网络体系结构

网络体系结构是用来描述协议技术实现和计算机通信机制的一组抽象的规则, 这些规则指导着网络的发展。计算机网络体系结构是计算机网络的骨架, 支撑整个网络理论, 是网络基础理论研究的核心问题和最基本的研究课题, 对网络协议的制定和相关算法的实现起着指导性的作用。下一代网络体系结构分析网络体系结构的发展代表着网络技术的发展方向。传统计算机网络只能提供单一、静态的网络服务, 难以适应新的网络应用的需要; 传统计算机网络缺乏资源管理和调度能力, 难以保证网络应用对网络服务质量的要求; 传统计算机网络缺乏用户管理能力, 难以保证网络的安全、有效运行。

随着网络体系结构的演变和宽带技术的发展，传统网络向下一代网络的演进势不可挡。下一代网络将具有更广阔的业务范围。其主要目标是：支持实时的多媒体业务，缩减服务投向市场的时间，支持多种接入方式和多种接入终端，支持移动性，确保现有网络的平滑演进以及具有经济、可扩展的网络结构。

一。下一代网络体系结构需要解决的问题

作为新一代网络体系结构, 它首先必须解决传统网络体系结构的不足, 其次要考虑高性能网络对体系结构的要求, 考虑为技术的发展留下空间, 再次还必须考虑现行技术, 确保现有网络的平滑演进。

1. 满足多种业务对QoS的要求

下一代网络要支持多种业务, 从高质量的交互式实时业务( 如话音和实时性的视频业务) 到因特网的尽力而为服务。对于现有的IP网络, 用户业务量的增加造成网络资源相对使用不平衡, 因特网的尽力而为服务远远满足不了实时业务的要求。如何建立统一的、不但能够适应各种传送技术、而且能够满足各种业务需求的QoS网络体系结构, 是非常现实的课题。

2. 满足用户管理和网络安全的要求

传统网络体系结构没有用户管理功能, 不能提供独立于具体应用系统的用户标识、验证、授权和审计能力, 缺乏网络安全控制、计账和用户移动等功能。下一代网络体系结构必须充分考虑业务的需求, 要求网络具有识别、认证和授权等功能, 支持网络管理和用户的移动性等要求。

3. 满足服务组合和服务定制的要求

下一代网络体系结构要满足服务组合和服务定制的要求, 实现即时定制服务和服务部署, 缩减服务投向市场的时间。

二．下一代网络的体系结构

在传统的基于时分多路复用的PSTN中，提供给用户的各项功能或业务都直接与交换机有关业务和控制都由交换机完成如果要增加新业务首先需修订标准再对交换机进行改造每提供一项新业务都需要较长的时间周期智能网出现后实现了呼叫连接与业务提供的分离。交换机完成呼叫连接智能网完成业务提供极大地提高了网络业务提供能力缩短了新业务提供的周期，然而这种分离仅仅是第一步随着承载的多样化还必须将呼叫控制与承载进一步分离。下一代网络结构将分接入和传输层媒体层控制层和业务应用层等即把控制和业务的提供从媒体层中分离出来.。

a接入和传输层将用户连接至网络用户业务将集中传递至目的地包括各种接入手段b媒体层将信息格式转换成能够在网络上传递的信息格式例如将语音信号分割成信元或包此外媒体层还可以将信息选路至目的地.c控制层包含呼叫智能此层决定用户应该接收哪些业务它还控制其他较低层的网络单元告诉它们如何处理业务流并控制低层网络元素对业务流的处理.d业务应用层在呼叫建立的基础上提供附加服务

2、下一代网络的API体系结构

在某种意义上，下一代网络必须是一种可编程的、基于IP的网络，这必然要求XG为应用开发提供强大的、方便的、定义明确的API。对于一些业务提供商来说，API思想本身并非仅仅是一个基本概念。目前，公共API是指所有第三方都可用的API，它包括标准的、开放的API子集。另一方面，专用API 是指由某个公司控制、仅仅在公司内部或合作伙伴内部可用的API。下一代网络API体系结构有一种高级分类方法。

事实上，SS7和IN体系结构标志着控制层的出现，控制层变得越来越成熟，且越来越趋于分布式。20世纪90年代的下一代网络(NGN)设计，可能称为分组话音(V oP)更为合适一些，它使用分组传输网络(通常是ATM而不是IP网络)，该网络是由负责所有呼叫处理的高层呼叫代理(或软交换)控制的。呼叫代理也

为外部应用服务器提供业务逻辑和接口。更新的体系结构要求直接使用Internet协议(如SIP协议和移动IP 协议)，将功能配置在分布式服务器(如本地代理和寄存器)上。

另一方面，在IP网络中，叠加网络的使用正在稳步增长，它可以作为配置和使用核心路由器功能的一项可选方案。主要由于以下因素决定的：新协议的标准化进程滞后;核心要素(路由器)复杂性不断提高，且缺乏开放性;边缘网络计算具有很好的经济性。有趣的是，这些都是传统电信网络存在的缺点。同样，移动终端和无线接入网(RAN)的智能化程度不断提高，与基站和基站控制器相对集中设计相比，控制功能实体逐步实现分布化。下一代网络体系结构顺应这些历史性的发展趋势。

3、下一代网络的分层结构

全IP下一代网络的分层结构它包括叠加层、控制层、核心层和接入层。下一代网络体系结构包括一个核心IP网络，该网络的智能化程度极低。因此，大部分核心网络功能(如路由)是由现有的和即将出现的IP技术来完成的。在核心网络之上是高级控制层，它无法提供路由和呼叫路径建立功能，高级控制层将这些功能转移到了核心网络。高级控制层主要关注那些能够为应用和叠加网络要素所用的功能。控制层和核心网络之间的疏耦合意味着高级控制层通常不参与分组转发和处理的快速路径建立过程。核心网下面是接入网络集合，这些网络用于满足不同的市场机会和需求。4G RAN是目前的无线接入网(RAN)向更高数据速率进化的产物，支持互操作业务、多媒体业务以及通过IP网络互连的分布式控制要素。由于实时限制条件在该层非常关键，因而在核心网络和接入网络之间需要相对严格的协调和耦合。核心网络也为专门网络提供支持业务和连接。这些专门的网络可能需要本地控制，尤其是对于关键特征的控制。在某些区域中提供匿名性服务，同时又保证服务质量(QoS)和可靠性，是目前需要重点研究的问题。

4、下一代网络的功能结构

若对水平方向4个抽象层及其功能进行细分，功能可分成多个垂直集合，每个集合被称之为“面”，包括跨越所有层或跨越数层的关键能力。这些面是安全、QoS/资源控制和其他类似功能(如传输、移动性、组网和业务控制等)。需要注意的是，图4只给出了系统的一个平面。独立的平行面包括运行、管理和维护面以及用户设备面。每个平面和每层与其他面都相互独立，从而形成一个面向对象的网络体系结构，这种结构易于维护和升级。

低层(L1、L2和L2.5)是接入网络层，主要提供物理和媒体接入控制(MAC)级连接、必要的接入控制、广域移动性和具有QoS保证的交换能力。低层中最高的是基于IP的接入网络，它提供IP连接性、必要的接入控制、集成的QoS管理、地址分配、使用快速移动IP协议的子网间切换能力。这两层灵活性较大，且以不同的组合方式进行混合，组合方式主要取决于接入网络技术和网络某一部分的特定拓扑需求。

核心网络层由纯IP区分核心网络组成，这些网络通常提供原始带宽用于连接网络的不同部分。它还包括用于连接外部网络(如Internet)的网关，并使用必要的预防措施来防止来自外部网络的拒绝服务攻击。

协助其他层完成其任务和使命的网络业务称为支持业务。支持业务可分为两个等级。1级支持业务大多与网络的传输功能有关;2级支持业务为终端业务正常工作提供必要的功能。1级业务包括网络级AAA业务、漫游业务、宏移动性管理业务和QoS执行功能，QoS执行功能主要用于对网络的不同部分进行配置以提供符合网络策略和用户配置文件的服务质量。

2级支持业务提供了便于终端业务开展的丰富的业务集合，包括允许应用发现业务并与之进行交互以提供更多高级组合业务的业务注册。该层为终端业务提供应用层AAA服务、便于应用和内容分发及其他优化业务开展的叠加网络、证书业务和一系列网关，这些网关能够提供与传统网络业务(如3G网络中的话音、视频业务和与PSTN的组网业务)业务级集成。

5、结论

目前，互联网正面临着各种困难和挑战，但同时也正是互联网网络体系结构更新需求逐渐明晰的重要时机。随着网络技术和网络体系结构的不断演变和发展，传统网络向NGN的演进势不可挡。如IP电视这类大量消耗带宽服务将需要新的IP基础结构来支持。运营商也希望通过将所有服务转向IP网络来降低运营成本。下一代网络能使运营商在新网络基础上调用服务平台和IP多媒体子系统，同时整合各种运营业务，并且能更快地推出各种新服务。相信未来下一代网络会有非常广阔的发展前景！