新一代互联网体系结构

誗无线网络 誗有线网络 誗传感器网络 誗自组织网络 誗……
誗路由可扩展性 誗安全性 誗移动性 誗服务质量 誗……
誗多媒体 誗 IPTV 誗即时通信 誗电子商务 誗……
誗 P2P 誗网格技术 誗普适计算 誗……
决 上 述 的问 题 ，但 这些 方 案 都未 能 从 根源上解决当前互联网所面临的核
异构 环境
经过 多 年 发 展 ， 互 联 网 已 经 取 得 了巨大的成功，成长为一个全
结 构 。新 型 的 网 络 体 系 结 构 必 须 能 够 支持 融 合 的异 构 网 络环 境 、支 持 各 种
新审视和确定新一代互联网体系结 构设计原则与方法。
球性的信息系统 。但是随着互联网的
新 的网 络 功 能 、新 型 应 用和 新 型 计 算
为了解决现有互联网存在的问 题 ，满 足 和适 应 当 前及 未 来 的 网 络 应 用对 互 联 网的 多 样 化需 求 ，研 究 和 建 设新一代互联网体系结构已经是一 项迫在眉睫的任务 。新一代互联网技 术研究的中心问题是提出一种高效、 大 规 模 、高 度 可 伸 缩 、支 持 异 构 网 络 技术融合的基础网络体系结构 。新一 代互联网体系结构的设计目标如图2 所 示，该 体 系 结构 的 设 计 将 支 持 移 动 性 、QoS保 障 、安 全 性 和 可 信 性 ，以 及 网络的可控可管。
然 而 近 年 来 ，随 着 网 络 技 术 的 高 速 发 展 ，出现 了 大 量新 型 接 入 技 术 如 WiMAX、Wi- Fi、无 线 局 域 网 、蓝 牙 ，大 量新型异构网络如移动自组织网络、 无 线 传 感 器 网 络 、网 状 网 ，大 量 新 的 计算技 术如 P2P、网 格 、普适 计 算 和多 样 化 的应 用 ，这 些新 技 术 和 应 用 在 推 动 整 个 通信 领 域 进步 的 同 时，也 使 得 传统互联网体系结构面临着巨大的 挑 战 。复 杂 的 异 构 网 络 环 境 增 加 了 维 护管 理 的 复杂 度 ，同 时也 影 响 了 网 络 的 灵 活 性 、健 壮 性 和 安 全 性 ；无 处 不 在的应用需求要求互联网支持移动 性；多 样 化 的应 用 要 求互 联 网 支 持 不 同实时性的业务 。随着网络复杂度的 增 长 ，传 统 的“ 核 心 简 单 ”的 互 联 网 难 以 满 足网 络 对 可控 、可 管 迫 切 的 需 求 ，具 体 分 析 其 原 因 ，可 以 发 现 当 前 互联网体系结构所存在的问题与面 临的挑战。
图1荩 新一代互联网体系
结构的需求
新一代互联网的体系结构
5 7 中兴通讯技术
Aug. 2009 Vol.15 No.4 2009年8月 第15卷第4期
系列讲座 陆璇等：新一代互联网体系结构 ZTE COMMUNICATIONS
遵 循“ 核 心 简 单 ，边 缘 智 能 ”的 设 计 原 则 ，网 络智 能 部 署在 网 络 边 缘 的 终 端上 。这 种 体系 结 构 简单 ，但 保 证 了 高 效 的互 通 和 良好 的 演 进性 ，并 且 一 直沿用至今。
[编 者 按 ] 互 联 网 目 前 面 临 着 各 种 问 题 和 挑 战 ，其 体 系 结 构 再 次 成 为 了 网 络 领 域 研究的热点之一。本讲座将分为3期介绍互联网体系结构的研究现状及未来的 展望 。第1 期 介绍 目前互 联网 体系 结构 面临的 挑战 以及 国内 外的研 究现 状 。第 2 期将介绍现有互联网体系结构向新一代互联网体系结构演进中的关键技术与 解 决方案 ，内容 涉及 新型 路由寻 址体 系结 构 、端 到 端 原 则 、网 络 安 全 性 与 可 信 性 等方面的研究。第3期将介绍以全新的革命性方式来解决当前互联网体系结构 缺陷的 新一 代互 联网 体 系 结 构 ，包 括 国 内 外 的 研 究 现 状 和 主 要 的 解 决 方 案 ，并 对新一代互联网体系结构的研究进行了展望和总结。
1 当前互联网的体系结构 以及面临的挑战
研究机构开始重新考虑和研究互联 网 的体 系 结 构，试 图 提 出适 应 于 未 来 环境和应用需求的新型互联网体系
中 ，既 需 要总 结 和 继承 传 统 互联 网 的 成功 经 验 ，也需 要 在 研究 未 来 互 联 网 体 系结 构 所 面临 的 挑 战的 基 础 上 ，重
1.1 互联网的体系结构
信 需 求 而设 计 的 ，其设 计 目 标是 实 现
由 系 统 扩 展 性 低 等 。传 统 互 联 网 指 数
互联网体系结构是指导互联网
网络的健壮性和支持底层网络技术
增长的复杂度也使得网络控制和管
设 计 的 一系 列 抽 象设 计 原 则，内 容 涉
的 异构 性 ，并 且默 认 互 联的 用 户 属 于
供 QoS保 障 。 (5)网络控制 、管理 种类繁多的新型应用和多种新
技 术 的 引入 ，以 及 网络 环 境 的 动 态 变 化，大 大 增 加了 网 络 管理 与 控 制 的 复 杂 性 。实 现 对 网 络 的 可 控 可 管 是 未 来 互联网设计的一项紧迫需求 。然而传 统互联网体系结构的设计理念使得 网络中缺乏用于网络控制管理的必 要 信 息，难 以 实 现高 效 的 网 络 管 理 和 控制。
陆 璇 ，龚 向 阳 ，程 时 端
( 北 京 邮 电 大 学 网 络 与 交 换 技 术 国 家 重 点 实 验 室 ，北 京 100876 )
在 互 联 网 中 ，TCP/IP 协 议 采 用 了 更 简 洁 和 高 效的 体 系 结构 ，这 种 基础 结 构 以 及 Web 等 应 用 技 术 的 出 现 使 得 互
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2009年8月 第15卷第4期 Aug. 2009 Vol.15 No.4
期 来 看 ，NAT在 端 对 端 应 用 、主 机 与 IP 地址 捆 绑 、网络 管 理 方面 都 存 在 无 法 克 服的 弊 端 ，并非 是 一 种 最 终 的 解 决 方 案 。网络 多 归 属 、流 量 工 程 以 及 运 营商 独 立 (PI)地 址 的 广 泛 应 用 造 成 了 路由的扩展性问题 。新兴的普适计算 要求 网 络 能给 用 户 提供 无 时 不 在 、无 处 不在 、无 所 不有 的 综 合 性 服 务 ，而 移动性是必须满足的基本需求之一。 但是传统互联网从本质上不支持连 接 过 程 中 IP地 址 的 动 态 变 化 ，导 致 主 机 移 动 的同 时 连 接无 法 维 持 ，难 以 满 足 用 户 对 移 动 实 时 业 务 的 需 求 。这 些 问题都需要在未来互联网体系结构 设计中解决。
普及、商业化以及新业务的不断涌
技 构
1.2 当前互联网体系结构面临的
现 ，其各 种 先 天不 足 和 缺陷 也 日 益 明
的需求如图1所示。
问题与挑战
显 地 暴 露 出 来 ， 例 如 IP地 址 匮 乏 、缺
互联网最初是为单一的数据通
乏服务质量 (QoS)与安全保障机制 、路
中 图 分 类 号 ：TP393 . 4 文 献 标 识 码 ：A 文 章 编 号 ：1009- 6868 (2009 ) 04- 0057- 04
用需求与网络环境已经与传统互联 网的设计目标发生了巨大变化 。传统
互联网原有的一些设计原则已成为
阻碍互联网进一步发展的主要障碍。
因 此 ，新一 代 互 联网 体 系 结构 的 研 究
联网获得了巨大成功 。当前互联网已 经发展为拥有超过数亿台主机的复 杂的超级信息系统。互联网的成功， 主要归功于它在体系结构设计时所 遵守 的 一 系列 基 本 原则 ：如 开 放 性 原 则、端到端原 则 、透 明 性 原则 、分 层 原 则 、尽 力 而 为 原 则 等 。但 是 ，当 前 的 应
功能 扩展
新型 应用
新型计 算技术
心 问 题— ——当 前 互 联 网 的 体 系 结 构
存 在 着难 以 克 服的 缺 陷 。为此 ，大 量
基金项目：国家高技术研究发展计划 (“863 ”计 划 )资 助 项 目 (2007AA01Z206 )； 北京 重点 学科建 设项 目 (ke y dis cipline s )
(3 )安 全 性 和 可 信 性 早期 的 互 联网 被 默 认为“安 全 的 网 络 ”，因 为 传 统 互 联 网 默 认 其 用 户 群 体主 要 是 彼此 相 互 信任 、目 标 一 致 的 团 体，安 全 问 题未 得 到 设 计 者 的 重 视 。但 是 随 着 互 联 网 的 商 用 化 和 全 球 爆炸 式 发 展，其 用 户 群 体 在 规 模 、目 标 、素 质 等 方 面 各 不 相 同 ，用 户 间 的 信任 不 复 存在 。互 联 网 上 病 毒 、网 络 攻 击 频 繁 发 生 ，隐 私 无 法 保 证 ，互 联 网被 默 认 为“不 安 全 的 网 ”。 尽 管 学 术界和工业界提出了一些解决方案 (其中一些已经得到了应用 )，由于原 有互联网体系结构缺乏整体安全框 架 ，各 种 安 全 技 术 以“ 补 丁 ”方 式 添 加，难免出现安全漏洞或功能重叠， 甚至顾此失彼。 (4 )服 务 质 量 传统互联网体系结构中核心网 络只保存有限的管理信息，不提供 QoS保 证 。随 着 互 联 网 的 商 业 化 ，大 量 实时应用涌现出来 。视频会议和IPTV 等多 媒 体 应用 对 延 迟 、 延 迟 抖 动 、带 宽 等 有严 格 的 需求 ，需 要 网 络 提 供 相 应 的 服 务质 量 保 证 。 现 有 的 QoS保 障 模型如IntServ/DiffServ、多协议标签 交 换 (MPLS)、QoS路 由 等 ，由 于 也 属 于 以 “补丁” 形式加入到网络体系结构 中 ，在 实际 的 应 用与 部 署 中 存 在 一 些 问 题 。例 如 ，IntServ扩 展 性 差 和 管 理 开 销 大 ；DiffServ则 无 法 为 每 个 数 据 流 提