随着新一代网络信息技术的革命性突破，SDN/NFV等网络新技术层出不穷，推动了网络信息领域的创新和革命。同时，为提高我军联合作战能力和全球作战能力，网络信息系统作为信息科学领域一个全新的发展方向，以其巨大的应用价值引起了学术界和工业界的广泛关注。新技术孕育新方向，新思维孕育新范式。为了适应新技术的发展趋势，梳理新技术给网络信息系统带来的新机遇和挑战，迫切需要开展网络新技术对网络信息系统影响的研究。本文在简要介绍网络新技术的基础上，阐述了网络新技术的核心机理、发展趋势及其对网络信息系统的影响，以期为网络信息系统的后续研究提供有价值的建议和参考。
前锋
当今世界，新一轮科技革命蓄势待发，人工智能、大数据、云计算、移动互联网等新一代网络信息技术孕育着革命性突破。中国网络信息领域面临前所未有的机遇和挑战。一方面，网络信息经济在国民经济中的比重不断上升[1]。最新研究报告显示，2019年，中国数字经济规模为35.8万亿元，占GDP的比重为36.2%。以网络信息技术为基础的数字经济深刻改变了生产生活方式，也成为中国经济增长和拉动内需的新引擎。另一方面，在我军信息化建设中，信息系统之间如何实现“快速集成、高效交互、平滑演进”，成为信息化建设道路上的一道难题[2]。党的十九大报告指出，“加快发展军事情报，提高基于网络信息系统的联合作战能力和全球作战能力，有效塑造态势、管控危机、遏制战争、打赢战争”，深刻揭示了网络信息系统在国防建设中的重要作用。信息系统作为信息科学领域一个全新的发展方向，以其巨大的应用价值引起了学术界和工业界的广泛关注[3]。
作为网络信息系统的关键组成部分之一，它将为网络信息系统各组成部分之间的泛在互联、高效数据传输、有效信息聚合和实现联合作战能力提供基础支撑环境。是网络信息系统研究的重中之重，目前已经取得了大量的研究成果。如图1，“网络=节点+连接”1.2协议无关转发技术，其中节点可以是具有感知能力的感知节点、具有路由交换能力的网络节点、发送数据信息的源节点、接收数据信息的汇聚节点；该连接可以是诸如铜线和光纤的有线链路，或者诸如Q/V、Ka、Ku、L和S的无线链路；和连接，共同构成网络信息系统的传输通道，为全球作战能力的实现提供网络支持。
但随着人工智能、5G、天地一体化等技术的快速发展，网络逐渐向开放、智能、多样化、高安全性方向发展。软件定义网络、网络切片、网络功能虚拟化、分段路由、识别网络和可编程协议独立于分组处理设备概念SDN通过将控制平面与转发平面分离，为网络控制平面提供了更多的可编程性。为了摆脱转发平面对特定协议的依赖，中国的华为和美国斯坦福大学提出了各自的解决方案:2013年，华为提出了协议无感知转发应用驱动网络技术是一种为应用提供差异化网络服务的新模式。其核心思想是为应用构建网络，即根据应用的特点或需求，为应用构建独立的网络，构建“面向应用的网络重构、面向应用的资源虚拟化和面向应用的分级控制”的能力[15]，最终形成“应用效率”和“资源效率”的良性循环，打造基于用户体验的运营模式。，即网络行为由控制平面定义，转发设备只根据控制平面的配置转发和操作数据，对协议类型没有任何感知；2014年，斯坦福大学提出了可编程的协议无关包处理器[22]。如图3所示，控制平面使用P4语言编写网络应用程序代码。代码编译完成后，会对硬件设备进行配置，最终完成用户要求的功能图3协议无感知转发技术示意图。虽然两种解决方案在实现细节上存在差异，但本质都是通过软件定义转发设备，从而实现从控制平面到转发平面的全面开放。。作为一种新的网络架构，它采用分层的思想，通过将控制平面与转发平面分离，赋予控制平面可编程的特性。在此基础上，通过对计算、存储、网络等资源的灵活调度，可以通过软件编程对网络进行定义和控制，如图2所示，赋予了网络开放性和可编程性的特点。它被视为网络领域的一场革命，为新型网络架构的研究提供了新的实验途径，极大地推动了下一代互联网的发展。
图2传统网络架构和SDN网络架构示意图
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1.3对网络信息系统的影响
定义了软件网络技术。通过将控制平面与转发平面分离，转发平面的数据转发规则由控制平面负责，构建了一个开放的、可编程的控制平面。再者，协议无感知转发技术赋予了转发平面可编程的能力，使得转发平面不再局限于特定的协议，转发平面是开放的、可编程的。
为了实现战场信息的有效整合和全网共享，网络信息系统需要在各种异构信息系统之间构建互联网络[10-12]。新网络技术的影响主要体现在两个方面:
1)设备通用化。基于POF技术，可以通过软件编程实现各种协议，以满足异构信息系统的需求。
2)系统优化。通过采用SDN的开放式架构和集中控制，使网络具有开放性、可扩展性和自演进性，从而提高网络传输效率，优化资源配置。
网络新技术促进网络多样化。
2.1网络切片技术
随着物联网、虚拟现实、工业互联网、远程医疗等应用的蓬勃兴起，地面移动通信已经从4G时代走向5G时代。但是不同的应用场景对网络服务有不同的要求，比如带宽、时延等。网络切片技术旨在将一个物理网络划分为多个逻辑上独立的子网。如图4所示，多个应用共享物理网络，提高网络资源利用率，从而大大节约成本[13]。
图4网络切片技术示意图
2.2网络功能虚拟化技术
网络功能虚拟化是网络切片的关键技术。通过虚拟化的方法，将网络节点的功能分成若干功能块，通过软件运行在标准服务器上，不再局限于硬件架构/定制设备[14]。NFV可以通过将虚拟化的网络功能按需部署到物理资源上，实现网络功能的灵活部署和网络资源的动态安排，最终实现网络运行的能效优化。
2.3应用驱动的网络技术
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作为应用驱动网络概念的关键技术之一，分段路由技术取得了革命性的颠覆和创新。源节点指定应用消息的路径，并将该路径转换成有序段列表，并将其封装在分组报头中。路径的中间节点只需要根据包头中指定的路径进行转发，如图5所示。与MPLS需要在内部网关协议之外维护LDP等一组负责信令不同，SR只需要对IGP进行简单的扩展，因此具有更简单的控制平面和易于扩展的数据平面。
图5分段布线技术示意图
2.4对网络信息系统的影响
网络信息系统作为一个新概念，主要是针对我军联合作战和全球作战能力的要求。但随着国家综合大数据中心、天地一体化网络等国家重大工程的有序推进，网络信息系统的内容不断丰富和拓展。根据用户的不同，它可以稍微分为面向不同行业的网络信息系统[16]。那么，如何在融合网络上构建满足不同应用需求的网络服务呢？即使在网络信息系统下，如果满足不同的应用需求呢？
网络切片技术、网络功能虚拟化技术、应用驱动网络技术、分段路由技术等。为此提供解决方案，可作为网络信息系统建设和运营的支撑技术方案。
新的网络技术促使网络走向高安全性。
3.1识别网络技术
“没有网络安全，就没有国家安全。”如何构建一个安全可控的网络基础设施，一直是网络领域研究者不懈的追求。针对传统互联网网络安全性、移动性和可扩展性差的问题，以接入标识、“路由标识”及其分离和解析映射机制为核心的标识网络技术“基础设施层”的关键技术和方法，借鉴LISP等协议的理念，通过“用户空和网络空”的分离，实现位置和身份的分离，本质上是实质性的。
3.2模拟网络技术
面对日益严重的不确定性威胁，2016年提出了网络空拟态防御的概念，简称拟态网络。拟态网络技术的灵感来源于自然界中基于拟态的伪装防御，即以不确定的防御原理对抗网络空之间不确定的安全威胁。在模拟网络方面，已经推出了模拟路由器和模拟Web服务器等产品，这是网络安全领域的一项新技术。截至目前，国内已经组织了三届“强网络模拟防御国际精英挑战赛”，比赛结果均表明该技术可以最大程度地防范安全漏洞、后门等威胁。
3.3对网络信息系统的影响
网络安全作为网络信息系统的关键指标之一，对整个系统至关重要。网络技术采用将用户空与网络空隔离的技术，从结构上天然抵御外部网络攻击；模拟安全技术旨在实现内生安全，通过在网络中引入动态异构冗余机制，从网络内部提供健壮性。通过引入以上两种安全技术，我们将能够构建一个更安全、更可靠、更可信的网络信息系统，为应用提供更好的安全性。
新网络技术促进网络智能化。
4.1知识定义网络技术
随着网络大数据分析技术和人工智能分析技术的快速发展，如何构建智能运营网络成为业界探索的重点问题之一。文献[18]首次提出知识定义网络，实时采集网络状态数据，准确感知网络，通过AI算法分析形成自动策略，实现网络“自动驾驶”——自配置、自适应、自修复，如图6所示。目前，中国华为、中国移动、思科等国内外企业纷纷发力布局智能运维，着力建设简单网络，并初见成效。
图6知识定义网络技术示意图
4.2智能运维技术
随着“人人连接”、“人机连接”迈向“万物连接”的新时代，据权威机构预测，预计到2025年，全球将有500-1000亿台物联网设备，承载生产生活各方面的工业互联网、车联网、智能制造、电力网络、虚拟现实等服务。这些硬件和软件都是人造的，不完美的。运维要做的就是保证业务的可靠、高速、高效、安全运行。目前，现有运维方法的主要难点是突发故障的发现、止损、修复和避免。如图7所示，智能运维技术[19-20]收集并存储海量、高速、多样的监控数据，利用机器学习技术快速、准确地做出决策。
图7智能运维技术示意图
4.3对网络信息系统的影响
随着网络信息技术的飞速发展，特别是在万物互联的时代，在军事网络信息系统中，网络需要将武器、电台、车辆、士兵等各种作战要素互联。，而且元素多样，数量众多。在民用网络信息系统中，网络需要互联庞大的传感器、摄像头、移动终端等。如此庞大的基础设施，如何运营和管理这个网络将至关重要。在当今网络技术发展的前沿，网络科学家提出了机器学习的方法来高效地运行和维护网络。目前，这些技术已经在JD.COM、阿里等公司的数据中心网络运维实践中得到广泛验证。[23]，它们可能是未来网络信息系统运维发展的必由之路。
总结
综上所述，随着网络信息技术的蓬勃发展，网络新技术层出不穷，为网络信息系统的建设和发展提供了新技术、新方向和新思路，梳理网络新技术对网络信息系统的影响，主要体现在以下四个方面，如图8所示。
图8网络新技术对网络信息系统的影响
1)网络架构是开放的。定义了软件网络技术。通过将控制平面与转发平面分离，转发平面的数据转发规则由控制平面负责，构建了一个开放的、可编程的控制平面。协议无关转发技术进一步赋予了转发平面可编程的能力，使得转发平面不再局限于特定的协议，实现了转发平面的开放可编程性，为构建开放的、可扩展的、自演进的网络信息系统提供了技术支持。
2)网络功能多样化。信息系统面向我军联合作战和全球作战能力需求，内涵不断丰富和拓展。网络切片、网络功能虚拟化、应用驱动网络和分段路由技术为构建多应用多服务提供了可选的解决方案，以满足不同的需求。
3)网络安全得到加强。网络安全是网络信息系统的关键指标。网络技术采用将用户空与网络空隔离的技术，从结构上天然抵御外部网络攻击；Mimic安全技术通过在网络中引入动态异构冗余机制，从网络内部提供健壮性。为建设更安全、更可靠、更可信的网络信息系统提供更好的安全性。
4)智能网络运营。信息系统需要将武器、电台、车辆、士兵、传感器、摄像头、移动终端等各种元素互联。这些要素多种多样，数不胜数，如何做好运营管理将至关重要。定义知识网络、智能运维等新技术将成为网络信息系统高效运维发展的必由之路。
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随着新一代网络信息技术的革命性突破，网络信息系统作为情报学领域一个全新的发展方向，引起了学术界和产业界的广泛关注。在简要介绍网络新技术的基础上，阐述了网络新技术的核心机制和发展趋势，提出了网络新技术对网络信息系统的影响，包括开放的网络体系结构、多样化的网络功能、加强的网络安全和智能化的网络运行，为网络信息系统的后续研究提供有价值的建议和参考。
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声明:本文转自学术加，原文来自《中国电子科学研究院学报》第16卷第4期，作者为于志刚、冯旭、赵家瑞。文章内容为原作者个人观点，本微信官方账号转载仅用于分享和传达不同观点。如果您有任何异议，请联系我们！
自我转移学术plus
作者于志刚，冯旭，赵家瑞
选自《中国电子科学研究院学报》。
编辑刘进
研究所简介
国际技术经济研究所成立于1985年11月，是隶属于国务院发展研究中心的非营利性研究机构。其主要职能是研究我国经济、科技和社会发展中的重大政策性、战略性和前瞻性问题，跟踪分析世界科技和经济发展趋势，为中央政府和有关部委提供决策咨询服务。“全球科技地图”是国际技术经济研究所的官方微信账号，致力于向公众传递前沿科技信息和科技创新洞察。
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