自適應(yīng)的未來網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)

黎惟梁

摘 要：21世紀(jì)新科技革命蓬勃發(fā)展的大背景下，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和通信技術(shù)不斷發(fā)展與完善，用戶對互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用功能也提出了更高更難的設(shè)想，多樣化、復(fù)雜化的互聯(lián)網(wǎng)功能需求使得原有Internet架構(gòu)下的網(wǎng)絡(luò)難以滿足更多用戶的需求，成為阻礙互聯(lián)網(wǎng)事業(yè)發(fā)展的一大難題。本文基于當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)存在的問題，提出一種自適應(yīng)式未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式，并從自適應(yīng)式未來網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)要求、支持技術(shù)以及體系結(jié)構(gòu)三個(gè)方面做詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞：自適應(yīng)；未來網(wǎng)絡(luò)；架構(gòu)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號：1002-7661（2014）24-006-02

自上世紀(jì)六七十年代分組網(wǎng)絡(luò)從誕生到現(xiàn)在，以IP技術(shù)為核心的Internet網(wǎng)絡(luò)服務(wù)實(shí)現(xiàn)了傳輸層及其以上隔層來實(shí)現(xiàn)，簡化了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能，提高了網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性，自此計(jì)算機(jī)成為人們生活中不可缺少的一部分。隨著科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，人們對互聯(lián)網(wǎng)功能的應(yīng)用需求越來越高，現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)體系難以適應(yīng)當(dāng)前市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和用戶的應(yīng)用需求，主要表現(xiàn)在有限的IP資源與無限增長的服務(wù)資源的需求的矛盾、業(yè)務(wù)模式革命性轉(zhuǎn)變與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的局限性矛盾、數(shù)據(jù)多樣性和復(fù)雜性與管理制度滯后的矛盾。這些矛盾的存在使得互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下出現(xiàn)信息不透明、資源浪費(fèi)、信息交互性差、信息可信度低等問題。為了更好地解決傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)模式存在的矛盾和問題，先提出一種自適應(yīng)的未來網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。

一、自適應(yīng)的未來網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)要求

從提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的角度來看，未來網(wǎng)絡(luò)的參與者有應(yīng)用服務(wù)提供商、網(wǎng)路用戶、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)運(yùn)營商三類。其中應(yīng)用服務(wù)提供商負(fù)責(zé)研究與開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，他所希望的未來網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)是自適應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的[1]。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商負(fù)責(zé)日常維護(hù)，他們所希望的未來網(wǎng)絡(luò)是充分的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和便捷的網(wǎng)路監(jiān)管，網(wǎng)絡(luò)用戶則使用并享受網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，他們所希望的未來網(wǎng)絡(luò)是功能全面，具有靈活定制主題服務(wù)的特性。三種角色分工明確，對未來網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)要求各有不同。因此未來網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足以下三個(gè)特點(diǎn)：可控、可管、可擴(kuò)展。

二、自適應(yīng)的未來網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

1、主動(dòng)控制技術(shù)

主動(dòng)管理技術(shù)是一種通過現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備增加管理接口，能夠幫助網(wǎng)絡(luò)用戶根據(jù)自身的特殊需求對各類網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行自主管理，是一種簡單方便且直觀的管理技術(shù)，以O(shè)penFlow為典型代表[2]。OpenFlow是一種通過路由器或交換機(jī)定義的一款軟件操作，可建成可編程、開放式的虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)將交換機(jī)協(xié)議、安全模型、IP地址查詢方案等管理方法應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)（如圖1所示）。

圖1OpenFlow體系結(jié)構(gòu)

2、主動(dòng)管理技術(shù)

主動(dòng)管理技術(shù)是一種在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理接口上安裝更復(fù)雜更高層次的封裝體系，網(wǎng)絡(luò)用戶能夠根據(jù)自身的個(gè)性需求對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一化、綜合化的個(gè)性管理，以NOX為典型代表。NOX是OpenFlow體系下的管理器，它提供了一種集中式的網(wǎng)絡(luò)操作中間件，再此網(wǎng)絡(luò)開發(fā)環(huán)境下，這個(gè)中間件接口具有集中編程和高層次虛擬網(wǎng)絡(luò)的特性[3]。

3、服務(wù)定制技術(shù)

服務(wù)定制技術(shù)是一種通過重新將網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)IP更換并設(shè)定，從而能夠讓網(wǎng)絡(luò)服務(wù)用戶根據(jù)自身的特殊需求定制個(gè)性服務(wù)個(gè)個(gè)性管理，其中以NDN為典型代表。NDN是一種開放式的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)資源管理服務(wù)技術(shù)，他改變了傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸模式，實(shí)現(xiàn)了以數(shù)據(jù)為中心、基于網(wǎng)絡(luò)地址的IP數(shù)據(jù)管理為方法的創(chuàng)新型模式。

三、自適應(yīng)的未來網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1、控制優(yōu)先的層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

控制優(yōu)先的層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠成功滿足網(wǎng)絡(luò)及的控制目標(biāo)，提升網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的性能、靠靠性，豐富管理策略和服務(wù)策略等配置目標(biāo)，避免但網(wǎng)絡(luò)級配置目標(biāo)轉(zhuǎn)換成某種特殊協(xié)議時(shí)產(chǎn)生的語義錯(cuò)誤。控制優(yōu)先的層次化網(wǎng)絡(luò)能夠確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的可視性、層次性、準(zhǔn)確性以及完整性，能夠有效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、流量信息以及網(wǎng)絡(luò)事件的實(shí)時(shí)傳輸，同時(shí)對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層擁有高度的控制權(quán)，網(wǎng)絡(luò)控制邏輯與運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)協(xié)議形成緊密耦合。

2、管理優(yōu)先的并行化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

管理優(yōu)先的并行化網(wǎng)絡(luò)體系作為未來自適應(yīng)式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)體系的重要組成部分，以構(gòu)建新型、可靠、安全、擴(kuò)展性好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，能夠在多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系中進(jìn)行大規(guī)模、高層次的部署和實(shí)驗(yàn)。其中最典型的就是GENI網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，它是由用戶服務(wù)層、GENI管理層以及物理層組成的（如圖2所示），物理層的設(shè)計(jì)目標(biāo)是為了確保物理資源、布局以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以優(yōu)先支持GENI計(jì)劃。

圖2GENI網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

3、側(cè)重可信的綜合化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

側(cè)重可信的綜合化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一種建立在信用維護(hù)和行為管理基礎(chǔ)上的信任網(wǎng)絡(luò)體系，可信網(wǎng)絡(luò)是未來網(wǎng)絡(luò)體系的發(fā)展趨勢，是一種可以運(yùn)用行為預(yù)測網(wǎng)絡(luò)的綜合化網(wǎng)絡(luò)體系。在可信化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中行為狀態(tài)可監(jiān)測、行為結(jié)果可評估、不良行為可管理，從而有效確保了網(wǎng)路平臺(tái)的可信度和可靠度。

未來網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的研究與開發(fā)應(yīng)該受到全球科技界和學(xué)術(shù)界的高度重視，在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)體系存在的問題和矛盾的基礎(chǔ)下，逐漸開發(fā)出一種自適應(yīng)式的未來網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。這種自適應(yīng)式的未來網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)是以主動(dòng)控制技術(shù)（下轉(zhuǎn)第7頁）endprint