NSF未來互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)項(xiàng)目

特約通訊員 梁曉歡

隨著互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，知識已經(jīng)可以在任意的人類活動(dòng)中進(jìn)行傳播。它從一個(gè)小型的網(wǎng)絡(luò)，逐漸發(fā)展成為我們生活必不可缺的一部分。現(xiàn)代社會(huì)中的任何一個(gè)重要領(lǐng)域，少了互聯(lián)網(wǎng)都無法進(jìn)行正常運(yùn)作。然而，隨著網(wǎng)絡(luò)安全的日益復(fù)雜化，互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的可靠性則越來越難以保證，因此互聯(lián)網(wǎng)這些年所取得的持續(xù)成功開始受到越來越多的威脅。正因?yàn)槲覀儗σ粋€(gè)高度獨(dú)立且安全的信息技術(shù)架構(gòu)的依賴程度越來越高，所以當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的進(jìn)程是否可以滿足未來人類社會(huì)中新興的需求，已經(jīng)無法得到保證。

正是由于認(rèn)識到現(xiàn)代社會(huì)對一個(gè)高度獨(dú)立且安全的信息技術(shù)架構(gòu)的強(qiáng)烈需求，在美國國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）對互聯(lián)網(wǎng)科學(xué)與工程的持續(xù)投資的基礎(chǔ)上，計(jì)算機(jī)信息科學(xué)工程（CISE）的董事會(huì)就成立了NSF未來互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)(FIA)這一個(gè)項(xiàng)目，來鼓勵(lì)并推動(dòng)創(chuàng)新性的研究，以此來探索、設(shè)計(jì)并評估未來互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的可靠性。希望通過該項(xiàng)目的實(shí)施，能以協(xié)作的、持久的、改革性的思維方式參與研究社群，從而脫離當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的束縛。同時(shí)也要總結(jié)過去的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，積極開拓有發(fā)展前景的新研究思路，并要考慮到互聯(lián)網(wǎng)和人類社會(huì)的相互影響所帶來的更大的社會(huì)問題、經(jīng)濟(jì)問題、法律問題，設(shè)計(jì)并試驗(yàn)新的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)概念。

在2010年夏，NSF成立了未來互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的5個(gè)子項(xiàng)目。在下文，會(huì)依次介紹這些子項(xiàng)目的詳細(xì)情況。

一、“命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)”架構(gòu)項(xiàng)目（NDN）

盡管互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展速度已經(jīng)超出了人們的預(yù)期，但是仍有一些地方與當(dāng)初的假設(shè)不太符合，在運(yùn)作的過程中經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生沖突紛爭，對互聯(lián)網(wǎng)潛在的通信模型構(gòu)成了挑戰(zhàn)。無論是互聯(lián)網(wǎng)的使用者，還是應(yīng)用程序，都是以內(nèi)容為導(dǎo)向進(jìn)行操作的，這就使得互聯(lián)網(wǎng)很難依照IP地址的請求——通過發(fā)現(xiàn)和定位主機(jī)地址來進(jìn)行信息傳遞。為了能夠讓互聯(lián)網(wǎng)更加未來化，我們需要一個(gè)概念上比較簡單的轉(zhuǎn)換架構(gòu)，將研究焦點(diǎn)從當(dāng)前的主機(jī)地址的解析，轉(zhuǎn)移到用戶和程序所真正關(guān)注的內(nèi)容。

“命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)”架構(gòu)項(xiàng)目（NDN）成立于2010年9月，其致力于開發(fā)一個(gè)全新的互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)。為了能夠更自然地適應(yīng)通信的新模式，新架構(gòu)會(huì)充分利用當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)基于主機(jī)的、點(diǎn)對點(diǎn)的通信體系架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，并盡量修正它的缺點(diǎn)。通過命名數(shù)據(jù)，而不是命名主機(jī)地址，NDN可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)完整的實(shí)體。當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)是為了保護(hù)數(shù)據(jù)容器，而NDN架構(gòu)則是為了保護(hù)數(shù)據(jù)的內(nèi)容。這實(shí)際上是一個(gè)設(shè)計(jì)上的選擇，把數(shù)據(jù)從主機(jī)中分離出來，使得如自動(dòng)緩存等其它多個(gè)完全可擴(kuò)展的通信機(jī)制可以一起優(yōu)化帶寬。NDN是一個(gè)研究技術(shù)挑戰(zhàn)的項(xiàng)目，必須證明作為一個(gè)未來化的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，他的通信模式是可信任的，能夠保證網(wǎng)絡(luò)安全，保護(hù)數(shù)據(jù)內(nèi)容和隱私，具有可擴(kuò)展性、快速轉(zhuǎn)發(fā)等優(yōu)點(diǎn)。該項(xiàng)目利用端到端的測試平臺、模擬實(shí)驗(yàn)以及理論分析方法來評估新的體系架構(gòu)，并正在開發(fā)NDN協(xié)議及其應(yīng)用程序的規(guī)格參數(shù)和模型實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。

二、“移動(dòng)優(yōu)先”網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)項(xiàng)目（Mobility First）

“移動(dòng)優(yōu)先”項(xiàng)目啟動(dòng)于2010年9月，它成立的前提是，互聯(lián)網(wǎng)正在接近一個(gè)歷史性的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，移動(dòng)平臺和移動(dòng)應(yīng)用程序從誕生以來，就一直準(zhǔn)備取代固定服務(wù)器的地位，從而主導(dǎo)整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)。這個(gè)可預(yù)測的，同樣也是根本性的轉(zhuǎn)變，為設(shè)計(jì)一個(gè)新一代的互聯(lián)網(wǎng)提供了一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)。此外，移動(dòng)設(shè)備、移動(dòng)終端，以及在服務(wù)、可靠性、管理上隨之產(chǎn)生的變化，會(huì)成為這個(gè)互聯(lián)網(wǎng)新架構(gòu)的主要驅(qū)動(dòng)因素。我們所提出的新架構(gòu)在設(shè)計(jì)上的主要目標(biāo)是：在符合動(dòng)態(tài)主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的規(guī)范的基礎(chǔ)上提高移動(dòng)性；在考慮無線媒體的內(nèi)在特性的基礎(chǔ)上保證穩(wěn)健性；通過加強(qiáng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和有線基礎(chǔ)設(shè)施的隱私安全性來保證可靠性；具有如支持靈活的上下文感知的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、可發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等易用性特征；具有可管理性和經(jīng)濟(jì)可行性。此外，該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)也要考慮如無線頻譜資源的稀缺性等技術(shù)性因素，利用摩爾定律來繼續(xù)改進(jìn)移動(dòng)和傳感設(shè)備在計(jì)算和能源約束上存在的問題。

“移動(dòng)優(yōu)先”互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)主要由八大關(guān)鍵要素組成：第一，命名和尋址的分離，通過一個(gè)快速的全球動(dòng)態(tài)名稱解析服務(wù)得到實(shí)現(xiàn)；第二，高度的安全性，該架構(gòu)的認(rèn)證公鑰網(wǎng)絡(luò)地址支持高效的身份驗(yàn)證；第三，延時(shí)容忍網(wǎng)絡(luò)；第四，扁平標(biāo)志的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；第五，跳躍點(diǎn)到跳躍點(diǎn)的傳輸協(xié)議；第六，一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)管理平面；第七，可選擇的隱私保護(hù)功能；第八，一個(gè)集成的計(jì)算和存儲(chǔ)層。整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，雖然具有一定的復(fù)雜性，但是也保證了可實(shí)施性，此外也具有一定的可擴(kuò)展性。

三、“星云”網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)項(xiàng)目（NEBULA）

現(xiàn)在，無論是遷移存儲(chǔ)，還是計(jì)算處理，抑或是應(yīng)用程序，都越來越偏向“云”化的模式，這為開發(fā)一個(gè)全球性的、以互聯(lián)網(wǎng)為中心的計(jì)算體系架構(gòu)創(chuàng)造了一個(gè)空前的機(jī)會(huì)，使得我們可以運(yùn)用新的方法來進(jìn)行快速資源供應(yīng)、公用定價(jià)，以及進(jìn)行連續(xù)且簡單的管理。在“星云”架構(gòu)（其英語單詞nebula，是源于拉丁語里對云的稱呼）里，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心是數(shù)據(jù)主要的存儲(chǔ)庫，同時(shí)也是計(jì)算的主要軌跡。在這個(gè)未來模型里，和數(shù)據(jù)中心連接的是一個(gè)高速運(yùn)行且極為可靠安全的中樞網(wǎng)絡(luò)。該項(xiàng)目的研究重點(diǎn)是開發(fā)新的可信賴的數(shù)據(jù)控制方法 來支持新興的云計(jì)算模型，通過創(chuàng)建一個(gè)以云計(jì)算為中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來解決當(dāng)前技術(shù)上的困難。

簡單來說，“星云”未來互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目研究的是如何為云計(jì)算提供網(wǎng)絡(luò)支持，特別側(cè)重于開發(fā)可靠性高的應(yīng)用，如基于云的醫(yī)療保健服務(wù)，這一服務(wù)不僅整合了醫(yī)療傳感器、病人的信息數(shù)據(jù)，還潛在鏈接了用于藥物輸注的設(shè)備。

四、“表現(xiàn)式”網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)項(xiàng)目（XIA）

“表現(xiàn)式”互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)項(xiàng)目（簡稱為“XIA項(xiàng)目”）專門針對日益多樣化的網(wǎng)絡(luò)使用模式，致力于解決當(dāng)前對可靠度高的通信的需求。此外，隨著提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的利益相關(guān)者變得越來越多，XIA項(xiàng)目也需要協(xié)調(diào)這些利益相關(guān)者的活動(dòng)，從而來保證服務(wù)的質(zhì)量。

為了能夠達(dá)到上述這些目標(biāo)，XIA項(xiàng)目需要解決很多技術(shù)上的難題，創(chuàng)建一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)在容納未知的未來實(shí)體的同時(shí)，還能夠?yàn)橹鳈C(jī)、內(nèi)容和服務(wù)等通信主體間的信息傳遞提供內(nèi)在的支持。在保證通信的完整性和真實(shí)性的基礎(chǔ)上，“表現(xiàn)式”互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)還提供內(nèi)在安全功能。在該架構(gòu)里，所有上下文相關(guān)的機(jī)制都可以靈活地發(fā)揮作用，從而在各個(gè)通信主體間建立信任，在人和標(biāo)識符之間搭起橋梁。

總的來說，XIA項(xiàng)目包括了用戶使用實(shí)驗(yàn)（通過實(shí)驗(yàn)來評估和改善用戶與網(wǎng)絡(luò)間的接口），以及技術(shù)設(shè)計(jì)決策，經(jīng)濟(jì)激勵(lì)和公共政策之間的關(guān)系的研究。

五、ChoiceNet項(xiàng)目

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，特別是因特網(wǎng)，代表了商業(yè)、政府、軍事和個(gè)人通信等領(lǐng)域最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施。然而，最近互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上一些新的趨勢，使得人們對互聯(lián)網(wǎng)的功能要求越來越高，而這些要求已經(jīng)超過了當(dāng)前配置的基礎(chǔ)設(shè)施所能提供的功能范圍。

ChoiceNet項(xiàng)目利用經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，開發(fā)了一個(gè)全新的架構(gòu)設(shè)計(jì)方案，使得互聯(lián)網(wǎng)能夠在不久的將來可以代表即將出現(xiàn)的改革性的轉(zhuǎn)變，依舊能夠保持在網(wǎng)絡(luò)核心領(lǐng)域內(nèi)的創(chuàng)新力。這一個(gè)新的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的核心理念是就是支持以體系結(jié)構(gòu)為核心的各項(xiàng)抉擇。建立在這些原則上的一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將是能適應(yīng)新興解決方案的，能夠應(yīng)對當(dāng)前，以及未來的各種挑戰(zhàn)。

在該項(xiàng)目里，設(shè)計(jì)出的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)希望可以達(dá)到以下三個(gè)目標(biāo)：第一，鼓勵(lì)開發(fā)各種替代產(chǎn)品，允許用戶可以在一系列服務(wù)里進(jìn)行選擇；第二，讓用戶可以以支付的方式進(jìn)行投票，獎(jiǎng)勵(lì)那些優(yōu)質(zhì)且創(chuàng)新的服務(wù)；第三，為用戶提供相關(guān)的機(jī)制，讓用戶可以隨時(shí)了解可用的替代產(chǎn)品，以及這些產(chǎn)品的性能。該項(xiàng)目試圖從不同的方向入手，提供多樣的解決方案。這也反應(yīng)了該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)里的工作人員在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)學(xué)、管理科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)學(xué)等多種學(xué)科上的專業(yè)知識。

結(jié)語

參與NSF未來互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)項(xiàng)目（FIA）的員工強(qiáng)調(diào)，F(xiàn)IA項(xiàng)目只是邁向未來先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)的第一步，F(xiàn)IA的項(xiàng)目總監(jiān)，達(dá)林.費(fèi)希爾說：“盡管我們的最終目標(biāo)是要設(shè)計(jì)并發(fā)展一個(gè)可以為這個(gè)社會(huì)的所有需求提供服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)，但我們也意識到這些子項(xiàng)目僅僅是創(chuàng)建完整的未來互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的一個(gè)開端而已。我們真切的期待本次研究的成果可以推動(dòng)未來互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。”