： connection oriented & connectionless MAC: connectionless
16
数据链路层的两个子层
为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准， 802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子 层：（教材p16.）
逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层 媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层。
与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC子层， 而 LLC 子层则与传输媒体无关，不管采用何种 协议的局域网对 LLC 子层来说都是透明的。
与共享式以太网相似（帧结构、信道访问） 无连接通信方式 具有分组分段/重装功能 信道速率1M、2M、5.5M、11M、34M
31
Address is needed for each station
5
Addressing
各种网络都定义了自己的编址和寻址机制
物理网要用自己的地址来实现寻址和传输
物理网的地址也可称为物理地址 IP地址不是物理网的地址，不能替代物理网的 寻址 IP Addressing
IP 物理网 Physical network Addressing IP
21
PPP 协议的帧格式
先发送 首部 IP 数据报 尾部 协议 2
F A C 7E FF 03
字节
信
息
部
分
FCS
2
F 7E 1
1
1
1
不超过 1500 字节 PPP 帧
PPP 有一个 2 个字节的协议字段。
当协议字段为 0x0021 时，PPP 帧的信息字段就是IP 数据报。 若为 0xC021, 则信息字段是 PPP 链路控制数据。 若为 0x8021，则表示这是网络控制数据。
25
2.4 其它网络技术
X.25网 拨号网 专线网 无线网
26
2.4.1 X.25 网
电信公司通过X.25提供公众分组数据网 （PDN，Public Data Network） 三层协议体系结构，面向连接通信方式 编址方式：类似电话号码14个(0-9)数字 DU长度256~2000字节 低速率：1200bps～64Kbps
11
以太网的 MAC 帧格式
IP 数据报
字节
IP层
4
6
6
2
46 ~ 1500
MAC 帧 目的地址 源地址
插 入 8 字节 7 字节
10101010101010