中科院软件研究所 吴志美

　　Internet的发展与存在的问题

　　Internet技术起源于60年代末期美国军方研究的ARPA
网，经过大学、研究所的无偿使用、开发和完善，系统得
到培育，初步形成规模。1983年，Internet正式交付民间
使用，系统进入迅速发展阶段，联入Inte rnet的用户数每
10个月左右翻一番，干线上的信息传输量每6～9个月翻一
番，尽管有人不断预言，Internet 会由于发展太快，造成
信息拥塞，使系统失去控制而崩溃，而实际上通过一次又
一次地增加干线网络的带宽，使Intern et一直保持高速发
展的势头。

　　早期的Internet主要提供电子邮件（E－mail）、远程
登录（Telnet）和文件传输（FTP）的功能，90年代初期出
现WWW服务之后，使得Internet提供的服务向多元化发展，
出现了各式各样的网站，吸引了大量的用户。90年代后期
出现Internet电话，在服务领域上向传统的以话音服务为
主的电信网发起挑战。有人惊呼全世界近十万亿美元建设
起来的电信网可能被取代。IP电话只是Internet提供实时
多媒体业务的开端，IP电视已经开始出现，计算机网、电
信网、有线电视三网融合的呼声日益高涨，信息领域正处
在大变革的年代。怎样的理解比较正确，什么样的策略更
切实可行一些，各方面的管理人员和专家都对于下一代的
Internet（NGI）给予很多关切。

　　NGI初现倪端

　　美国国家自然科学基金会（NSF）1995年开始建设甚高
性能骨干服务网VBNS（Very high pe rformance Backbon
e Network Service），这个网络横贯美国大陆，采用IP
ove r ATM体制。1998年美国副总统戈尔宣布实施Abilene
计划，建设宽带IP网络，采用IP over SD H体制。1998年
2月加拿大提出建设世界上第一个光Internet，采用IP ov
er WDM体制。美国麻省理工学院研究下一代Internet，也
是使用波分复用的光纤网络。我国1998年在863计划中开始
对NGI的IP交换设备进行研究，1999年国家自然科学基金会
立项在北京市内几所大学和研究所之间开展NGI试验性研究
，同年，中国科学院、中国广电总局、铁道部、上海市筹
资组建中国网通公司，在中国东部地区17个城市范围进行
NGI应用性试验。这些试验的主要目标在于寻求新技术解决
目前Internet网上拥挤问题，实时服务的质量问题。通过
典范性的试验来取得实际经验，在传输带宽增加100～100
0倍的这种高带宽的条件下，开发面向领域的革新性的应用
，来研究、开发和培植 NGI。NGI正在孕育之中，它的某些
性能还在演变，但它在交换和传输，网络接入，以及提供
的业务等方面的基本特征已经初现倪端。NGI可以划分为三
个逻辑层次：一是高速传输和交换的核心网，也称为骨干
网；二是提供与核心网的连接，为用户业务提供适配的接
入网；三是为用户提供各种服务的业务网（见图1）。无论
在哪一个层次上都能兼容现在Intern et所提供的功能，它
们表现出目前Internet所达不到的功能都是以宽带为基础
的，所以NGI也可以通俗称为宽带 IP网。

　　1.NGI的核心网

　　核心网的功能是对IP分组进行高速传输和交换，传输
速度在1000Mb/s以上，交换容量在几十Gb/s到几千Gb/s之
间，从接入网的观点看，它是一个传输子网。核心网由分
组交换设备和传输线路组成。传输线路主要是光纤，它用
于核心网内交换设备之间的连接，以及接入网到核心交换
设备的连接。核心网内交换设备正在演变过程中，1995年
的试验网中，用的是ATM设备，采用IP over ATM体制。把
IP包拆成ATM信元进行交换，把ATM的信元封存在 SDH帧格
式中，通过光纤进行传输。随后的试验中使用IP交换机替
代ATM，采用IP over SDH体制，以IP 分组为单位进行交换
，以IP分组封存在SDH分组中，在光纤上传输，再后面的试
验采用IP over WDM，将IP 分组直接在波分复用的光纤上
传输。ATM采用等长的53字节的信元作为交换和传输单位，
在交换结点中的缓冲处理有方便之处，ATM有一整套保证服
务质量的措施，但对于IP提供的业务来说，把IP分组拆成
ATM信元，再组合成IP分组都是额外的工作，ATM信元头也
是额外的带宽开销。SDH帧格式中有完善的运行和维护信息
，对解决网络的自愈和网络管理有好处，但SDH基本帧重复
周期为8kHz适应电话采样频率，SDH支持同步复接，对时延
抖动限额要求较高，这些特征对IP业务意义不大，采用IP
over WDM体制可以期望把设备做得更廉价，这是一个大体
的演进趋势。

　　光通路的分插复用设备（OADM）已经用于光波复用系
统中，光交叉连接设备（OXC）也在实验室环境下研制成功
，它可以避免在传输过程中的光电转换的瓶颈，这些技术
都会在核心网内得到应用，然而要实现真正的光交换，对
信号的速率、格式在光领域进行处理，还有很多问题有待
研究。

　　2.NGI的接入网

　　接入网的功能是对各种业务提供支撑的手段，使它们
适配到核心网上。由于业务的多样性、业务的扩张性使得
接入网的形态呈现多样性。目前主要有以下几种。

　　1)随着核心网采用IP over SDH和IP over WDH的体制
，现存的ATM系统逐渐地进入接入网的范畴，它可以满足一
些特定业务质量要求的业务。

　　2)各种形态的路由器，特别是有千兆光纤接口的交换
路由器是与宽带核心网配合很好的接入设备，它与宽带核
心网连接，不需要做协议的转换，它能够支撑多种业务，
特别适合光纤到大楼、光纤到路边、光纤到办公室的环境
。

　　3)各数字用户环路ADSL、HDSL、VDSL、IDSL都在发展
之中，这些用户环主要用于社区内最后一公里的接入，经
过汇集之后再接入核心网络。

　　4)光纤铜缆混合接入（HFC）是近两年呼声甚高的接入
手段，利用有线电视的电缆传输数字信号，利用电话线路
作上行信道或者对原有的电缆作双向传输的改造来实现In
ternet 的接入。

　　5)无线的本地多点分布系统（LMDS）采用20～40GHz频
段提供按需分配的带宽，传输容量可以达到15 5Mb/s，适
合于中小企业及家庭的接入。

　　6)电力上的Internet接入系统目前有所突破，传输速
率可以达到1Mb/s。 每一种接入方式都有各自的长处和局
限性，有特定的适应范围。所有的接入方式都有IP的承载
能力。而对IP之上的业务的支持能力是各不相同的。

　　ATM和路由器都支持综合业务，ATM的质量保证更完善
，但系统相对复杂，价格昂贵，各种数字用户环路都考虑
了电话业务和Internet业务的兼容，而HFC更多考虑广播电
视业务与Internet业务的兼容，LMDS和电力线上的接入都
在研究之中，LMDS还有频谱资源的分配问题有待协调。

　　接入网是一个形态多样，技术繁杂、变化多端的领域
。为了支持各种业务满足各种业务的特定要求，除了必要
的协议转换、地址转换技术之外，还发展了各种应用的技
术。例如，为了支持电视广播、电视会议，发展了多播技
术，当相同的信息传给很多人要经过同一段网络时没有必
要传送很多份。为了防止信息的丢失、恶意攻击，研制出
各种类型的防火墙。为了防止信息在传输过程中失密，各
种加密、解密算法被放到接入设备中。目前黑客猖獗，将
来在管理系统中除了目前已有的常规管理之外，会增加监
察、反黑客侦探的功能。

　　3.NGI的业务网

　　在通常的概念中，每一种业务有一个网络来支持它，
例如电话网提供了话音业务，有线电视网提供电视广播业
务，X .25数据网提供了数据业务，Internet提供计算机互
联的业务，随着各种网络业务的扩张，网络承载技术的融
合，各种网络之间的界限越来越模糊，当Internet向宽带
化过渡之后，从用户的观点来看，包括核心网在内的宽带
接入网就是一个各种业务的承载网，各种业务网都可以叠
加在这个接入网之上。这些业务也处在不断地发展和演变
之中，有一些业务是目前网络难以支持的业务，而有一些
目前网络已能支持的业务在宽带IP网的环境下也有新的特
征。

　　首先我们来看远程教学。要使得影像信息通过目前的
网络，实现真实意义下的远程教学，实际上很难办到。或
者我们无法获得这样的带宽，或者无法支付昂贵的电路费
用。这样的系统在目前环境下只是一个演示系统，而当宽
带IP网建成之后，带宽资源足够丰富，远程教学才是一个
实际使用的系统。

　　其次是电视会议。目前我们开电视会议要事先申请电
路，在特定的场所使用昂贵的设备才能进行，在宽带IP网
络环境，电视会议只是一种很普通的业务，只要事先通知
与会者，按时出现在自己的终端前就行了。

　　第三，协同设计。我们今天为了共同做一个项目，通
常都在一个办公地点上班，以便彼此的协商，而有宽带IP
环境后，可以通过网络将设计者彼此连在一起。 第四，虚
拟网络。目前虚拟网络还没有广泛使用，而在宽带IP网环
境下，虚拟网是一种业务，任何用户集团可以设定虚拟网
络，使得这个集团在特定的业务下与外界隔离，这种虚拟
专用网络可以达到目前各种专用网一样的效果，而成本却
低廉得多。

　　第五，电子商务。目前的电子商务还处在早期阶段，
借助于网站提供各种信息，可以使一些票据变成电子化，
而在未来的宽带IP网络环境下，可以实现实时处理商务活
动。这将大幅度减少流通环节，增加流通领域的透明性，
电子商务将会非常广泛地应用在商业活动领域。

　　第六，数字电视会在宽带IP网上进行。在一个1000Mb
/s的线路上可以传递200个频道的广播电视，通过多播技术
将特定频道上的节目送到相应的用户组。对于点播的节目
将会有实时和非实时之分，对非实时的音像节目，卸载是
非常廉价的服务。

　　最后来看看IP电话，目前IP电话质量不够理想，价格
也不够低廉，因为目前IP电话在多数情况下还要经过普通
的电话网，要支付这部分普通电话的费用，长途部分用IP
分组传送，而这段电路中的带宽又难以保证。在将来宽带
IP网络的环境下，话音占用的带宽只是线路带宽中很少的
一部分，通过优先级保证话音先行，这时话音的质量可以
保证，长途电话与本地电话在费用方面没有太多差别。

　　NGI带来的影响

　　无论是在中国还是在西方国家，传统电信网和有线电
视网都是由政府部门管理，而且走过一段垄断经营的历程
，而I nternet没有特定管理部门，Internet发展的速度最
快。宽带IP网络将会蚕食传统电信网的业务，IP电话将会
使传统电话业务分流，特别是长途电话和国际电话相当的
业务量将由IP电话来完成。宽带IP网对有线电视网络体制
产生影响，未来的数字电视可能由宽带IP网来提供。来自
Vint-Cerf-MCI的美国电信市场分析报告指出，数据业务正
以200％的速度增长，话音业务以5％的速度增长，预计在
2005年数据业务将超过话音业务，根据Lucent对中国市场
的调查，数据业务以180％的速度增长，话音业务以14％的
速度增长，在未来的几年里，全世界数据业务总量将超过
话音总量，以话音为主的电信网络将逐步演变为支持多种
业务的数据网络是历史的必然。

　　宽带IP可以支持计算机通信业务、传统电信业务和有
线电视业务，随着中国进入WTO，会加速业务融合的过程，
甚至在国外没有充分发展的新技术都可能在中国这块土地
上先行，因为西方电信的运行效率比中国电信运行效率高
，同一种新技术在中国这块土地上竞争力比在西方国家更
强。这种环境逼迫我们主动采用新技术，采用新体制，提
高运行速率。

　　目前的Internet是在租用现有电信部门的线路基础上
发展的，相对陈旧的技术体制和低效的管理运行方式，使
得Internet的成本比较高，影响Internet的发展速度和应
用领域。而下一代Internet新的技术体制和新设备将大幅
度降低系统造价，若能打破垄断的管理体制，提高运行效
率，按单位信息量所要支付的费用计算，下一代I nterne
t费用只有现在的1/10～1/100。现在许多不可思议的事情
，都将在NGI环境下变成现实。 软件世界