1.引言
經(jīng)過40多年的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)(Internet)已經(jīng)成為集信息采集、傳輸、存儲(chǔ)與處理于一體的信息社會(huì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。Internet設(shè)計(jì)之初主要用于解決大型機(jī)等資源的時(shí)分復(fù)用問題，盡管計(jì)算技術(shù)、通信技術(shù)與應(yīng)用模式不斷進(jìn)步，計(jì)算模式經(jīng)過單機(jī)模式、客戶/服務(wù)器模式、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式發(fā)展到目前的云計(jì)算模式，但作為互聯(lián)網(wǎng)最重要技術(shù)基礎(chǔ)的TCP/IP體系結(jié)構(gòu)卻基本保持不變[1]。與此同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)接入方式和網(wǎng)絡(luò)角色定位發(fā)生了根本性變化，移動(dòng)接入、物聯(lián)網(wǎng)以及延遲容忍網(wǎng)絡(luò)(Delay Tolerant Network，DTN)和固定接人一樣，成為互聯(lián)網(wǎng)的主要接入方式；云計(jì)算成為重要的互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算模式，多媒體內(nèi)容分享應(yīng)用和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)(Social Network)成為互聯(lián)網(wǎng)的新型應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為集信息采集、傳輸、存儲(chǔ)與處理于一體的信息平臺(tái)，而不僅僅是數(shù)據(jù)傳輸通道。接入方式的變化和網(wǎng)絡(luò)角色定位轉(zhuǎn)換導(dǎo)致以IP地址為核心、以傳輸為目的、按照端到端原理設(shè)計(jì)的TCP/IP體系結(jié)構(gòu)在路由擴(kuò)展性、動(dòng)態(tài)性、安全、可管理、可靠性、QoS以及能耗等方面的問題日益突出。
為解決TCP/IP體系結(jié)構(gòu)存在的問題，人們進(jìn)行了大量研究，并取得了豐碩成果，如IP Muhicast、InterServ與DiffServ等，但真正被全網(wǎng)部署的協(xié)議屈指可數(shù)。這既有網(wǎng)絡(luò)規(guī)模太大不易統(tǒng)一部署的原因，也有互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)學(xué)方面的原因。互聯(lián)網(wǎng)目前更多地體現(xiàn)為社會(huì)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)設(shè)施，而非單純的科研設(shè)施，除非出現(xiàn)現(xiàn)有體系結(jié)構(gòu)及其改進(jìn)方法(如Mobile IP、Classless Inter—Domain Routing、Network Address Translator、IP Security等)無法承載的新型應(yīng)用，或者在目前體系結(jié)構(gòu)下互聯(lián)網(wǎng)即將崩潰。或者進(jìn)一步網(wǎng)絡(luò)投資大于預(yù)期收益，否則在目前這種狀況下，即使對(duì)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行微小的修改都缺乏部署動(dòng)力，如IPv6產(chǎn)生十余年以來，一直缺乏大規(guī)模部署，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行革命性全新設(shè)計(jì)更是無從談起。畢竟當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)與以前用DNS(Domain Name System)代替hosts.txt以及部署CIDR(Classless Inter—Domain Routing)時(shí)的互聯(lián)網(wǎng)所處的環(huán)境已經(jīng)完全不同。
隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，TCP/IP體系結(jié)構(gòu)是否到了需要革命性重新設(shè)計(jì)(CLEAN-Slate Redesign)的時(shí)候回答這個(gè)問題首先要分析當(dāng)前體系結(jié)構(gòu)是否面臨無法克服的根本性障礙以及運(yùn)營(yíng)商是否有采用革命性體系結(jié)構(gòu)的動(dòng)機(jī)，這些也是未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)(Future InternetArchitecture，F(xiàn)lA)研究的出發(fā)點(diǎn)與目標(biāo)。
本文分析了TCP/IP體系結(jié)構(gòu)面臨的根本性問題，總結(jié)并分析對(duì)比了近年來FlA相關(guān)的重要研究工作，并指出FIA領(lǐng)域需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。本文第2節(jié)分析TCP/IP體系結(jié)構(gòu)面臨的根本性問題；第3節(jié)綜合分析比較了目前FIA的研究進(jìn)展，包括面向可擴(kuò)展性的體系結(jié)構(gòu)、面向動(dòng)態(tài)性的體系結(jié)構(gòu)以及解決其它問題的體系結(jié)構(gòu)；第4節(jié)總結(jié)未來互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及試驗(yàn)床方面的研究進(jìn)展；第5節(jié)總結(jié)FIA領(lǐng)域需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。
2.TCP/IP體系結(jié)構(gòu)面臨的根本性問題
未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究必須首先明確當(dāng)前體系結(jié)構(gòu)面臨的根本性問題。本節(jié)分析當(dāng)前TCP/IP體系結(jié)構(gòu)面臨的根本性問題，包括可擴(kuò)展性問題、動(dòng)態(tài)性問題及安全可控性問題等。
2.1 可擴(kuò)展性問題
互聯(lián)網(wǎng)的基本模型是基于全局地址的點(diǎn)到點(diǎn)通信，通信鏈路因路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而被統(tǒng)計(jì)復(fù)用。新型應(yīng)用和計(jì)算模式的出現(xiàn)導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)流量日益增多：數(shù)據(jù)密集型計(jì)算與文件分發(fā)業(yè)務(wù)(例如視頻)的發(fā)展以及接人帶寬的增加(例如LTE)使得網(wǎng)絡(luò)流量持續(xù)增加；云計(jì)算模式由于規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的原因，逐漸得到廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)被提交到云計(jì)算平臺(tái)存儲(chǔ)處理，云計(jì)算模式進(jìn)一步增加了網(wǎng)絡(luò)的流量負(fù)載；物聯(lián)網(wǎng)延伸了互聯(lián)網(wǎng)感知物理世界的觸角，并將逐漸從互聯(lián)網(wǎng)的邊緣網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榛ヂ?lián)網(wǎng)的共生網(wǎng)絡(luò)，成為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資源的重要來源。TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的點(diǎn)到點(diǎn)通信模型導(dǎo)致這些新增的網(wǎng)絡(luò)流量最終都被匯聚到骨干網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)中心接入鏈路上，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)流量增加的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過摩爾定律與路由器性能提升的速度，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷地被動(dòng)擴(kuò)張。另外，路由器通過維護(hù)路由表實(shí)現(xiàn)IP地址路由，IP地址分配不均衡、多宿主技術(shù)、地址碎片、流量工程等使得路由表難以實(shí)現(xiàn)高效率聚合，導(dǎo)致骨干路由表急劇膨脹。目前，活躍路由表?xiàng)l目已經(jīng)達(dá)到35萬條，而且以每?jī)赡?.3倍的速度增長(zhǎng)。路由條目的快速增長(zhǎng)將極大降低路由查找性能，增加路由器實(shí)現(xiàn)開銷。
流量激增和路由表急劇膨脹相互作用已經(jīng)嚴(yán)重影響到互聯(lián)網(wǎng)的可擴(kuò)展性。而互聯(lián)網(wǎng)可擴(kuò)展性問題的根源在于TCP/IP體系結(jié)構(gòu)基于IP地址的點(diǎn)到點(diǎn)通信模式，這一基本特征導(dǎo)致所有通信流量都被匯聚到骨干網(wǎng)絡(luò)上，并且所有骨干路由器都需要維護(hù)到達(dá)任意節(jié)點(diǎn)(子網(wǎng))的路由。CDN(ContentDelivery Network)通過在互聯(lián)網(wǎng)之上部署新的大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施來緩存數(shù)據(jù)。從而緩減流量激增問題。但是CDN不僅昂貴而且僅對(duì)簽約用戶的特定應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化。不能從根本上解決流量激增帶來的互聯(lián)網(wǎng)可擴(kuò)展問題。
從上述分析可以看出：可擴(kuò)展性問題是目前互聯(lián)網(wǎng)面臨的根本性問題之一。在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中，只能通過不斷地增加硬件設(shè)備投資來緩解這個(gè)問題，無法找到根本性的解決方案。設(shè)計(jì)不以IP為中心的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，采用數(shù)據(jù)與帶寬結(jié)合統(tǒng)計(jì)復(fù)用的方法，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)友好的業(yè)務(wù)系統(tǒng)與業(yè)務(wù)友好的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將為未來互聯(lián)網(wǎng)中可擴(kuò)展性問題提供根本解決方案。
2.2動(dòng)態(tài)性問題
早期互聯(lián)網(wǎng)主要為以計(jì)算機(jī)為代表具有一定處理能力的固定終端提供數(shù)據(jù)交換服務(wù)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)終端形態(tài)發(fā)生了很大變化，突出表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性顯著增加。造成網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性增加的主要原因有兩個(gè)：(1)便攜式移動(dòng)終端日益普及，移動(dòng)終端上的業(yè)務(wù)流量占網(wǎng)絡(luò)流量的比重日益增加。對(duì)日本最大社會(huì)網(wǎng)絡(luò)Mixi訪問方式的分析結(jié)果表明，2010年84％的訪問是通過移動(dòng)終端進(jìn)行的，而這一數(shù)字在2006年時(shí)僅為14％。摩根斯坦利公司的調(diào)查報(bào)告預(yù)計(jì)，到2012年全球智能手機(jī)的業(yè)務(wù)流量將首次超過PC。終端的移動(dòng)性顯著加劇了網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性及其上承載服務(wù)的不穩(wěn)定性。(2)物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)將使得低智能終端數(shù)量爆炸式增長(zhǎng)。同PC等固定終端不同，以傳感器、RFID為代表的物聯(lián)網(wǎng)終端能量和處理能力都受到很大限翩，休眠模式、自組織、按需路由等機(jī)制的引入使得這些節(jié)點(diǎn)上連接的動(dòng)態(tài)性較之固定終端明顯加強(qiáng)口。
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)性的增強(qiáng)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸路徑頻繁變換，嚴(yán)重破壞了上層應(yīng)用服務(wù)的連續(xù)性，影響了互聯(lián)網(wǎng)用戶的服務(wù)質(zhì)量。如前所述，TCP/IP體系架構(gòu)最初就是為具有一定處理能力的固定終端設(shè)計(jì)的：(1)1P地址的二重表達(dá)特性(既表達(dá)身份又表征位置)不能很好地支持終端移動(dòng)，移動(dòng)IP的思想使得協(xié)議棧冗余，處理效率低；(2)TCP/IP端到端的通信模式將服務(wù)連接的維護(hù)管理工作交由終端完成，這對(duì)于低智、低能的物聯(lián)網(wǎng)終端是個(gè)很大的挑戰(zhàn)。從上述分析可以看出：動(dòng)態(tài)性是目前互聯(lián)網(wǎng)面臨的另一個(gè)根本性問題。增加網(wǎng)絡(luò)的智能性、減少終端的負(fù)擔(dān)。設(shè)計(jì)身份和位置分離的新型體系結(jié)構(gòu)，將移動(dòng)管理和路由設(shè)計(jì)統(tǒng)一考慮，使得節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)過程中具有唯一、穩(wěn)定的標(biāo)識(shí)，將為未來互聯(lián)網(wǎng)中動(dòng)態(tài)
性問題提供根本的解決方案。
2.3 安全可控性問題
TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)之初，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模限制在一個(gè)相對(duì)封閉、可控的范圍內(nèi)，基本不存在安全隱患。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展最終使互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展成為一個(gè)開放、不可控的復(fù)雜系統(tǒng)，不可避免地面臨多種安全威脅。特別地，目前出現(xiàn)的在線社會(huì)網(wǎng)絡(luò)(OnlineSocial Network，OSN)應(yīng)用對(duì)安全和隱私保護(hù)提出了更高的要求。針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)安全問題，現(xiàn)有解決方案大體可分為兩種手段：擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(如IPSec、SSL/TLS等)，采用加密/認(rèn)證技術(shù)手段保證通信數(shù)據(jù)的安全，這種方式導(dǎo)致協(xié)議棧臃腫不堪，通信效率下降；在網(wǎng)絡(luò)中增加多種安全設(shè)備(如防火墻、入侵檢測(cè)設(shè)備等)，檢測(cè)和抵御攻擊行為，安全設(shè)備的多樣化導(dǎo)致其難以協(xié)調(diào)發(fā)揮綜合防控效果。可以看出，目前互聯(lián)網(wǎng)的安全手段基本處于被動(dòng)應(yīng)對(duì)狀態(tài)，不是一個(gè)系統(tǒng)的解決方案。基于IP地址的點(diǎn)到點(diǎn)通信模式注定現(xiàn)有安全手段只能夠提供端到端安全通道，無法實(shí)現(xiàn)針對(duì)服務(wù)及內(nèi)容的個(gè)性化安全服務(wù)。
應(yīng)用性能由網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，典型的指標(biāo)如IETF IPPM(IP Performance Metrics)，與服務(wù)提供者的服務(wù)性能綜合決定。盡管業(yè)界提出了大量的資源保障機(jī)制用于增強(qiáng)盡力而為的傳輸機(jī)制，但這些機(jī)制僅能保證單跳鏈路的傳輸性能，無法保證最終用戶需要獲得的服務(wù)質(zhì)量。應(yīng)用性能的可控不僅取決于路徑的傳輸性能，還取決于傳輸與數(shù)據(jù)資源的全局優(yōu)化：Verizon網(wǎng)絡(luò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，P2P數(shù)據(jù)塊平均傳輸距離為1000英里以上，平均經(jīng)過5.5個(gè)Met—ro_hops。但在以lP路由為核心的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中，服務(wù)資源與物理網(wǎng)絡(luò)缺乏互感知機(jī)制，要提供滿足應(yīng)用性能要求或者可預(yù)期性能要求的資源優(yōu)化非常困難。例如P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)涞氖鋯栴}，導(dǎo)致在BitTorrent系統(tǒng)中，盡管50%～90%的數(shù)據(jù)塊已經(jīng)存儲(chǔ)在本地在線用戶上，但是用戶依然選擇在外部節(jié)點(diǎn)下載。現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)基于1P地址的通信模式導(dǎo)致用戶在獲取服務(wù)時(shí)需要以1P地址加端口的組合方式唯一指定服務(wù)提供者。只能采取在服務(wù)請(qǐng)求者和服務(wù)提供者之間的路徑上預(yù)留資源的方式來保障服務(wù)質(zhì)量。
從上述分析可以看出，缺乏安全可控的服務(wù)性能是互聯(lián)網(wǎng)面臨的另一個(gè)根本性問題。設(shè)計(jì)面向服務(wù)的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。支持服務(wù)資源和物理網(wǎng)絡(luò)的相互感知，構(gòu)建面向服務(wù)和數(shù)據(jù)的安全與可信架構(gòu)，從源頭上限制網(wǎng)絡(luò)攻擊行為的發(fā)生，構(gòu)建服務(wù)性能與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力、用戶需求的定量模型，以服務(wù)性能最大化為目標(biāo)決定網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)的方式，將為未來互聯(lián)網(wǎng)中安全可控性問題提供根本的解決方案。
綜上所述，現(xiàn)有TCP/IP體系結(jié)構(gòu)無法解決互聯(lián)網(wǎng)面臨的可擴(kuò)展性、動(dòng)態(tài)性和安全可控性等根本性問題，需要設(shè)計(jì)新的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)并研究相關(guān)關(guān)鍵機(jī)理。對(duì)未來互聯(lián)網(wǎng)的研究思路可以分為兩種：演進(jìn)式或增量式(Incremental)和變革式(cLEAN—slate)。演進(jìn)式路線通過“打補(bǔ)丁”的方式對(duì)TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行修改和補(bǔ)充，其核心仍然是TCP/IP體系結(jié)構(gòu)，并未從根本上解決TCP/IP體系結(jié)構(gòu)面臨的問題，不能或者不能很好地適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)接入方式和數(shù)據(jù)交換的巨大變化。最近幾年。國(guó)際上開始以變革式路線研究未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，即“從零開始”，不受現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的約束，研究新的體系結(jié)構(gòu)，這種變革式思路已經(jīng)成為設(shè)計(jì)未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的共識(shí)。盡管如此，為推動(dòng)新的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的部署和實(shí)施，在設(shè)計(jì)過程中也需要考慮與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的互通。支持現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)向新型互聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)式部署。
3.未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)(FIA)研究進(jìn)展
針對(duì)現(xiàn)有TCP/IP體系結(jié)構(gòu)存在的可擴(kuò)展性、動(dòng)態(tài)性、安全可控性等問題，本節(jié)綜合分析了現(xiàn)有解決上述問題的研究進(jìn)展。
3.1 面向可擴(kuò)展性的體系結(jié)構(gòu)
互聯(lián)網(wǎng)可擴(kuò)展性問題包括兩個(gè)方面：流量可擴(kuò)展和路由可擴(kuò)展。德國(guó)Ipoque的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，目前網(wǎng)絡(luò)帶寬“消費(fèi)大戶”是P2P文件共享，在北美和東歐地區(qū)分別占據(jù)了43%和70%的網(wǎng)絡(luò)帶寬。造成上述問題的原因在于PZP的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，P2P過于強(qiáng)調(diào)“對(duì)等”，每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換完全是無序的，為解決這一問題。美國(guó)耶魯大學(xué)的研究人員提出了P4P方案。與P2P隨機(jī)挑選伙伴節(jié)點(diǎn)不同，P4P方案充分利用網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商掌握的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⑹召M(fèi)策略等控制信息，通過智能運(yùn)算選擇地域臨近的網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，最大程度降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶鴶?shù)，提高數(shù)據(jù)傳輸容量。
P4P方案有助于消除P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲g的失配，它的核心原則是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加新的設(shè)備。基于用戶數(shù)據(jù)請(qǐng)求特征。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)感知與資源調(diào)度，并且依賴于運(yùn)營(yíng)商與服務(wù)提供商之間的協(xié)助。正是由于上述問題，人們期望從體系結(jié)構(gòu)本身來解決流量增加問題，CCNL/NDN(Content Centric Network/NamedData Networking)是目前解決流量擴(kuò)展性問題的革命性體系結(jié)構(gòu)。
CCN/NDN旨在通過新體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)以地址、位置為中心的網(wǎng)絡(luò)向以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變。擬解決地址空間爆炸、動(dòng)態(tài)性、地址可擴(kuò)展等問題，同時(shí)借助存儲(chǔ)優(yōu)化流量，避免擁塞，提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量。如圖1(a)所示，CCN/NDN在體系結(jié)構(gòu)中引入命名數(shù)據(jù)作為協(xié)議棧的細(xì)腰，不再采用基于IP地址的方式，允許應(yīng)用按照需要獨(dú)立選擇命名方案；基于命名數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)可直接滿足應(yīng)用需求，無需中間件實(shí)現(xiàn)從IP地址到所需內(nèi)容的映射，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)；通過在中間路徑上路由器中緩存命名數(shù)據(jù)，便于后續(xù)請(qǐng)求就近獲取數(shù)據(jù)，達(dá)到避免擁塞、優(yōu)化流量的目的。如圖1(b)所示，CCN/NDN采用基于名字的路由和轉(zhuǎn)發(fā)，通過定義標(biāo)準(zhǔn)接口將路由和轉(zhuǎn)發(fā)分離，有助于兩者平行研究，特別是可在轉(zhuǎn)發(fā)不變的前提下研究路由優(yōu)化。CCN/NDN使得內(nèi)容分發(fā)變得更加自主，用戶可自由選擇最優(yōu)鏈路。CCN/NDN模型與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)模型具有較好的兼容性，可以運(yùn)行于任何層次之上，同樣任何層也可以運(yùn)行于CCN/NDN之上，對(duì)內(nèi)容分發(fā)具有優(yōu)勢(shì)，并能很好地支持流量的可擴(kuò)展性。
圖1 CCN/NDN協(xié)議棧和節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)模型
CCN/NDN以數(shù)據(jù)為中心的思想能夠很好地減少網(wǎng)絡(luò)中傳統(tǒng)數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用(如在線視頻、文件下載等)的流量。然而在未來互聯(lián)網(wǎng)中，業(yè)務(wù)類型將更加多樣化，許多新型應(yīng)用如實(shí)時(shí)應(yīng)用、交互式應(yīng)用等將日益流行，為了保持這些動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的連接，CCN/NDN要求周期性地廣播探測(cè)包從而帶來大量的信令開銷。此外，在未來互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算模式下，CCN/NDN僅僅緩存數(shù)據(jù)，而對(duì)數(shù)據(jù)的處理仍然需要到遠(yuǎn)端的云計(jì)算平臺(tái)上進(jìn)行，這也一定程度上限制了該架構(gòu)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量?jī)?yōu)化的作用。從上述分析可以看出，未來互聯(lián)網(wǎng)僅僅以數(shù)據(jù)為中心是不夠的，數(shù)據(jù)是服務(wù)的載體，要想全面支持流量的可擴(kuò)展性，必須統(tǒng)籌考慮數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理的邊界與融合，構(gòu)建以互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)為中心的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。
針對(duì)路由可擴(kuò)展問題。Cisco公司提出了位置/標(biāo)識(shí)分離協(xié)議LISP(Locator/Identifier SeparationProtoc01)，其目的是通過采用聚集度更高的機(jī)制解決路由可擴(kuò)展問題，目前Cisco已經(jīng)發(fā)布了多個(gè)LISP的實(shí)現(xiàn)版本，其基本思想是將基于IP地址的單一編址空間劃分為兩個(gè)編址空間：EID(端點(diǎn)標(biāo)識(shí))和RLOC(路由位置符)，其中EID僅被用于站內(nèi)通信。RLOC則可用于全局通信。LISP可采用漸進(jìn)式方式部署在現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)上，具體通信模型則采用Map—and—encap方案，即首先將不可路由的EID映射為可路由的RLOC，再進(jìn)行隧道封裝后在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上傳輸。LISP是在TCP/IP體系結(jié)構(gòu)框架內(nèi)針對(duì)路由可擴(kuò)展性的一種改進(jìn)。在一定程度上解央移動(dòng)性問題，仍然無法解決流量增長(zhǎng)問題。
3.2面向動(dòng)態(tài)性的體系結(jié)構(gòu)
動(dòng)態(tài)性支持是未來網(wǎng)絡(luò)的基本特征之一，位置和標(biāo)識(shí)分離是解決動(dòng)態(tài)性問題的主要解決方案之一。在面向動(dòng)態(tài)性的FIA研究方面，當(dāng)前主要有兩方面的工作；斯坦福大學(xué)的CLEAN-State項(xiàng)目、美國(guó)自然科學(xué)基金的MobilityFirst項(xiàng)目等。
斯坦福大學(xué)的Clean—Slate項(xiàng)目將重新設(shè)計(jì)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)。為設(shè)備互聯(lián)、計(jì)算和存儲(chǔ)創(chuàng)造新的創(chuàng)新平臺(tái)，并使得他們能夠?yàn)檠芯空吆陀脩羲茫碌募軜?gòu)將主要考慮移動(dòng)計(jì)算的需求。考慮到目前大量的WIFI和蜂窩接入網(wǎng)絡(luò)，Clean—Slate項(xiàng)目的目標(biāo)是為用戶提供最優(yōu)的接人選擇，其基本思想是將服務(wù)提供者和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商分離，實(shí)現(xiàn)安全的用戶和設(shè)備接人控制，由網(wǎng)絡(luò)跟蹤用戶的移動(dòng)過程和位置信息，從而提供移動(dòng)過程中的高效切換和服務(wù)質(zhì)量。按照Clean-Slate的規(guī)劃，需要在路由、切換、目錄服務(wù)、安全和接人控制等方面進(jìn)行重大創(chuàng)新。
MobilityFirst項(xiàng)目是美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)啟動(dòng)的4個(gè)面向FIA的研究項(xiàng)目之一，由美國(guó)羅格斯大學(xué)聯(lián)合其他8家大學(xué)共同實(shí)施，其目標(biāo)是針對(duì)目前移動(dòng)接人設(shè)備激增的現(xiàn)實(shí)，設(shè)計(jì)面向移動(dòng)/無線世界的FIA及協(xié)議。MobilityFirst的兩條基本設(shè)計(jì)原則是：將無線/移動(dòng)終端作為主流接人設(shè)備設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；設(shè)計(jì)更為強(qiáng)大的安全和信任機(jī)制。
MobilityFirst體系架構(gòu)的基本技術(shù)特征包括：支持快速的全局名字解析；采用公鑰基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的驗(yàn)證核心網(wǎng)絡(luò)采用扁平地址結(jié)構(gòu)；支持存儲(chǔ)一轉(zhuǎn)發(fā)的路由方式支持逐跳的分段數(shù)據(jù)傳輸；支持可編程的移動(dòng)計(jì)算模式等。MobilityFirst可以很好地支持移動(dòng)計(jì)算，但同樣無法解決流量激增帶來的帶寬消耗問題。
在上述方案中，Clean-Slate主要考慮接人優(yōu)化的問題，并強(qiáng)調(diào)在網(wǎng)絡(luò)側(cè)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)管理；MobilityFirst的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種健壯、可信的以服務(wù)為中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過全局名字解析和轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)路由，其基本思想仍然與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一致，即先獲取節(jié)點(diǎn)位置再獲取服務(wù)}LISP在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，通過定義二維節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)下實(shí)現(xiàn)位置和標(biāo)識(shí)相分離。FIA支持動(dòng)態(tài)性的基本思路應(yīng)該是：位置和標(biāo)識(shí)分離，使得節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)過程中具有唯一、穩(wěn)定的標(biāo)識(shí)；移動(dòng)管理和路由設(shè)計(jì)統(tǒng)一考慮。支持主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)；采取緩存機(jī)制，提升節(jié)點(diǎn)移動(dòng)過程中服務(wù)和數(shù)據(jù)的獲取效率；設(shè)計(jì)良好的安全機(jī)制，支持用戶自認(rèn)證，支持動(dòng)態(tài)信任傳遞，提升接入效率。
3.3其它體系結(jié)構(gòu)
除面向可擴(kuò)展性及動(dòng)態(tài)性的FIA外，當(dāng)前還有許多體系結(jié)構(gòu)關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的可控可管、網(wǎng)絡(luò)可信、以服務(wù)為中心的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)等同題。
3.3.1可管可控結(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)的可管可控是未來互聯(lián)網(wǎng)研究的重點(diǎn)問題之一。現(xiàn)有TCP/IP體系結(jié)構(gòu)把控制邏輯和數(shù)據(jù)包處理緊耦合在分布于全局的路由器和交換機(jī)上。由于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通常由多家機(jī)構(gòu)運(yùn)維且部署在各種各樣的環(huán)境中，因此需要復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)層面的管理。這些需求引發(fā)了對(duì)路由控制協(xié)議以及管理平面的改進(jìn)和修補(bǔ)，導(dǎo)致了復(fù)雜的控制和管理機(jī)制。
美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究者重新設(shè)計(jì)了互聯(lián)網(wǎng)控制和管理結(jié)構(gòu)，提出了4D(Decision，Dissemination，Discovery，Data)體系結(jié)構(gòu)。其基本思想是把網(wǎng)絡(luò)決策邏輯從管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備交互的協(xié)議中分離出來，即決策邏輯從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中分離出來。該體系結(jié)構(gòu)遵循3個(gè)設(shè)計(jì)原則，即網(wǎng)絡(luò)層面的目標(biāo)、全局網(wǎng)絡(luò)視圖和直接控制。從功能上來說，決策平面實(shí)現(xiàn)在集中的服務(wù)器上，借助全局的網(wǎng)絡(luò)視圖來集中地實(shí)現(xiàn)管理目標(biāo)，并直接把決策下發(fā)到路由器；分發(fā)平面提供到路由器的可靠通信通道}而路由器上的發(fā)現(xiàn)平面收集自己的資源和局部環(huán)境的信息；數(shù)據(jù)平面則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。這砷分離的結(jié)構(gòu)有助于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、可靠和靈活的網(wǎng)絡(luò)控制和管理。
3.3.2可信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
互聯(lián)網(wǎng)在設(shè)計(jì)之初假設(shè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是可信的，因此只需要提供盡力而為的數(shù)據(jù)包傳輸就足夠了。而事實(shí)上，隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不再可信，導(dǎo)致了大量的安全問題。如ARP欺騙、DoS攻擊等。北京交通大學(xué)的張宏科教授等提出了兩層可信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，即“交換路由層”和“普適服務(wù)層”。前者提供網(wǎng)絡(luò)和終端的接入，而后者負(fù)責(zé)各種業(yè)務(wù)的會(huì)話、控制和管理。為了解決IP欺騙問題、支持移動(dòng)性和提高網(wǎng)絡(luò)管理和控制能力，交換路由層把接入標(biāo)識(shí)和路由標(biāo)識(shí)區(qū)分開來，即把接入終端的標(biāo)識(shí)和位置分離開來，而不再集中在IP上。普適服務(wù)層統(tǒng)一處理和描述網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和資源，并采用多連接多路徑傳輸機(jī)制提高傳輸效率互聯(lián)網(wǎng)面臨的另一個(gè)問題是源地址欺騙，這一問題產(chǎn)生的根源是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備僅檢查數(shù)據(jù)包的目的地址，而對(duì)源地址不進(jìn)行驗(yàn)證，增加了安全、管理以及計(jì)費(fèi)的難度。清華大學(xué)的吳建平教授等提出了源地址認(rèn)證體系結(jié)構(gòu)SAVA(Source Address Validation
Architecture)。這是一個(gè)層次化體系結(jié)構(gòu)，包括接口ID層、IP前綴層以及AS層，該結(jié)構(gòu)已經(jīng)在CERNET上部署和測(cè)試。
3.3.3面向服務(wù)的結(jié)構(gòu)
對(duì)互聯(lián)網(wǎng)用戶來說，訪問互聯(lián)網(wǎng)的目的在于獲得某種服務(wù)，比如文件下載服務(wù)、語音通話服務(wù)或者是軟件服務(wù)。云計(jì)算將應(yīng)用、軟件以及平臺(tái)作為服務(wù)提供給用戶，是未來計(jì)算的一種模式。美國(guó)自然科學(xué)基金項(xiàng)目Nebula研究以云計(jì)算為核心的體系結(jié)構(gòu)，其目標(biāo)是構(gòu)建可靠、可信的核心網(wǎng)絡(luò)連接各個(gè)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心可由多個(gè)提供商提供，互相通過副本備份等技術(shù)使得用戶可連接到最近的數(shù)據(jù)中心。核心網(wǎng)絡(luò)通過冗余高性能鏈路和高可靠的路由控制軟件實(shí)現(xiàn)高可用性。用戶通過安全和可信的數(shù)據(jù)鏈路訪問數(shù)據(jù)中心。Nebula天然地支持云計(jì)算這一面向服務(wù)的未來計(jì)算模式。該結(jié)構(gòu)的研究重點(diǎn)在于數(shù)據(jù)中心構(gòu)成的核心網(wǎng)絡(luò)，對(duì)邊緣用戶關(guān)注較少，缺乏對(duì)移動(dòng)計(jì)算問題的有效解決方案。
美國(guó)自然科學(xué)基金的XIA(eXperessive Internet Architecture)項(xiàng)目不再局限于對(duì)某一種特定通信場(chǎng)景的支持，而強(qiáng)調(diào)演進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)體和場(chǎng)景。X1A對(duì)每一種通信規(guī)則(principle)，如主機(jī)、內(nèi)容和服務(wù)等，定義一個(gè)細(xì)腰，用戶通過指定適當(dāng)?shù)耐ㄐ艑?shí)體來表達(dá)通信的意愿，從麗支持演進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體。
SOFIAc233是一種面向服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。互聯(lián)網(wǎng)不再僅僅作為傳輸通道，而是被看作是服務(wù)池。SOFIA以標(biāo)識(shí)的服務(wù)作為協(xié)議棧的細(xì)腰。通過服務(wù)的遷移等技術(shù)可實(shí)現(xiàn)服務(wù)的本地化，有效解決互聯(lián)網(wǎng)流量激增帶來的問題；通過標(biāo)識(shí)和地址的分離有效支持泛在移動(dòng)計(jì)算。和云計(jì)算類似，該結(jié)構(gòu)借助Pay-as—you—go支付模式發(fā)揮統(tǒng)計(jì)復(fù)用的規(guī)模效益。面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)研究與協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)還包括Serval。
3.4 FIA研究進(jìn)展的綜合比較
上面給出了可擴(kuò)展性的體系結(jié)構(gòu)、面向動(dòng)態(tài)性的體系結(jié)構(gòu)及其它體系結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展，介紹和分析了每一類體系結(jié)構(gòu)的典型代表及其主要技術(shù)思路。表l綜合比較了現(xiàn)有FIA的主要研究進(jìn)展。
表1 現(xiàn)有FIA的綜合比較
4.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證
未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究需要大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)床的實(shí)際測(cè)試與驗(yàn)證，可編程虛擬化路由器是構(gòu)建未來互聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)床的核心設(shè)備。路由器需要在控制平面和數(shù)據(jù)平面向用戶提供靈活的編程接口，允許用戶根據(jù)不同的協(xié)議需求，修改路由器的功能模塊，這是未來互聯(lián)網(wǎng)新協(xié)議和新架構(gòu)研究的基礎(chǔ)。路由器平臺(tái)需要同時(shí)虛擬運(yùn)行多個(gè)不同體系結(jié)構(gòu)的路由器實(shí)例，各個(gè)實(shí)例之間需要獨(dú)立無干擾。路由器的這種特性可以使未來多樣化的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有TCP/IP體系結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期并存，并支持未來網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的漸進(jìn)式試驗(yàn)與部署。可編程虛擬化路由器對(duì)未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究具有重要意義，成為近幾年網(wǎng)絡(luò)研究的熱點(diǎn)問題之一。本節(jié)分析了可編程虛擬化路由器和試驗(yàn)床的研究進(jìn)展。
4.1 可編程虛擬化路由器
從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)來看，可編程虛擬化路由器的研究與實(shí)現(xiàn)可以分為兩類：基于通用平臺(tái)的路由器和基于專用硬件的路由器。
基于通用平臺(tái)的可編程虛擬化路由器用普通網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)發(fā)，通過在CPU上運(yùn)行虛擬化軟件(Xen、OpenVZ等)和路由器軟件(Click、XORP、Quagga等)實(shí)現(xiàn)可編程虛擬化路由器，其特點(diǎn)是具有非常高的靈活性，但轉(zhuǎn)發(fā)性能低。近幾年來，隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，特別是高速網(wǎng)卡及多核CPU技術(shù)的發(fā)展，通用平臺(tái)給可編程虛擬化路由器帶來了新的契機(jī)。研究者們?cè)谕ㄓ闷脚_(tái)上，設(shè)計(jì)了高性能的可編程虛擬化路由器，如RouteBricks、PacketShader等。RouteBricks利用Intel公司高性能的多隊(duì)列網(wǎng)卡，設(shè)計(jì)了一個(gè)35Gbps的路由器原型系統(tǒng)。PacketShader利用GPU強(qiáng)大的并行計(jì)算能力進(jìn)行IP查找，有效地卸載了CPU的負(fù)擔(dān)；通過簡(jiǎn)化Linux內(nèi)核中數(shù)據(jù)包緩存區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、靜態(tài)分配大的連續(xù)緩沖區(qū)、采用批處理方式等，優(yōu)化數(shù)據(jù)包I/0引擎。PaeketShader在單臺(tái)服務(wù)器上，64字節(jié)小包的轉(zhuǎn)發(fā)性能接近40Gbps。
基于專用硬件平臺(tái)的可編程虛擬化路由器，利用專用硬件(如FPGA等)的高速、并行特性，實(shí)現(xiàn)高性能的虛擬化路由器數(shù)據(jù)平面。Lockwood等人首次在Net FPGA中實(shí)現(xiàn)了8個(gè)相同的虛擬數(shù)據(jù)平面，控制平面在軟件中實(shí)現(xiàn)。在硬件中實(shí)現(xiàn)虛擬數(shù)據(jù)平面，一方面可以提供更好的隔離性，另一方面，很容易獲得線速的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)性能。由于FPGA的資源相對(duì)有限，基于FPGA的可編程虛擬化路由器的擴(kuò)展性成為最大的問題。為了克服這一問題，Unnikrishnan等人使用FPGA的動(dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù)以及軟硬件數(shù)據(jù)平面遷移技術(shù)，解決可編程虛擬化路由器的可擴(kuò)展性問題；Yin等人提出使用FPGA局部動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)解決硬件虛擬數(shù)據(jù)平面的可擴(kuò)展性問題，進(jìn)一步降低了軟硬件數(shù)據(jù)平面的遷移時(shí)間。借鑒Click模塊化的思想，Anwer等人口們提出了模塊化的硬件虛擬數(shù)據(jù)平面架構(gòu)SwitchBlade，在硬件數(shù)據(jù)平面中支持lPv4、IPv6、OpenFlow以及其它非IP協(xié)議，這種架構(gòu)提高了模塊的可復(fù)用性，支持新協(xié)議快速的原型設(shè)計(jì)和部署。
PEARL是中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所研發(fā)的高性能、可編程的虛擬路由器平臺(tái)，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)合了硬件的高性能和軟件的高靈活性優(yōu)勢(shì)：采用TCAM實(shí)現(xiàn)了高性能的路由轉(zhuǎn)發(fā)表，使用FPGA對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行快速的預(yù)處理，提供硬件虛擬化支持，實(shí)現(xiàn)高性能數(shù)據(jù)平面；在軟件上，使用操作系統(tǒng)級(jí)的虛擬化技術(shù)LXC，對(duì)軟件虛擬路由器進(jìn)行隔離，保證各個(gè)虛擬路由器之間互不干擾，通過軟硬件的靈活控制，每個(gè)虛擬機(jī)可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)可編程的路由器，在和管理，滿足當(dāng)前各種新協(xié)議對(duì)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)通路的不同需求。
表2綜合比較了可編程虛擬化路由器的研究進(jìn)展。從近幾年的研究趨勢(shì)來看，可編程虛擬化路由器的研究將會(huì)朝著兩個(gè)不同的方向繼續(xù)發(fā)展；一方面隨著商用高性能多隊(duì)列網(wǎng)卡的出現(xiàn)以及SR—IOV等I/O虛擬化技術(shù)的發(fā)展，通用服務(wù)器平臺(tái)的I/0性能有了質(zhì)的飛躍，如何充分利用這些新興的I/0加速技術(shù)和多核CPU的并行優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步提高可編程軟件路由器的性能，將是一個(gè)重要的研究方向。另一方面，F(xiàn)PGA、GPU、眾核處理器的專用硬件平臺(tái)的發(fā)展，給可編程虛擬路由器的研究與設(shè)計(jì)提供了新的思路，如何更好地發(fā)揮專用的硬件平臺(tái)的特點(diǎn)，對(duì)可編程虛擬化路由器進(jìn)行加速，也是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。
表2 可編程虛擬化路由器的研究進(jìn)展
4.2 未來互聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)床
未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究需要大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)床的支撐。一方面，試驗(yàn)床為FIA的研究人員提供了一個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)，各種新的架構(gòu)可以在試驗(yàn)床上進(jìn)行驗(yàn)證；另一方面，雖然FIA的設(shè)計(jì)可以從零開始，但是其驗(yàn)證和部署必然是演進(jìn)式的。大規(guī)模試驗(yàn)床給未來互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的演進(jìn)式驗(yàn)證和部署提供了一條有效的途徑。因此，世界上各個(gè)國(guó)家和地區(qū)在研究未來互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的同時(shí)，都在積極研究和部署大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)床，如美國(guó)的PlanetLab、GENI等，歐盟FIREE項(xiàng)目下的OneLab，日本的JGN2plus和韓國(guó)的FIRST等。
PlanetLab是一個(gè)由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金資助的全球范圍內(nèi)的覆蓋網(wǎng)絡(luò)。其目的是提供一個(gè)開放式的平臺(tái)，用于開發(fā)、部署和訪問新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。到目前為止，PlanetLab已經(jīng)包含517個(gè)地區(qū)的1126個(gè)節(jié)點(diǎn)，為全世界各地頂級(jí)學(xué)術(shù)和工業(yè)研究機(jī)構(gòu)的1000多名研究人員提供服務(wù)，用于支持分布式存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)映射和P2P系統(tǒng)等方面的新技術(shù)研究。PlanetLab的短期目標(biāo)是提供一個(gè)服務(wù)驗(yàn)證平臺(tái)，支持大量新應(yīng)用的開發(fā)和部署；長(zhǎng)期目標(biāo)是通過支持各種創(chuàng)新的服務(wù)研究，成為未來互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)縮影，最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)面向服務(wù)的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。GENI是美國(guó)自然科學(xué)基金于2005年啟動(dòng)的一個(gè)促進(jìn)未來互聯(lián)網(wǎng)革命性創(chuàng)新的計(jì)劃，其目的是建設(shè)一個(gè)可編程的、支持虛擬化的、可聯(lián)合的、基于Slice的大規(guī)模試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施，支持互聯(lián)網(wǎng)前沿科學(xué)與工程問題的研究。
FIRE計(jì)劃是歐盟關(guān)于未來互聯(lián)網(wǎng)研究的一個(gè)重要計(jì)劃，包括兩個(gè)主要的研究?jī)?nèi)容：試驗(yàn)床部署和試驗(yàn)驅(qū)動(dòng)。OneLab是FIRE計(jì)劃下的試驗(yàn)床PlanetLab Europe、ETOMIC、NITOS和DIMES。
PlanetLab Europe是PlanetLab的一部分。用于開發(fā)新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，目前已為500多個(gè)研究人員提供服務(wù)，ETOMIC是一個(gè)高精度的測(cè)量基礎(chǔ)設(shè)施，分布于歐洲，能夠提供高精度的主動(dòng)測(cè)量服務(wù)；NITOS是一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)床。用于測(cè)試和評(píng)估未來的無線協(xié)議和應(yīng)用；DIMES測(cè)試床用于對(duì)現(xiàn)有Internet結(jié)構(gòu)和拓?fù)涞臏y(cè)試。
JGN2plus是和日本新一代互聯(lián)網(wǎng)研究AKIRA項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的新一代互聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)平臺(tái)項(xiàng)目，它是在JGN2試驗(yàn)床基礎(chǔ)上的拓展實(shí)現(xiàn)，也是日本最大的網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)床項(xiàng)目。與JGN2相比，JGN2plus集成了虛擬化的服務(wù)，能夠提供各種的服務(wù)用于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的試驗(yàn)。FIRST是韓國(guó)于2009年3月啟動(dòng)的一個(gè)設(shè)計(jì)和部署未來互聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)床的項(xiàng)目，該項(xiàng)目的主要內(nèi)容包括：研究未來互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的核心技術(shù)，包括可編程、虛擬化和控制架構(gòu)等；開發(fā)未來互聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)平臺(tái)并部署試驗(yàn)床，試驗(yàn)平臺(tái)包括小規(guī)模的基于PC的試驗(yàn)平臺(tái)和中大規(guī)模的基于ATCA的試驗(yàn)乎臺(tái)。FIRST的最終目標(biāo)是在韓國(guó)的KOREN網(wǎng)絡(luò)上部署一個(gè)面向服務(wù)的未來互聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)床，并與GENI兼容，開展廣泛的國(guó)際合作。
從試驗(yàn)床研究的發(fā)展來看，目前已有相當(dāng)多的國(guó)家和地區(qū)正在部署未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)床，而且越來越多的國(guó)家和地區(qū)將會(huì)開始啟動(dòng)未來互聯(lián)網(wǎng)研究計(jì)劃，著手部署未來互聯(lián)網(wǎng)研究的試驗(yàn)床。在試驗(yàn)床的研究和部署當(dāng)中，普遍采用兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)n?：虛擬化和聯(lián)邦互聯(lián)。虛擬化主要解決資源共享問題，允許多個(gè)不同的試驗(yàn)在同～個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)進(jìn)行。聯(lián)邦互聯(lián)主要為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的、統(tǒng)一的測(cè)試平臺(tái)，通過將不同國(guó)家和地區(qū)的多樣化的網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)床進(jìn)行互連，提供統(tǒng)一的控制框架，為研究者提供更大規(guī)模和更加多樣化的測(cè)試環(huán)境。
5.總結(jié)
信息傳遞僅僅是互聯(lián)網(wǎng)的基本功能之一，服務(wù)才是互聯(lián)網(wǎng)價(jià)值的根本體現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)承載的服務(wù)呈現(xiàn)出爆炸式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。未來互聯(lián)網(wǎng)實(shí)質(zhì)是一種具有超大規(guī)模、虛擬化、高可靠性、通用性、高可擴(kuò)展性的服務(wù)系統(tǒng)，支持用戶在任意位置、使用任意終端方便地獲取各種服務(wù)。未來網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)必須適應(yīng)這些服務(wù)模式和服務(wù)需求，在服務(wù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)理念下，未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)研究和解決以下問題：
(1)網(wǎng)絡(luò)模型。網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、業(yè)務(wù)與用戶相互作用的復(fù)雜系統(tǒng)，任何一個(gè)因素的改變都將影響其他因素的狀態(tài)。未來網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)需要在動(dòng)態(tài)獲取多維指標(biāo)與建立精確的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行探索與驗(yàn)證。
(2)可擴(kuò)展路由協(xié)議。未來互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)中，位置和標(biāo)識(shí)分離已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)，非IP尋址也已經(jīng)成為共識(shí)。需要設(shè)計(jì)可擴(kuò)展路由協(xié)議，解決不定長(zhǎng)、不規(guī)則標(biāo)識(shí)的路由問題，解決節(jié)點(diǎn)移動(dòng)過程中位置和標(biāo)識(shí)的映射問題。
(3)服務(wù)本地化管理策略。服務(wù)本地化是未來互聯(lián)網(wǎng)中解決流量擴(kuò)展問題的基本思想，需要設(shè)計(jì)合理、高效的服務(wù)本地化管理策略，解決存儲(chǔ)決策、存儲(chǔ)管理、服務(wù)獲取、存儲(chǔ)命中率低等問題。
(4)安全和可靠性策略。在未來互聯(lián)網(wǎng)中，安全設(shè)計(jì)理念將從被動(dòng)防御轉(zhuǎn)向主動(dòng)防御，其基本思想包括：用戶和服務(wù)驗(yàn)證、安全傳輸、動(dòng)態(tài)信任管理等，服務(wù)安全將作為一個(gè)整體的網(wǎng)絡(luò)屬性為最終用戶感知。
(5)未來互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)及試驗(yàn)。在設(shè)備層面，研究網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備的可編程和虛擬化關(guān)鍵技術(shù)。在試驗(yàn)床層面，探討復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)行為的純化、簡(jiǎn)化方法以及加速、延緩和再現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，并設(shè)計(jì)互聯(lián)網(wǎng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)過程，探索互聯(lián)網(wǎng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)理論，構(gòu)建一個(gè)動(dòng)態(tài)的、可持續(xù)發(fā)展的、大規(guī)模的未來互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)床。通過未來互聯(lián)網(wǎng)測(cè)試環(huán)境與驗(yàn)證技術(shù)的研究，滿足新一代服務(wù)友好的未來互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的測(cè)試與驗(yàn)證需求。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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