新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)研究

摘要:互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境巨變?cè)斐僧?dāng)前“端到端透明”的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)缺乏可控性，面臨著網(wǎng)絡(luò)安全、可擴(kuò)展性和服務(wù)質(zhì)量等多方面的問(wèn)題。文章基于新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)原則、演進(jìn)思路、研究現(xiàn)狀和標(biāo)準(zhǔn)化情況，通過(guò)分析在新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化制訂過(guò)程中所面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)向未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)的3種方式：改良、整合和革命進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵字:互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)；路由擴(kuò)展性；重疊網(wǎng)；語(yǔ)義網(wǎng)；端到端透明

英文摘要:Due to great changes in the application environment of the Internet, current Internet architecture, with "end-to-end transparency" as its principle, is facing many challenges. These challenges include security, scalability, and Quality of Service (QoS). This paper will introduce the design theory, principle and evolutionary strategies of future internet architecture. It will then summarize current study projects and standardization activities related to future internet architecture. Finally, after analyzing problems and challenges during the standardization process, it will provide some predictions for the future.

英文關(guān)鍵字:the Internet architecture; routing scalability; overlay network; semantic web; end to end transparency

基金項(xiàng)目：國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(“863”計(jì)劃)課題(2008AA01A301)

1 當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)面臨的問(wèn)題

為了實(shí)現(xiàn)“人人參與”的理念，互聯(lián)網(wǎng)采用了“端到端透明”的體系結(jié)構(gòu)[1]，即用戶可以利用計(jì)算機(jī)、手機(jī)等終端的智能性產(chǎn)生各種信息，網(wǎng)絡(luò)只是簡(jiǎn)單、“盡力而為”地傳遞信息而不做任何記憶與控制。這種俗稱為“智能終端＋傻網(wǎng)絡(luò)”的設(shè)計(jì)原則有效簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)的功能，把信息處理和控制的復(fù)雜性最大限度地交給終端節(jié)點(diǎn)(包括服務(wù)器和用戶)，使用戶擁有了更大的自主性和更廣闊的創(chuàng)新空間，從根本上提供了人人參與互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和創(chuàng)新的機(jī)會(huì)。

隨著互聯(lián)網(wǎng)由實(shí)驗(yàn)科研應(yīng)用向社會(huì)化應(yīng)用的發(fā)展，其應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)生了巨變，出現(xiàn)了很多與體系結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的問(wèn)題，使得原來(lái)理想化的“端到端透明”的互聯(lián)網(wǎng)核心設(shè)計(jì)原則遇到了極大的挑戰(zhàn)。首先，用戶群體規(guī)模日益擴(kuò)大，構(gòu)成日益復(fù)雜，互聯(lián)網(wǎng)用戶自律和彼此信任的基本假設(shè)不復(fù)存在，為安全攻擊、病毒和其他有害信息的傳播打開了方便之門；其次，互聯(lián)網(wǎng)由最初的用于科研的非商用實(shí)驗(yàn)網(wǎng)演變?yōu)閲?guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，并不斷向國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門滲透，互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)�；瘧�(yīng)用使得互聯(lián)網(wǎng)的安全、商業(yè)模型和服務(wù)質(zhì)量等問(wèn)題成為其可持續(xù)健康發(fā)展的“瓶頸”；最后，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)之間缺乏有效的利益分配和協(xié)調(diào)機(jī)制，也越來(lái)越不利于互聯(lián)網(wǎng)新業(yè)務(wù)進(jìn)一步的開展。

在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)生巨變的情況下，現(xiàn)有體系結(jié)構(gòu)使得網(wǎng)絡(luò)缺乏可控性的弊端日漸凸現(xiàn)，這體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)安全、服務(wù)質(zhì)量、擴(kuò)展性以及商業(yè)模式等多方面。例如網(wǎng)絡(luò)安全方面，互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)支持端到端的業(yè)務(wù)與承載分離，專注于數(shù)據(jù)包傳遞的傻瓜型網(wǎng)絡(luò)為上層應(yīng)用提供統(tǒng)一的IP接口，將幾乎所有控制能力以及安全責(zé)任都推到了網(wǎng)絡(luò)邊緣的用戶手中。網(wǎng)絡(luò)對(duì)于上層應(yīng)用不感知、不限制，缺乏獎(jiǎng)懲機(jī)制，使得用戶行為不可控，溯源成本極高，肇事者普遍有恃無(wú)恐。這也進(jìn)一步增加了對(duì)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容實(shí)施合法監(jiān)聽的困難。又如在服務(wù)質(zhì)量方面，互聯(lián)網(wǎng)缺乏必要的資源控制管理機(jī)制，只能提供“盡力而為”的服務(wù)，服務(wù)質(zhì)量的改善只能依賴于網(wǎng)絡(luò)資源的增加和用戶資源使用行為的自律。實(shí)際上，互聯(lián)網(wǎng)不對(duì)上層業(yè)務(wù)和應(yīng)用提供任何服務(wù)質(zhì)量承諾，導(dǎo)致一些對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用(如視頻)很難在互聯(lián)網(wǎng)上規(guī)�；�開展。此外，互聯(lián)網(wǎng)的動(dòng)態(tài)路由也在很大程度上增加了互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量問(wèn)題的解決難度。

2 未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的理念和演進(jìn)思路

作為國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，互聯(lián)網(wǎng)必將繼續(xù)向國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門快速滲透，更加深刻地影響人類的生活和生產(chǎn)方式，大大推動(dòng)社會(huì)信息化的發(fā)展進(jìn)程。同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)在面向新的應(yīng)用需求和發(fā)展中暴露出了一些問(wèn)題，雖然未來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)在很多方面可能都需要進(jìn)行改變，但應(yīng)該繼續(xù)堅(jiān)持一直崇尚的“人人參與”理念。否則，互聯(lián)網(wǎng)將失去前進(jìn)的動(dòng)力和方向，也就不能再被稱為“互聯(lián)網(wǎng)”。但需要注意的是，堅(jiān)持互聯(lián)網(wǎng)的理念并不是要將“人人參與”所衍生出來(lái)的開放、平等、自由和創(chuàng)新等精神絕對(duì)化和教條化[2]。
未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該仍然堅(jiān)持“端到端透明性”的體系結(jié)構(gòu)，但應(yīng)滿足一定的約束條件，即“有條件的端到端透明”。在保證人人能夠繼續(xù)參與互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和創(chuàng)新的前提下，網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)內(nèi)嵌一些對(duì)用戶透明的管理和控制機(jī)制，抑制用戶的不自律行為，平衡產(chǎn)業(yè)鏈不同角色之間的職責(zé)和利益�？傊�，在海量性、無(wú)界性、交互性、群體性、自主性等現(xiàn)有外在屬性的基礎(chǔ)之上，未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)將使所有用戶體驗(yàn)到一個(gè)更加安全可信的、更高服務(wù)質(zhì)量的、無(wú)所不在的、和諧的網(wǎng)絡(luò)虛擬社會(huì)。

現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)向未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)演進(jìn)方式，目前大致有“改良”、“整合”和“革命”3種思路。

“改良”思路認(rèn)為，考慮到現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的巨大存量，可以利用新技術(shù)對(duì)現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行修補(bǔ)，例如使用地址翻譯、資源控制、安全監(jiān)控等技術(shù)來(lái)解決互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中暴露出來(lái)的問(wèn)題，以滿足互聯(lián)網(wǎng)的社會(huì)化應(yīng)用對(duì)其不斷增長(zhǎng)的各種需求，IPv6可視為其代表性技術(shù)，因?yàn)镮Pv6仍然堅(jiān)持了“端到端透明”的原有互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。

“革命”思路認(rèn)為，無(wú)論是零星的修補(bǔ)還是系統(tǒng)性的修補(bǔ)，只會(huì)讓互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展負(fù)擔(dān)更重，現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)大都已經(jīng)無(wú)法承擔(dān)未來(lái)國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施的重任，因此需要確定一個(gè)長(zhǎng)期的目標(biāo)，設(shè)計(jì)全新的互聯(lián)網(wǎng)。目前新型互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究正逐步成為一個(gè)全球性研究熱點(diǎn)，各種新思路、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如美國(guó)麻省理工學(xué)院的FARA模型、加州大學(xué)的I3網(wǎng)絡(luò)、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的GENI計(jì)劃[3]等，但是技術(shù)發(fā)展方向尚未明朗，各種技術(shù)需要進(jìn)一步碰撞與融合。

“整合”思路認(rèn)為，對(duì)現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)直接進(jìn)行零敲碎打式的修補(bǔ)無(wú)法真正解決問(wèn)題，但對(duì)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行徹底革新還需要一個(gè)很長(zhǎng)的過(guò)程。面對(duì)迫切需要解決的各種問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)尋求一個(gè)介于零星修補(bǔ)和徹底革新之間的折衷方案，即做系統(tǒng)性的、大范圍的、整體性的修補(bǔ)�；ヂ�(lián)網(wǎng)采用“覆蓋”的方法設(shè)計(jì)了路由器網(wǎng)絡(luò)，覆蓋在各種需要互聯(lián)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之上，因此其本身是一種重疊網(wǎng)。在現(xiàn)有體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，可以仍然遵循重疊網(wǎng)的思想，在互聯(lián)網(wǎng)承載層之上、應(yīng)用層之下增加一個(gè)墊層，系統(tǒng)性地在這個(gè)墊層中實(shí)現(xiàn)承載層中個(gè)性化和應(yīng)用層中共性化的功能，在尊重互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)實(shí)存量的基礎(chǔ)上讓互聯(lián)網(wǎng)更加健康地持續(xù)發(fā)展。

3 未來(lái)網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀及標(biāo)準(zhǔn)化動(dòng)態(tài)

3.1 典型研究項(xiàng)目

未來(lái)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)存在著多個(gè)研究方向和熱點(diǎn)，如虛擬化網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、層次交換網(wǎng)絡(luò)、高性能網(wǎng)絡(luò)、安全可信網(wǎng)絡(luò)、長(zhǎng)距低耗網(wǎng)絡(luò)、高帶寬長(zhǎng)延時(shí)網(wǎng)絡(luò)等。針對(duì)這些重要方向，目前各國(guó)都在制訂積極政策，并投入大量的資金開展研究，力求在下一代互聯(lián)網(wǎng)的研究方面取得先機(jī)，其中比較典型的研究項(xiàng)目有美國(guó)的PlantLab[4]、歐盟的FP7/4WARD[5]、日本的AKARI[6]以及中國(guó)自主研究的PTDN等。

PlanetLab是一個(gè)針對(duì)未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和服務(wù)進(jìn)行研究、試驗(yàn)的開放式、全球性試驗(yàn)床平臺(tái)，于2002年開始建設(shè)。截止到2009年1月，其平臺(tái)已經(jīng)有474個(gè)站點(diǎn)，總計(jì)950個(gè)節(jié)點(diǎn)，分布在40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，2009年2月10日發(fā)布了基于分片的設(shè)施架構(gòu)，定義了交互的接口和數(shù)據(jù)類型。