新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)(1)

陸 璇 龔向陽(yáng) 程時(shí)端

[編者按] 互聯(lián)網(wǎng)目前面臨著各種問(wèn)題和挑戰(zhàn),其體系結(jié)構(gòu)再次成為了網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。本講座將分為3期介紹互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀及未來(lái)的展望。第1期介紹目前互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)面臨的挑戰(zhàn)以及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。第2期將介紹現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)向新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)演進(jìn)中的關(guān)鍵技術(shù)與解決方案,內(nèi)容涉及新型路由尋址體系結(jié)構(gòu)、端到端原則、網(wǎng)絡(luò)安全性與可信性等方面的研究。第3期將介紹以全新的革命性方式來(lái)解決當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)缺陷的新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),包括國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和主要的解決方案,并對(duì)新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)行了展望和總結(jié)。

基金項(xiàng)目:國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(“863”計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2007AA01Z206);北京重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(key disciplines)

1 當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)以及面臨的挑戰(zhàn)

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)取得了巨大的成功,成長(zhǎng)為一個(gè)全球性的信息系統(tǒng)。但是隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及、商業(yè)化以及新業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn),其各種先天不足和缺陷也日益明顯地暴露出來(lái),例如IP地址匱乏、缺乏服務(wù)質(zhì)量(QoS)與安全保障機(jī)制、路由系統(tǒng)擴(kuò)展性低等。傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)指數(shù)增長(zhǎng)的復(fù)雜度也使得網(wǎng)絡(luò)控制和管理十分困難,難以滿足多樣化的應(yīng)用需求。盡管研究人員已經(jīng)提出了多種解決方案試圖對(duì)傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行改進(jìn),例如引入網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)、集成服務(wù)模型/區(qū)分服務(wù)模型(IntServ/DiffServ)、防火墻、IPSec等來(lái)解決上述的問(wèn)題,但這些方案都未能從根源上解決當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)所面臨的核心問(wèn)題——當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)存在著難以克服的缺陷。為此,大量研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始重新考慮和研究互聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),試圖提出適應(yīng)于未來(lái)環(huán)境和應(yīng)用需求的新型互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。新型的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)必須能夠支持融合的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、支持各種新的網(wǎng)絡(luò)功能、新型應(yīng)用和新型計(jì)算技術(shù)。新一代互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境對(duì)體系結(jié)構(gòu)的需求如圖1所示。

1.1 互聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)是指導(dǎo)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的一系列抽象設(shè)計(jì)原則,內(nèi)容涉及互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成要素、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)功能以及管理運(yùn)營(yíng)方式等。互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性將對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能、服務(wù)提供以及是否支持持續(xù)化的演進(jìn)產(chǎn)生決定性影響。

在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織/開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)模型(ISO/OSI)是一個(gè)重要的理論指導(dǎo)。而在互聯(lián)網(wǎng)中,TCP/IP協(xié)議采用了更簡(jiǎn)潔和高效的體系結(jié)構(gòu),這種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及Web等應(yīng)用技術(shù)的出現(xiàn)使得互聯(lián)網(wǎng)獲得了巨大成功。當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展為擁有超過(guò)數(shù)億臺(tái)主機(jī)的復(fù)雜的超級(jí)信息系統(tǒng)。互聯(lián)網(wǎng)的成功,主要?dú)w功于它在體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)所遵守的一系列基本原則:如開(kāi)放性原則、端到端原則、透明性原則、分層原則、盡力而為原則等。但是,當(dāng)前的應(yīng)用需求與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境已經(jīng)與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)發(fā)生了巨大變化。傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)原有的一些設(shè)計(jì)原則已成為阻礙互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展的主要障礙。因此,新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究中,既需要總結(jié)和繼承傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的成功經(jīng)驗(yàn),也需要在研究未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)所面臨的挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)上,重新審視和確定新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則與方法。

1.2 當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn)

互聯(lián)網(wǎng)最初是為單一的數(shù)據(jù)通信需求而設(shè)計(jì)的,其設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的健壯性和支持底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的異構(gòu)性,并且默認(rèn)互聯(lián)的用戶屬于相互信任的團(tuán)體。因此,傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)僅支持盡力而為的服務(wù),遵循“核心簡(jiǎn)單,邊緣智能”的設(shè)計(jì)原則,網(wǎng)絡(luò)智能部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣的終端上。這種體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但保證了高效的互通和良好的演進(jìn)性,并且一直沿用至今。

然而近年來(lái),隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展,出現(xiàn)了大量新型接入技術(shù)如WiMAX、Wi-Fi、無(wú)線局域網(wǎng)、藍(lán)牙,大量新型異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)如移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng),大量新的計(jì)算技術(shù)如P2P、網(wǎng)格、普適計(jì)算和多樣化的應(yīng)用,這些新技術(shù)和應(yīng)用在推動(dòng)整個(gè)通信領(lǐng)域進(jìn)步的同時(shí),也使得傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。復(fù)雜的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境增加了維護(hù)管理的復(fù)雜度,同時(shí)也影響了網(wǎng)絡(luò)的靈活性、健壯性和安全性;無(wú)處不在的應(yīng)用需求要求互聯(lián)網(wǎng)支持移動(dòng)性;多樣化的應(yīng)用要求互聯(lián)網(wǎng)支持不同實(shí)時(shí)性的業(yè)務(wù)。隨著網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度的增長(zhǎng),傳統(tǒng)的“核心簡(jiǎn)單”的互聯(lián)網(wǎng)難以滿足網(wǎng)絡(luò)對(duì)可控、可管迫切的需求,具體分析其原因,可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)所存在的問(wèn)題與面臨的挑戰(zhàn)。

(1)端到端原則和中間盒

端到端原則將網(wǎng)絡(luò)智能推向邊緣,減少通信子網(wǎng)冗余和復(fù)雜性,核心網(wǎng)只提供高效的數(shù)據(jù)傳輸功能。然而由于種種原因,該原則并未被完全遵守。為了彌補(bǔ)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的不足,網(wǎng)絡(luò)中常常引入各種類(lèi)型的中間盒,例如NAT、防火墻、代理等。這些中間盒的引入都違背了端到端原則,使網(wǎng)絡(luò)失去了端到端透明性,導(dǎo)致了更加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)管理和配置,并可能造成安全漏洞和故障率的增加。

(2)路由、尋址與移動(dòng)性問(wèn)題

為解決IPv4地址即將耗盡的問(wèn)題,互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)相繼提出了無(wú)類(lèi)域間路由(CIDR)、NAT和IPv6等方案。由于IPv6與IPv4的互通問(wèn)題,IPv6的部署進(jìn)程較緩慢。NAT從短期來(lái)看解決了IP地址不足的問(wèn)題,無(wú)需修改現(xiàn)有主機(jī)和路由器,部署方便,因而得到了廣泛應(yīng)用。但是從長(zhǎng)期來(lái)看,NAT在端對(duì)端應(yīng)用、主機(jī)與IP地址捆綁、網(wǎng)絡(luò)管理方面都存在無(wú)法克服的弊端,并非是一種最終的解決方案。網(wǎng)絡(luò)多歸屬、流量工程以及運(yùn)營(yíng)商獨(dú)立(PI)地址的廣泛應(yīng)用造成了路由的擴(kuò)展性問(wèn)題。新興的普適計(jì)算要求網(wǎng)絡(luò)能給用戶提供無(wú)時(shí)不在、無(wú)處不在、無(wú)所不有的綜合性服務(wù),而移動(dòng)性是必須滿足的基本需求之一。但是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)從本質(zhì)上不支持連接過(guò)程中IP地址的動(dòng)態(tài)變化,導(dǎo)致主機(jī)移動(dòng)的同時(shí)連接無(wú)法維持,難以滿足用戶對(duì)移動(dòng)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的需求。這些問(wèn)題都需要在未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中解決。

(3)安全性和可信性

早期的互聯(lián)網(wǎng)被默認(rèn)為“安全的網(wǎng)絡(luò)”,因?yàn)閭鹘y(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)默認(rèn)其用戶群體主要是彼此相互信任、目標(biāo)一致的團(tuán)體,安全問(wèn)題未得到設(shè)計(jì)者的重視。但是隨著互聯(lián)網(wǎng)的商用化和全球爆炸式發(fā)展,其用戶群體在規(guī)模、目標(biāo)、素質(zhì)等方面各不相同,用戶間的信任不復(fù)存在。互聯(lián)網(wǎng)上病毒、網(wǎng)絡(luò)攻擊頻繁發(fā)生,隱私無(wú)法保證,互聯(lián)網(wǎng)被默認(rèn)為“不安全的網(wǎng)”。盡管學(xué)術(shù)界和工業(yè)界提出了一些解決方案(其中一些已經(jīng)得到了應(yīng)用),由于原有互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)缺乏整體安全框架,各種安全技術(shù)以“補(bǔ)丁”方式添加,難免出現(xiàn)安全漏洞或功能重疊,甚至顧此失彼。

(4)服務(wù)質(zhì)量

傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中核心網(wǎng)絡(luò)只保存有限的管理信息,不提供QoS保證。隨著互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)化,大量實(shí)時(shí)應(yīng)用涌現(xiàn)出來(lái)。視頻會(huì)議和IPTV等多媒體應(yīng)用對(duì)延遲、延遲抖動(dòng)、帶寬等有嚴(yán)格的需求,需要網(wǎng)絡(luò)提供相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量保證。現(xiàn)有的QoS保障模型如IntServ/DiffServ、多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)、QoS路由等,由于也屬于以“補(bǔ)丁”形式加入到網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中,在實(shí)際的應(yīng)用與部署中存在一些問(wèn)題。例如,IntServ擴(kuò)展性差和管理開(kāi)銷(xiāo)大;DiffServ則無(wú)法為每個(gè)數(shù)據(jù)流提供QoS保障。

(5)網(wǎng)絡(luò)控制、管理

種類(lèi)繁多的新型應(yīng)用和多種新技術(shù)的引入,以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化,大大增加了網(wǎng)絡(luò)管理與控制的復(fù)雜性。實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可控可管是未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)緊迫需求。然而傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念使得網(wǎng)絡(luò)中缺乏用于網(wǎng)絡(luò)控制管理的必要信息,難以實(shí)現(xiàn)高效的網(wǎng)絡(luò)管理和控制。

為了解決現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)存在的問(wèn)題,滿足和適應(yīng)當(dāng)前及未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的多樣化需求,研究和建設(shè)新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)是一項(xiàng)迫在眉睫的任務(wù)。新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究的中心問(wèn)題是提出一種高效、大規(guī)模、高度可伸縮、支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)如圖2所示,該體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)將支持移動(dòng)性、QoS保障、安全性和可信性,以及網(wǎng)絡(luò)的可控可管。

2 未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀

近年來(lái),國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)對(duì)未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量積極的探索和研究。對(duì)于如何解決當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)所面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn),研究和建設(shè)新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),學(xué)術(shù)界和工業(yè)界目前存在著兩種觀點(diǎn)。第一種觀點(diǎn)是采用演進(jìn)方案,即繼續(xù)沿用現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),并以此為基礎(chǔ)對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行逐步演進(jìn)和發(fā)展,添加新的功能和特性來(lái)解決目前面臨的問(wèn)題,滿足未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需求。例如,在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中添加支持移動(dòng)性、安全性等的組件。這種方法易于部署和實(shí)施,有利于保護(hù)現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中的已有投入,但是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中的一些固有問(wèn)題難以得到根本性的解決。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為,目前正是互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面徹底變革的好時(shí)機(jī),應(yīng)該“從零開(kāi)始”,完全舍棄現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)一種全新的、融合多種設(shè)計(jì)目標(biāo)的新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。這種方案旨在從根本上解決現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)存在的各種問(wèn)題,是一種革命性的方案,但是由于全新網(wǎng)絡(luò)可能不能兼容現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng),需要完全替換原有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施,因此存在著網(wǎng)絡(luò)部署和平滑過(guò)渡的問(wèn)題。

2.1 基于現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的演進(jìn)

為了解決目前互聯(lián)網(wǎng)面臨的問(wèn)題并使其能適應(yīng)未來(lái)的發(fā)展,持有第一種觀點(diǎn)的研究人員提出了一些解決方案,主要是基于現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)(TCP/IP協(xié)議棧),提出一些新的協(xié)議或是對(duì)一些原有協(xié)議和機(jī)制進(jìn)行完善和更新,也就是所謂的演進(jìn)方案。一般說(shuō)來(lái),這些協(xié)議僅關(guān)注互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中的某個(gè)或某幾個(gè)問(wèn)題,包括路由的可擴(kuò)展性、端到端原則的爭(zhēng)論、網(wǎng)絡(luò)的安全性和可信性,以及網(wǎng)絡(luò)的自治特性等。

為解決路由的可擴(kuò)展性問(wèn)題,學(xué)術(shù)界進(jìn)行了對(duì)新一代路由尋址架構(gòu)的探索。美國(guó)加州大學(xué)Lon Stoica等在2002年在美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)通信專業(yè)組(ACM SIGCOMM)上首先提出了因特網(wǎng)間接訪問(wèn)基礎(chǔ)架構(gòu)(I3)體系結(jié)構(gòu)。以I3為基礎(chǔ),隨后又出現(xiàn)了一系列改進(jìn)的方案,如麻省理工學(xué)院的Hari Balakrishnan在2004年發(fā)表的互聯(lián)網(wǎng)分層命名結(jié)構(gòu)(LNAI)以及Matthew Caesar等人在2006年提出的扁平標(biāo)簽路由(ROFL)。這些方案都采用了身份標(biāo)識(shí)和位置標(biāo)識(shí)的分離,并研究了采用基于身份標(biāo)識(shí)的路由機(jī)制的可行性。與此同時(shí),工業(yè)界也對(duì)此表現(xiàn)出了濃厚的興趣。Cisco和Ericsson等設(shè)備廠商分別對(duì)身份標(biāo)識(shí)和位置標(biāo)識(shí)分離的路由體系投入大量人力進(jìn)行相關(guān)研究。Cisco在互聯(lián)網(wǎng)研究任務(wù)組路由工作組(IRTF RRG)提出了位置與標(biāo)識(shí)分離協(xié)議(LISP),解決了路由的可擴(kuò)展性問(wèn)題,同時(shí)最大限度地考慮了網(wǎng)絡(luò)的可演進(jìn)性。Ericsson繼2000年提出主機(jī)標(biāo)識(shí)協(xié)議(HIP)以來(lái),在這個(gè)研究課題上持續(xù)投入,不斷完善HIP相關(guān)技術(shù)體系,并在IETF和IRTF分別成立HIP工作組和HIP研究組進(jìn)行HIP相關(guān)的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。

關(guān)于端到端原則的爭(zhēng)論也是互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究中的一個(gè)重要議題。Internet之父D. Clark在中指出端到端原則仍然正確,但同時(shí)也承認(rèn)它需要一個(gè)更加復(fù)雜并且清晰的表述。端到端原則的一個(gè)最大缺點(diǎn)就是導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)容易受到入侵。雖然目前NAT和防火墻可以起到一定的保護(hù)作用,但它們只在目的網(wǎng)絡(luò)的邊緣路由器起作用,惡意數(shù)據(jù)包仍然消耗了中間鏈路和中間結(jié)點(diǎn)的帶寬、資源。所以,有人提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全:采用“默認(rèn)不可達(dá)”通信模型來(lái)取代“端到端”模型:網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)在默認(rèn)情況下是不可達(dá)的,除非這種可達(dá)性被目的結(jié)點(diǎn)明確的允許。

網(wǎng)絡(luò)的安全性和可信性是新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中又一個(gè)必須解決的問(wèn)題。目前解決網(wǎng)絡(luò)安全的方案可分為3類(lèi):在協(xié)議棧中增加一個(gè)“安全層”;協(xié)議棧各層分別設(shè)計(jì)安全機(jī)制,如IPSec主要是增強(qiáng)IP層的安全性;借鑒系統(tǒng)可信性的概念,構(gòu)建可信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),從根本上解決網(wǎng)絡(luò)的安全性問(wèn)題。在中國(guó),國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家“973”和“863”等項(xiàng)目已經(jīng)投入了大量經(jīng)費(fèi)資助針對(duì)可控、可信、可擴(kuò)展的新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)方面的研究。

目前互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)需要極大的管理開(kāi)銷(xiāo)和人工干預(yù)。針對(duì)這一問(wèn)題,網(wǎng)絡(luò)自治的概念被引入到互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中。歐盟在2008年啟動(dòng)了信息通信領(lǐng)域(ICT)第七框架計(jì)劃(FP7)研究項(xiàng)目EFIPSANS,其參與者包括設(shè)備廠商、大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)。該項(xiàng)目的目標(biāo)是在IPv6的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)和構(gòu)建自治網(wǎng)絡(luò)和服務(wù),目前已經(jīng)提出了一個(gè)通用的自治網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

近10年以來(lái),中國(guó)的科研工作者在國(guó)家自然科學(xué)基金、“973”和“863”項(xiàng)目的支持下,開(kāi)展了互聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)和發(fā)展的研究。2003年國(guó)家發(fā)展改革委等八部委聯(lián)合組織,啟動(dòng)了中國(guó)下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程(CNGI),目標(biāo)是搭建下一代以IPv6為核心的互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。2007年國(guó)家“863”重大項(xiàng)目“新一代高可信網(wǎng)絡(luò)”、2007年國(guó)家“973”項(xiàng)目“可測(cè)可控可管的IP網(wǎng)的基礎(chǔ)研究”等都充分顯示了中國(guó)對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)和發(fā)展研究的重視。

2.2 全新的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究領(lǐng)域中,存在著第二種學(xué)術(shù)觀點(diǎn),即革命的觀點(diǎn)。這個(gè)觀點(diǎn)主張?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)全新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),從根本上解決當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)面臨的各種問(wèn)題,并適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的需要。顯然,這個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有可擴(kuò)展性、靈活性、魯棒性、異構(gòu)性、可控可管性、安全可信等特征。

近年來(lái),美國(guó)和歐洲相繼啟動(dòng)了一批未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的研究項(xiàng)目,包括美國(guó)的未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)(NewArch)、全球網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新環(huán)境(GENI)和未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)(FIND)以及歐盟的自治網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)(ANA)、生物學(xué)啟發(fā)的自治網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)(BIONETS)、Haggle項(xiàng)目等等。

NewArch啟動(dòng)于2000年初,是由美國(guó)美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究規(guī)劃局(DARPA)贊助,美國(guó)國(guó)會(huì)信息研究院(USC/ISI)、麻省理工學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室等聯(lián)合參與的未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)研究項(xiàng)目,目的是根據(jù)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體及未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)需求,重新對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行思考和探索。

2005年和2006年,美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金(NSF)先后啟動(dòng)了關(guān)于未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的研究計(jì)劃GENI和FIND。GENI獲得了3億美元的資助,目標(biāo)是重新設(shè)計(jì)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),打造一個(gè)更適合未來(lái)的新一代互聯(lián)網(wǎng)并為此搭建網(wǎng)絡(luò)測(cè)試環(huán)境。FIND的項(xiàng)目資金為2 000萬(wàn)美元,擬從根本上重新設(shè)計(jì)新一代網(wǎng)絡(luò),以解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)在安全性、移動(dòng)性等方面存在的嚴(yán)重弊端,最終目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)適合未來(lái)15年需求的新一代互聯(lián)網(wǎng)。

2006年歐盟啟動(dòng)了ANA、BIONETS和Haggle等研究全新網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的項(xiàng)目。ANA為期4年,參與者為歐洲和北美的大學(xué)及研究機(jī)構(gòu),目標(biāo)是探索全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)并設(shè)計(jì)一種自治的網(wǎng)絡(luò)。BIONETS同樣為期4年,主要參與者包括諾基亞、意大利電信和瑞士Basel大學(xué)等,目標(biāo)是仿照生物學(xué)的思路設(shè)計(jì)全新網(wǎng)絡(luò)框架。Haggle的研究周期為2006—2010年,主要參與者包括劍橋大學(xué)等。Haggle提出一個(gè)新的自治網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),支持間歇性連接網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,特別是缺乏端到端連接的環(huán)境中的自治通信。

在世界各發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行理論探討的同時(shí),中國(guó)的科研工作者也積極開(kāi)展了這個(gè)領(lǐng)域的研究工作。2003年,國(guó)家“973”項(xiàng)目開(kāi)始啟動(dòng)新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)理論研究的計(jì)劃。2008,在國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目的資助下中國(guó)的研究人員也開(kāi)始對(duì)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及協(xié)議體系進(jìn)行了研究和探索,主要目標(biāo)是在分析現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題的基礎(chǔ)上,圍繞未來(lái)網(wǎng)絡(luò)通信需求,結(jié)合自治計(jì)算、自治通信等研究領(lǐng)域的最新技術(shù),研究和提出適應(yīng)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)需求的自治化的新型通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型。(待續(xù))

收稿日期:2009-05-22

作者簡(jiǎn)介

陸璇,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院在讀博士研究生,主要研究方向?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、自治網(wǎng)絡(luò)。

龔向陽(yáng),北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副教授,主要研究領(lǐng)域?yàn)樾滦突ヂ?lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與服務(wù)質(zhì)量等。

程時(shí)端,北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授、博士生導(dǎo)師,主要研究領(lǐng)域?yàn)閷拵ЬW(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)性能與服務(wù)質(zhì)量等。