强网之路 网络重构

◎余少华 院士

当前，对网络空间的研究很多，近几年，国际上比较热门的一个大的问题就是网络重构，那么什么是网络重构？简单的说就是网络架构上的重构，是网络从被动的适应向主动灵活适应的一个转变。它采用标准化的云网一体化的硬件设施，跟原来软件和硬件分离的思路不一样。网络资源与服务由软件定义网络，就是SDN来实现，逐步实现网络工程的虚拟化，英文叫NFV。

这个定义说的比较通俗，美国的NDT，包括像谷歌、国内的三大运营商等也都在加速推进这项工作。SDN是现阶段的技术，下一步工作是逐步加深自动化的能力向超级智能体推进。

余少华院士

网络重构的必要性和紧迫性

从用户数来看，目前互联网的数量和业务的类型在剧增，截止到2017年6月，互联网已经累计覆盖了全球225个国家地区，网民超过了38亿，手机用户达到75亿。所以网络通讯目前使用人数多、产业带动大、影响力广，正深刻改变全球的经济格局、文化格局、安全格局和竞争格局。网络已经成为人类生产生活的重要基础设施，也是重要的战略资源，是继海陆空天之后的第五个疆域，它实现了跟阳光、空气、水基本上处在同样接近的重要位置。

举个例子，现在仅仅一个苹果手机，它的APP就超过了400万个，但是常用的没这么多。这400万种APP里面，带宽的差异可以是1个G，甚至比它高，还有10K，带宽差异至少是10万倍。另外是时延的差异，至少差1千万倍。网络现在已经到了何等的地步，对业务的承载能力和变化，应该说已经到了空前的状况。

从拉动经济的情况来看，到2017年，互联网成为重要的数字经济的载体，拉动经济的总量已经达到了27.2万亿，大约占GDP三分之一。我国预计到2020年数字经济规模将达到32万亿以上，所以现在几乎所有的行业都在与网络融合。美国一位经济学家提出第二经济的概念，就是在现在的处理器、传感器、网络设备和手机等等这些硬件之上运行的经济活动，传统的经济如果叫物理经济，或者叫第一经济的话，这个就叫第二经济、信息经济。相当于是在第一经济之上的一个神经层，是国民经济活动自动化，应该说这是一百多年电气化以来最大的一个变化。预测大概在2035年前后第二经济的规模会接近，甚至有可能会超过第一经济的规模，所以这是一个比较重大的变化。

从未来要布局的第五代移动通讯，以及从它的三大场景来看，网络都是在被动适应，所以网络现在的情况非常堪忧。

另外，从全球消费领域看，现在互联网从全球的消费领域往制造业领域扩展，也是在被动适应。全球这么多国家全部都在推进制造，所以各国均以制造业为核心拓展实体经济，但这个时候网络要勇挑工业互联网的重担，比较困难。

从工业互联网的应用来看，要确保五大安全，包括设备安全、网络安全、控制安全、应用安全、数据安全，所以有相当大的挑战。

全球目前的发展态势，一个是网络技术正处于重构创新和智能引领的重大机遇期，目前正处于这样的机遇期。网络基础设施加速向大带宽、广覆盖、云网一体和智能化方向发展，网络威胁与传统的手段并举，两者互相呼应，成为影响国家安全的一个重要方面。网络空间已经成为我们国家赢得未来长期优势的战略空间。

最近麦肯锡有一个报告，就是当前的工业革命跟第一次工业革命相比较，我们社会变革的速度是第一个的10倍，规模的300倍，影响的3000倍，这个数据可以供我们参考。

有一个定律叫做梅特卡夫定律，它的意思是说网络的价值与系统内部链接节点的数量的平方成正比。从这一点上来讲，因为联网可以让我们整个的价值提升，能够让我们的效率大幅度提高，所以这件事，即使我们用洪荒之力，也是值得去做的。我想强调一下，网络现在是国家的核心资源，架构是灵魂，变革是战略性的举措。

我们经过前一段时间的研究得出一个结论：一是现阶段的网络，不管从使用的人数，还是产业的带动性，以及它的影响力来讲，前所未有，这是第一个前所未有。二是它目前存在的问题、困难和挑战前所未有。三是面向未来发展的任务，它的任务之重，压力之大，指标的变化，包括我们对互联网寄予的希望，我们希望它做很多事情。把这三件事加在一起就是任务之重、压力之大、希望之高，前所未有。但我们可提供的技术手段非常有限，随着下一步万物互联加进去之后，给我们的时间越来越少，我们的时间非常有限，因为当互联网已经成大气候了，我们在技术上做根本性的创新的时间就越来越少。

总的来讲，碰到这么多困难，我们用洪荒之力去做一些工作还是很值得的。

对网络重构的理解

我们现在的网络多半是复杂封闭的私有的接口，网络缺少灵活性，扩展性差，包括价格昂贵，运维复杂，包括我们面向OTT的一些挑战，现在在上面做一些业务创新比较困难，这是一个方面。

转型的理念从这三个方面入手，一是从被动的适应向主动、快速、灵活应用转变，二是从封闭复杂的体系转变成开放的、新的网络架构，三是从现在的行政体制和传统的思维方式向互联网思维转变，这是我总结的三个转变。

网络重构需要做的事情，大概包括6个方面：一是软件功能与硬件平台的分离，二是软件功能云化，三是以办公室为中心转向以云数据组网，四是统一的架构、开放的能力、集中管控，五是原来由运营商定义业务，现在转向由用户来定义业务，六是建立生态系统，这个内容非常丰富。它的驱动力包括人工智能、工业联网、大数据等。核心目标是实现架构统一、集中管控、提升效率、降低成本。数据中心是支撑它的关键的核心平台。所以网络SDN和NFV就是硬件的管理和业务的运营分离了，网络和硬件业务云化，从物理就变成虚拟的软件操作，集成以后的云平台成为未来网络的一个基础平台，慢慢向自动化转变。

具体的实施需要在一种网络实体上建两种逻辑架构，物理实体还是一个。这个逻辑架构是什么？首先，原来传统的架构，实际上我们叫硬件为主的躯体，所以重构网络的躯体要确保重构，也要确保跟现在互联网互通互联和一致性，这是最基本的。TCP/IP、存储转发等现在的这套架构是不能动的。新建一个智能的架构，实际就是叠加一个神经系统，它是智能的一部分。所以从这个意义上讲，SDN和NFV只是第一步，目前正在做，处在初级阶段。

目前，人工智能炒的很热，实际上做的一个是深度学习，一个是符号运用，这两个做的比较好。现阶段人工智能实现了三个挑战，一个是确定性的问题，一个是完备知识体系，一个是封闭化特定化的问题，包括AlphaGo下围棋，对整个世界是一个震撼。实际上理智的去看，基本上在这三个限定的范围。但是五年之内，估计云的识别可能会超过人，视觉的识别有可能会超过人。这两种架构应该说各有不同的地位，它们之间又是逻辑的，所以有深度的交叉和融合。

网络重构实际上也有问题需要克服与思考，我总结了一下至少有三个问题。一是网络重构这个运用的范围有多大。因为原来是在数据中心的范围里面，相对有限，现在要扩大，可能扩大到一个小城市、中型城市、大城市，甚至扩大到一个省，这都有可能，所以这个范围要扩大到多大，你不可能无限大，这是一个问题。二是大型软件稳定性可靠性的问题。云网平台里面都是大型软件，人类制造应该是非常复杂的事情，绝大多数，从软件来看，它是非线性的系统，所以这些海量的代码当中你根本不可能对所有的可能性进行测试，因为它的非连续性，既然测试都不能把所有的case都保存到里面，出问题是有可能的。换句话说，你要保证一个超大型软件的稳定性可靠性，这还是一门很大的学问，尽管有的公司做的不错，但是谁也不敢承诺说永远不出问题。三是我们做SDN的时候要对它进行配置，这里面有一个很重要的问题，就是网络的逻辑往往不是我们直觉，跟我们直觉不是一样的。1968年的时候，德国有一个学者发现当时交通拥堵，他就增加了一条线路，后来他发现增加的线路往往起了反作用，更堵，包括六十年代斯图加特城市增加一条街道来缓解拥堵，这种情况是比较多的。所以网络的配置不能够想当然，这是我们说的根本，所以SDN配网的时候有没有科学性，有没有根据，这也是比较难的问题。

网络重构的发展趋势

网络通信技术的趋势，总的来讲是大融合、大连接、大数据和新智能，广覆盖、高增量成为基本的特征，物联网以后会上升到千亿级。不管是数据通信、移动通信还是光通信来说，它最后一是要落到解决大数据的问题，另外还有智能化。

目前，网络的容量、带宽和用户数等指标持续增长出现危机，包括无线频谱资源、IP地址、摩尔定律，以及现有的能耗等，在未来几年，2030年前后会碰到一个瓶颈。

哲学家尼采讲过一句话，人类比其他动物高级，并试图一直往更高级的路子发展，所以往智能化方向走是必然的。综合来讲，就是实现云感知、大数据和人工智能。

第一步要建网络智脑。这个发展以后，会出现一个超级智能体，简单说，就是人、网、物三元互联，每天点击上千亿次，通过智能化为人类提供服务。但有人说智能化到底解决什么问题，我举个例子，未来如果有一千名的工程师，每一个智能都比现在的人要强一千倍，而且它的操作速度比现在快一千倍，这是什么概念？那个时候的一年相当于现在的一千年，生产力大幅度提升，所以人工智能为什么有前景，有这个原因，当然它还需要解决很多互通的问题。

我小结一下，就是网络的价值与N的平方成正比，所以网络是核心战略资源，架构是网络的灵魂。现阶段我们面临三个前所未有，挑战是巨大的，所以网络重构是未来趋势，并且发达国家都在推进，目前处在初期。从中远期看，网络重构需要在一个实体上面构建两种架构，建立超级智能体，最终建立网络智脑。