周旭，蔣勝，張杰，雷波，鄭秀麗，李泰新

（1. 中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心，北京 100080；2. 華為技術(shù)有限公司，北京 100095； 3. 中國信息通信研究院，北京100191；4. 中國電信股份有限公司研究院，北京 102209）

1 引言

從20世紀(jì)80年代傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（transmission control protocol/internet protocol，TCP/IP）正式部署以來，互聯(lián)網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)不斷豐富，電子郵件、社交網(wǎng)絡(luò)、在線購物、視頻直播等業(yè)務(wù)給人們的生活帶來了翻天覆地的改變。目前，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、VR/AR、全息通信、遠(yuǎn)程醫(yī)療等全新業(yè)務(wù)將帶人們進(jìn)入嶄新的千行百業(yè)萬物互聯(lián)的智能時(shí)代，同時(shí)也對IP網(wǎng)絡(luò)提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[1]。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)亟須創(chuàng)新，提升網(wǎng)絡(luò)能力，適配未來多樣化、專業(yè)化業(yè)務(wù)發(fā)展需求[2]。然而，TCP/IP雖然經(jīng)歷了一些優(yōu)化和改進(jìn)，例如，采用IPv6緩解地址耗盡的困境，引入IPSec提升網(wǎng)絡(luò)安全性等，但未從根本上解決TCP/IP協(xié)議棧的固有缺陷，難以承載未來網(wǎng)絡(luò)個(gè)性化需求[3]。本文在回顧網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，提出了UIP體系，給出了核心設(shè)計(jì)理念，構(gòu)建了UIP體系，并對比了IPv6+與UIP兩代接力提升網(wǎng)絡(luò)的能力，分析了UIP體系的當(dāng)前進(jìn)展，并對未來研究思路進(jìn)行了展望。

2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)展歷程

“社會主要矛盾是社會生產(chǎn)力發(fā)展水平和社會發(fā)展階段的客觀反映”，網(wǎng)絡(luò)作為新型生產(chǎn)力的代表，也遵從相同的原則與規(guī)律。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議作為一種生產(chǎn)力工具，其代際發(fā)展與當(dāng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)力水平和主要矛盾需求是分不開的，每一代的發(fā)展都有其成功之處，每一代的演替都有其內(nèi)在邏輯。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)的核心目標(biāo)與解決的主要矛盾，可將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)展歷程分為3個(gè)階段，如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)展階段

第一個(gè)階段為主機(jī)互聯(lián)階段，以20世紀(jì)60年代末ARPANET誕生為開端。此階段的特點(diǎn)為少數(shù)主機(jī)互聯(lián)的局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要矛盾是解決有限個(gè)主機(jī)之間互聯(lián)需求。在這一時(shí)期的代表性協(xié)議為網(wǎng)絡(luò)控制程序（network control program，NCP）[4]，作為ARPANET終端主機(jī)協(xié)議棧的中間層，控制主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。NCP在小型局域網(wǎng)中運(yùn)行穩(wěn)定，可以解決當(dāng)時(shí)的主要矛盾。然而，隨著ARPANET用戶的增多，NCP逐漸暴露兩大缺陷，一方面，NCP只是一臺主機(jī)對另一臺主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并未給網(wǎng)絡(luò)中的每臺計(jì)算機(jī)設(shè)置唯一的地址，造成計(jì)算機(jī)在越來越龐大的網(wǎng)絡(luò)中難以準(zhǔn)確定位需要傳輸數(shù)據(jù)的對象；另一方面，NCP缺乏有效的糾錯(cuò)功能，數(shù)據(jù)在傳輸過程中一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤，網(wǎng)絡(luò)就可能停止運(yùn)行。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，NCP不能滿足網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)力的發(fā)展需求，開始向下一個(gè)階段演進(jìn)。

第二個(gè)階段為全球計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)階段。此階段的特點(diǎn)為除了主機(jī)與主機(jī)之間互聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)之間也需要在全球范圍互聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)力發(fā)展的主要矛盾是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)滿足全球范圍計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通需求的矛盾。在這一時(shí)期的代表性協(xié)議為TCP/IP、X.25、異步傳輸模式（asynchronous transfer mode，ATM）等協(xié)議。其中，TCP/IP不同于X.25、ATM，是面向無連接的，因其開放性、中立性和簡潔的技術(shù)體系，作為最能解決當(dāng)時(shí)主要矛盾、適合生產(chǎn)力發(fā)展的生產(chǎn)工具，在與眾多協(xié)議的發(fā)展競爭中脫穎而出，快速發(fā)展，建立了以消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)為代表的完整應(yīng)用生態(tài)，推動人類社會進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，取得了巨大的成功。

IP設(shè)計(jì)理念強(qiáng)調(diào)以終端為核心，解耦網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)，在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展之初，有利于網(wǎng)絡(luò)的全球互聯(lián)與應(yīng)用生態(tài)的發(fā)展。然而，基于此設(shè)計(jì)理念，IP網(wǎng)絡(luò)也只能提供單一形式的網(wǎng)絡(luò)能力，即泛在互聯(lián)。對于差異化的應(yīng)用需求，只能通過應(yīng)用層封裝的方式，由應(yīng)用來完成，網(wǎng)絡(luò)能力缺失，難以進(jìn)一步發(fā)揮作用。

當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)力發(fā)展進(jìn)入第三個(gè)階段——各類產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及邊緣網(wǎng)絡(luò)發(fā)展階段。隨著網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)力從通用的消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)向?qū)I(yè)性的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)升級發(fā)展，各類面向行業(yè)的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等），以及面向場景的各類邊緣網(wǎng)絡(luò)不斷涌現(xiàn)，提出內(nèi)生安全可信、差異化確定性性能保障、海量信息傳輸、大連接下的資源感知與管控、泛在移動性支持、網(wǎng)絡(luò)主權(quán)管理等更加嚴(yán)苛的要求。此階段，網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)力發(fā)展的主要矛盾已從“廣泛互聯(lián)”向“能力泛在”滿足千行百業(yè)差異化性能需求轉(zhuǎn)換。

所以，需要通過一個(gè)具有共性基礎(chǔ)的、可面向多需求演進(jìn)的的協(xié)議框架，在滿足全球萬網(wǎng)互聯(lián)的基礎(chǔ)上，彈性地滿足面向行業(yè)的專用網(wǎng)絡(luò)差異化的需求。網(wǎng)絡(luò)需要提供更多的能力，供終端應(yīng)用使用，這就是新階段網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的內(nèi)在動力，即面向網(wǎng)絡(luò)能力建設(shè)，以網(wǎng)絡(luò)能力為中心，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議需要在最基本的互聯(lián)能力基礎(chǔ)上，具有適應(yīng)各垂直行業(yè)差異化網(wǎng)絡(luò)需求的能力，通過提供內(nèi)生安全、確定性轉(zhuǎn)發(fā)、多語義尋址等豐富的網(wǎng)絡(luò)能力，滿足各垂直行業(yè)對網(wǎng)絡(luò)性能的需求。第三階段可能會出現(xiàn)多種代表性協(xié)議，泛在IP（ubiquitous IP，UIP）便是其中一種。

3 UIP設(shè)計(jì)理念

UIP體系是面向泛在全場景服務(wù)的未來承載需求，基于IP協(xié)議擴(kuò)展，統(tǒng)籌“漸進(jìn)式”和“革命式”創(chuàng)新，而提出的一套完整的網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)體系。UIP保留了傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)復(fù)用和上下兼容的優(yōu)勢，又以靈活I(lǐng)P（flex IP）為核心提供“萬網(wǎng)互聯(lián)、萬物互聯(lián)”的新連接能力、安全可信的新內(nèi)生能力，確定性傳輸及大吞吐量傳輸?shù)男路?wù)能力，滿足大連接、低時(shí)延、高可靠、可擴(kuò)展、高效靈活的新型網(wǎng)絡(luò)需求，實(shí)現(xiàn)泛在天地智聯(lián)。

（1）面向有限域[5]

UIP在消費(fèi)者互聯(lián)網(wǎng)場景之外，將逐步拓展到算力網(wǎng)絡(luò)、垂直行業(yè)網(wǎng)絡(luò)等場景，協(xié)議設(shè)計(jì)面向強(qiáng)專業(yè)性的有限域網(wǎng)絡(luò)，滿足個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)需求，通過多元統(tǒng)一及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)/設(shè)備一體化通信，最終實(shí)現(xiàn)泛在全場景服務(wù)。

（2）靈活定義擴(kuò)展

UIP在保留傳統(tǒng)IP全球可達(dá)、高生存性能力之上，增強(qiáng)了多樣化標(biāo)識、多語義尋址路由、多等級轉(zhuǎn)發(fā)以及多維度服務(wù)等能力，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議按需定義，隨場景靈活可擴(kuò)展，支持千行百業(yè)萬物互聯(lián)。

（3）內(nèi)生安全

UIP突破傳統(tǒng)IP補(bǔ)丁式安全方案，通過基于可驗(yàn)證標(biāo)識的內(nèi)生安全機(jī)制為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)嵌真實(shí)性與可信性，提升網(wǎng)絡(luò)的可管性與可用性。

UIP架構(gòu)如圖2所示，基于IP擴(kuò)展、以可變長多語義地址（靈活I(lǐng)P）為核心技術(shù)載體，從場景、能力和安全3個(gè)維度實(shí)現(xiàn)IP擴(kuò)展與升級。

圖2 UIP架構(gòu)

（1）場景擴(kuò)展

應(yīng)用場景方面，UIP架構(gòu)創(chuàng)新致力于服務(wù)泛在的全場景通信需求。由于新興場景對網(wǎng)絡(luò)能力逐漸苛刻，TCP/IP能力難以適配特殊場景對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提出的特殊需求，進(jìn)而部分場景難以完成信息網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)化的改造。針對特殊場景網(wǎng)絡(luò)覆蓋困難的問題，UIP架構(gòu)致力于通過逐步提升協(xié)議能力與安全特性的方式，逐步覆蓋更多特殊需求的場景，包括多元統(tǒng)一、算力網(wǎng)絡(luò)、異構(gòu)一體化及垂直行業(yè)網(wǎng)絡(luò)等，實(shí)現(xiàn)通過以UIP架構(gòu)為基礎(chǔ)覆蓋全行業(yè)、全場景的通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

（2）安全需求提升

TCP/IP以可用性為設(shè)計(jì)目標(biāo)，安全性并非網(wǎng)絡(luò)協(xié)議內(nèi)嵌的必要特征。隨著互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的極速普及，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議被快速應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)，網(wǎng)絡(luò)的安全性受到越來越多的行業(yè)關(guān)注，這迫切使得網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在演進(jìn)過程中將安全性考量與協(xié)議設(shè)計(jì)融合，以最大可能提升網(wǎng)絡(luò)安全性的上界。

在UIP架構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)安全分為真實(shí)性、可信性、可管性和可用性。由于安全的基礎(chǔ)是用戶身份的真實(shí)與可信，UIP的安全依賴于可信ID的設(shè)計(jì)與管理，并以可信ID為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的接入認(rèn)證技術(shù)。不同于IPv4/IPv6的端到端驗(yàn)證策略，UIP架構(gòu)對報(bào)文的驗(yàn)證由網(wǎng)絡(luò)側(cè)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)報(bào)文在轉(zhuǎn)發(fā)路徑中的真實(shí)性驗(yàn)證、權(quán)限驗(yàn)證以及策略觸發(fā)的各類應(yīng)急管控。UIP架構(gòu)通過賦能網(wǎng)絡(luò)過濾報(bào)文的能力，使其在實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度網(wǎng)絡(luò)訪問控制的同時(shí)，進(jìn)一步增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的抗泛洪能力與可用性。

（3）能力增加

UIP架構(gòu)擬通過擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議能力，實(shí)現(xiàn)多維度的服務(wù)方式。通過網(wǎng)絡(luò)層融合多樣化標(biāo)識，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在繼承基于定位符語義路由的同時(shí)實(shí)現(xiàn)基于多種語義的路由方式。在此基礎(chǔ)上，UIP架構(gòu)通過執(zhí)行多等級轉(zhuǎn)發(fā)模式，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的確定性、高可靠的服務(wù)質(zhì)量保證。此外潛在的服務(wù)維度還包括靈活分段傳輸協(xié)議、可運(yùn)營多播、用戶可定義傳輸、網(wǎng)絡(luò)虛擬孿生管理等，通過利用靈活I(lǐng)P網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的靈活技術(shù)特性，UIP架構(gòu)的技術(shù)能力和服務(wù)維度還將進(jìn)一步擴(kuò)充。

4 UIP 體系

如圖3所示，UIP體系創(chuàng)新主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的協(xié)議創(chuàng)新。在現(xiàn)有TCP/IP體系中，基于IPv4或IPv6定長地址空間、全球可達(dá)的拓?fù)渎酚珊投说蕉藗鬏攨f(xié)議，網(wǎng)絡(luò)最終可實(shí)現(xiàn)盡力而為的轉(zhuǎn)發(fā)。而UIP體系面向千行百業(yè)的通信服務(wù)需求，為服務(wù)泛在的各種場景提供安全可信、靈活可定義的通信能力，因此必須對網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層協(xié)議進(jìn)行全方位的改造，以適應(yīng)未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)展需要。

圖3 UIP協(xié)議體系

4.1 需求映射

需求映射協(xié)議位于應(yīng)用層和傳輸層之間，目的是對差異化的業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)具備的開放、靈活的資源、通信主體、網(wǎng)絡(luò)能力、安全等多方面的能力進(jìn)行建模，并實(shí)現(xiàn)兩者之間的實(shí)時(shí)映射。當(dāng)終端基于業(yè)務(wù)特點(diǎn)提出通信需求時(shí)，需求映射協(xié)議根據(jù)網(wǎng)元能力及當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，自動化的將網(wǎng)絡(luò)能力進(jìn)行編排，為各種各樣具有差異化QoS需求的業(yè)務(wù)提供服務(wù)，在此過程中不需要終端的深度參與。

4.2 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議

為了滿足UIP面向有限域、靈活定義擴(kuò)展及內(nèi)生安全的設(shè)計(jì)理念，UIP族需實(shí)現(xiàn)以下網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。

（1）靈活變長地址

靈活變長地址協(xié)議采用變長、結(jié)構(gòu)化的地址設(shè)計(jì)，可根據(jù)實(shí)際尋址需求擴(kuò)充演進(jìn)，尋址空間靈活可變。長地址和短地址共存，允許異長地址之間直接通信，不依賴協(xié)議轉(zhuǎn)換或地址映射[6]。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以為不同長度的地址建立統(tǒng)一的路由轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)。不同的網(wǎng)絡(luò)地址將共存于數(shù)據(jù)報(bào)文中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則根據(jù)任意長度的地址進(jìn)行路由表查找操作，從而決定數(shù)據(jù)報(bào)文的下一跳。靈活變長地址協(xié)議可同時(shí)滿足海量通信實(shí)體引起的長地址需求及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)帶來的短地址需求。

（2）多語義路由

為適應(yīng)未來復(fù)雜場景下異構(gòu)設(shè)備的組網(wǎng)能力需求，包括多元化網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識尋址、用戶對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的多樣化需求等，UIP將支持軟件定義的新型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的語義結(jié)構(gòu)化封裝方法，通過語義結(jié)構(gòu)化封裝技術(shù)支持協(xié)議語法和語義結(jié)構(gòu)的靈活定義。多語義路由協(xié)議面向報(bào)文攜帶的多種語義進(jìn)行設(shè)計(jì)，既可支持傳統(tǒng)的拓?fù)鋵ぶ?，又可支持主機(jī)ID尋址、內(nèi)容名字尋址、OTT私有名字尋址、計(jì)算名稱和參數(shù)尋址等。

（3）確定性轉(zhuǎn)發(fā)

面向工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)等對信息傳輸準(zhǔn)時(shí)性和及時(shí)性要求較高網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)面向規(guī)?；?、廣連接、高標(biāo)準(zhǔn)的大網(wǎng)的確定性轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，在考慮非精確時(shí)間同步、長距離鏈路傳輸時(shí)延、流數(shù)量巨大且動態(tài)拆建的情況下保證端到端的亞毫秒時(shí)延抖動[7]。在UIP網(wǎng)絡(luò)中，盡力而為轉(zhuǎn)發(fā)和確定性轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議將同時(shí)存在，用于滿足不同應(yīng)用的差異化傳輸需求。

（4）基于可信標(biāo)識的內(nèi)生安全

基于身份與位置分離技術(shù)，設(shè)計(jì)標(biāo)識符加密混淆技術(shù)，分別加密保護(hù)身份標(biāo)識符和位置標(biāo)識符，兼顧隱私保護(hù)、路由高效尋址、審計(jì)追蹤需求，消除當(dāng)前IP地址耦合身份和位置雙重語義的障礙。執(zhí)行安全功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（接入設(shè)備，審計(jì)設(shè)備，邊界路由器）可以從密文ID中解密真實(shí)ID，對用戶身份進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生的可信安全機(jī)制[8]。

（5）新多播

新多播技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備中提供真正大網(wǎng)可運(yùn)營的多播技術(shù)，不僅滿足廣泛存在的多播業(yè)務(wù)需求，還能促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展。新多播技術(shù)使用Bitmap形式的本地化多播路由標(biāo)識控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的多播轉(zhuǎn)發(fā)行為。每臺多播設(shè)備基于報(bào)文中對應(yīng)于本節(jié)點(diǎn)的多播路由標(biāo)識查找多播鄰居表進(jìn)行多播轉(zhuǎn)發(fā)。在UIP網(wǎng)絡(luò)中，新多播技術(shù)不需要設(shè)備維護(hù)逐流的多播轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)，同時(shí)具備多播路徑可規(guī)劃的能力。

（6）Self-X網(wǎng)絡(luò)自組織

網(wǎng)絡(luò)自組織，就是網(wǎng)絡(luò)全生命周期的自動化，即替代傳統(tǒng)的人工管控，突破人工管理能力的臨界點(diǎn)，可應(yīng)對未來千億級連接的剛需。技術(shù)原理為通過集中root設(shè)備角色進(jìn)行設(shè)備發(fā)現(xiàn)、基礎(chǔ)配置以及整網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)建。UIP支持Self-X網(wǎng)絡(luò)自組織，其功能可覆蓋不同產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)、配置、優(yōu)化、故障自發(fā)現(xiàn)和自愈的各個(gè)環(huán)節(jié)。在實(shí)際部署中，這些環(huán)節(jié)可以按需解耦獨(dú)立運(yùn)行，也可以整體運(yùn)作。

4.3 傳輸層協(xié)議

在未來互聯(lián)網(wǎng)中，全息通信、遠(yuǎn)程機(jī)械控制、VR/AR、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、智能家居等各種需求不同的應(yīng)用都需要網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)。同時(shí)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，各種接入網(wǎng)、異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、具備不同功能的網(wǎng)元也同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)中共存。傳輸層協(xié)議作為直接向應(yīng)用層提供服務(wù)的協(xié)議層，需要向上承接面向不同產(chǎn)業(yè)的差異化的傳輸質(zhì)量要求，向下適配各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)特性，充分利用多種網(wǎng)絡(luò)資源為應(yīng)用提供差異化的數(shù)據(jù)傳輸性能。

傳輸層協(xié)議是TCP/IP體系架構(gòu)的關(guān)鍵協(xié)議之一，新傳輸層協(xié)議也是UIP體系的關(guān)鍵協(xié)議之一。遵循UIP體系的愿景目標(biāo)，新傳輸層協(xié)議通過從傳統(tǒng)的單純的端到端的傳輸控制，突破發(fā)展到端網(wǎng)協(xié)同的傳輸控制，將顯著增加網(wǎng)絡(luò)的傳控服務(wù)能力、為泛在全場景服務(wù)提供差異化精準(zhǔn)傳控支持。

新傳輸層技術(shù)的目標(biāo)是支撐未來新型媒體通信模式和超高吞吐、超低時(shí)延等業(yè)務(wù)需求。關(guān)鍵技術(shù)主要包括如下7方面。

（1）差異化傳輸機(jī)制

根據(jù)應(yīng)用對吞吐率、時(shí)延、可靠度等性能偏好的差異，設(shè)計(jì)差異化的傳輸控制機(jī)制，如差異化可靠傳輸機(jī)制、主動損失機(jī)制等，以保證全息通信、海量數(shù)據(jù)傳輸、VR/AR等業(yè)務(wù)對于高吞吐、低時(shí)延等差異化性能需求。

（2）多路并傳機(jī)制

通過鏈路實(shí)時(shí)性能信息，調(diào)節(jié)多路傳輸編排，提供幀級或塊級的最大有效吞吐率。

（3）自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)

結(jié)合鏈路情況與業(yè)務(wù)大小，智能選擇網(wǎng)絡(luò)編碼的方式和保護(hù)的數(shù)據(jù)，降低編碼冗余，增強(qiáng)鏈路抗損丟包能力。

（4）自適應(yīng)擁塞控制技術(shù)

感知瓶頸鏈路的變化，根據(jù)擁塞瓶頸鏈路的情況，動態(tài)調(diào)整相應(yīng)的擁塞控制算法策略，提升異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)端到端傳輸效率。

（5）靈活分段傳控技術(shù)

區(qū)分底層不同的鏈路段，根據(jù)不同的鏈路特性，靈活采用與之相適應(yīng)的傳控機(jī)制，并進(jìn)行分段緩存丟包重傳，從而實(shí)現(xiàn)端到端整體的最優(yōu)傳輸。

（6）端網(wǎng)協(xié)同傳輸

通過主動隊(duì)列管理、網(wǎng)內(nèi)控速、網(wǎng)內(nèi)緩存、網(wǎng)內(nèi)計(jì)算、無狀態(tài)測量、狀態(tài)反饋等方法，端網(wǎng)協(xié)同進(jìn)行傳輸控制，提升應(yīng)用傳輸性能，提高資源利用率。

（7）超高吞吐協(xié)議

通過超高效率處理報(bào)文邏輯、端網(wǎng)協(xié)同控制等方法，突破TCP傳輸上限，實(shí)現(xiàn)高時(shí)延或易損網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的端到端超高吞吐傳輸，滿足超高吞吐傳輸業(yè)務(wù)需求。

5 IPv6+與UIP兩代接力提升網(wǎng)絡(luò)能力

IPv6是下一代互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新的起點(diǎn)和平臺。IPv6+和UIP是在此基礎(chǔ)上的、接續(xù)的近期和中遠(yuǎn)期IP技術(shù)創(chuàng)新體系和演進(jìn)方向。UIP部分功能可基于IPv6協(xié)議擴(kuò)展按需增量部署，UIP與IPv6/IPv6+可互聯(lián)互通，兩者將長期共存。

IPv6+是面向“明天”的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新。IPv6+是基于IPv6面向5G和云時(shí)代的創(chuàng)新，以SRv6、BIERv6、切片、iFIT、APN6等協(xié)議擴(kuò)展為代表，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)分析、自動調(diào)優(yōu)等網(wǎng)絡(luò)智能化創(chuàng)新技術(shù)[9]，可滿足5G承載和云網(wǎng)融合的靈活組網(wǎng)、業(yè)務(wù)快速開通、按需服務(wù)、差異化保障等需求，推動網(wǎng)絡(luò)走向“自動駕駛”。

UIP是面向“后天”的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究和創(chuàng)新。從長遠(yuǎn)來看，UIP是面向2030年的泛在場景互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)中遠(yuǎn)期研究方向，將更加深入地推動IP進(jìn)入更多的非IP的封閉通信場景。UIP的創(chuàng)新面向未來需求，解決IP設(shè)計(jì)的原生問題，從底層地址和封裝格式開始改變，更加靈活開放，包容更多場景，通過協(xié)議的開放和定制，也賦予有限域網(wǎng)絡(luò)更多的獨(dú)立可控能力，滿足各種差異化的需求；同時(shí)在功能上補(bǔ)齊了確定性和內(nèi)生安全兩大在IP設(shè)計(jì)之初沒能兼顧的重要特性和能力。UIP旨在滿足未來社會重要信息化需求，以網(wǎng)絡(luò)為中心，提升網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)生能力，為萬物萬網(wǎng)互聯(lián)、全行業(yè)數(shù)字化聯(lián)網(wǎng)、6G網(wǎng)絡(luò)承載、全息全覺通信等提供重要的網(wǎng)絡(luò)層新的支撐能力，同時(shí)也降低終端和應(yīng)用的入門門檻和成本。

6 UIP當(dāng)前進(jìn)展及未來展望

UIP架構(gòu)是一種愿景驅(qū)動的、以網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議創(chuàng)新為核心的一系列技術(shù)整合。UIP架構(gòu)致力于在繼承TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層技術(shù)創(chuàng)新，整合異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的高質(zhì)量互聯(lián)，同時(shí)不斷提升網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系的新能力，使TCP/IP體系結(jié)構(gòu)能夠前瞻性地適配面向未來的應(yīng)用場景以及由此引入的未知技術(shù)需求，進(jìn)而使采用TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧能夠敏捷地覆蓋更多新興通信場景，發(fā)展開放生態(tài)，達(dá)到泛在全場景統(tǒng)一到TCP/IP體系，構(gòu)建萬物萬網(wǎng)互聯(lián)的智能世界。

UIP架構(gòu)由中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會網(wǎng)絡(luò)5.0技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)委員會設(shè)計(jì)與推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作，目前已經(jīng)完成包括需求、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、協(xié)議架構(gòu)等一系列標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)工作。未來將同步推進(jìn)相關(guān)技術(shù)在國內(nèi)和國際的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

7 結(jié)束語

本文基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議發(fā)展歷程及未來場景應(yīng)用需求，提出UIP體系。UIP以面向有限域、靈活定義擴(kuò)展及內(nèi)生安全作為設(shè)計(jì)理念，目標(biāo)是為千行百業(yè)的應(yīng)用提供差異化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并滿足內(nèi)生安全可信、差異化確定性性能保障、海量信息傳輸、大連接下的資源感知與管控、泛在移動性支持、網(wǎng)絡(luò)主權(quán)管理等需求。通過網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的協(xié)議創(chuàng)新使能相關(guān)網(wǎng)絡(luò)能力。同時(shí)，本文還分析了UIP與IPv6、IPv6+的關(guān)系，設(shè)計(jì)了三者接續(xù)的IP技術(shù)創(chuàng)新體系和演進(jìn)方向，并對UIP的發(fā)展進(jìn)行了展望。