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未来网络发展方向之一:5G时代

本文转载自:5G时代:和TCP/IP说拜拜

I just don’t love you anymore这一首可以单曲循环一星期的歌曲,此刻听来,仿佛是5G唱给TCP/IP听的。

众所周知,4G LTE全面IP化,上层传输走的是TCP/IP协议。

但是,我们熟悉的这个构架并没有发挥出移动网络的全部潜力,甚至阻碍了未来网络的发展。

LTE用户面协议构架

TCP/IP制约了移动互联网

大概在1年前,我就听过一位专家吐槽。他说,TCP/IP一开始就是个错误…

互联网和TCP/IP本身是一个复杂的政治、经济、社会和技术的综合产物,背后有一大堆动机,绝非单纯的技术可解释。它们打着“开放”的旗帜碾压“封闭”的电信帝国,这是不公平的,错误的。

为什么TCP/IP占尽优势?网络世界本身就是试错的产物,TCP/IP也不例外。然而,TCP/IP以一种极权主义的姿态统治着网络时代,这可能会导致我们今后犯更多错误。

毫无疑问,TCP/IP协议自上世纪70年代发明以来,连接了无数计算机,推动了互联网蓬勃发展。

但是,Internet初衷是为固定网络和网络互连而设计,而今天我们已经发展到了移动互联时代,再往前看,未来5G将面临AR/VR、超高清视频、物联网、车联网等各种应用,用例纷呈,加之网络安全的紧迫性越发凸显,TCP/IP协议组难以适应未来,我们需要重新定义新的协议。

那些年我们犯过的错

诚然,3GPP和IETF都是伟大的标准化组织。

3GPP的蜂窝移动网络史无前例的改变了世界,全球漫游,无所不在的移动连接,为人类带来了精彩纷呈的移动生活。GSM是迄今最伟大的移动语音通信网络,GPRS、UMTS和LTE推动我们进入了移动互联网时代。移动网络已经像水、电一样,成为人们日常生活必不可少的一部分。

IETF也为移动网络提供了网络协议,这包括TCP/IP、SCTP/DIAMETER(用于LTE S1接入与核心网信令)、SIP(用于VoLTE)。

可以说,两者的结合与互补推动了繁荣的移动互联时代。

但是,这种结合有点”勉强“。Internet为固定网络和网络互联设计,3GPP为移动性连接而生;Internet的连接是分布式的,而移动通信网络是集中控制的,两者基因本不同,不免带来网络低效、成本高昂等问题。

要详细解释这个问题,我们得从3GPP LTE的协议构架说起。

对于用户面,

LTE延续了GPRS和UMTS,采用了基于IP的通信协议——GTP隧道协议。它是端到端的建立直接的GTP隧道,用户IP通过GTP承载隧道从终端(UE)传送到核心网(PGW)。在这种构架下,接入网被无视,没有用户级的路由选择,没有感知内容的能力,也没有内在的用户面安全机制。甚至,每一次移动性迁移都不得不更新GTP隧道。

这种端到端的用户面构架,需要很多协议来层层“桥接”,要对GTP隧道封装和解封,IPSec加密、ROHC压缩等等,这无疑增加了传输时延,也增加了处理成本。

对于控制面,

GTP-C是信令控制协议,EPC承载建立需要单独的GTP-C控制协议,只有当EPC控制面承载建立信令完成之后,IP包才能在移动网络和外部互联网间传送。

这种从控制面到用户面的承载建立方式,同样也增加了传输时延和处理成本。

所以,我们一直在犯错。

从GPRS、UMTS,再到LTE,为了提升无线速率,我们费尽心思,花了巨额成本去投资无线接入部分,然而,我们在协议构架上却一直止步不前。作为移动互联端到端生态的一部分,我们需要更高效的移动网络,让网络每一部分都发挥应尽之力。

这种低效的GTP&IP组合,浪费我们的无线投入,迫切需要重新定义新的协议。

还有安全问题。

安全第一

目前的移动互联网根本没有基于用户本身的网络接入安全机制。

SSL、TLS和HTTPS都是一刀切的、端到端的加密方式,它为所有的数据包加上开销,并通吃各种应用和服务。

但是,5G时代的用户会更加挑剔,应用越加多样化。在线支付、物联网、车联网…不同的应用场景对安全要求不同,有些需要APP级的安全,有些需要网络级的安全。

用户对安全要求更高,所有的安全都要基于用户层面考虑,而不是大一统的安全机制。作为运营商,我们不得不实时紧盯用户的安全问题。问题就来了,如果在网络用户面接入上,没有基于用户级的安全管理机制,那么,我们势必将花费大量人力物力去保障用户的安全问题,这就增加了网络OPEX。

因此,我们需要更加灵活的、面向未来的安全机制,比如,我们可能会选择基于用户面的接入鉴权,来代替基于控制面的用户鉴权。

总之,面向未来,目前移动网络的协议构架已制约了发展,5G是我们的最后机会,否则,可能还要等10年。

如果我们不改进从基站到互联网的协议构架,传统低效的GTP&IP势必浪费我们更多的无线投资,网络的性能、安全性、移动性和规模性等都将受到制约,这将进一步影响运营商扩展AR/ VR、物联网等新业务,拓展垂直领域市场。

是时候改变了。

所以,各大组织已提出了下一代协议组(NGP)的倡议,包括电信标准化协会(ETSI)和国际互联网工程任务组(IETF),以替换TCP/IP。

也许,未来5G的协议构架是这样的……

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