标识与解析映射标准进展研究报告.pdf

- 1 - 研 究 报 告 课题编号： 2020B-WG4-0001-0.1 标 识 与 解 析 映 射 标 准 进 展 研 究 报 告 网络 5.0 产业 和技术创新联盟 2020 年 9 月 - 2 - 版权 声明 本研究报告版权 属于网络 5.0 产业和 技术创新联盟，并 受 法 律保护。转载 、 摘编或利用 利用其它方式使用本研究报告文字或 者观点的，应注明“来源： 网络 5.0 产业和 技术创新联盟 ”。违 反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责任。 - 3 - 研 究 报 告 要 点 本报 告 对 数据 通信 网、 移动 通信 网 和 产业 互联网 (物联网 )中 涉及 的 接入 域、 传输 域 和 服务 域 相关 的 应用层、 传输层 和 网络 层 的 标 识 分类、 编码 、 解析 和 映射 标准 及 研究 现 状 进行 综述 和 总结 。 本 进展 报告 旨在 通过 对 网络 层 标 识 、 泛 在 网 标 识 、 工业 互联网 标 识 的 分析 ， 结合 网络 5.0 应用场景报告 对 网络 标 识 的 需求 ， 明确 网络 5.0 标 识 研究 的 范围 和 内容 。 本报告 在 标 识 综述 中 对 IPv6 对 标准 体系， 网络 相关 标 识 的 技术 发展 现状 进行 了 总结 分析 ， 比较了 应用 驱 动 的 网络 标 识 体系 设计 与 网络 驱动 的 网络 标 识 体系 设计 的 差异， 为 网络 5.0 网络 标 识 体系 建设， 尤其是 标 识 编码、 承载、 分配、 配置、 互通、 解析、 映射 和 寻址 等 标准 和 规范 提供 立项 基础 。 此外， 本 报告 还 对 标 识 相关 专利 现状 进行了 梳理， 为 网络 标 识 与 解析 映射 专利 池 建设 提供 支撑 ， 避免 知识 产权 纠纷 。 CCSA TC 614 网 络 5.0 技术标准推进委员 会 研 究 单 位： 华中 科技大学 、 中国信息通信研究院 、 CNNIC、 华 为 技术有限 公 司 、 中国移动通信有限公司 （ 待添加更多单位参与代表 ） 项目负责人： 莫 益 军 、 聂 秀 英 、 延 志 伟 （ 待添加更多单位参与代表 ） 项目参加人： 贾 溢 豪 、 杨 惠 娟 （ 待添加更多单位参与代表 ） 完成日期： 2020 年 09 月 20 日 - 4 - 目录 1 范围 . 1 2 参考文献 . 1 3 术语、定义和缩略语 . 2 3.1 术语和定义 . 2 3.2 缩略语（补充） . 2 4 网络标识相关标准体系分析 . 3 4.1 泛在网络标识、解析与寻址体系 . 3 4.2 网络相关身份对象标识 . 4 4.2.1 身份标识体系 . 4 4.2.2 物 品标识体系 . 5 4.2.3 对象标识 . 7 4.3 网络层标识体系 . 8 5 网络标识分层现状 . 9 5.1 网络标识分层 .10 5.2 网络地址 .10 5.3 终端标识 .11 5.4 用户身份标识 .11 5.5 接入标识 .12 5.6 应用标识 .12 5.7 内容标识 .12 5.8 其他标识 .12 5.9 标识分层小结 .13 6 网络层标识体系现状 . 13 6.1 网络标识分类 .13 6.2 网络标识体系改进方案 .14 6.3 标识编码与子网划分 .14 6.4 标 识生成与地 址配置 .16 6.6 网络标识互联互通现状 .18 6.7 网络标识内生安全现状 .18 6.8 网络标识物联网支撑现状 .19 6.9 网络标识解析现状 .20 6.10 网络标识框架需求 .20 1 标 识 与 解 析 映 射 标 准 进 展 研 究 报 告 1 范围 本 研究 报 告 对 网络 层 标 识 、 泛 在 网 标 识 、 工业 互联网 标 识 的 发展 和 现状 进行了 综述 分析 ， 为 网络 5.0 中 网络 标 识 的 编码、 承载、 分配、 配置、 互通、 解析、 映射 和 寻址 设 计 提供 参考， 初步 界定 标 识 体系 待 解决 的 问题 、 研究 的 具体 内容 ， 及 规范 定义 目标 ， 为 网络 5.0 网络 标 识 工作组 (WG4)的 标准化 工作 提供 参考 ， 并 供 联盟 其他工作组 参考 讨论。 2 参考文献 1 张千里 , 姜彩萍 , 王继龙 , 等 . IPv6 地址结构标准化研究综述 J. 计算机学报 , 2019 (2019 年 06): 1384-1405. 2 Ren S, Yu D, Li G, et al. Routing and Addressing with Length Variable IP AddressC/Proceedings of the ACM SIGCOMM 2019 Workshop on Networking for Emerging Applications and Technologies. 2019: 43-48. 3 Sun B. An Improved PLC-Trie Based Routing Table Design for Variable Length IP Address LookupC/Proceedings of the 14th International Conference on Future Internet Technologies. 2019: 1-8. 4 Da B, Esnault P P, Hu S, et al. Identity/identifier-enabled networks (IDEAS) for Internet of Things (IoT)C/2018 IEEE 4th World Forum on Internet of Things (WF-IoT). IEEE, 2018: 412-415. 5 Da B, Xu X, Bi K, et al. DNS with mapping service in identifier locator split architectureC/2016 22nd Asia-Pacific Conference on Communications (APCC). IEEE, 2016: 470-475. 6 Fujikawa K, Al Muktadir A H, Fukushima Y, et al. Design and implementation of variable-length locator allocation protocol for scalable internet addressingC/2015 21st Asia-Pacific Conference on Communications (APCC). IEEE, 2015: 114-119. 7 Martnez A, Masip-Bruin X, Ramrez W, et al. Toward a new addressing scheme for a service-centric InternetC/2012 IEEE International Conference on Communications (ICC). IEEE, 2012: 6463-6467. 8 Lampropoulos K, Denazis S. Identity management directions in future internetJ. IEEE Communications Magazine, 2011, 49(12): 74-83. 9 Hickman C, Wang F. A Variable Length Address Assignment Scheme for 6LoWPANC/2019 IEEE 20th International Symposium on A World of Wireless, Mobile and Multimedia Networks(WoWMoM). IEEE, 2019: 1-6. 10 YDB 083-2012 Identifiers, Resolution and Addressing System in Ubiquitous Network 11 网络 2030 及其协议需求 2 12 去中心化网络标识 13 面向未来的 New IP 网络协议体系探索 3 术语 、定义和 缩略语 3.1 术语 和定义 标 识 identifier 用来 唯一 识别 某个 实体的一 个 符号 。 在 网络 中， 不同层 有 不同 的 标 识 ， 分别 用来 标 识 主机、 进程、 对象 和 用户 等。 标 识 解析 体系 identification resolution system 标识解析体系 是 利用 标 识 对 主机 、 实体、 对象 和 物品 的 网络 位置 进行 查 询 和 定位 。 与 工业 互联 网 标 识 解析 体系 对 物品 进行 定位 ， 对 物品 的 生产、规格 和 状态等信息 进行 查 询 不 同 。 网络 5.0 标 识 解析 体系 实现 主机、 进程、 对象 、 用户 、 服务 标 识 与 网络 相关 标 识 （ 含 地址 标 识 、 接入 标 识 、 路由 标 识 和 连接 标 识 ） 的 解析 与 翻译。 3.2 缩略语 （ 补充 ） AMF Action Message Format 一种网络协议 BGP Border Gateway Protocol 边界网关协议 DNS Domain Name System 域名系统 EAN European Article Number 欧洲物品编码 EPC Electronic Product Code 电子产品码 FIDO Fast Identity Online 线上快速身份验证 IEC International Electrotechnical Commission 国际电工委员会 IETF The internet Engineering Task Force 互联网工程任务组 IP Internet Protocol 互联网协议 ISBN International Standard Book Number 国际标准书号 ISO International Organization for Standardization 国际标准化组织 ISP Internet Service Provider 互联网服务提供商 MAC Media Access Control 媒体访问控制 OID Object Identifier 对象标识符 ONS Object Name Service 对象名称服务 PKI Public Key Infrastructure 公钥基础设施 QoS Quality of Service 服务质量 RFC Request For Comments 编号排定文件前缀 RFID Radio Frequency Identification 无线射频识别 3 SAML Security Assertion Markup Language 安全断言标记语言 SDN Software Defined Network 软件定义网络 Ucode Ubiquitous Code 泛在识别码 UPC Universal Product Code 通用产品码 URI Uniform Resource Identifier 统一资源标识符 URL Uniform Resource Locator 统一 资源 定位符 URN Uniform Resource Name 统一资源名称 4 网络 标 识 相关 标准 体系 分析 网络 5.0 需求 中 确定 其 承载 的 业务 包括 产业 互联网 、 5G/6G 通信 、 全息 通信 和 算 力 网 络 等 。 本 章 将 回顾 泛 在 网 、 工业 互联 网 和 5G 移动 网 的 标 识 编码、 解析 与 寻址 体系 。 4.1 泛在网络标识、解析与寻址体系 2012 年 ， 中国通信标准化协会 在 YDB 083-2012 Identifiers, Resolution and Addressing System in Ubiquitous Network 报告 中 对泛在 网络 标识 的 编码 、解析与寻址体系进行 研究 和 总结 ， 回顾 汇总 了 一 维 条码、 RFID、 对象 标 识 符 、 E164、 URI、 IP 地址、 域名 和 HANDLE 等 标 识 编码 解析 体系 。 泛在网 标 识 体系 包含 应用标识 、通信标识和 对象标识 等 三类 。 应用 标 识 用来 标 识 泛 在 网络 应用 层 的 服务 和 资源 ， 具体 包括 业务 接入 码、 信息 服务 接入码、 URI 和 域名 等。 通信 标 识 用来 标 识 泛 在 网 网络 层 和 业务层 的 设备 节点、 通信 终端 、 传感器 节点 、 标签 读 写 节点 和 生物 识别 节点 等， 支持 E.164、 IPv4 和 IPv6 等 各种 编码 方式。 对象 标 识 则 用来 标 识 感 知 层 的 对象 自然 属性 和 赋予 性 区分 属性 。 泛 在 网 中 无论 何种 标 识 分类， 其 标 识 都 应具备 唯一性 、 多样性 、 兼容性 、 扩展性 、 管理性 、 溯源 性 和 安全性 等 特点。 图 1 泛 在 网 标 识 体系 4 针对 泛 在 网 标 识 多样性 和 兼容性 的 需求 ， 其 标 识 解析 体系 采用 分 级 解析 框架， 按 类 型 分别 进行 标 识 注册、 存储 和 解析 ， 以 提高 标 识 解析的 可靠性、 高效 性 、 安全性 、 隐私 性 和 上下文 相关 性 。 图 2 泛 在 网 标 识 解析 体系 泛 在 网 标 识 寻址 支持 固定 寻址 和 动态 寻址 两种 方式 。 其中 动态 寻址 采用 自行 探测、 中心 点 下发 和 动态 协议 等 框架， 根据 最小 开销 、 最优 寻址 和 安全性 等 动态 策 略 建立 转发 表 以 实现 最佳 匹 配 转发。 图 3 泛 在 网 标 识 寻址 过程 4.2 网络 相关 身份 对象 标识 泛 在 网 、 产业 互联网 、 移动 通信网 和 算 力 网络 等 网络 除 通信 地址 标 识 外， 还 涉及 与 网络 相关 的 用于 接入 认证 寻址 通信 的 身份 标 识 、 物 品 标 识 和 对象 标 识 。 4.2.1 身份 标 识 体系 网络 身份 标 识 涉及到 网络 通信 的 安全、 取证 及 追溯 ， 广泛 应用于 医疗、金融、教育、 零售、政务 、 电子支付、社交媒体 和 云服务 等领域 。 欧 盟 提出 统一 建设 泛 欧洲 级别 的 eID 5 管理 框架 ， 美国 颁发 了 网络 空间 可信 身份 国家 战略， 中国 依托 公安部第一研究所和公安 部第三研究所 开展 网络身份认证管理 研究。 电子 身份 标 识 （ EID） 的 国际 标 准 主要由 IETF、 ISO 和 ITU 等 制定， 涉及到 数据 加密、 实体 标 识 、 数字 证书、 数字 签名 和 密 钥 管理 等， 其他 标准化 组织 还包括 OASIS、 WS-Federation、 OpenID、 FIDO 和 NIST 等 国际 组织 。 中国 的 身份 标 识 由 TC8 和 TC260 中 制定 ， 已 完成 以 国家标准 4 项，行业标准 21 项 。 该 身份 标 识 体系 以 PKI 公钥加密模式为基础 ， 由用户身份 证号码、用 户姓名和 128 字节 随机数的字 串进行加密得出 ，与公民 身 份 对应。 不同 凭证发放机构发放不同的身份凭证 ， 同一公民 访问不同 应用时， 使用 不同 凭证 。 截止 2017 年 ， EID 直 接 相关 的 专利共计 2305 件（不包含公钥加密、数字证书、电子 签名等）。 国内 相关 专利 仅有 10 余 项 。 4.2.2 物品 标 识 体系 物品 标 识 体系 是对 物联网 中 具体 的 物品 进行 标 识 ， 主要 用于 物品 信息 的 查询、 跟踪 与 追溯 。 当前 物品 标 识 体系 主要 有 EPC、 Ecode 和 Ucode 三 大类。 EPC EPC 即 电子 产品 代码 ， 由 RFID 电子标签 进行 承载 ， 以 每一件物品建立全球的、开放 的标识标准商品交换，实现全球范 围对每件物品的跟踪与追溯，从而有效提高供应链管 理水 平、 降低物流成本。 EPC 支持 URI 和 二机制 两种 方式 ， URI 编码 格式 为 urn:epc:id:scheme:component1， EPC 编码 包括 公司 、 条目 参考 和 序列号 ， 串联 起来 形成 开放的 编码 体系 ， 也可以 采用 64 位 、 96 位 和 256 位 的 二进制 编码 格式 ， 包括 域名 管理 码、 对象 种类、 序列号 三段 组成。 EPC 的 ONS 体系 采用 DNS 体系 进行 编码 解析 服务， 映射 到 域名 空间， 为 增强 了 本地 对 ONS 的 自主 控制权 ， 减少 单点 控制 风险， 列出了 对等 根。 其 注册 解析 流程 如图 4 所示。 图 4 EPC ONS 解析 服务 流程 6 EPC 标准 体系 包含十 几 个具体标准，可归纳为编码体系、数据识别采集和数据交换 （信息网络 系 统） 三部分。 国际 标准 主要由 IETF、 ISO 和 ITU 等 组织 制定 。 国内 由 全国物流信息管理标 准化技术委员会 负责 标准 归 口 及 标准 制定 ， 当前 标准 处于 跟踪 阶段 。 中国物品编码中心 作为 EPCglobal 授权的 中国 大陆地区唯一代表， 参与 EPC 的 技术研究和跟踪、标准化工 作 。 国内 EPC 相关的专利 主要 集中在 中科院、 中兴 通讯 和 高校 ， 且 以 RFID 电子标签 为主 ， 鲜见 专门的 EPC 编码 相关 专利 。 Ecode Ecode 是 由 中国物品编码中心 提出 的一种适用于物联网任 意对象的编码 解决方案 ， 包 括 物品 统一 编码 和 物品 标 识 含义。 实体 包括 物理 实 体 和 虚拟 实 体 。 Ecode 由 版本、 编码 体系 标 识 （ NSI） 和 主 码 （ MD） 三段 结构 ； 物联网标识体系 则 包含 物品编码、数据标 识 、 中间件、解析系统 、信息查询与发现、安全机制、应用模式等多个部 分，是一套完整的 编码系统。 物联网统一编码 Ecode 解析由编码体系解析服务 (NSRS)、编码数据结构解析服务 (DSRS)、物品码解析三部分构成。 编码体系解析服务减少了编码体系标识和物品编码的 耦合性，使得任意的物品 编码。 Ecode 包括 64 位 、 96 位 和 128 位 等 三种 编码 体系。 其 编码 由分区码（ DC）、应用码 （ AC）、标识码（ IC）组成 ， 可 由 一维码 、二维 码、射频 和 NFC 等 承载 。 Ecode 整合了 OID、 Handle、 Ucode、 Mcode 等 国 内外主流编码方案，具有广泛的包容性。 具体 标 识 体 系 如 图 5 所示 。 图 5 Ecode 物联网 标 识 体系 架构 Ecode 标准 由 我国 发起， 主要 标准 由 中国物品编码中心 和 复旦大学 共同 制定 。 uCode 泛在识别码（ uCode） 是 开放性 技术体系 的 一部分， 与 泛在通信器（ Ubiquitous Communicator） 、 信 息系统 服务器（ uCode Information Server）和 uCode 解析服务器 7 （ uCodeResolution Server） 共同 实现 “物品 ”和 “场所 ”的 识别 。 uCode 由 uID 中心进行发 行和 管 理，确保同一编码 不被重复使用 。 uCode 的 编码 采用 128 位 记录 信息， 可 扩展至 256 位 、 384 位 或 512 位 。 uCode 不依 赖于应用程序和业务类型，可以用于电子产品、食品、地点和音乐内容等各种 对象 。 uCode 不包含 具体 含义 ， 仅 为 简单 数字 。 uCode 的存储载体可以是任何类型的电子标签 ， 如条 形码 ，二维条 形码， RFID 和有源标签。 uCode 的 编码 由 管理域和分配单元 组成 ， 包括版 本（ version）、 TLD 编码（ TLDC）、类编码 （ CC）、 SLD 编码（ SLDC）以及 识别码 （ IC） 五个部分 ， 与 uCode 分配的 对象 的属性和含义没有关系。 uCode 由 IETF、 ISO 和 ITU 等 标准 组织 制定。 IETF RFC 6588“A URN Namespace for uCode（泛在识别号 URN 命名空间） ”定义 在 URN 存储 uCode 编码。 通过 URN，可以 使 uCode 能够在 Internet 相关设备和软件中使用。 uCode 标准 主要 由 日本 相关 团体 制定 。 4.2.3 对 象 标 识 物品 标 识 承载了 物品 的 信息 编码 和 标 识 ， 物品 本身 可以是 物理 的 或 虚拟的， 但 并非 具备 通信 和 信息 处理 能力。 对象 标 识 则 是 针对 能 通信 与 信息处理 的 具体 对象 ， 以 保证 其 能 被 正确地定位和管理 ， 是 网络通信中对象 的 身份证。 目前 主流的 对象 标 识 体系 有 OID 和 Handle 两大类。 OID ISO/IEC 9834-1 将 对象 标 识 符 定义为 “通信和信息处理世界中的任何事物，它是可标 识 /命名的，同时可以被注册 ”。对象标识符 OID 是与 对象 相关联的用来无歧义的标识对 象的全局唯一 。 OID 采用 数字 式 （ 点 分割 式 ） 、 ASN.1 式 、 OID-IRI（ Unicode 斜杠 分格式 ） 和 URN（ urn:oid:点 分割 式 ） 等 四种 命名 方式 ， 定义了 基 础 编码 （ 二进制 编码 Rec. ITU-T X.690 | ISO/IEC 8825-1） 、 打包 编码 （ Rec. ITU-T X.691 | ISO/IEC 8825-2） 和 XML (Rec. ITU-T X.693 | ISO/IEC 8825-3)等三种 编码 方式。 OID 已 应 用于 RFID、 3GPP、 信息安全 （ X.509） 、 生物识别、网络管理 (SNMP)以及医 疗影像 （ HL7） 和 农业 溯源 相关 的 计算机网络、通信、信息处理系统 等 领域。 OID 通过 映 射到域名系统的 .oid-res 空间来实现 ， 其 安全性 和 扩 展 性 取决于 DNS 系统 。 OID 国际 上 由 ITU-T 和 ISO 组织 维护 ， 我国 OID 标识分配方案和注册管理体 系 由 中国电子技术标 准化研究院 负责 注册、 解析、 管理 及 国际 备 案 。 已 制定了 30 项相关国家和行业标准 。 OID 主要 存在 的 问题 包括 永久 性 问题 和 解析 依赖性 问题 ， OID 无法 保证 每次 查询 的 一 致性 ， OID 解析 高度 依赖于 DNS 架构， 其 问题 及 缺陷 受制 于 当前 DNS 系统 。 截止 2016 年， OID 全球 专利 130 件， 国内 拥有 26 件， 主要 为 中科院计 算机网络 信 息中心 和 中兴通讯 等。 8 Handle Handle 最初 作为数字对象的唯一标识符 被 提出 ， 用 以 为数字对 象提供 永久标识、动 态 解析和安全管理等服务。 Handle 是通用的 名字 服务 系统 ， 包括 解析 服务 和 管理 服务 两 类， 早期 应用 于 数字内容管理相关领域 。 Handle 编码 由 命名 权限（ 前缀 ） 和 本地 名字 构成， 中间 使用 “ /” 分割 ， 命名 权限 是 两 级 树状 结构 ， 与 DNS 结构 相反 ， 提供 了对 数据访问权限的控制 。 Handle 在 解析 管理 上 采用 分层 服务 模 型 ， 由 多 级 Handle 服务 构成， 解 决了 DNS 在管理上过于集中的问 题。 Handle 体系 对 唯一 性 、 永久性、 扩展性 和 分布 管理 进行 了 定义。 Handle 相对 DNS 来 说， 是一个 通用 命名 系统， 采用 分 布 式 权限 管 理 方式 。 Handle 不仅是 命名 体系， 还 定义 了 数据 和 服务 模型 及 解析 管理 服务 协议。 用在 物 联网 标 识 体系 中 具有 更好的 互联 互通 性。 Handle 在 全球 有 4 个 根 系统 （ MPA） ， 彼此 之间是相互平等、协商、共管的关系 。 部署在中国的全球 Handle 根系统（ MPA）由 “ETIRI（ 工业和信息化部电子科学技术情报 研究所 ） /CDI（ 北京 中 数创新 科技股份有限公司 ） /CHC（ 北京西恩多纳信息技术有限公 司 ） ”负责运营管理。 Handle 的 国际 标准化 工作 由 IETF、 ISO 和 ITU 等 组织 发起 ， 并 在 RFC3650-RFC3652 中 对 Handle 体系 进行了 规范 定义。 ISO 26324 标准草案对 DOI 的命名和系统做出了明确的 定义和区分，该草案 将 Handle系统 作为支撑 DOI系统的运 行的技术 方案之一。 国内 Handle 标 识 体系 由 CCSA 的工业互联网特设组 （ ST8WG3 标识解析工作组 ） 负责 ， 起草了 行业标 准工业互联网标识解析基于 Handle 的企业信息服务系统技术要求 。 截止 2017 年， 国际 Handle 专利 大多 已 过期 ， 国内 专利 由 中科院 维护。 4.3 网络 层 标 识 体系 身份 标 识 和 对象 标 识 仅 用于 计算 通信 网络 承载 业务 和 参与 用户 的 编码 和 定位 ， 对 通 信子网 和 资源 子 网 中 通 信 传 输 和 信息 处理 主体 的 节点 和 主机 来说， 需 在 网络 层 对其 标 识 进行 编码、 解析 和 寻址 。 网络层 标 识 以 网络 地址 为主， 由 IETF 组织 制定。 网络 地址 标 识 经历了 IPv4 和 IPv6 两个 版本 。 为 解决 网络 主机 标 识 及 IPv4 地址 空间 不 足 问题， IPv4 地址 编码 标 识 以 32 位 标 识 长度 为基础， 设计了 分类 编码 、 子网 编码 和 CIDR 编码 等 三种 标 识 编码 方式 ， 地址 唯一性 的 问题 虽 无法 解决。 IPv6 为 解决 网络 地址 空间 不 足 的 问题， 将 地址 空间 扩展至 128 位 ， 同时 为 兼容 IPv4 地址 并 应对 各种 业务 需求 ， IPv6 地址 标 识 体系 不断 丰富 ， 涵盖 到 单 播 组播、 编码 承 载 、 分 配 配 置 、 兼容 互通、 安全 隐私 和 语 义 分离 等 标 识 编码 、 管理 和 解析 标 准 。 IETF 中 IPv6 地址 标 识 协议 簇 如图 6 所示。 9 图 6 IETF 定义 的 IPv6 地址 标 识 协议 簇 5 网络 标 识 分层 现状 10 5.1 网络 标 识 分层 数据通信网络中标识 广泛 存在 存在于 终端 侧、网络侧和 服务 侧 ， 其 层次 结构 如图 7 所示。 终端 侧标识包括用户身份标识、软硬件物理终端和传感器标识等。终端和传感器标 识并不唯一对应用户 的身份标识 。 网络侧标识包括用户、终端和服务在数据转发控制中相关的各类标识，包括接入标 识、位置标识、群组标识、网络标识、协议标识和连接标识等。 服务 侧标识则是网络层之上为用户提供的服务和资源相关标识，包括内容标识、资 源标识和服务标识。在命名数据网络中，这些标识甚至取代 IP 网络标识，直接用来 标识 主机和内容。 图 7 网络 标 识 分层 结构 5.2 网络地址 网络 地址 标识 经 历了 IPv4 和 IPv6 两个阶段。其中 IPv4 地址标识已在 2016 年全部耗 尽， IPv6 地址 为解决 IP 地址空间不足被提出， IPv6 采用 128 位比特地 址空间， 面对不 同 的需求，其比特位的 语义 划分 各不相同。 RFC 3513 和 RFC 3587 将 128 位分为了全球路由 前缀、子网 ID 和接口 ID 三部分， 不同的是 RFC3513 的接口 ID 不固定， RFC 3587 的接口 ID 固定为 64 位。 RFC3177 则将 128 位固定划分为固定的 3 比特、 45 比特为全球路由前 缀、 16 比特为子网 ID、 64 比特为接口 ID， 11 5.3 终端标识 终端标识是 用 来在网络层 对终端 进行 标识和管理， 直接 使用 IP 地址 无法 实现 其 唯一 性、 隐私性和 可信 性等 问题 。 网络层 需 承载终端标识 类型众多，包括 蜂窝网终端标识 、 物联网 终端标识 和 RFID 等。 蜂窝 网 络中 终端标识包括永久标识和临时标识 ，其标识随着 4G 向 5G 演进 ， 标 识 定 义和 编码 方式 也 发生了 变化 ， 具体 如 表 1 所示。 表 1 4G 和 5G 用户 终端 标 识 标识类别 4G 5G 永久标识 IMSI SUPI（用户永久标识符） MSISDN GPSI（通用公共用户标识符） IMEI PEI（永久设备标识） 临时标识 SUCI（用户隐藏标识） GUTI（全局唯一临时标识） 物联网终 端标识体系包括由 国家物联网基础标准工作组标识 技术项目组提出的 Ecode 体系， 可 适用于一维条码、二维条码、射频 标签和 NFC 标签 。还包括由泛 在 ID 中 心提出的 泛在识 别码（ uCode）， 兼容 JAN、 UPC、 ISBN、 IPv6 和电话号码。 EPC 标 准提 出的 适用于 RFID 的 EPC 编码。 5.4 用户身份标识 网络身份的保密与认证安全与数据安全密切相关， 不安全的身份会导致窃听、篡改 和身份仿冒等。 欧盟委员会规划了 eID 管理框架 ，在尊重隐私和保护数据安全的基础上， 实现跨国域 的 电子身份 体系。 我国也制定了面向下一代互联网的 eID 安 全体系。 eID 以 PKI 公钥加密模式为基础，由用户身份证号码、用户姓名和 128 的 字串进行加密得出。 国际机构和 企业积极开展身份服务。 EduGAIN 形成了全球范 围的科研和教育服务的 身份联盟。 FIDO 联盟身份认证标准在 2013 年 2 月正式成 立，美国和英国支持该标准实 施，中国政府也开始关注，联想、阿里巴巴等单位是其理事单位。网络身份管理技术和 标准发展迅速，包括 OpenID、 SAML 身份认证、互联网授权协议、 FIDO 标准都不断地 发生变化。 美国、韩国、英国、 欧盟等 国家都制定了网络可信身份战略，各标准 组织也分 别制 定了 SAML， OAuth， OpenID， FIDO 等不同的身份鉴别 与授权相关规范和标准 。 12 5.5 接入标识 接入标识 用来代表 接入终端的 身份 标 识，接 入终端通过接入标识接 受网络层提供的 普适服务。接入标识在终端或路由器移动过程中保持不变。各用 户网络可采用自己定义 的标识格式作为本子网的接入标识。 5.6 应用标识 应用标识主要用于 业务 与 服务 识别，相对于通信标识，尽管表示的对象以及表示的 应用范畴有所不同，但在标识形式和标识需求上类似 。 从标识形式上来说，应用标识的格式应当不依赖于标识对象的位置与状态，不管应 用服务的状态或者业务服务对象的位置发生了什么变化，通过相同的应用标识应当能接 入并使用应用。 对于应用标识，核心的需求是 应具备可用于通信 与寻址的能力，即在面对 一个应用 标识时，出明确应用的业务服务以外，还需要明确应用的通信属性，并可作为相对或绝 对地址 用于通信或寻址，以快速与业务服务建立连接。 5.7 内容标识 内容标识是网络层之上，为用户提供服务和资源的 标识。 内容标识通过一定的算法来提取如视频，音乐等内容本身所具有的某些特征信息， 如（亮度，颜色，频谱等），对这些特征量进行统计、组合形成唯一的指纹序列。 内容标识和服务标识要为基于多标识的寻址提供服务，虽然终端节点和路由具备网 络层及以下各层的协议，但是 路由器无法直接实现服务和 内容寻址路由。为 了解决此问 题，对于网络 5.0 下的内容标识有如下要求： 内容标识生成时需要考虑到网络标识，网络标识需要通过对内容标 识的哈希（或其 他函数）生成，这要求同一资源在不同的编码方式下仍能提供相同的特征标识，为网络 标识的生成和内容分发提供便 利。 5.8 其他标识 位置标识与之前表示中提到的网络寻址不同，位置标识就是 根据设备的物理位置信 息加以标识，要求能够结合网络寻址信息对设备的网络通信和实际拓扑情况进行映射。 13 协议标识的核心需求在于快速分辨标识对象所属协议，在协议繁多，或协议迭代速 度较快的情况下协议标识 有助于加快对标识 对象的兼容和加速解析过 程。 5.9 标 识 分层 小结 互联网 发展近 40 年， 面对越来越多的挑战， 诸如安全性、 低移动性、 高能耗等。 通 过对当前互联网结构 打 各种补丁 能部 分解决上述问题，网络结构却日趋复杂。 互联网当 前问题 究其根因是所谓的三重绑定问题 ，即 资源 /位置绑定、用户 /网络绑定 和 控制 /数据 绑定 ， 不同 耦合 方式 对 网络 性能 的 影响 如 表 2 所示。 表 2 耦合 类型 对 网络 性能 的 影响 耦合 类型 负面影响 资源 /位置 紧耦合 弱安全 性 弱服务质量 低资源利用率 用户 /网络 紧耦合 弱移动性 弱安全性 低扩展性 控制 /数 据 紧耦合 低扩展 性 低资源利用率 弱移 动性 6 网络 层 标 识 体系 现状 亚太、欧洲、拉美、北美等地区的 IPv4 地址池截 至 2016 年 10 年底已完全耗尽。 IPv6 地址自 1998 年的 RFC 2460 提出后， 自 1999 年开始分配 ，截至 2019 年 5 月底 ，我国 IPv6 地址资源总量已达到 47282 块（ /32），用户数达 12.07 亿。 网络 层 标 识 体系 主要由 IETF、 ITU 和 3GPP 组织 负责， 现有 网络 标 识 体系 涵盖 标 识 分 类、 编码、 生成、 配置、 适 配 、 互通、 安全 、 移动性、 多宿主、 压缩 、 映射 和 解析 等 。 6.1 网络 标 识 分类 网络 标 识 编码 定义 与 其 代 表的 含义和 功能 密不可分 。 网络 标 识 可 从 标 识 对应 的 接收 方 数量 和 作用 ， 标 识 对应的 网络 结构 和 作用 。 接收方 数量 和 作用 根 据其 标 识 代表的 接收方 和作用， 网络 标 识 可 分为 单 播 地址、 多播 地址、 任 播 地址 和 广播 地址 （ 仅 存 用 于 IPv4 标 识 分类 ） 。 IPv4 单 播 地址 网络 标 识 中进一步 划分为 A、 B、 14 C 三类 标 识 。 IPv6 单 播 地址 网络 标 识 进 一步 划分为 全球 标 识 、 本地 主机 标 识 和 本地 链路 标 识 。 网络 结构 和 作用 在 身份 位置 分离 的 网络 标 识