全维可定义多模态智慧网络

网络全维可定义技术

传统网络存在问题

随着网络业务形态的不断丰富，业务对网络的需求越来越多样和多变。而传统网络基础结构僵化、网元结构封闭、资源/功能配置僵化，网络内在的能力与结构对业务需求的适应性差，导致网络对融合、泛在、质量、安全、扩展、移动等的支持能力低下，业务需求与网络基础能力之间的差距越发显著。

什么是网络全维可定义

网络全维可定义技术通过打破传统网络刚性架构，建立网络各层功能全维度可定义的开放、灵活、通用架构，通过将“软件定义”思想从服务层下沉到控制层、数据层，能够对开放架构下基础网络的软硬件、协议、接口、芯片等进行全维可定义，真正在各层面实现功能可定义，资源高效自动适配，支持各层功能在全维可定义功能平台上的动态加载和演进发展，支持异构网络的柔性互连，通过网络结构自组织和业务自适配来动态灵活适配业务发展需求，从而为网络的柔性化组织和功能多模态呈现提供平台支撑。

网络全维可定义技术包括软件定义硬件（SDH, software-defined hardware）、软件定义互联（SDI, software-defined interconnection）、软件定义计算（SDC, software-defined computation）、软件定义功能编排（SDO, software-defined orchestration）、软件定义转发（SDF, software-defined forwarding）、软件定义协议（SDP, software-defined protocol）、拟态计算（MSC, mimic computing）/领域专用架构（DSA, domain-specific architecture）等。它通过建立网络连接、硬件、协议、转发等全维可定义的基础结构，实现基础连接、节点、网络等层面全链条可定义，从而使网络的运行机理不再受制于单一功能或技术，并使网络具备多维资源的柔性组织和适配能力，在服务灵活性和业务适应性上满足多样化业务需求，自然适应未来业务的复杂不确定演进。

何为软件定义？

软件是一系列按照特定顺序组织的计算机数据和指令的集合。这个集合的作用其实就是为了和硬件交流。从广义来说，软件就是用户与硬件之间的接口。用户通过软件来操控硬件。

软件定义，究其本质，就是将原来高度耦合的一体化硬件，通过标准化、抽象化，解耦成不同的部件。围绕这些部件，建立起不同的抽象层，以API（应用编程接口）等方式，实现原来必须由硬件才能提供的功能。再由管理控制软件，自动地进行硬件资源的部署、优化和管理，提高灵活性，为应用提供服务。

简而言之，软件定义就是更多地由软件来驱动并控制硬件资源。

各种“软件定义”技术方案，核心思想都是将传统的“一体式硬件设施“分解为”基础硬件机器虚拟化+管控软件“两部分。基础硬件提供标准化的基本功能，进而在其上新增一个软件层来替换“一体式”硬件中实现管控的“硬”逻辑，为用户提供更开放、灵活、智能的系统管控服务。采用这种技术思路的直接动因是，互联网环境下应用系统大量涌现，迫切需要按照各自的需求灵活地共享硬件资源。

“软件定义”技术途径的核心是硬件资源虚拟化和管理功能可编程。硬件资源虚拟化是将硬件资源抽象为虚拟资源，然后由系统软件对虚拟资源进行管理和调度，如操作系统中虚拟内存对物理内存的虚拟、伪终端对终端的虚拟、套接字 (socket) 对网络接口的虚拟、逻辑卷对物理存储设备的虚拟等。硬件资源虚拟化支持物理资源的共享，可提高资源利用率，屏蔽不同硬件的复杂细节，简化对资源的管理和调度，通过系统调用接口可对上层应用提供统一的服务，方便程序设计。应用软件和物理资源在逻辑上分离，可分别进行独立的演化和扩展并保持整个系统的稳定。

管理功能可编程是对通用计算系统应用的核心需求，主要表现在访问资源所提供的服务、改变资源的配置和行为两个方面。在硬件资源虚拟化的基础上，用户可编写应用程序，通过系统调用接口访问资源所提供的服务，更重要的是能够灵活管理和调度资源，改变资源的行为，以满足应用对资源的多样需求。所有的硬件资源在功能上都应该是可以编程的，这样，软件系统才可以对其实施管控，一方面发挥硬件资源的最佳性能，另一方面满足不同应用程序对硬件的不同需求。从程序设计的角度，管理功能可编程意味着计算系统的行为可以通过软件进行定义，成为所谓的“软件定义的系统”。

“软件定义”是近期出现的热点概念，但其蕴含的硬件资源虚拟化和管理功能可编程两个核心思想一直都是操作系统设计与实现的目标与准则。“按需使用、随需随用、无需停用”将成为常态。可以预料，“软件定义”将扮演日益重要的角色，这给软件技术特别是系统软件技术的发展带来了一系列新挑战和新机遇。

文件是对I/O的抽象，虚拟内存是对存储器的抽象，进程是对运行程序的抽象，操作系统是对所有硬件资源的抽象。虚拟机是对

多模寻址与路由技术

单一IP寻址存在问题

现有网络的单一化 IP 寻址路由机制存在能力简单而薄弱、安全和移动性差等诸多弊端，而随着网络业务形态的不断丰富，业务对网络的需求越来越多样和多变，基于 IP 的寻址路由能力却是有限的和确定的，与丰富多样的上下层功能之间存在巨大的反差，无法满足多元化和专业化的高效高质量服务需求。

多模寻址的概念

多模态寻址与路由技术在网络体系结构中内嵌新型的寻址与路由功能要素，支持 IP、内容标识、身份标识、地理空间标识等多模态标识的共存与协同，采用计算和数据分离方法将基于上述标识的多种寻址与路由机制自然配合、联合起效、融为一体，从而在根本上突破传统网络 IP 单一承载的制约瓶颈，满足多元化和专业化的高效服务需求。具体来说，多模态寻址与路由技术面向多模态标识空间灵活组网与高效扩展需求，支持跨模态的资源协同与资源分解，实现面向多样化标识空间的协议定义与适配，实现对网络状态、用户需求、服务类型、安全需求具有不同粒度要求的多模态寻址路由的按需切换和互联互通

网络智慧化管理技术

现有网络功能问题

现有互联网的数据传输、资源管理和运行维护等方式僵化，在网络管理复杂性倍增、运行与维护开销巨大的背景下，传统基于静态策略模式的网络配置和运维等方式受限于对复杂网络认知的局限性，在灵活性和实时性等方面已难以适应当前网络业务的复杂性，已无法满足复杂网络环境下的网络资源调度与适配需求。同时，现有用于刻画网络功能、性能等的模型和评价体系，及由此构建的资源提供和业务承载方法均面临深刻变化，导致网络效率低下，用户体验差

内生安全构造技术

网络规模快速膨胀及各种网络要素的复杂特性，使网络经常会受到各类不确定的未知威胁或扰动，如链路/节点故障、系统后门/漏洞等，从而导致其性能降低甚至功能丧失。网络安全直接受制于其内在功能和结构要素，必须在网络体系结构中内嵌安全构造机制。

网络内生安全构造技术依据“结构决定安全” “系统大于部分之和”的理念，在多模态智慧网络中植入基于动态异构冗余的内生安全结构，采用基于“相对正确公理”的威胁感知机制动态改变网络系统结构及运行环境，将随机性失效和人为扰动转化为概率可控的事件；在此基础上，该技术采用基于多模裁决的策略调度和负反馈控制机制，使功能等价条件下的执行体结构表征具有不确定性，从根本上抑制随机性失效和人为蓄意扰动，从而获得网络的内生安全效应。

参考

从软件研究者的视角认识“软件定义”http://sei.pku.edu.cn/~yaoguo/papers/Mei-CCCF-15.pdf
全维可定义的多模态智慧网络体系研究
数字经济时代需要什么样的网络。https://zhuanlan.zhihu.com/p/79692903