1.1 网络发展的历史趋势

1.1.1 网络变革的历史

在网络研究上，移动通信技术的研究给出了很好的范例。移动通信网的研究从一开始就采用分代研究，平均以十年一代的速度迅速推进，至今已发展到了第五代（5G），每一代任务具体、目标明确、进展顺利。借鉴移动通信技术的研究方法，我们采用分代研究的策略，从网络基础理论出发对网络分代，开展任务具体、目标明确的研究。

从整个电信网络的历史沿革来看，可以划分为四个大的阶段：模拟通信、数字通信、互联网通信、软件定义网络。

1. 模拟通信

从电信网诞生到20世纪70年代，电信网基本都处于模拟通信时代，这一阶段的主要技术特征是基于模拟电路的专用通信系统，代表性技术有载波通信（包括明线载波、电缆载波、模拟微波通信等）和模拟蜂窝移动通信。

模拟通信的早期是端到端的金属实线连接，用于电话和电报。随着用户的增加，所有用户之间都用实线连接是极不经济的，而且网络也将极为复杂，交换技术的引入有效解决了这个问题。随着通信网越来越大、通信距离越来越长，完全采用实线连接代价太高，于是引进了FDM（Frequency Division Multiplexing，频分复用）技术。FDM采用载波调制技术，通过不同载波携带各自的有效信息来实现复用，在一条实线上，携带数路、数十路甚至数千路模拟信息，从而有效地提供传输效率，这就是第一代网络技术。第一代网络技术的基础是FDM＋交换（通过人工或自动交换设备）。

2. 数字通信

20世纪80年代全球开始进入数字通信时代，这一阶段的主要技术特征是语音和数据的数字化，基础是PCM（Pulse Code Modulation，脉冲编码调制）、TDM（Time Division Multiplexing，时分复用）和分组通信，代表性技术是PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy，准同步数字体系）传输、SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）传输、X.25分组通信、ATM（Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式）、程控数字交换和数字蜂窝移动通信等。

由于模拟通信技术的中继噪声倍增，且单位赫兹的传输效率低下，因此第二代网络技术就采用了数字通信。第二代网络采用的TDM技术，通过用不同的时隙承载不同的用户通信信息，从而实现用户间通信的复用。TDM技术在程控电话交换系统和SDH中得到了极为成功的应用，迄今为止SDH仍在广泛使用，提供点到点的同步数据专线。作为TDM技术的用户接入技术，ISDN（Integrated Services Digital Network，综合业务数字网）和DDN（Digital Data Network，数字数据网）也曾广泛使用。基于TDM的数字通信技术设计严谨，体系完整，完成了作为一代通信技术的使命。

3. 互联网通信

20世纪90年代全球陆续进入互联网通信时代，这一阶段的主要技术特征是全IP化，最典型的表述是IP over Everything和Everything over IP，IP作为互联网通信的基础性技术成为业界共识，代表性技术是TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/互联网协议），代表性业务是万维网、电子邮件、搜索和即时消息等。

第三代网络是基于统计复用的分组数据通信技术。以往的TDM技术只能用于面向连接的场合，一旦连接建立，在通信的两侧用户之间就建立起了一条交换性虚电路，在连接存在期间，通信资源是独占的。TDM技术对通信资源的利用率较低，而基于统计复用的分组数据通信技术是为提高通信网资源的利用率而提出的。

在分组通信数据网中，通信信息将被打成一个一个的数据包（分组），数据包是分组通信数据网中传送的基本单元，通过数据包的传送实现通信。数据包在通信信道上传送就占用通信网资源，数据包不在通信信道上传送就不占用通信网资源。只要网络的通信资源从统计意义上能满足通信业务的资源要求，就能保证业务的服务质量，基于统计复用的分组数据通信技术可以提高网络通信资源的利用率。

发展第三代网络技术的一个推手是电信业务的发展，我们期望通过使用统计复用的分组数据通信技术，大幅度提高网络通信资源的利用率。典型的第三代技术有X.25、FR（Frame Relay，帧中继）和ATM。发展第三代网络技术的另一个推手是计算机网络，其动力是为解决异机种计算机之间的互联。异机种计算机间互联的要求是能够实现联网计算机间随时随地的进程通信，为此要求计算机端到端处于长连接状态。异机种计算机之间互联的这一要求，开拓了分组数据通信网不面向连接的工作模式的应用。TCP/IP提供了进程通信能力以及从未有过的网络连接能力，并且连接数没有限制。TCP/IP是网络技术的重大突破和创新，原有的通信技术完全无法和它抗衡。

4. 软件定义网络

目前全球通信产业已经开始进入第四个历史阶段，即软件定义网络阶段，这一阶段的主要技术特征是网络架构的变革，即从垂直封闭架构转向水平开放架构，体现在网络控制与转发分离、网元软硬件的解耦和虚拟化、网络的云化和IT化等多个方面，代表性技术有SDN（Software-Defined Networking，软件定义网络）、NFV（Network Functions Virtualization，网络功能虚拟化）和云计算（Cloud Computing）。这一阶段的来临为电信网络的深化转型提供了强大的武器，不仅带来了历史性的发展机遇，而且还带来了前所未有的严峻挑战。

1.1.2 网络演进的趋势

网络演进具有以下几个趋势特征。

（1）网络以DC（Data Center，数据中心）为中心

随着互联网，特别是云计算、大数据等新技术的快速应用，网络的流量、流向已经发生了巨大的变化。未来80%以上的应用将部署在云上，DC正逐渐成为网络流量的中心。而传统的网络一般是以行政区域和地理位置的划分来组织的，在这种逐级收敛的树状架构中，DC仅仅作为一种普通的接入节点。现在网络必须调整为以DC为中心的新型架构，以适应网络流量及流向变化的新趋势。

（2）网络和云深度融合

云计算的不断发展对网络带宽提出了越来越高的要求，用户需求的不断升级使得云网融合成为必然趋势。业务、IT和网络都可以基于云化技术实现和部署，但是当前云与网之间缺乏灵活互动的机制。在未来网络中，云化的网络资源池在提供计算、存储等虚拟化资源的同时，网络资源也可以随云资源池的需求而按需变动，支持计算、存储和网络资源的统一动态分配和调度，通过SDN和NFV的跨域协同，真正实现云与网的深度协同。

（3）网络功能软件化

传统的网络以专用硬件设备为主，网络调整以及功能升级的周期很长，且成本较高，完全无法适应新兴业务快速、灵活的特点。

未来的网络将软件与硬件进行解耦，利用通用的硬件平台为功能网元提供统一的虚拟化运行环境，上层的功能网元完全通过软件来实现，软件的升级更新不再与硬件绑定。这样一方面能够实现网络容量的按需动态伸缩；另一方面，也有利于实现业务的快速部署和升级，面向不同的业务需求进行灵活定制。

（4）集中管控、灵活智能

受以行政区域和地理位置划分的网络架构影响，传统网络的管理也是分段、分级进行，一个跨省链路的开通往往要经过十几个系统，历经多级流程的审批、确认，导致网络服务存在响应慢、资源利用率低下、端到端体验差等弊端。

网络功能软件化后，网络的控制与调度均可通过软件来完成，通过控制与转发分离等方式，使得网络的集中控制成为可能，从而可以更好地实现网络的敏捷部署及灵活调整，提供端到端的业务保障，满足客户全网一致性的体验需求。