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未来的IP网络和IP网络管理

  数据网络势将在未来的通信领域里成为主角,因为电话网本身存在着难以克服的缺陷。无论xDSL等技术怎样成功,电话网资源利用率低、带宽窄、线路质量不稳定都是难以改变的事实;有线电视网相对缺乏通信领域的运营经验,研究工作相对滞后;而数据网络则因为Internet网络技术的成功,进入到开放的、分布式的发展环境,并以飞快的速度在向前发展。

  IP技术是未来数据网络中的核心技术。无论人们怎样看待ATM和IP之间的竞争,事实是IP将成为未来承载各种应用业务的平台。因此,人们还需要考虑如何在IP之上开展各种多媒体业务和实时业务。而在IP层之下,人们在寻找着合适的技术为IP层提供传输能力和部分路由功能,例如ATM,MPLS,SDH和DWDM。另一方面,三大网络之间的融合是不可避免的,并将从业务的融合最终发展到网络的融合。人们期待着在一个统一的网络上开展各种业务、传输各种信号,以保障高效率地利用资源和更好地开展业务。

  下面简单介绍下一代IP网络的特点,并重点讨论下一代IP网络的管理问题。

  一、IP网络技术问题

  作为下一代网络应用业务的主要支撑平台,IP技术本身存在一些有待解决的问题,其中最主要的是服务质量和安全问题。安全问题的解决主要依赖于隧道技术(tunneling)、加密技术(encryption&decryption)、密钥管理技术(key management)和身份认证技术(authentication)等,在此不做讨论。下面主要讨论IP网络中的服务类别进行信息传输。目前,衡量服务质量的主要参数包括:

  ·时延:一个信息包在两个参考点之间传输的时间间隔;

  ·时延抖动:相同路径上信息包的时延变化;

  ·吞吐量;经过一个网络或网络设备的信息包的速率,可以用峰值速率或平均速率表示;

  ·丢包率:一个网络丢弃信息包的最大概率。

  IP网络中的服务质量问题主要与IP网络的传输方式有关。目前,IP网络采用的是“尽力而为(best-effort)”的传输方式,对传输的结果不做任何保证。这样的传输方式会带来很多服务质量问题,例如:

  ·因为传输中可能会丢失或抛弃信息外,所以无法保证传输内容的完整性;

  ·由于对资源实行共享和动态分配,因此不能保证传输的速率或带宽;

  ·不能保证对用户的响应时间;

  从某种意义上说,这是IP网络分布式的、开放的环境带来的负面影响。未来IP网络上会有多种业务开展,其中多媒体业务要求非常高的传输质量,实时业务要求非常高的响应时间和传输时延控制,这是目前的网络传输环境无法达到的。虽然DWDM的出现几十倍甚至几百倍地扩展了基础网络的传输带宽,但是网络的高带宽并不味着服务质量问题的最终解决。换言之,在高带宽的网络中同样会有服务质量问题。只有在扩展网络带宽的同时展开对服务质量支持技术的研究,才能最终比较彻底地解决服务质量问题。

 

 

   二、在IP网络中保证服务质量

  目前,人们一直在研究如何提高IP网络对服务质量的支持能力。其中主要包括如下技术。

  1、虚拟专用网

  虚拟专用网(VPN)是通过私有的隧道技术在公共数据网络上仿真点到点专线的技术。利用VPN可以为企业提供不同的服务质量保证,同时更有效地利用广域网资源。

  2、区分服务

  区分服务(Diff-Serv)在IP网中通过传输汇聚提供服务质量支持。数据包在区分服务边缘被分类和传输。在不同的区分服务域之间要建立服务层规范(SLS),这是边缘路由器的传输状况动作基础。

  3、流量工程

  流量工程(Traffic Engineering)是一个控制传输流怎样经过网络以达到网络资源的最佳利用和性能保证的过程。出现流量工程的原因是最短路径的路由算法使得某些路由出现拥塞而某些路由却未被使用。以前的流量工程是基于层模式的,即IP处于一个面向连接的网络技术之上,比较典型的是将IP置于ATM之上。

  4、多协议标签交换

  多协议标签交换(MPLS)允许在IP包头前增加包头来建立通道,不对IP数据包的内容做任何处理。采用固定长度的标签加快了MPLS交换机查找路由表的速度,减轻了交换机的负担。MPLS技术为IP网络引入了更好、更复杂的路由技术和服务质量管理功能,加快了数据包转发的速度,减少了时延和时延抖动,增加了网络的吞吐能力。MPLS同样是流量工程的一种。

 

 

  三、下一代IP网络中的管理需求

  未来的IP网络是一个更加复杂、对管理能力要求更高的网络系统。这种要求不仅反映在对网元和网络的管理要求上,还反映在对网络业务的管理要求上。未来网络管理的核心目标只有一个:保证为用户提供的业务的质量。因此,与现在的网络管理相比,下一代IP网络管理将有以下不同。

  1、管理重点转移到业务层和事务层

  网络管理系统的管理重点从网元层和网络层转移到业务层和事务层,即从保证网络资源的可用性转移到保证网络所提供服务的质量。按照电信管理网(TMN)的分层管理原则,网络管理分为四个层次:网元管理层管理网络中的单个设备;网络管理层管理供应商全网框架;业务管理层管理供应商所提供的网络业务;事务管理层管理供应商的运行策略和客户关系。目前的网络管理协议仅仅完成了网元层的管理工作和网络层的部分管理工作,业务层和事务层的管理工作还刚刚起步。

  未来IP网络的核心目标是对客户服务质量的保证,而单纯的网元层和网络层的管理已经远远不能满足对服务质量保证的需求。人们还将从应用(例如业务的吞吐量、响应时间)和系统(例如网络服务器性能)等方面为网络服务质量提供监视和保障。同时,还将制定更多、更新的网络管理参数来适应这些新的要求。

   2、管理信息交互问题将成为研究重点

  客户所要求的服务保证是端到端的,而网络运营商所能提供的服务是点到点的,上面所提到的VPN,Diff-Serv等技术都是基于域的概念,像隧道和分类等技术都是在域内建立和有效的。一个域一般由一个供应商提供,而客户的服务则可能需要多个域共同提供,所以客户服务质量保证依赖于线路上每个运营商所提供的服务质量保证。因此,不同网络系统之间如何建立和保证服务层规范(SLS)以及在不同系统间如何交换与网络管理相关的信息是全网通信质量保证的重要环节。通信网络从端到端运营方式向点到点运营方式的转变将对网络系统之间和网络管理系统之间管理信息的交互提出新的挑战。

  3、需要更强大的配置功能

  由于未来网络的复杂性,特别是边缘路由器等新的智能设备的出现,将使网络配置更为复杂。若仍然依赖手工配置将导致效率更低、错误更多,因此,增强网管系统的配置功能,利用网管系统高效、准确地配置网络将是必然需求。需特别注意的是,由于安全性和复杂性的原因,网络设备的配置功能一直都是网管系统的薄弱环节。目前的网络设备配置功能大多由设备厂商直接提供,而真正实现由网络来提供对网络设备的远程配置功能代价将很高。

 

  四、SNMP在未来IP网络管理中的应用

  目前,围绕IP网络的很多管理研究是以简单网络管理协议(SNMP)为基础展开的。SNMP是一个简单的、开放的、被广泛接受和应用的网络管理协议,包括IETF在内的很多组织都在研究和制定下一代IP网络中所适用的管理信息库(MIB)。但SNMP本身存在一些缺陷,如安全性不高、陷阱没有认证、不直接支持强制性命令等,因此人们制定了远程网络监控协谇(RMON)、SNMPv2和SNMPv3等网管协议以试图改善SNMP协议。SNMP和IP在某种程度上面临一个相同的境况:怎样才能既保持自身简单、开放的特点,又可以满足人们新的、更复杂的需求。如果从实用的角度考虑,SNMP是在Internet上进行网络管理的最佳选择之一。

  考虑到在SNMP协议家族中,SNMPv1提供了网元级的管理功能,SNMPv2和RMON提供和增强了网络级的管理功能,因此,目前的主要任务在于怎样把网络管理功能转移到业务层甚至事务层上,以及如何加强网络层的管理功能。

  从这里可以看出,SNMP已经可以支持网元层和部分网络层的网络管理功能 ,但从未来的IP网络管理考虑还存在一些问题。SNMPv1的安全性非常差,仅通过团体(community)的概念保证安全性,而且团体名是以可显示字符串记录的;又因为SNMP信息包的结构简单,这样的安全保证非常容易被攻破。因此,人们普遍不愿以SNMPv1对设备信息执行设置功能。SNMPv2安全性的提高使协议的复杂性也大大提高,以至于很多设备不支持SNMPv2。因此,SNMP的网络管理功能主要还是集中在对网络和网络设备的监视和查询功能上。此外,SNMP还没有对业务层和事务层提供足够的支持。从某种意义上说,这两层功能的支持可能主要涉及到相应移动管理信息库的制定问题。如果从更深的角度考虑,还涉及到对SNMP体系结构、性能等多方面的要求,特别是SNMP没有在管理者之间提供足够强大的接口,SNMP对管理信息库的描述功能过于简单,以及应用SNMP时的巨大网络通信开销等都是限制SNMP协议在未来IP网络中继续称霸的重要因素。

   五、TMN和CORBA在未来IP网络管理中的应用

  目前在IP网络中极少引入TMN对公共对象请求代理体系结构(CORBA)来实现网络管理,其中原因不尽相同。但考虑到未来IP网络管理任务越来越重,人们将可能引入或借鉴这两种体系结构来实现IP网络的管理。

  TMN的最大问题在于实现的复杂性,由此带来实现方式和理解上的差异,造成TMN系统间难于互通。目前TMN只应用于对网管要求很高的大型、复杂的网络,如移动通信网。但是面对未来IP网络的管理,TMN保密性好、管理信息描述功能强等优势可能会得以体现,特别是TMN对网络管理系统和管理系统之间的X接口做了详细定义,这些特性都是未来网络系统所必需的。

  与TMN不同的是,CORBA技术由计算机领域的技术人员研究和制定,因此实现起来要比TMN更容易和自然。而且,CORBA的接口描述语言(IDL)功能在很多方面也可以与TMN的管理对象定义指南(GDMO)描述功能相媲美。同时,从面向分布、面向对象和兼容性等多方面考虑,CORBA优于TMN。因此CORBA技术在未来的网络管理,特别是面向业务层和事务层的管理中将大有所为。但CORBA技术还没有完全成熟,还没有完全达到人们对它的期望。

  六、结语

  IP网络技术将在下一代数据网络中大展鸿图。伴随着网络体系结构的改变和网络规模的急剧扩大,网络的管理问题将日益突出。因此,网络技术的革命必将同时引发网络管理技术的革命。经验证明,在考虑下一代数据网络建设问题的同时,还应考虑下一代网络的管理问题。

  在网络管理领域中,SNMP被认为是目前应用于Internet网络管理的最佳网络管理协议。而TMN和CORBA等体系结构也可能在未来的IP网络管理中显示出自己的种种优势。可以预见,未来的网络管理必将从网元层和网络层转移到业务层和事务层,也可以说从保证网络的可用性转移到保证网络所提供业务的服务质量。因此,未来的网络管理面临着对被管理问题的认识、如何制定相应的MIB和选择最佳的管理协议和框架等问题。IP网络服务质量及其管理问题的解决,将是数据网络运行多媒体业务和实时业务的关键所在。

2008-09-08
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