下一代互联网体系结构研究

第３Ｏ卷第５期　计　算　机　学　报　Ｖｏ１．３０　Ｎｏ．５　Ｍａｙ　２００７　２００７年５月　ＣＨＩＮＥＳＥ　ｊｏＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＣＯＭＰＵＴＥＲＳ　下一代互联网体系结构研究　林　闯　雷　蕾　（清华大学计算机科学与技术系　北京　１０００８４）　摘要互联网发展到今天在很多方面已经无法满足用户的需求，面临着一系列问题，如安全性差、难以管理以及　不可预测等．当前互联网的体系结构已经不能适应甚至阻碍互联网应用的进一步发展．文章对当前互联网体系结　构存在的问题及面临的挑战进行了分析，并对国内外研究动态、在该领域的若干研究方向及提出的解决方案进行　了总结评述．在此基础上重新审视互联网最初的基本设计原则是否符合当前和新兴网络应用环境的需求，并对互　联网未来的发展进行了展望．　关键词互联网体系结构；安全；服务质量；网络管理　中图法分类号ＴＰ３９３　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｎｅｘｔ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ＬＩＮ　Ｃｈｕａｎｇ　ＬＥＩ　Ｌｅｉ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８４）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｉｓ　ｉｎ　ｍａｎｙ　ｗａｙｓ　ｎｏｔ　ｍｅｅｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｎｅｅｄｓ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｕｓｅｒｓ．Ｔｏｄａｙ，ｉｔ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｓｅｃｕｒｅ，　ｈａｒｄ　ｔｏ　ｕｓｅ，ａｎｄ　ｕｎｐｒｅｄｉｃｔａｂｌｅ．Ｉｔｓ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｈａｓ　ｃｒｅａｔｅｄ　ｂａｒｒｉｅｒｓ　ｒａｔｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｓｔｉｍｕｌａｎｔｓ　ｔｏ　ｉｔｓ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｎｄ　ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ａｒ—　ｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ　ｓｅｖｅｒａ１　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｒｅａｓ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｆｉｅｌｄ　ａｎｄ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｓｏｍｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｓｏｌｕ—　ｔｉｏｎｓ．Ｗｅ　ｒｅｔｈｉｎｋ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ｅｘａｍｉｎｉｎｇ　ｗｈｅｔｈｅｒ　ｔｈｅｙ　ｓｔｉｌｌ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｎｅｗ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｄｅｍａｎｄ，ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　ｆｕ—　ｔ１　ｌｒｅ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ；ｓｅｃｕｒｉｔｙ；ＱｏＳ；ｎｅｔｗｏｒｋ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　络环境与互联网最初设计之时已经出现了很大的不　引　言　同，不仅用户的数目和网络的带宽都已经产生了巨　大的增长，更重要的是新的网络和计算技术以及新　在３０年前互联网刚刚问世之时，个人计算机和　的业务应用和商业模式的出现对互联网提出了新的　局域网还没有出现，光纤正处于实验室研究阶段，而　要求．在这种情况下，人们开始认识到当前互联网的　商用的国际骨干线路最高速率大约只有５０Ｋｂ／ｓ，最　体系结构已经不能适应甚至正在阻碍互联网应用的　普遍的用户界面是基于文字的．在这３０年，互联网　进一步发展，并积极寻求一种方法能够解决目前互　无疑取得了巨大的成功，显示出其强大的生命力．然　联网体系结构所处的尴尬境地．　而发展到今天，互联网在很多方面已经无法满足用　与其它网络技术不同，互联网的体系结构很难　户的需求，面临着一系列问题和挑战，如安全性差、　进行准确统一的定义．相比之下，对互联网本身的定　难以管理以及不可预测等．这主要是由于当前的网　义则由其具体的组成协议（如ＴＣＰ／ＩＰ和ＳＮＭＰ　收稿日期：２００７—０２—０２．本课题得到国家自然科学基￣（６０６７３１８７，９０４１２０１２）和国家“九七三”重点基础研究发展规划前期研究专项基金　（２００６ＣＢ７０８３０１）资助．林闻，男，１９４８年生，教授，博士生导师，主要研究领域为计算机网络和系统性能模型及评价．雷蕾，女，１９８０　年生，博士后，主要研究方向为网络性能评价、无线网络、互联网体系结构．Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｅｉｌｅｉ＠ｃｓｎｅｔ１．ｃｓ．ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ．　维普资讯 http://www.cqvip.com

６９４　计　算　机　学　报　等）构成，相对简单得多．然而，互联网的设计的确遵　循若干基本原则，主要包括：（１）利用节点位置对其　进行标识；（２）分层的协议栈；（３）在网络层部署唯　一的网络互联协议（细腰）；（４）基于数据报的无连　接服务；（５）由端系统负责复杂的网络功能，如可靠　传输和拥塞控制等，而连接这些端节点的网络只负　责简单的传送功能（边缘论）．这些体系结构的基本　原则对于互联网今天的成功具有深刻的意义，然而　现在却面临着越来越大的压力，需要我们在新的网　络环境下重新对其进行审视．　目前业界对未来互联网发展的方式普遍持两种　观点，可以归纳为革命与演进．前一种观点认为，当　前阶段是互联网社会效用的变革时期，目前互联网　技术创新的数量和速度都在减少，而３０年前设计的　体系结构限制了互联网应对不断出现的挑战和机遇　的能力．因此，这种观点认为目前需要对互联网的体　系结构进行一种“从零开始”（ｃｌｅａｎ　ｓｌａｔｅ）的全新设　计．另一种观点则认为，未来对互联网的创新应该以　在现有互联网之上运行新业务和应用的形式进行．　随着时间的推移，这些创新将逐渐对互联网进行改　变．而在当前阶段希望对现有互联网的体系结构进　行全面的更新是不现实的．最近出现的一种观点提　出这种争论是不必要的①．首先，所谓“未来互联网”　应该广义地包含体系结构中任何层次的创新，而不　局限于某一个协议或层次．对未来互联网的研究既　可能导致网络内部运行的协议和体系结构的改变，　也同样可能导致现有网络之上运行新的业务和应　用．所有这些协议和层次共同构成下一代互联网．其　次，对未来互联网的研究思路和想法应该不受当前　互联网的束缚，即“从零开始”．但这并不意味着研究　结果一定导致一个全新互联网的出现．换言之，“从　零开始”是一个过程，而不是结果．最后，这两种观点　可以进行融合，即探索现有互联网如何逐渐演进以　支持新兴的重叠业务．　目前业界对未来互联网存在的形式也普遍持两　种观点，可以归纳为纯化论和多元论ｌ】］．这两种不同　的观点在对未来互联网体系结构的定义和评价方面　都具有根本性的区别．前一种观点认为互联网体系　结构应该是单一的，即在所有网元中都部署同一个　具有核心地位的、唯一的协议（如目前的ＩＰ协议）．　互联网体系结构应该很少发生变化，新旧两种体系　结构存在着较长的变革时间，而重叠（ｏｖｅｒ—ｌａｙ）网　络只是互联网体系结构发生改变的一种手段，而不　是结果．后一种观点则认为ＩＰ只不过是互联网整体　系统中的一个组成部分，重叠网络则是另一种传送　用户所需数据的方式，两者处于并列的地位．互联网　体系结构应该是动态的和演进的，在任何时刻都被　定义为各种重叠网络和协议的集合，而互联网体系　结构的核心是支持多种重叠网络共存．在前一种观　点下，互联网体系结构的灵活性是追求的目标，而后　一种观点则更看重短期的性能改善．最近出现的一　种观点认为，互联网体系结构当前最核心的作用是　将“分布式系统与应用”和“网络”划分为两个领域，　而正是这一点阻碍了互联网的发展Ｌ２］．未来互联网　将抛弃这种“端系统”与“路由器”的区分，而在这种　情况下，纯化论与多元论之争可以解释为是通过对　多种体系结构进行实验最终选出一种，还是允许多　种体系结构同时存在并运行．　由上述分析可见，目前国际上对下一代互联网　体系结构的研究还处于最初的摸索阶段，在未来互　联网的发展方式和存在形式等方面都存在分歧．在　这种情况下，对下一代互联网体系结构的研究可以　让我们紧跟国际上的最新研究动态，重新审视互联　网最初的基本设计原则是否符合当前和新兴网络环　境的需求，从而明确未来互联网的发展目标，为互联　网的下一步发展指明方向．　２　研究动态　目前对下一代互联网体系结构的研究主要有美　国的ＧＥＮＩ计划①，ＦＩＮＤ项目②和ＩＥＴＦ的ＩＰｎｇ项　目组等．　２．１　ＧＥＮＩ，ＦＩＮＤ和ＰｉａｎｅｔＬａｂ　ＧＥＮＩ，即网络创新的全球环境（Ｇｌｏｂａｌ　Ｅｎｖｉ—　ｒｏｎｍｅｎｔ　ｆｏｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ），是美国自然基金　委（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ＮＳＦ）为促进对网　络体系结构、业务和应用的研究而设计的一个共享　全球设施．ＧＥＮＩ旨在增加网络和分布式系统试验　研究成果的质量和数量，加速这些成果的产业化进　程，最终实现现有互联网的变革．　ＧＥＮＩ的设施将与其它试验平台有所不同，它　将同时支持研究和实用，有效填补实验室小规模试　验和成熟技术的商用部署之间的裂缝．研究者可以　使用ＧＥＮＩ在大规模（全球）系统上评估新的网络系　统，随着用户开始使用他们的系统而了解真实负载　下的情况，并随着用户使用数量的增加而增强那些　①　ＧＥＮＩ：Ｇｌｏｂａｌ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｆｏｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ．　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｅｎｉ．ｎｅｔ／，Ａｕｇｕｓｔ　２００６　②　ＦＩＮＤ：Ｆｕｔｕｒｅ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｄｅｓｉｇｎ．ｈｔｔｐ：／／ｆｉｎｄ．ｉｓｉ．　ｅｄｕ／　维普资讯 http://www.cqvip.com

５期　林　闯等：下一代互联网体系结构研究　６９５　成功的系统．　ＧＥＮＩ与一些美国其它的网络计划有着重要的　联系，如ＰｌａｎｅｔＬａｂｌ３　和ＦＩＮＤ．未来互联网计划　ＰｌａｎｅｔＬａｂ是ＧＥＮＩ的原型，它是用于开发下一代　互联网技术的开放式全球性测试平台，目前在全球　拥有３００多个站点、６００多个节点．在ＧＥＮＩ计划的　初始阶段，将整合ＰｌａｎｅｔＬａｂ的３０个国家的３００多　个站点的资源．相比较ＰｌａｎｅｔＬａｂ，ＧＥＮＩ具有更好　的发展前景．首先，ＧＥＮ１支持更为丰富的节点技　术并且暴露低层次的网络连接，使更多的互联网实　验成为可能．同时ＧＥＮ１支持多种类型的服务，降低　了研究者使用ＧＥＮＩ的门槛．　ＧＥＮＩ与未来互联网设计项目ＦＩＮＤ（Ｆｕｔｕｒｅ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｄｅｓｉｇｎ）也有着重要联系．ＦＩＮＤ　是ＮＳＦ网络系统与技术计划（Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ　Ｔｅｃｈ—　ｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＮＥＴＳ）的一个长期项目，研究　网络系统及相关技术．ＦＩＮＤ将可能成为ＧＥＮＩ计　划的重要组成部分，但是它不会涵盖ＧＥＮＩ的所有　研究领域，ＦＩＮＤ更侧重于未来互联网体系框架的　研究．　２．２　ＩＥＴＦ　ＩＰｎｇ工作部　１９９０年后期，ＩＥＴＦ开始了一项长期的工作，选　择接替现行ＩＰｖ４的协议．此后，人们开展了许多工　作，以解决ＩＰｖ４地址的局限性，同时提供额外的功　能．１９９１年ｌ１月，ＩＥＴＦ组织了路由选择和地址工　作组（ＲＯＡＤ），以指导解决以上问题．１９９２年９月，　Ｒ０ＡＤ工作组提出了关于过渡性的和长期的解决　方案建议，包括采用无类别域问路由（Ｃｌａｓｓｌｅｓｓ　Ｉｎ—　ｔｅｒＤｏｍａｉｎ　Ｒｏｕｔｉｎｇ，ＣＩＤＲ）方案以降低路由表增长　的速度以及建议成立专门工作组以探索采用较大　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ地址的不同方案．　１９９３年末，ＩＥＴＦ成立了ＩＰｎｇ工作部以研究各　种方案，并建议如何开展工作．该工作部制订了　ＩＰｎｇ技术准则，并根据此准则来评价已经提出的各　种方案．在经过深入讨论之后，ＳＩＰＰ（Ｓｉｍｐｌｅ　Ｉｎｔｅｒ—　ｎｅｔ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　Ｐｌｕｓ）工作组提供了一个经过修改的方　案，ＩＰｎｇ工作部建议ＩＥＴＦ将这个方案作为ＩＰｎｇ　的基础，称为ＩＰｖ６，并集中精力制定有关的文档．自　１９９５年末起，陆续发表了ＩＰｖ６规范等一批技术　文档．　ＩＰｖ６是Ｉｎｔｅｒｎｅｔ协议的一个新版本，其设计思　想是对ＩＰｖ４加以改进，而不是对其进行革命性的改　造．在ＩＰｖ４中运行良好的功能在ＩＰｖ６中都给予保　留，而在ＩＰｖ４中不能工作或很少使用的功能则被去　掉或作为选项．为适应实际应用的要求，在ＩＰｖ６中　增加了一些必要的新功能．ＩＰｖ６的主要特点包括：　（１）经过扩展的地址和路由选择功能；（２）定义了任　一成员（ａｎｙｃａｓｔ）地址，用来标识一组接口；（３）简　化的首部格式；（４）支持扩展首部和选项；（５）支持　验证和隐私权；（６）支持自动配置；（７）服务质量能　力等．　３存在的问题及面临的挑战　现有互联网体系结构正在承受着来自内部和外　部的双重压力，如图１所示．首先分析来自内部的压　力．当前互联网所处的网络环境和社会效用与３０年　前相比都发生了巨大变化，某些在设计之初并不重　要甚至并不需要的功能对于当前互联网来说却至关　重要，最典型的包括网络安全，尤其是对拒绝服务攻　击的抵御，以及端到端的服务质量保证等．然而，现　有互联网体系结构很难有效地支持这些功能．在互　联网的发展过程中，人们逐渐向互联网中加入一些　并不符合互联网体系结构基本原则的模块，如多协　议标记交换（Ｍｕｌｔｉｐｒｏｔｏｃｏｌ　Ｌａｂｅｌ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ，　ＭＰＬＳ）、防火墙、网络地址转换器（Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ａｄ—　ｄｒｅｓｓ　Ｔｒａｎｓｌａｔｏｒ，ＮＡＴ）以及其它各种中间件等．这　主要是为支持各种额外功能而采取的实用化解决方　案，但却破坏了互联网体系结构的完整性和一致性．　例如，防火墙通过进行访问控制增强了网络的安全　性，却导致网络无法系统地确定两个主机之间端到　端的连接性．其次分析来自外部的压力．无线通信等　物理层新技术的发展以及新的分布式应用和系统的　出现分别从底层和上层为互联网体系结构带来挑战．　另一方面，互联网体系结构最主要的贡献是通过网络　层使得处于底层的各种异构网络可以进行互联互通．　然而，当前存在的各种网络与互联网的关系不再如此　单纯．例如，各种话音网络（如移动电话、ＳＭＳ信令等）　实际上只是通过网关接入互联网，而并没有在网络层　运行ＩＰ协议，而无线传感器网络也很可能采取这种　新的分布式　应用与系统　新的计算　新的计算　技术　技术　新的网络技术　图１互联网体系结构面临的挑战　维普资讯 http://www.cqvip.com

计　算　机　学　报　方式与互联网连接．因而，传统互联网很可能只是未　来互联网的一个组成部分．在这种情况下，现有互联　Ｑｏｓ体系结构：综合服务（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，Ｉｎｔ－　Ｓｅｒｖ）ｌ４　和区分服务（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，ＤｉｆｆＳｅｒｖ）ｌ５］，　网体系结构也必然无法适应未来互联网的需求．　３．１安全性与健壮性　然而这些体系结构和机制都没有在当前的互联网络　中成功应用．服务质量的有效提供从根本上依赖于　对网络资源的有效管理和控制，而互联网服务质量　研究的困境源于当前互联网较差的可管可控性．　互联网难于管理在体系结构上存在深层次的原　当前互联网不存在网络安全的整体解决方案，　这是迫切需要对下一代互联网体系结构进行研究的　主要原因之一．当前互联网虽然存在许多安全机制，　然而却没有一组规则能够将这些机制有效结合以实　因，仅仅依靠更加先进的网络管理工具不能从根本　现网络的高度安全和可信．换言之，当前互联网虽然　存在越来越多的“安全补丁”，却不存在一个安全的　体系结构．　对下一代互联网网络安全的研究不仅要针对数　据的非法泄漏和破坏，还要解决攻击和故障等情况　下网络的可用性和生存性等问题．未来的互联网必　须能够提供类似电话系统的高可用性以支持“任务　关键型”业务．另外，目前许多安全问题不是由互联　网本身，而是由连接到互联网上的个人计算机造成　的．因此，除了传统的网络安全问题，还要对操作系　统和分布式系统的设计进行研究．最后，对安全问题　的研究不仅只涉及到技术层面，而且还牵涉到人类　行为与技术的相互作用．例如，对互联网用户身份更　详细的确认可以便于对攻击的追踪，然而互联网匿　名性的丢失以及对用户持续的监视却可能对互联网　的使用方式产生巨大的影响．因此，互联网安全的重　新设计需要从社会学的角度对特定设计产生的影响　进行评估．　构建安全健壮的下一代互联网面临下列挑战：　（１）任何一组“行为良好”的主机之间应该能够　任意进行具有高可靠性和可预测性的通信，而使恶　意或遭到破坏的节点无法中断这种通信．用户应该　可以达到或超过目前电话系统的可用性．　（２）应该实现跨层（ｃｒｏｓｓ－ｌａｙｅｒ）的安全设计．这　是由于用户的安全性和可靠性同时依赖于网络层和　分布式应用的健壮性．　（３）要求用户提交身份信息一方面有助于阻止　和威慑网络违法行为，另一方面却使得用户可能遭　到不合法的监视和跟踪，因而需要在两者之间实现　合理的平衡．　３．２服务质量与网络可管性　传统互联网为面向非实时的数据通信而设计，　多媒体应用的飞速发展对网络提出了不同于数据应　用的服务质量（Ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｅｒｖｉｃｅ，ＱｏＳ）要求，需要　提供端到端的服务质量控制和保障．虽然从２Ｏ世纪　８Ｏ年代末期开始，服务质量的控制和管理机制已　经得到了广泛的研究，并提出了两种不同的互联网　上解决问题．一方面，互联网“边缘论”和面向非连接　的设计思想保障了高效的互通，但控制手段很薄弱，　难以满足解决服务质量保障的需要．另一方面，互联　网络发展至今，已成为一个庞大的非线性复杂系统，　各种中间件的加入以及网络协议体系的庞杂导致互　联网的“腰部”不断变粗，分布式控制平面中由于各　种协议的决策逻辑交织在一起而产生的非线性作用　使网络行为呈现出相当的复杂性并且难以预测．如　何为用户提供满意的服务质量，设计有效的机制与　算法来管理和控制这个已经具备相当规模并不断发　展的大尺度复杂系统，在理论上和技术上仍是当前　学术界的一个难题．　构建可管理和能够提供服务质量保障的下一代　互联网面临下列挑战：　（１）应该在网络的关键部分增加服务质量控制　机制使网络更可管；应该在网络中维护一定的状态　信息，施加必要的控制，使网络具有某种程度面向连　接的特性；应该在不同层次上可以对它进行监管．　（２）允许为每个网络配置对其性能、可靠性和　策略的高层需求和目标；网络管理控制系统应该具　有数据平面当前全局状态的准确信息；网络管理控　制系统应该能够直接对数据平面进行控制，而将决　策逻辑与分布式系统分离．　３．３对网络新技术的支持　当前互联网的设计使其可以利用许多底层的网　络技术．值得一提的是，互联网的出现早于局域网和　光纤技术，却可以很好地与两者结合．然而，当前互　联网也面临着一些挑战．　毫无疑问，从ＷｉＦｉ到无线传感器网络的各种　无线技术是当前最主要的新技术．例如，笔记本电脑　的销量在２００３年已经超过了台式机的销量；２００５　年全球有超过２亿的手机用户，并且大约２Ｏ　的手　机具有数据功能．在未来的五年中，所有的手机都将　成为互联网设备，这意味着网络应用与体系结构都　需要支持移动性、定位以及移动终端有限的处理能　力和无线链路有限的带宽等．很明显，未来互联网必　须能够与无线通信很好地结合在一起．　维普资讯 http://www.cqvip.com

５期　林　闯等：下一代互联网体系结构研究　６９７　支持移动技术的下一代互联网面临下列挑战：　传感器，用来监视健康、交通、天气、污染、科学试验　和军事行动等．现在这些计算机的原形组成了专用　的传感器网络，而并未直接连接到互联网中．一个传　感器网络可以连接到互联网中以实现远端访问，但　（１）未来互联网必须将支持节点移动性作为首　要目标．节点必须能够改变它们在互联网上的接人点．　（２）未来互联网必须为应用提供有效的方式以　发现无线链路变化的特性并进行适应．　（３）未来互联网（或者在互联网上运行的业务）　目前互联网并不能解决这些计算机的特殊需求．１０　年之后这些新型计算机将成为主流，而互联网必须　考虑如何支持这种计算模式的需求．　支持新计算技术的下一代互联网面临下列挑战：　必须使邻近的节点能够互相发现．　（４）未来互联网必须开发能够在互联网环境下　很好工作的无线技术，具有安全健壮性，可以进行资　源控制并能够与有线网络互通．　另一种正在经历巨大变革的网络技术是底层的　光传送技术，这与１９６０年早期电子技术的变革类似．　光子集成电路（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ，ＰＩＣ）允　许不断增加复杂度的光电路与功能被置于一个单独　的芯片之上，从而实现一种只靠电子技术无法达到　的网络和通信模式．ＰＩＣ技术的成熟，将使得可重构　的更加灵活的具有更高容量和更低造价的网络成为　可能．这将使网络产生一系列变革，包括从环状网到　网状网的变革，从固定带宽分配到可调谐发送和接　收的变革，从不具备光缓存的网络到具有智能控制平　面和足够光缓存网络的变革，从将光纤带宽作为固定　电路到允许光纤带宽被动态访问和使用的变革等．　利用新兴光传送技术的下一代互联网面临下列　挑战：　（１）未来互联网必须使用户能够利用底层光传　送网所提供的新能力，包括通过跨层分析实现更好　的可靠性，通过跨层流量工程实现更好的可预测性　以及为用户提供更好的性能等．　（２）未来互联网必须允许动态重构的光节点实　现电层对光纤带宽的动态使用．　（３）未来互联网必须包括控制和管理软件，使　得由动态可重构节点组成的网络能够作为一个稳定　的网络层运行．　３．４对新计算技术的支持　互联网的发展主要在个人计算机（ＰＣ）时代，因　而主要支持这种计算方式．然而，１Ｏ年之后的计算方　式会与今天产生很大的不同．在计算机非常昂贵的时　代，人们采用“多人一机”的方式共享计算资源．随着　计算机价格的降低，在ＰＣ机时代人们采用“一人　一机”的方式．虽然这种方式已经持续了将近２０年，　然而随着计算机价格的持续下降，人们将进入一个　新的时代，即“一人多机”．这个时代已经开始来临，　并将加快步伐．　１０年之后，大部分计算机将与目前的ＰＣ机有　很大不同，它们将是置于建筑，汽车和环境中的小的　（１）未来互联网必须考虑支持未来计算设备的　专用设备网络，这意味着对其体系结构提出一系列　要求，如不间断的连接、数据驱动的通信、对位置相　关应用的支持以及区分应用的性能等．　（２）未来互联网应该使得一个特定的传感器应　用可以跨过互联网的核心，将属于一个传感器网络　的两个部分连接起来．　３．５新的分布式应用和系统　新的网络和计算技术为向用户发布新一代分布　式数据业务提供了前所未有的机遇．多媒体用户到　用户通信已经成为普遍，其中每个用户既是内容发　布者又是内容消费者，信息很容易获取却又受到数　字产权的保护；端系统联合的能力实现了全新的并　行计算和通信模式等．　面向新业务和应用的下一代互联网面临如下　挑战：　（１）未来互联网必须定义一组新的抽象，以安　全灵活地管理复杂的分布式业务．　（２）未来互联网必须指明应该向应用设计者透　露的监视和控制信息，并包含相应的规范和接口．例　如，未来互联网可能在特定点之间透露一些吞吐量　和时延的信息．　（３）未来互联网应该包含一个不同名字空间的　统一设计．这个设计应该在对不同设计方案进行分　析的基础上得到．它必须对从分组到应用的不同层　需要何种标识给出答案．　４研究方向及若干解决方案　目前对下一代互联网体系结构的研究方向主要　集中在地址与标识、网络安全、服务质量和网络管理　等方面．下面将对一些近年来各个研究方向提出的　较为典型的下一代互联网体系结构解决方案进行介　绍．由于篇幅有限，本文不可能对每个领域的研究成　果进行十分全面和深入的分析，有兴趣的读者可以　在某一领域展开进一步的研究．　维普资讯 http://www.cqvip.com

６９８　计　算　机　学　报　４．１地址与标识　进行改进才能够作为下一代互联网体系结构的可选　方案．下面介绍一种典型的ＮＡＴ扩展体系结构——　ＩＰＮＬ（ＩＰ　Ｎｅｘｔ　Ｌａｙｅｒ）．　４．１．１地址耗尽问题及解决方案——ＩＰｖ６和ＮＡＴ　扩展　ＩＰ地址的耗尽是互联网所面临的一大紧迫问　题，为此ＩＥＴＦ分别提出了长期和短期解决方案．短　期解决方案主要是ＣＩＤＲ，而长期解决方案则是具　有更多地址的新互联网协议ＩＰｖ６．然而，由于担心　ＩＰＮＬ只对主机和ＮＡＴ设备进行扩展而保持　ＩＰｖ４路由器和支持的协议不变．ＩＰＮＬ在ＩＰ层和传　送层之问插人一个新的协议层，如图２所示．扩展的　ＮＡＴ设备被称作ｎｌ—ｒｏｕｔｅｒ，它们将分组逐域　（ｒｅａｌｍ）路由到目的地．连接私有域和公共域的ｎｌ－　ｒｏｕｔｅｒ被称作ｆｒｏｎｔｄｏｏｒ，一个ｆｒｏｎｔｄｏｏｒ可以与多　在长期方案部署到位之前ＣＩＤＲ无法满足ＩＰ地　址的紧迫需求，ＩＥＴＦ又提出了一种新的方案——　网络地址转换器（ＮＡＴ）通过地址重利用来更好地　解决ＩＰ地址耗尽问题．　ＮＡＴ在１９９４年作为一种解决ＩＰ地址耗尽问　题的短期方案被提出．同年，ＩＥＴＦ选择ＩＰｖ６作为　下一代互联网协议．由于ＮＡＴ不需要对主机和路　由器做任何修改，非常便于部署，并且能够很好地解　决ＩＰ地址缺乏问题，因而得到了广泛的应用．相比　之下，ＩＰｖ６的部署进程则非常慢，一个主要原因在　于从ＩＰｖ４到ＩＰｖ６的转变非常复杂．由于无法将所　有的ＩＰｖ４主机和路由器都同时由ＩＰｖ６替代，因而　必须解决ＩＰｖ４和ＩＰｖ６的互联和共存问题．由于　ＩＰｖ６所遇到的困难以及ＮＡＴ的广泛应用，一些文章　开始提出将ＮＡＴ作为一个长期方案与ＩＰｖ４共存，　并在此基础上对主机和ＮＡＴ设备进行扩展，解决　ＮＡＴ目前存在的问题，从而形成下一代互联网体系　结构．根据这种思路提出的体系结构被称为ＮＡＴ　扩展的体系结构，典型的有ＩＰＮＬ［６］，ＩＰｖ４＋４【７　等．　无论何种ＮＡＴ扩展的体系结构，其主要目的　在于解决目前ＮＡＴ技术存在的重要缺陷．ＮＡＴ方　案在ｓｔｕｂ域的边界加人ＮＡＴ设备，该设备存储一　个本地地址和全局唯一地址的转换表．Ｓｔｕｂ域中的　ＩＰ地址不是全局唯一的，它们可以与其它ｓｔｕｂ域　的ＩＰ地址相同，从而解决ＩＰ地址缺乏问题．当一个　ｓｔｕｂ域中的主机与域外的主机通信时，ＮＡＴ设备　根据地址转换表将分组的源地址由本地地址替换为　相应的全局唯一地址．传统ＮＡＴ只能完成ｓｔｕｂ域　内主机到域外主机的单向通信，一些改进的ＮＡＴ　版本能够完成由ｓｔｕｂ域内主机发起的双向通信．　但对于一些在ＩＰ分组头之外携带ＩＰ地址的业　务来说，必须依靠应用层网关（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｌｅｖｅｌ　Ｇａｔｅｗａｙ，ＡＬＧ）对分组进行额外的处理才能进行．　尤其是当ｓｔｕｂ域外主机向域内主机发起会话时，必　须要通过ＤＮＳ—ＡＬＧ根据域内主机的主机名得到　它相应的全局唯一地址．因此，要通过ＮＡＴ实现目　前新兴的Ｐ２Ｐ应用较为困难．总之，ＮＡＴ使网络失　去了端到端的透明性，使新业务的实现复杂化，必须　个私有域相连，每个私有域具有一个局部唯一的域　编号．这样，每个私有域都可以通过与其相连的　ｆｒｏｎｔｄｏｏｒ的全局ＩＰ地址和其域编号的组合进行标　识．私有域上的每个主机可以通过被称作ＩＰＮＬ地　址的（ｆｒｏｎｔｄｏｏｒ地址，域编号，主机地址）进行标识，　这里的“主机地址”是本地ＩＰ地址，不必全局唯一，　因而节省了大量的地址空间．ＩＰＮＬ地址不是主机　的长期标识符，它只作为主机的位置标识而可以经　常变化．ＩＰＮＬ使用ＦＱＤＮ（Ｆｕｌｌｙ　Ｑｕａｌｉｉｆｅｄ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｎａｍｅ）作为主机长期标识符．Ｎ１一ｒｏｕｔｅｒ既可以通过　ＦＱＤＮ也可以通过ＩＰＮＬ地址对分组进行路由．在　最初的分组交互中双方在分组头中使用ＦＱＤＮ标　识对方．此后，双方得知自己以及对方的ＩＰＮＬ地址　并使用该地址进行后续的通信．　传送层　Ｉ　儿层　网络层　链路层　图２　ＩＰＮＬ拓扑　４．１．２主机移动性问题及解决方案一一地址与标　识分开　在当前的互联网中，主机通过ＩＰ地址进行标　识，而ＩＰ地址依赖于该主机的拓扑位置．因此，ＩＰ　地址在语义上被进行了重载——一个ＩＰ地址描述　了连接到网络的一个网络接口的拓扑位置，同时该　ＩＰ地址也用来标识该接口所属的主机．简而言之，　ＩＰ地址既标识了主机又标识了拓扑位置．当主机具　有移动性时，这种方式出现了内在矛盾．一方面，ＩＰ　维普资讯 http://www.cqvip.com

５期　林　闯等：下一代互联网体系结构研究　地址作为主机标识不应被改变；而另一方面，由于　ＩＰ地址描述拓扑位置，因而当主机在网络中的位置　出现改变时它必须随之改变．　上是指将人可识别的字符串映射为机器可识别的标　识．这种映射通常是静态的和一对一的．例如，当访　问一个远端互联网主机时，主机的域名必须首先被　移动ＩＰ（Ｍｏｂｉｌｅ　ＩＰ）对该问题的解决方案是为　每个节点提供一个对应固定的归属位置的“归属地　址”．当该节点在归属地时，归属地址同时为节点提　翻译成一个ＩＰ地址，然后再使用此ＩＰ地址向远端　主机请求服务．然而现在当用户使用域名访问资源　和服务提供商时，这些资源的域名不再只对应一个　单独的主机．一个命名的资源可以从许多被复制的　服务提供商或者从一组竞争的服务提供商中得到．　供标识和固定位置．当节点移动到其它位置时，节点　当前的位置信息以暂时地址（ｃａｒｅ—ｏｆ　ａｄｄｒｅｓｓ）的形　式提供以供路由使用．　另一种解决该问题的方法是将标识和位置功能　分离．其实，在４．１．１小节介绍的ＩＰＮＬ方案中就采　用了将节点标识和位置信息分开的思路，即用　ＦＱＤＮ作为主机的固定标识，而用ＩＰＮＬ地址作为　主机当前的位置信息．主机标识协议（Ｈｏｓｔ　Ｉｄｅｎｔｉｔｙ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ＨＩＰ）［８１０］是一种采用该思路的典型方案．　它不仅介绍了一种分离位置与主机标识信息的方　法，而且与ＩＰＮＬ不同的是，它为主机标识引入了一　个新的加密命名空间，而ＩＰ地址则继续用来作为位　置信息进行分组路由．　ＨＩＰ在网络层和传输层之间加入一个主机标　识层，如图３所示．它引入一个新的名字空问——主　机标识．主机标识本质上是一个公共一私有密钥对中　的公共密钥．公共密钥标识唯一私有密钥的拥有者．　拥有私有密钥的主机可以直接证明他拥有用于在网　络中标识它的公共密钥．这种分离也提供了一种安　全的处理移动性和多归属（ｍｕｌｔｉ—ｈｏｍｉｎｇ）的方式．　与ＩＰＮＬ相比，ＨＩＰ具有更高的安全性．　传送层　（ＨＩ，端口＞　主板标识层　主机标识　●　‘翻译　网络层　ＩＰ地址　●　翻译（ＡＲＰ）等　数据链路层　链路层地址，如　以太网ＭＡＣ　图３　ＨＩＰ体系结构　４．１．３　以资源为中心问题及解决方案　随着ｗｗＷ（Ｗｏｒｌｄ　Ｗｉｄｅ　Ｗｅｂ）的出现，互联网　的主要用途成为内容的发布，包括网页的发布以及　向用户应用发布声音和图像等．然而，互联网并不是　为可扩展的内容发布而设计的．为了增强内容传递　的可扩展性以支撑这些需求，越来越多的内容提供　给网站在世界各地进行复制．　主机移动性和内容复制改变了分布式业务的域　名解析模式．计算机系统中的域名解析在传统意义　另外，移动性和不同的网络性能意味着客户可以通　过当前状况隐含对一个命名资源不同版本的要求．　例如，一个使用无线ＰＤＡ的客户可以与一个使用　Ｔ３链路工作站的客户使用相同域名的资源（如　ｃｎｎ．ｃｏｒｎ）．然而，这两个客户隐含着对同一命名资　源不同版本的要求．　综上所述，当前互联网的主要应用和业务感兴　趣的不是一个资源的地址，而是该资源本身．由于这　些资源可以被复制和移动，因而传统ＤＮＳ将资源域　名解析为地址的方法存在着弊端．为此，人们提出了　一系列新的体系结构解决该问题，如ＴＲＩＡＤ＿】　］，　Ａｃｔｉｖｅ　Ｎａｍｅ［１３］和ＩＮＳＥＨ　等．　ＴＲＩＡＤ主要解决内容路由（ｃｏｎｔｅｎｔ　ｒｏｕｔｉｎｇ）　问题，即如何为客户找到一个距离他最近的内容复　制站点．在基于ＤＮＳ的内容路由中，客户首先向　ＤＮＳ服务器发起请求从而得到一个与所需内容相　关的特殊域名服务器的地址．然后，客户再向该域名　服务器查询所需内容的最佳内容服务器的地址．最　后，客户向最佳内容服务器请求所需的内容．这个过　程的延时很大．　ＴＲＩＡＤ将域名解析与路由过程合为一体．它将　防火墙、网关路由器和ＢＧＰ级路由器升级为内容路　由器（ｃｏｎｔｅｎｔ　ｒｏｕｔｅｒ），使它们同时作为传统ＩＰ路由　器和域名服务器，不仅进行传统的ＩＰ路由，还进行　基于名称的路由（ｎａｍｅ—ｂａｓｅｄ　ｒｏｕｔｉｎｇ）．这些内容　路由器形成了一层重叠在网络层之上的内容层　（ｃｏｎｔｅｎｔ　Ｌａｙｅｒ），而大量的普通ＩＰ路由器并不知道　内容层的存在．　ＴＲＩＡＤ通过ＤＲＰ（Ｄｉｒｅｃｔｏｒｙ　Ｒｅｌａｙ　Ｐｒｏｔｏｃｏ１）　进行域名查找．客户首先将包含待查找内容ＵＲＬ　的请求发送给最近的内容路由器（与发送给预配置　的ＤＮＳ服务器类似）．内容路由器包含“域名到下一　跳”的映射表，从而将请求转发给下一跳内容路由　器．这样，就可以逐跳将查找请求向最佳的内容服务　器进行转发．当与最佳内容服务器相邻的内容路由　器接收到请求时，它产生一个包含最佳内容服务器　地址的回复，并将其沿着与请求相反的路径返回给　维普资讯 http://www.cqvip.com

７ＯＯ　计　算　机　学　报　客户．ＴＲＩＡＤ内容路由器中“域名到下一跳”映射表　是通过ＮＢＲＰ（Ｎａｍｅｄ—ｂａｓｅｄ　Ｒｏｕｔｉｎｇ　Ｐｒｏｔｏｃｏ１）路　由协议形成的．ＮＢＲＰ与ＢＧＰ类似，但它在内容路　由器之间发布的是名称前缀可达性信息．　与ＩＰＮＬ和ＨＩＰ不同，ＴＲＩＡＤ将内容与数据　而不是它们所在的主机作为命名的对象，并将其解　析为主机地址．从这种意义上来说，ＴＲＩＡＤ也支持　标识与地址的分离，从而能够支持移动业务．另外，　ＴＲＩＡＤ也是一种ＮＡＴ扩展的体系结构．　４．１．４间接定向问题及解决方案　当前的互联网是基于点对点通信的抽象模型建　立的．这个简化的抽象模型是当前互联网具有可扩　展性和有效性的一个重要原因．然而，随着互联网逐　渐演化为一个全球通信平台，对多种通信模型的需　求越来越大，如组播、任意播和端节点移动性等．然　而，尽管经过多年的研究，这些业务还未在互联网中　得到部署．其主要原因在于当前互联网体系结构所　假设的一个发送端和一个在固定地点的接收端的点　到点通信模型并不适合于这些业务．为此，目前的解　决方法通常采用一种简单有效的技术——间接定向　（Ｉｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）．　所谓间接定向，是指在源节点和目的节点之间　通过一个物理或逻辑的间接定向点对分组进行中　继，源节点与中继节点而不是目的节点进行直接通　信，从而利用间接定向点对目的节点的位置和数目　进行屏蔽．例如，移动ＩＰ利用归属代理屏蔽目的节　点的移动性，而ＩＰ组播利用逻辑间接定向点（地址）　隐藏目的节点的数目和位置．换言之，间接定向是指　由用户对网络中分组的路径进行控制．互联网在最　初的设计中并未考虑需要具备间接定向能力，但随　着互联网的发展，越来越多的应用需要间接定向功　能的支持，如移动ＩＰ、ＮＡＴ、代理、路由选择以及各　种重叠网络．　虽然利用间接定向可以实现上述业务，但在ＩＰ　层对间接定向进行有效的部署却非常困难．松散源　路由是解决间接定向问题的一种方法，但由于其难　以控制和管理，因而大多数ＩＳＰ都不采用该方法．为　此，一些文章提出了一系列新的体系结构以解决间　接定向问题，如ｉ３（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｉｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃ—　ｔｕｒｅ）［¨　和ＳｅｌＮｅｔＥ１６　１７３等．　Ｓｅｌｎｅｔ在数据链路层和网络层之间增加一个　虚拟链路层．它采用标记交换的方式在本层转发分　组．Ｓｅｌｎｅｔ包含两部分：ＸＲＰ（ｅＸｔｅｎｓｉｂｌｅ　Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　Ｐｒｏｔｏｃｏ１）和ＳＡＰＦ（Ｓｉｍｐｌｅ　Ａｃｔｉｖｅ　Ｐａｃｋｅｔ　Ｆｏｒｍａｔ）．　在Ｓｅｌｎｅｔ中，ＸＲＰ替代ＡＲＰ协议作为接人和配置　Ｓｅｌｎｅｔ资源的统一接口．ＳＡＰＦ是分组头的格式，　它包含数据链路层地址和选择器（ｓｅｌｅｃｔｏｒ）地址．　Ｓｅｌｎｅｔ中的选择器类似于路径或流ＩＤ，用来作为分　组转发的依据．Ｓｅｌｎｅｔ与前面提到所有的体系结构　最大的不同之处在于，它是在ＩＰ层之下而不是之上　增加一个新的协议层．　４．２网络安全　由于计算机网络具有开放性和互联性等特点，　致使网络容易受到黑客、病毒和恶意软件等不轨行　为的攻击，所以网络上的信息安全和保密是一个至　关重要的问题．互联网最初的体系结构是面向善意　和可信的网络环境而设计的，这种假设显然不适用　于当前连接全球数以百万计网民、计算机和企业的　复杂网络环境．目前互联网在安全问题上的研究困　境究其根源在于僵化和脆弱的体系结构．因此，对下　一代互联网体系结构的设计必须把网络安全与健壮　性作为重要的要求进行考虑．　下一代互联网安全体系结构的设计存在着巨大　的挑战．无论是在网络协议栈中增加一个“安全层”，　还是目前在各个协议层中分别设计各自独立的安全　机制的方式都存在问题．前者使得网络中只有某一　层具有安全机制，无法阻止攻击者对网络中其它层　的攻击；后者需要对当前存在的各个协议进行安全　性设计，使得协议复杂化以及多个协议的交互存在　不可预测性，而系统的复杂化又进一步增加了网络　的不安全因素．　保证网络安全的手段大体可以分为四种：防御、　检测恢复、可生存性以及威慑．目前广泛采用的网络　安全技术主要有加密和访问控制两种防御机制．加　密是指利用数学方法来重新组织数据，使得除合法　接收者之外的其他人恢复原始数据（明文）或读懂变　化后的数据（密文）都非常困难．访问控制用来防止　对资源的未授权使用，分为自主访问控制和强制访　问控制等．通过防御手段虽然能够阻止多数已知类　型的黑客攻击和病毒等，却无法完全消除网络中现　在和将来潜在的所有威胁，缺乏灵活性．　目前业界和学术界对下一代互联网的安全体系　结构没有统一意见，甚至对保证网络安全应采用的　主要手段也不确定．ＩＥＴＦ提出ＩＰｖ６中的安全体系　结构ＩＰＳｅｃｕｒｉｔｙ（ＩＰＳｅｃ）①，增强了ＩＰ层的安全性，　但却仍然无法确保整个网络的安全．目前对拒绝服　务（Ｄｅｎｉａｌ—ｏｆ—Ｓｅｒｖｉｃｅ，ＤｏＳ）Ｅ１８３攻击的防御是网络安　①Ｆｒｉｅｄ１．Ａｎ　ｌｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ　Ｇｕｉｄｅ　ｔｏ　ＩＰｓｅｃ．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｕｎｉｘｗｉｚ．　ｎｅｔ／ｔｅｃｈｔｉｐｓ／ｉｇｕｉｄｅ—ｉｐｓｅｃ．ｈｔｍｌ　维普资讯 http://www.cqvip.com

５期　林　闯等：下一代互联网体系结构研究　７０１　全体系结构研究的一个热点，这些研究大多提出在　网络中的某些关键点上增加对数据包的控制能力．　然而，虽然防御ＤｏＳ攻击是目前互联网面临的一个　重要挑战，却不是互联网安全问题的全部．我们认　间，黑客通过发送大量的貌似正确的随意填充的加　密数据包给目的主机，目的主机花费大量的ＣＰＵ　时间来进行解密运算而不能响应其它请求，从而造　成拒绝服务攻击；　为，对互联网安全体系结构的研究应该跳出传统的　研究思路，借鉴系统可信性的概念，将传统孤立的研　究内容融合到网络可信这一目标下，构建可信网络　体系结构，面向用户提供系统的安全服务　（３）黑客窃取了通信双方协商的密钥，冒充合　法用户向目标主机发动攻击，这种攻击将具有极大　的隐蔽性，也是致命的．　４．２．２　防御ＤｏＳ攻击的互联网安全体系结构　．下面　将分别对这三类安全体系结构进行介绍．　４．２．１　ＩＰｖ６安全体系结构——ＩＰｓｅｃ　ＩＰ协议在设计之初没有充分考虑其安全性．　ＩＥＴＦ在ＩＰｖ６中提出了全新的网络安全体系结构　ＩＰＳｅｃ．ＩＰＳｅｃ定义了在ＩＰ层使用的安全性服务，其　功能包括对网络单元的访问控制、数据源身份验证、　提供无连接完整性服务、重放数据报的监测和拒绝、　使用加密来提供保密性．ＩＰＳｅｃ能够为上层的数据　提供透明保护，解决了ＴＣＰ／ＩＰ协议的各种安全漏　洞，对ＩＰｖ４和ＩＰｖ６都可用．目前ＩＰＳｅｃ在网络安全　领域得到了广泛应用，尤其被广泛用于构建ＶＰＮ．　ＩＰＳｅｃ体系结构采用模块化设计，主要由三个　协议：ＡＨ（验证头）、ＥＳＰ（封装安全载荷）和ＩＫＥ　（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ密钥交换）来提供认证、数据完整、机密性　三种保护形式，如图４所示．　图４　ＩＰＳｅｃ体系结构　ＩＰＳｅｃ从协议上保证了数据传输的安全性．它　提供网络层端到端的安全服务，通信双方为实现通　信保护必须维护所需的安全策略和安全联盟，任何　第三方如果没有关于此次通信的安全参数，不可能　伪造、偷窥通信数据．尽管ＩＰＳｅｃ具有这样的优点，　但并不是说它可以确保整个系统的安全了．ＩＰＳｅｃ　只能保证网络层的安全，而安全包括各个层次和多　方面的问题，网络系统还可能遭到以下方面的攻击：　（１）来自网络层以上应用层发起的攻击，如利　用系统缓冲区溢出或木马的方法；　（２）由于加密解密都需要花费大量的ＣＰＵ时　目前网络上存在的攻击类型根据产生的后果大　体可以分为两类：破坏和窃取型攻击以及资源消耗　型攻击．前者指攻击者非法入侵受害者（主机或路由　器）系统，直接对受害者的软硬件进行破坏使其不能　正常工作，或者修改和盗取受害者的重要信息（帐号　或密码等）．后者是指攻击者不直接对受害者进行破　坏，却通过大量消耗受害者的资源使其无法正常工　作．一种常见的资源消耗型攻击是拒绝服务（ＤｏＳ）　攻击．ＤｏＳ攻击的目标包括客户、服务器、防火墙、路　由器和通信链路等；它消耗的资源包括处理能力、内　存、带宽等．除了以上两种攻击类型外，还有一种攻　击方式将两者结合在一起，即首先通过非法入侵大　量其它主机以达到对这些主机进行控制的目的，再　利用这些受控主机组成“僵尸网络”对受害者进行资　源消耗型攻击．这种攻击被称为分布式拒绝服务　（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｄｅｎｉａｌ—ｏｆ－Ｓｅｒｖｉｃｅ，ＤＤｏＳ）攻击．　目前没有十分有效的安全技术以应对资源消耗　型攻击，即ＤｏＳ和ＤＤｏＳ等．这在很大程度上是由　于互联网体系结构内在的开放性和普遍连通性造成　的．因此，在不对互联网体系结构进行重大改变的情　况下，对ＤｏＳ攻击进行彻底防御是非常困难的＿２　．　目前，已经提出一系列解决方案，对互联网体系结构　进行不同程度的改变，从而在不同程度上减轻ＤｏＳ　攻击带来的危害．　（１）基于业务过滤的防御方案　前面提到的访问控制是目前互联网中一种主要　的安全技术，可以用来应对破坏和窃取型攻击．但将　访问控制技术用于对ＤｏＳ攻击的防御中却存在着　问题．在应对破坏和窃取型攻击时，访问控制技术一　般在目的端进行业务过滤，但这种方式却不适于　ＤｏＳ，原因主要有以下３点：①对于那些消耗带宽资　源的ＤｏＳ攻击来说，在目的端进行业务过滤无法解　决问题；②由于攻击源可以伪造攻击业务的源地　址，因而受害者无法确定攻击源从而建立有效的过　滤规则；③ＤＤｏＳ攻击可能包含几百万攻击源，而路　由器受到造价和体积的约束，每个网络接口最多有　几万个过滤器，因而无法对所有的攻击源进行过滤．　维普资讯 http://www.cqvip.com

７０２　计　算　机　学　报　基于以上三点原因，应对ＤｏＳ攻击最好的方法是在　离攻击源最近的路由器设置过滤器，从而可以利用　足够多的过滤器阻止攻击业务．然而，由于攻击者可　能伪造源地址，以及在当前互联网中不存在确定离　攻击源最近路由器的机制，因而受害者无法确定过　滤器的最佳设置位置．针对这一问题，文献［２１］提出　一种主动互联网业务过滤（ＡＩＴＦ）机制，通过使用一　种变化的ＩＰ路由记录（Ｒｏｕｔｅ　Ｒｅｃｏｒｄ，ＲＲ）机制确　定每条攻击路径上的最后一个可信点，并在此点设　置过滤器阻止攻击业务．文献［２２］则提出一种为服　务器子网设置保护边界的思路，在服务器子网边界　设置控制点对去往服务器的数据进行１Ｐ封装并发　往一个解封点．当一个服务器受到攻击时，解封点可　以在攻击业务进行封装的封装点设置过滤器．　（２）基于资源共享的防御方案　与业务过滤的思路不同，资源共享方案不试图　区分合法和攻击业务，而是通过为所有用户更优化　地分配资源以减轻ＤｏＳ攻击的影响．例如，通过公　平队列等可以减轻对带宽进行消耗的攻击，而通过　操作系统的ＣＰＵ调度和内存分配可以保护主机的　资源．　ＤｏＳ攻击与｛ｌａｓｈ　ｃｒｏｗｄｓ类似，拥塞不是由单　个网络流或业务的普遍增长造成的，而是由一组广　泛分布在很多流中的分组，或者说聚合造成的．因　而，传统的基于单个流的拥塞控制机制不适用于　ＤｏＳ攻击．文献［２３］提出一种基于聚合的拥塞控制　（ＡＣＣ）机制对以聚合为颗粒度的业务进行流量控　制。ＡＣＣ机制介于传统单个流拥塞控制和主动队列　管理之间，进行聚合的检测和控制．　（３）基于网络能力的防御方案　基于能力的通信分两步进行：能力建立和数据　传输　．这两步都涉及到发送端、接收端以及两者　之间路径上的一组认证节点．能力建立阶段与ＴＣＰ　连接建立类似：①发送端向接收端发送一个能力请　求；②路径上每个认证节点为该请求分组打上一个　特定标记并将其转发，所有标记一起构成“能力”；　③接收端将能力返回给发送端．在数据传输节点，　发送端在给接收端的所有数据包中包含能力．每个　认证节点对能力中自己创建的标记进行认证，如果　正确则将该数据包转发．　与传统数据过滤不同的是，能力由于使用智能　标记技术从而无须在网络中加入每个连接的状态．　即认证节点无须知道一个分组的发送端和接收端　就可以对其能力进行认证．文献［２５］提出的ＴＶＡ　（Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）就是一种基于网　络能力的互联网体系结构．　４．２．３可信网络体系结构　通过上面对互联网安全体系结构的讨论可以看　出，互联网在设计之初对安全问题考虑不足，是产生　当前网络众多脆弱性的一个重要因素．一段时间以　来网络体系结构的研究过度集中于如何提高数据传　输的效率，形成了如今一个核心简单、边缘复杂的互　联网体系模型．这种核心网络的简单性方便了新业　务的部署，但同时造成核心网络对业务过于透明，基　本不存在特定于应用的运行模式，导致难以检测到　应用业务层面出现的问题，更难将攻击行为和新业　务区分开来　．　此外，网络安全已经超出传统信息安全的可用　性、完整性和私密性的内涵，服务的安全作为一个整　体属性为用户所感知的趋势日益凸现．然而目前的　许多网络安全设计很少触及体系结构的核心内容，　大多是单一的防御、单一的信息安全和打补丁附加　的机制，遵从“堵漏洞、作高墙、防外攻”的建设样式，　以共享信息资源为中心在外围对非法用户和越权访　问进行封堵，以达到防止外部攻击的目的．在攻击方　式出现复合交织的趋势下，当前的安全系统将变得　越来越臃肿，严重地降低了网络性能，甚至破坏了系　统设计开放性、简单性的原则．并且，安全系统自身　在设计、实施和管理各个环节上也不可避免地存在　着脆弱性，严重影响了其功效的发挥．因此基于这些　附加的、被动防御的安全机制上的网络安全是不可　信的．另一方面，网络安全研究的理念已经从被动防　御转向了积极防御，需要从访问源端就开始进行安全　分析，尽可能地将不信任的访问操作控制在源端　．　通过上面的分析，我们提出通过可信网络的研　究重新审视互联网的体系结构设计，减少系统脆弱　性并提供系统的安全服务．我们认为未来的网络安　全供给模式应该是提供系统的安全服务，一方面安　全应成为嵌入到网络内部的一种服务，同时要从体　系结构的设计上保障网络服务的安全持续．这也是　我们研究可信网络的重要目标．　尽管人们提出可信系统的概念已经有一段历　史，增强计算机终端可信性的可信计算也是近年来　的一个研究热点，但是国际上对可信网络的探索刚　刚开始，基本概念和科学问题的认识还不深入．目前　国际上对可信性比较有代表性的阐述主要有：ＩＳＯ／　ＩＥＣ１５４０８标准中指出，一个可信的组件、操作或过　①　Ｃｌａｒｋ　Ｄａｖｉｄ．Ａ　ｎｅｗ　ｖｉｓｉｏｎ　ｆｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ．　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｓｉ．ｅｄｕ／ｋｎｏｗ—ｐｌａｎｅ／ＤＯＣＳ／ＤＤＣ＿ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ—　Ｐｌａｎｅ—．３．ｐｄ｛　维普资讯 http://www.cqvip.com

５期　林　闯等：下一代互联网体系结构研究　７０３　程的行为在任意操作条件下是可预测的，并能很好　将在网络可信的目标下融合这三个基本属性，围绕　地抵抗应用程序软件、病毒以及一定物理干扰所造　网络组件间信任的维护和行为控制形成一个有机　成的破坏；微软公司的比尔盖茨认为可信计算是一　整体．　种可以随时获得的可靠安全的计算，并包括人类信　如图５所示，信任信息的维护过程可以分为信　任计算机的程度，就像使用电力系统、电话那样自　任信息输入、信任信息处理和信任等级或策略输出　由、安全①；Ａｌｇｒｉｄａｓ和Ｌａｐｒｉｅ等人则将可信性表述　三个部分．信任信息采集提供具体的输入方式，主要　为系统提供的服务可以被论证为可信任的，系统能　包括：集中式安全检测，即通过在网络中设置专门的　够避免出现不能接受的频繁或严重的服务失效　．　服务器，对某个范围内的网络节点进行脆弱性检测　我们认为一个可信的网络应该是网络系统的行　等信任信息的采集，其特点是网络结构简单，但是可　为及其结果是可以预期的，能够做到行为状态可监　扩展性较分布式节点自检方式差些；分布式节点自　测、行为结果可评估、异常行为可控制．具体而言，网　检，即将部分监测功能交由网络节点中的代理完成，　络的可信性应该包括一组属性，从用户的角度需要　网络只负责接收检测结果，其特点是工作效率高，但　保障服务的安全性和可生存性，从设计的角度则需　是控制机制较为复杂；第三方通告，即由于不能直　要提供网络的可控性．不同于安全性、可生存性和可　接对被测节点进行检测等原因，而间接地获得有　控性在传统意义上分散、孤立的概念内涵，可信网络　关信息．　圈　图５　可信网络的信任维护与行为控制　信任信息经过存储、传播和分析后，通过信任等　击和破坏行为客观存在的状况下，提供资源调度等　级和策略输出用于驱动和协调需要采取的行为控　提高服务生存性的行为控制，提高包括安全服务在　制．典型的行为控制方式有：访问控制，即开放或禁　内等关键服务的持续能力；通过可控性设计，完成对　止网络节点对被防护网络资源的全部或部分访问权　网络节点的监测以及信任信息的采集，根据信任分　限，从而能够对抗那些具有传播性的网络攻击；攻击　析决策的结果实施具体的访问接纳和攻击预警等行　预警，即向被监控对象通知其潜在的易于被攻击和　为控制手段，从而建立起内在关联的异常行为控制　破坏的脆弱性，并在网络上发布可信性评估结果，报　体系，结束当前安全系统分散孤立的局面，全面提升　告正在遭受破坏的节点或服务；生存行为，即在网络　对恶意攻击和非恶意破坏行为的对抗能力．当然，还　设施上调度服务资源，根据系统工作状态进行服务　需要建立网络与用户行为的可信模型，为信任信息　能力的自适应调整以及故障的恢复等；免疫隔离，即　的分析决策、行为控制方式的选择及实施效果的评　根据被保护对象可信性的分析结果，提供到网络不　估提供判据．　同级别的接纳服务．不同于访问控制主要针对的是　可信网络体系结构研究必须充分认识到网络的　防护区域外具有攻击和破坏性的节点及行为，免疫　复杂异构性，从系统的角度保障安全服务的一致性．　隔离更多地是在攻击和破坏行为出现前主动对防护　现实的互联网涵盖了不同类型的传输技术，如有线　区域内的设施进行处理．　和无线，存在着不同属性的业务，如数据、图像、语音　可信网络三个基本属性的紧密联系体现在：通　和视频．这些差异可能会形成对网络可信性威胁因　过可信网络安全体系结构设计，改变传统打补丁、附　素的不同关注，然而来自用户的安全服务要求却是　加的安全供给模式，降低整个信任信息维护链体系　明确的，并不会因某个业务需要跨越几个无线和有　结构设计上的脆弱性，支持多样的信任信息采集方　线的传输路径而改变，当然也不会关心提供安全服　式，保障信任信息的可靠有效传播，并能有效协同各　务的具体技术细节．作为网络研究最有价值的经验，　种行为控制方式，使其能在可信的目标下得到融合；　①　Ｂｉｌｌ　Ｇａｔｅｓ．Ｔｒｕｓｔｗｏｒｔｈｙ　ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｗｉｒｅｄ　通过可生存性设计，在系统脆弱性不可避免以及攻　ｃｏｒｎ／ｎｅｗｓ／ｂｕｓｉｎｅｓｓ／Ｏ，１３６７，４９８２６，Ｏ０．ｈｔｍｌ　维普资讯 http://www.cqvip.com

７０４　计　算　机　学　报　开放系统互联应该是可信网络体系结构研究需要遵　从的一个原则．　图６给出了可信网络的一种可能的体系结构模　型．数据传输平面负责承载业务，并保障协议的可信　性．可信控制平面则包括一组可信协议，提供完备一　致的控制信令，实现对用户和网络运行信息的分布　式采集、传播和处理，支持信任信息在可信用户间的　共享，并驱动和协调具体的行为控制方式．数据平面　接受可信控制平面的监管，可信控制平面则向数据　平面开放某些访问接口，从而使得业务能够获知网　络运行是否可信，网络也可以根据用户要求为业务　定制某种模式的运行方式，授予更高的信任级别，体　现更高的可信保障水平．　可信控制平面的水平分层　囤　图６可信网络的一种体系结构模型　４．３网络服务质量　随着高速网络技术和多媒体技术的飞速发展，　人们越来越多地提出了包括多媒体通信在内的综合　服务要求．传统的分组交换网络，如Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，是面　向非实时的数据通信（如ＦＴＰ和Ｅ—ｍａｉｌ的传输）而　设计的，采用的ＴＣＰ／ＩＰ协议主要是为了优化整个　网络的数据吞吐量并保证数据通信的可靠性．而当　今分布式多媒体应用（如视频会议、视频点播、ＩＰ可　视电话、远程教育）不仅包括文本数据信息，还包括　语音、图形、图像、视频、动画这些类型的多媒体信　息．分布式多媒体应用不仅对网络有很高的带宽要　求，而且要求信息传输的低延迟和低抖动等，同时，　这些应用大都能容忍一定程度的信息丢失和错误．　由此可见，当今高速网络中的多媒体应用对网络提　出了不同于数据应用的服务质量要求，需要提供端　到端的服务质量控制和保证．　所谓服务质量，是指网络传输数据流时要求满　足的一系列服务请求，具体可以量化为带宽、延迟、　延迟抖动、丢失率、吞吐量等性能指标．对计算机网　络ＱｏＳ的研究可以追溯到２０世纪８０年代初期．那　时，尽管网络的性能还比较低，提供的服务种类也比　较少，但一些有远见的研究者已经认识到服务质量　的重要性．Ｓｅｉｔｚ和Ｗｏｒｔｅｎｄｙｋｅ等人在研究ＡＲＰＡ—　ＮＥＴ中的Ｘ．２５通信时已提出基于用户的性能评价　问题，这也许是关于ＱｏＳ研究的最早文献．在早期　的ＯＳＩ协议制定中，也为服务质量的一些参数留有　相应的表示手段，但一直空缺未用．很长的一段时　间，由于计算机网络的性能所限，人们对ＱｏＳ的关　注只停留在数据流传输中的正确率、吞吐量和延迟　等单一服务质量的评价与控制上．直到２０世纪８０　年代末期，随着Ｂ—ＩＳＤＮ以及ＡＴＭ交换网的出现　和分布式多媒体应用的急剧增加，人们才开始系统　地对ＱｏＳ管理和控制进行较为深入的研究．　随着Ｉｎｔｅｒｎｅｔ商业化的巨大成功，网上传输的多　媒体信息迅速增多，网络拥塞现象日益严重，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　的ＱｏＳ问题研究也随之开始深入．ＩＥＴＦ于１９９７年　９月开始制定了有关ＱｏＳ定义与服务的一系列ＲＦＣ　标准，典型的工作是提出了两种不同的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ＱｏＳ体系结构：ＩｎｔＳｅｒｖ和ＤｉｆｆＳｅｒｖ．然而，这两种　ＱｏＳ体系结构都没有在实际系统中成功应用．具有　面向连接特性的ＩｎｔＳｅｒｖ虽然能够很好地提供ＱｏＳ　保障，但复杂的管理开销严重影响了它的可扩展性，　使其无法在大规模的网络中部署实施．另一方面，　ＤｉｆｆＳｅｒｖ建立在遵守“边缘论”原则和面向无连接的　网络体系结构之上，由于缺乏有效的管理控制手段　而无法提供有力的ＱｏＳ保障．因此，如何建立可扩　展的端到端ＱｏＳ保障模式，从而达到既能提供类似　ＩｎｔＳｅｒｖ的强有力的服务，又可继承ＤｉｆｆＳｅｒｖ具有较　小管理开销和扩展性强的优势，是一个非常重要的　问题．我们认为，实现在面向非连接的网络中提供面　向连接的特性以及数据传输与服务管理相互独立的　功能平面设计是解决这一问题的有效途径．　４．３．１　ＩＰ　ＱｏＳ与过量配置（ｏｖｅｒｐｒｏｖｉｓｉｏｎ）　ＩｎｔＳｅｒｖ与ＤｉｆｆＳｅｒｖ作为ＩＰ网络的两种ＱｏＳ　标准目前并没有成功商用．这除了两者自身存在的　局限性之外，一个重要的原因在于目前核心网由于　高速传输和交换技术的发展而产生“带宽过剩”的　现状．在这种情况下，许多骨干网运营商都通过为　“尽力而为”的互联网配置大量过剩容量以保证用户　的ＱｏＳ，而不愿对已经大量部署的路由器等设备进　行升级从而采用复杂的ＱｏＳ控制机制　．据统计，　目前大部分骨干网的负载大约只占总容量的５　～　１５　，而核心互联网运营商通常提前配置容量以满　足３～６个月后增长的用户需求．　这种过量配置的方式虽然能够暂时满足目前部　分用户的ＱｏＳ需求，然而从历史发展的角度看，却　存在着潜在的威胁．在网络的发展历史上，由于新接　入网和新核心网技术的交错出现，核心网的容量周　期性地被人们认为从“带宽无穷大”到“几乎拥塞崩　溃”＿３　，如图７所示．ＱｏＳ控制机制似乎只有当接入　网容量与核心网容量的比值较高时才具有研究价　维普资讯 http://www.cqvip.com

５期　林　闯等：下一代互联网体系结构研究　７０５　值．然而，ＱｏＳ控制机制必须作为网络体系结构的　一中加入ＱｏＳ机制只能达到事倍功半的效果．因此，　下一代互联网体系结构的设计应该充分考虑如何为　用户有效地提供服务质量保证．　个有机组成部分才能最有效地实现目标．如果只　有当面临迫切需求时才向一个已经大量部署的网络　遥　血８　窿　Ｈ＜　鲻　窿　时间（２００３）　图７核心网与接入网容量的比值　４．３．２基于ＩＰ的核心网：新型ＩＰ　ＱｏＳ体系结构　由于ＩｎｔＳｅｒｖ与ＤｉｆｆＳｅｒｖ并没有成功商用，因　而人们又开始对两者的局限性进行分析，并在此基　础之上提出一些新的ＩＰ　ＱｏＳ体系结构．　（１）ＤｉｆｆＳｅｒｖ与ＩｎｔＳｅｒｖ相结合的ＱｏＳ体系结构　ＩｎｔＳｅｒｖ和ＤｉｆｆＳｅｒｖ各有自己的长处和局限，但　都不能彻底实现整个网络的端到端ＱｏＳ．为此，人　们考虑将ＩｎｔＳｅｒｖ和ＤｉｆｆＳｅｒｖ看作互相补充的技　术，将其结合，互相协同，共同实现端到端的ＱｏＳ提　供机制．最终达到既能提供类似状态相关网络的强　有力的服务，又能实现与状态无关网络近似的可扩　展性和鲁棒性．　太大的吸引力．　（２）基于重叠网络的ＱｏＳ体系结构　鉴于ＩｎｔＳｅｒｖ与ＤｉｆｆＳｅｒｖ没有成功商用的主要　原因之一在于需要对大量已经部署的ＩＰ路由器进　行修改，人们提出通过在网络层之上构建重叠网络　增强整个网络的ＱｏＳ能力，一个典型的例子是　ＯｖｅｒＱｏＳ体系结构口　．在一个ＯｖｅｒＱｏＳ网络中，每　个路由域中都部署若干个重叠节点，每个重叠节点　之间通过ＩＰ路径互相连通，这些ＩＰ路径称为重叠　链路或虚链路．ＯｖｅｒＱｏＳ假设每个路由域的重叠节　点部署方式以及源到目的重叠节点之间的重叠路径　已经确定，则每个重叠节点可以通过一系列ＱｏＳ控　制机制在“尽力而为”的网络层之上为每条重叠链路　提供一定的丢失率和带宽保证．　ＩｎｔＳｅｒｖ体系结构提供了一种在异类网络元素　之上为应用提供端到端ＱｏＳ的方法．一般来讲，网　络元素可以是单独的节点（如路由器）或链路，更复　杂的实体（如ＡＴＭ云或８０２．３网络）也可以从功能　上视为网络元素．在这种意义下，ＤｉｆｆＳｅｒｖ网络也　基于重叠网络的ＱｏＳ体系结构虽然能够在一　定程度上增加网络ＱｏＳ能力，却很难彻底使网络为　用户提供严格的ＱｏＳ保障．这种方式相当于在已有　网络上增加一个控制系统，同时也增加了系统开销　和不稳定因素．　可以视为更大的ＩｎｔＳｅｒｖ网络中的一种网络元素．　文献［－３１］描述了一种在ＤｉｆｆＳｅｒｖ网络之上实施Ｉｎｔ—　Ｓｅｒｖ的框架，给出了在ＩｎｔＳｅｒｖ体系结构下ＤｉｆｆＳｅｒｖ　网络支持端到端ＱｏＳ的方法．　４．３．３无线接入网：跨层的体系结构　随着无线通信与网络快速占据通信网络领域研　发活动的重要位置，作为网络设计最基本原则之一　的分层协议体系结构开始受到质疑．分层体系结构　在该框架中，端到端的、定量的ＱｏＳ是通过在　含有一个或多个ＤｉｆｆＳｅｒｖ区的端到端网络中应用　ＩｎｔＳｅｒｖ模型来提供的．为了优化资源的分配和支持　接纳控制，ＤｉｆｆＳｅｒｖ区可以（但并不绝对要求）参加　将整个网络功能分为若干层，每一层通过特定协议　实现本层的功能并为上一层提供服务．不相邻的层　次之间禁止直接通信，且相邻层次之间的通信只能　通过有限的程序调用和响应而实现，如ＯＳＩ七层模　型和ＴＣＰ／ＩＰ五层模型等．许多研究者认为，无线网　络不适于采用有线网络中的层次结构，而需要跨层　端到端的ＲＳＶＰ信令过程．从ＩｎｔＳｅｒｖ的角度来看，　网络中的ＤｉｆｆＳｅｒｖ区被视为连接ＩｎｔＳｅｒｖ路由器和　主机的虚链路．该框架的目标是实现ＩｎｔＳｅｒｖ区与　ＤｉｆｆＳｅｒｖ区无缝的相互操作，网络管理员可以自由　选择网络中哪个区作为ＤｉｆｆＳｅｒｖ区．这种ＤｉｆｆＳｅｒｖ　与ＩｎｔＳｅｒｖ相结合的ＱｏＳ体系结构虽然在一定程度　上改进了两者各自的缺点，但仍没有对运营商产生　的体系结构设计．这主要是由于三方面的原因造成　的．首先，无线链路对协议设计提出了若干新的问　题，在层次结构的框架下无法很好地解决．例如，　维普资讯 http://www.cqvip.com

７０６　计　算　机　学　报　ＴＣＰ协议发送者会误将无线链路由于信道质量劣　化造成分组丢失作为网络拥塞的标志．其次，在无线　网络中可以通过机会通信提高网络的性能，而严格　应用数据的处理方式，如图８（ｂ）所示．　③高层和低层之间双向信息流，以便于完成不　同功能的两个协议层可以在运行时进行合作，如　图８（ｃ）所示．　的分层设计使得无法充分发挥机会通信的价值．例　如，时变的无线链路质量使得基站可以通过机会调　（２）合并相邻的协议层，即共同设计两个或多　个相邻的协议层，以使新的“合并层”提供的服务为　其组成各层提供服务的合集，如图８（ｄ）所示．由于　度算法选择在某一时刻信道质量最佳的用户进行通　信，从而得到所谓的多用户分集增益，增大系统吞吐　量．最后，无线媒质提供了层次结构无法支持的丰富　通信形态．例如，无线网络物理层可以同时接收多个　分组，因此无线节点可以充分利用这种广播特性彼　“合并层”可以使用原体系结构中已有的接口与其它　层进行通信，因而这种跨层设计方式不需要创建新　的接口．　此协作以提高网络性能，而在协议设计中利用这种　“新”通信模式也需要违反层次结构的原则．　跨层设计的本质就是违背层次体系结构的原　则，对于目前无线网络的跨层设计来说主要体现为　以下几种形式［３引：　（３）不通过新接口直接耦合协议层，即在设计　时不通过创建新接口的方式耦合两个或更多的协议　层，以便于这些协议层可以在运行时共享信息，如　图８（ｅ）所示．这种跨层设计的后果是如果某一层发　生了变化，则相应的耦合层也可能需要进行修改．　（４）垂直调整，即通过多个协议层共同对某项　（１）在协议层之间创建新的接口，以便于网络　运行时不同协议层之间共享信息．此类跨层设计可　以根据新接口的信息流向分为３个子类型：　①信息流从低层到高层，以便于低层通知高层　参数进行调整，如图８（ｆ）所示．这是由于应用层的　性能参数是其下面各层参数的函数，因而由各层联　合对参数进行调整可以获得比各层独立设置参数更　好的性能．　其网络状态，如图８（ａ）所示．　②信息流从高层到低层，以便于高层通知低层　向上的　信息流　（ａ）　向下的　信息流　（ｃ）　双向的　信息流　（ｄ）　合并相　不通过新接口直　邻层　接耦合协议层　（ｅ）　（ｆ）　垂直　调整　（ｇ）　图８跨层设计的形式　目前提出的跨层设计的实现方式大致可以分为　以下３类：　数据库之间交互的设计问题．　（３）全新的抽象模型，例如文献［３４］提出将协　议以堆（ｈｅａｐ）而不是堆栈（ｓｔａｃｋ）的方式进行组织．　这类实现方式可以实现协议组成模块之间更丰富的　（１）层问直接通信，即允许某一层的变量在运　行时对另一层可见，例如可以通过协议头或内部分　组的方式在层间传递信息，如图９（ａ）所示．在严格　的分层体系结构中，每一层的变量都由本层进行独　立管理而与其它层无关．这类实现方式比较适用于　交互，从而增强了网络设计和运行时的灵活性．但由　于其彻底改变了协议原来的组织方式，因而也意味　着全新的系统级实现．　虽然目前在无线网络中对跨层设计的研究如火　如茶，但跨层体系结构的实现还面临着一系列挑战．　与分层体系结构相比只需传递少量额外信息的跨层　设计，虽然在分层协议栈上打穿了若干小孔，但仍大　体保持了原有结构．　首先，虽然目前已经提出了大量的跨层设计方案，但　并不清楚哪些才是最重要的．例如，目前研究较多的　包括Ａｄ　Ｈｏｃ网络ＭＡＣ层和网络层的跨层设计；　传送层与底层的跨层设计；ＭＡＣ层与物理层的跨　层设计等．然而，很少有文献对各种跨层设计的实现　复杂度与性能改善进行定量的研究．其次，各种跨层　（２）层问共享数据库，即创建一个各层都可以　访问的数据库，如图９（ｂ）所示．在某种意义上，共享　数据库类似于一个新的协议层，向所有其它层提供　信息存取的服务．此类实现方式尤其适用于基于垂　直调整的跨层设计，其主要需要解决不同层与共享　维普资讯 http://www.cqvip.com

５期　林　闯等：下一代互联网体系结构研究　７０７　设计方案如何共存也是必须解决的一个问题，或者　说某一种跨层设计方案是否会使得体系结构变得僵　化而阻碍其进一步的发展．例如，一种ＭＡＣ层与物　理层的跨层设计方案是否可以与另一种ＭＡＣ与传　送层的跨层设计方案很好地共存？最后，分层体系结　构的优点之一在于其很好地规定了各层之间的边界　和接口．跨层设计以各种形式违背了层次结构，然而　必须找到一种方式定义这种新的体系结构．例如，必　须明确新体系结构模块之间的边界是如图９（ａ）和　（ｂ）一样在原有层次结构的基础上进行新的接口定　义，抑或是如图９（ｃ）一样寻找全新边界．这也需要　对跨层设计实现和性能之间的折中进行定量分析，　使得新的跨层体系结构既可以有效共享层间信息又　不需要以过大的开销和时延作为代价．　新接口　象　不同层之间直接通信　（ａ）　共享数据库　（ｂ）　创新抽象　（ｃ）　图９跨层设计的实现方式　４．４网络管理　思路是未来互联网体系结构发展的一个重要方向．　４．４．１　４Ｄ体系结构　下一代互联网应该是一个可管理的网络．所谓　“可管理的网络”，是指在网络环境受到内外干扰的　情况下，不但对网络状态而且对用户行为进行持续　当前的互联网非常脆弱和难于管理，一个重要　的原因在于其决策逻辑和分布式系统交织在一起，　导致控制和管理平面非常复杂．例如，如图１Ｏ所示，　的监测、分析和决策，进而对设备、协议和机制的控　制参数进行自适应优化配置，使得网络的数据传输、　资源分配和用户服务的过程及结果是可以预期的．　可管理的网络是一个应具有充分可管理性的网络，　网络的可管理性对于网络的其它本质属性，如安全　假设某公司有两个工作地点Ａ和Ｂ，每个工作地点　有若干台供销售人员使用的“前台”计算机（ＡＦ１—２　和ＢＦ１—２）以及一个包含若干台服务器（ＡＤ１—２，　ＢＤ１—２）的数据中心．最初两个工作地点通过前台路　由器Ｒ２和Ｒ４之间的一条链路相连．公司的安全策　略是每个前台计算机可以与另一地点的前台计算机　以及本地数据中心的服务器通信，但不能与另一地　性、鲁棒性、普适性等也具有重要的支撑作用．当前　ＩＰ网络的体系结构和管理协议不支持可管理性设　计，仅在现有网络的体系结构添加修改网络管理功　能无法实现可管理网络的目标．因此，对可管理的　ＩＰ网络的基础研究应该通过改进ＩＰ网络体系结构　点的服务器通信．这种安全策略在保险等行业非常　普遍，即使同一公司不同地点的销售人员彼此之间　也存在竞争．该安全策略通过在控制数据中心入口　的路由器上使用分组过滤器将违反规定的分组丢弃　来实现．网络管理员配置接口ｎ．１的分组过滤器使　中导致可管理性不足的设计原则，实现ＩＰ网络的充　分可管理性，从而促进ＩＰ网络管理；并进一步为解　决一系列现实的网络本质属性问题，如安全性、鲁棒　性、普适性，服务质量（ＱｏＳ）保障等提供支撑；以及　为网络的进一步发展提供自适应的能力．目前，国内　外相关的研究不多，下面主要介绍两种相关的新型　互联网体系结构：４Ｄ和Ａｍｂｉｅｎｔ网络．前者主要提　出将互联网的决策逻辑和分布式系统分离，加强集　中式的管理；后者则从移动网络流媒体发布的角度　其丢弃所有来自子网ＢＦ的分组；配置接口ｉ３．１的　分组过滤器使其丢弃所有来自子网ＡＦ的分组．然　而，如果由于某种原因需要在两个地点的数据中心　之间增加一条新的高速链路．此时，从ＡＦ到ＢＤ的　路由变为Ｒ２一Ｒ１一Ｒ３，因此原来的分组过滤器ｉ３．１　出发，强调在网络的某些节点中加入业务处理和安　全相关的功能，使得网络除了尽力而为传送数据之　外具有更多的业务支持能力．这种思路与４．２．２节　中介绍的防御ＤｏＳ攻击的安全体系结构思路具有　某些一致性，都提出在某种程度上打破传统互联网　“边缘论”的思想，加强网络的可控性．我们认为这种　维普资讯 http://www.cqvip.com

７０８　计　算　机　学　报　不再起作用，需要在接口ｉ３．２上增加一个分组过滤　器将来自子网ＡＦ的分组丢弃．然而，如果前台路由　器Ｒ２到Ｒ４之间的链路发生故障，则虽然在两者之　间还存在另一条路由Ｒ２一Ｒ１一Ｒ３一Ｒ４，但由于分组过　滤器的设置使得前台计算机之间仍无法通信．　出现上述问题的主要原因在于网络传递分组的　能力依靠路由协议和分组过滤器的合作．虽然路由　协议能够根据网络拓扑自动变化，但分组过滤器却　不具备自动配置的能力．随着网络规模的扩大，网管　系统的功能会越来越复杂．　针对这一问题，文献［３ｓ］提出一个全薪的４Ｄ　网络体系结构进行网络控制和管理．４Ｄ将互联网从　逻辑上分为４个平面：数据（ｄａｔａ）、发现（ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ）、　发布（ｄｉｓｓｅｍｉｎａｔｉｏｎ）和决策（ｄｅｃｉｓｉｏｎ）．一个自治域　的决策平面创建一个满足自治域级目标的网络配置．　决策平面具有全网的拓扑和业务信息，并直接控制　数据平面的操作．网络节点中实现的分布式协议不　再具备任何决策功能，如路由选择等．决策平面的输　出结果通过发布平面发送给路由器和交换机．这种　方法的优点在于简化了网络中的协议，同时又可以　使网络运行复杂的算法以驱动数据平面的操作．例　如，在上面的例子中，４Ｄ体系结构可以指定一个“可　达矩阵”，并通过决策平面根据当前网络状态自动的　建立转发表并配置分组过滤器．然而，４Ｄ体系结构　采用的集中式控制方式在实时性和可扩展性方面存　在固有的缺陷，而且很容易受到单点故障的影响．　４．４．２　Ａｍｂｉｅｎｔ网络体系结构　目前移动网络和业务已经逐渐由只支持语音　通信向支持基于ＩＰ的多业务通信发展，如彩信　（ＭＭＳ）、视频流、博客、音乐下载和移动电视等．这　些业务的开发和部署大多采用只由端节点（服务器　和客户）进行控制和管理的端到端模式，连接这些端　节点的网络只负责简单的传送功能，而不对业务产　生附加的价值或作用．这种端到端的原则延续了传　统互联网“边缘论”和面向非连接的设计思想，保障　了高效的互通和良好的可扩展性．然而，各种移动终　端的处理能力不尽相同，而且可以通过多种接入技　术访问核心互联网．当这些异构的终端设备试图同　时访问同一服务时，端到端的模式就显现出其固有　的局限性．在此情况下，服务器需要区别对待不同的　终端设备，因而只能依靠高性能服务器集群支持大　量用户，并且需要大量带宽同时传送不同的数据格　式给不同用户．　解决此问题的一种可行方案是使得网络自身对　流媒体发布作出贡献．例如，使通信路径上的节点具　有流媒体处理能力，包括转码和缓存功能等．当前的　移动核心网络也存在某些流媒体处理节点，如流媒　体网关或者ＭＭＳ中继服务器等．然而，这些节点是　为支持某种特定的服务而设计，无法处理其它类型　的业务，也无法被端节点所控制．　为了允许任意业务触发，配置和部署网络的处　理能力，就需要能够方便地将这些节点加入到已经　部署的网络中，并使得每种业务和每个用户可以动　态地触发网络处理能力．由欧盟部分出资支持的　Ａｍｂｉｅｎｔ网络项目对这些问题进行了研究，提出一　种新的网络控制体系结构，尤其适用于具有丰富特　性的移动互联网络　．　移动网络用户在不同接入网络之间移动时体验　不同的网络能力和连接质量．因此，一个重要的要求　是能够令业务动态适应当前网络和端节点的状态．　Ａｍｂｉｅｎｔ网络通过一个新型的重叠控制层来解决上　述问题，即通过Ａｍｂｉｅｎｔ控制空间（ＡＣＳ）注册和组　织网络中所有的控制功能．图１１所示为ＡＣＳ的逻　辑组织和主要特点．ＡＣＳ主要包括Ａｍｂｉｅｎｔ网络接　口（ＡＮＩ）、Ａｍｂｉｅｎｔ业务接口（ＡＳＩ）和Ａｍｂｉｅｎｔ资　源接口（ＡＲＩ）．　图１１控制空间和接口　ＡＮＩ用于不同网络的控制空间之间的通信．它　允许将控制空间的功能发布给其它网络以供他们使　用，并将一个ＡＣＳ的功能与另一个ＡＣＳ的功能相　连接．因此，它允许不同ＡＣＳ的动态合作，称作组合　（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）．简而言之，ＡＮＩ是不同Ａｍｂｉｅｎｔ网　络之间的接口．　ＡＳＩ将连接和控制功能以一种统一的方式提供　给上层的应用和业务使用．它允许端用户和应用向　ＡＣＳ发起请求以建立、维护和终止终端系统之间的　端到端连接和传送业务．ＡＳＩ也包含管理能力并提　供使应用能够得到网络上下文信息的方法．简而言　之，ＡＳＩ是业务提供者、业务接收者和Ａｍｂｉｅｎｔ网　络之间的接口．　最后，ＡＲＩ在ＡＣＳ和连接层之间，它向ＡＣＳ提　供控制机制以管理连接平面的资源．这些资源可以　维普资讯 http://www.cqvip.com

５期　林　闯等：下一代互联网体系结构研究　７０９　通过一个抽象层访问，使得ＡＣＳ功能与传送技术无　关．简而言之，ＡＲＩ是控制功能和底层传送网络（如　ＩＰ网络）之间的接口．　在传统的端到端流媒体发布概念中，不存在接　口使得业务提供者和用户可以向底层传送网络请求　特定的功能：网络只提供最简单的业务传送能力．　Ａｍｂｉｅｎｔ网络支持的业务模式则不同，如图ｌ２所　示，ＡＳＩ提供网络可能具有的流媒体发布能力以支　持尽力而为传送以外的其它业务．它是任何希望使　用Ａｍｂｉｅｎｔ网络能力的业务和应用的联系点．Ａｍ—　ｂｉｅｎｔ网络中提供流媒体处理能力的节点称为流媒　体端口（ＭｅｄｉａＰｏｒｔ）。流媒体端口可以包含多种功能　和能力，大体可以分为媒体处理能力、客户化能力、　安全相关能力或其它能够监视、处理或重路由属于　一个业务的数据分组的能力．ＡＳＩ允许业务询问网　络所能提供功能的信息，从而为一个传送载体选择　特定的支持资源，并最终在该载体上发送流媒体以　使用这些功能．ＡＳＩ允许用户应用或业务协商和控　制Ａｍｂｉｅｎｔ网络的传送业务．　媒　送　图１２　Ａｍｂｉｅｎｔ网络具有网络处理能力的媒体发布　下面的例子使用Ａｍｂｉｅｎｔ网络提供基于ＳＩＰ　的语音业务．假设移动用户使用其ＳＩＰ客户端建立　一个语音会话，并希望对这个会话进行录音，如图　１３所示．在连接建立时，一个端节点发起话音业务，　相关的具有ＡＳＩ的ＳＩＰ服务器或代理检测到对网　络录音能力的需求．它使用ＡＳＩ向底层网络请求并　协商一个包含录音节点的传送服务．当接收到这一　请求后，Ａｍｂｉｅｎｔ网络的控制空间通过查找流媒体　端口数据库或使用流媒体端口发现机制查找一个可　用的录音节点．如果存在此节点，则ＡＣＳ提供为此　业务建立一个适当的重叠网络．当控制空间与ＳＩＰ　服务器或代理之间就重叠网络的建立达成最终协议　时，重叠网络被实际建立，使得ＳＩＰ对等实体之间的　端到端路径上包含录音流媒体端口．作为重叠网络　一部分的录音节点通过ＡＲＩ接口进行配置．当重叠　网络成功建立后，语音业务开始使用传统的流协议，　录音流媒体端口则记录下业务流．在通话结束后，它　将记录的数据发送到端用户管理的存储空间，重叠　网络被拆除．　媒体端口　图１３　Ａｍｂｉｅｎｔ网络基于ＳＩＰ的部署示例　５总结与展望　通过对下一代互联网领域的调研可以发现一个　有趣的现象，目前对下一代互联网体系结构进行研　究最活跃的是一些美国的著名大学，如加利福尼亚　大学伯克利分校和普林斯顿大学等．这些大学正是　当初互联网萌芽的地方，而目前一些主要研究者则　是当年互联网的主要发起者．这些研究大多集中在　技术层面上，主要目的在于根据当前的网络环境，重　新思考当初互联网设计的一些基本原则．然而，目前　这些研究提出的体系结构往往只能解决当前互联网　存在的一个或几个问题，而且从实现层面上讲很多　都难以实现从现有互联网的平滑过渡．　然而，就像当年人们无法预想ＴＣＰ／ＩＰ技术可　以从一个实验室的“玩具”发展成为当今全球最重要　的商业网络之一，目前那些在实验室中孕育和发展　的网络雏形也许会在将来发展成为下一代互联网的　基础．相比之下，我国对下一代互联网体系结构的研　究还远远不够．ＩＰｖ６网络从提出到目前终于开始准　备进行大规模部署花费了１０～１５年的时间，而　ＩＰｖ６绝不是互联网发展的终点，对１０～１５年后互　联网体系结构的研究必须从现在开始．因此，本文希　望能够唤起我国科技工作者对下一代互联网体系结　构研究的足够重视，从各个层面充分审视现有体系　结构的缺陷，在理论研究上保持开放的头脑，突破传　统研究思路，并构建实验平台开展相关实验．我国信　息网络发展迅速，网络依赖性日益增强，下一代互联　网络体系结构的研究为我国取得此领域实质性突破　提供了一次重要机遇．　我们认为，下一代互联网体系结构从技术和实　现层面应该遵守若干原则．从技术层面来说，通过上　面的介绍可以看到，传统互联网设计所遵守的基本　原则很多已经无法适应当前的网络环境．下一代互　联网应该将主机的名称与主机的位置信息相分离，　维普资讯 http://www.cqvip.com

７１Ｏ　计　算　机　学　报　２００７钲　将主机上资源的名称与主机名称相分离；将网络安　全与服务质量作为与数据传送相并列的网络内在要　求进行考虑；在网络管理方面考虑集中与分布式控　制相结合的方式，增强网络的可控性．互联网络发展　至今，已成为一个庞大的非线性复杂系统，具体表现　为：系统的规模和用户数量巨大且仍在不断增长；异　构异质的网络融合发展；网络协议体系庞杂；在业务　性质上表现为多种业务的集成与综合，突发性日渐　明显，且不同业务要求不同的服务质量保证；网络节　点间、节点与数据分组间由于协议而产生的非线性　作用以及用户之问的合作与竞争，使网络行为呈现　出相当的复杂性并且难以预测．如何为用户提供满　意的安全性和服务质量，设计有效的机制与算法来　管理和控制这个已经具备相当规模，并不断发展的　大尺度复杂系统，在理论上和技术上仍是当前学术　界的一个难题．我们认为，下一代互联网应该在网络　的关键部分增加认证、授权等控制机制使网络更可　信；在网络中维护一定的状态信息，施加必要的控　制，使网络具有某种程度面向连接的特性；在不同层　次上可以对它进行监视和控制．而且，下一代互联网　应该包含多种类型的网络安全手段，除了传统“堵漏　洞、作高墙、防外攻”等被动防御手段外，还应该通过　类似“蜜罐”等的主动防御手段对攻击者进行深入的　了解和分析，从而尽可能地将不信任的访问操作控　制在源端，并找到攻击者从而产生威慑的作用；通过　可生存性设计，在系统脆弱性不可避免以及攻击和　破坏客观存在的现实状况下，提高包括安全服务在　内等关键服务的持续能力等．　从实现层面来说，当前互联网作为一个已经在　全球范围内商用的网络不可能在一朝一夕之间被替　换，因而任何新的互联网体系结构只能利用虚拟化　等技术逐渐对现有互联网进行改变．另外，只有市场　和商业利益才是互联网发生变革的根本推动力．这　就要求下一代互联网体系结构必须能够与当前互联　网进行互通，只有这样才能让部分ＩＳＰ首先采用下　一代互联网技术部署网络，并能够使新互联网用户　在访问所有互联网资源的同时感受到新技术带来的　优势，从而逐步推动新技术的扩展．　参　考　文　献　［１］Ｐｅｔｅｒｓｏｎ　Ｌ，Ｓｈｅｎｋｅｒ　Ｓ，Ｔｕｒｎｅｒ　Ｊ．Ｏｖｅｒｃｏｍｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｉｍｐａｓｓｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ，２００５，３８（４）：　３４－４１　Ｅ２］　Ｒｏｓｃｏｅ　Ｔ．Ｔｈｅ　ｅｎｄ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＩＧＣＯＭＭ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ　ｏｎ　Ｈｏｔ　Ｔｏｐｉｃｓ　ｉｎ　Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ．　Ｍａｒｙｌａｎｄ，ＵＳＡ，２００５　［３］　Ｐｅｔｅｒｓｏｎ　Ｌ，Ａｎｄｅｒｓｅｎ　Ｔ，Ｃｕｌｌｅｒ　Ｄ，Ｒｏｓｃｏｅ　Ｔ．Ａ　ｂｌｕｅｐｒｉｎｔ　ｆｏｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ　ｄｉｓｒｕｐｔｉｖｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ／／Ｐｒｏ—　ｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳＩＧＣＯＭＭ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ　ｏｎ　Ｈｏｔ　Ｔｏｐｉｃｓ　ｉｎ　Ｎｅｔ—　ｗｏｒｋｉｎｇ．Ｎｅｗ　Ｊｅｒｓｅｙ，ＵＳＡ，２００２　Ｅ４］　Ｂｒａｄｅｎ　Ｒ，Ｃｌａｒｋ　Ｄ，Ｓｈｅｎｋｅｒ　Ｓ．Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ：Ａｎ　ｏｖｅｒｖｉｅｗ．ＩＥＴＦ　ＲＦＣ　１６３３，Ｊｕｎｅ　１９９４　Ｅ５］　Ｃａｒｌｓｏｎ　Ｍ，Ｗｅｉｓｓ　Ｗ，Ｂｌａｋｅ　Ｓ　ｅｔ　ａ１．Ａｎ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｆｏｒ　ｄｉｆ—　ｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ．ＩＥＴＦ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ＲＦＣ　２４７５，Ｄｅｃ．，１９９８　［６］　Ｆｒａｎｃｉｓ　Ｐ，Ｇｕｍｍａｄｉ　Ｒ．ＩＰＮＬ：Ａ　ＮＡＴ—ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＡＣＭ　ＳＩＧＣ０ＭＭ．Ｓａｎ　Ｄｉｅ—　ｇｏ，ＣＡ，２００１：６９—８Ｏ　ＥＴ］　Ｔｕｒａｎｙｉ，Ｖａｌｋｏ．Ｃａｍｐｂｅｌｌ，Ｄｅｓｉｇｎ，Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＩＰｖ４＋４．ＡＣＭ　ＳＩＧＣＯＭＭ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｃｏｍｍｕ—　ｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｒｅｖｉｅｗ，２００３，３３（５）：４３—５４　Ｅ８］　Ｍｏｓｋｏｗｉｔｚ　Ｒ．Ｈｏｓｔ　ｉｄｅｎｔｉｔｙ　ｐｒｏｔｏｃｏ１．Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｄｒａｆｔ，ｄｒａｆｔ—　ｍｏｓｋｏｗｉｔｚ—ｈｉｐ一０９，２００４　Ｅ９］　Ｋｏｐｏｎｅｎ，Ｇｕｒｔｏｖ，Ｎｉｋａｎｄｅｒ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｍｏｂｉｌｉｔｙ　ｗｉｔｈ　ｈｏｓｔ　ｉｄｅｎｔｉｔｙ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　ａｂｓｔｒａｃｔ／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＮＤＳＳ　０５　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ．Ｓａｎ　Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ，ＵＳＡ，２００５　［１ｏ３　Ｎｉｋａｎｄｅｒ，Ｙｌｉｔａｌｏ，ＷａｌＪ－Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ，ｍｏｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄ　ｍｕｌｔｉ—ｈｏｍｉｎｇ　ｉｎ　ａ　ＨＩＰ　ｗａｙ／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｎｄ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｓｅｃｕｒｉｔｙ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ（ＮＤＳＳ　Ｏ３）．Ｓａｎ　Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ，２００３：８７—９９　［１１］　Ｃｈｅｒｉｔｏｎ　Ｄ　Ｒ，Ｇｒｉｔｔｅｒ　Ｍ．ＴＲＩＡＤ：Ａ　ｓｃａｌａｂｌｅ　ｄｅｐｌｏｙａｂｌｅ　ＮＡＴ－ｂａｓｅｄ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ．Ｓｔａｎｆｏｒｄ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｒｅｐｏｒｔ，２０００　［１２］　Ｇｆｉｔｔｅｒ　Ｍ．Ｃｈｅｒｉｔｏｎ　Ｄ　Ｒ．Ａｎ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｆｏｒ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｒｏｕｔｉｎｇ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＵＳＥＮＩＸ　Ｓｙｍｐｏ—　ｓｉｕｍ　ｏｎ　Ｉｎｔｅｍｅｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｓａｎ　Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ，　Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ．ＵＳＡ。２００１　［１３］　Ｖａｈｄａｔ，Ｄａｈｌｉｎ，Ａｎｄｅｒｓｏｎ，Ａｇｇａｒｗａ１．Ａｃｔｉｖｅ　ｎａｍｅｓ：Ｆｌｅｘｉ—　ｂｌｅ　ｌＯｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｏｆ　ｗｉｄｅ—ａｒｅａ　ｒｅｓ０ｕｒｃｅｓ／／Ｐｒｏｃｅｅｄ—　ｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＵＳＥＮＩＸ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｂｏｕｌｄｅｒ，Ｃｏｌｏｒａｄｏ，ＵＳＡ，１９９９　［１４］　Ａｄｊｉｅ－Ｗｉｎｏｔｏ，Ｓｃｈｗａｒｔｚ，Ｂａｌａｋｒｉｓｈｎａｎ，Ｌｉｌｌｅｙ．Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎ　ｉｎｔｅｎｔｉｏｎａｌ　ｎａｍｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｏｐｅｒａｔ—　ｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｒｅｖｉｅｗ，１９９９，３４（５）：１８６—２０１　［１５］　Ｓｔｏｉｅａ，Ａｄｋｉｎｓ，Ｚｈｕａｎｇ，Ｓｈｅｎｋｅｒ，Ｓｕｒａｎａ．Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｉｎｄｉｒｅｅ—　ｔｉｏｎ　ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＡＣＭ　ＳＩＧＣ０ＭＭ　Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ．ＰＡ。２００２：７３—８８　［１６］　Ｇｏｌｄ　Ｒ，Ｇｕｎｎｉｎｇｂｅｒｇ　Ｐ，Ｔｓｅｈｕｄｉｎ　Ｃ．Ａ　ｖｉｒｔｕａｌｉｚｅｄ　ｌｉｎｋ　ｌａｙ—　ｅｒ　ｗｉｔｈ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｆｏｒ　ｉｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎ／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＡＣＭ　ＳＩＧＣ０ＭＭ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ　ｏｎ　Ｆｕｔｕｒｅ　Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ　ｉｎ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ａｒ—　ｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（ＦＤＮＡ　Ｏ４）．Ｐｏｒｔｌａｎｄ。Ｏｒｅｇｏｎ，ＵＳＡ，２００４：　２８—３４　［１７］　Ｕｄｄｅｎｆｅｌｄｔ，Ｇｏｌｄ．Ａ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ａｄａｐｔａｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｕｓｉｎｇ　Ｓｅｌ—　Ｎｅｔ／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　２ｎｄ　Ｓｗｅｄｉｓｈ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ（ＳＮＣＮＷ　２００４）．Ｋａｒｌｓｔａｄ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉ—　ｔｙ，Ｓｗｅｄｅｎ，２００４　［１８］　ＩＡＢ，Ｈａｎｄｌｅｙ　Ｍ．ｅｄ．Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｄｅｎｉａｌ　ｏｆ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａ—　ｔｉｏｎｓ．ｄｒａｆｔ—ｉａｂ—ｄｏｓ—Ｏ０．ｔｘｔ，ｗｏｒｋ—ｉｎ－ｐｒｏｇｒｅｓｓ，ＩＥＴＦ，２００４　［１９］　Ｌｉｎ　Ｃｈｕａｎｇ，Ｐｅｎｇ　Ｘｕｅ—Ｈａｉ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｒｕｓｔｗｏｒｔｈｙ　ｎｅｔ—　ｗｏｒｋｓ．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ，２００５，２８（５）：７５１—　７５８（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　维普资讯 http://www.cqvip.com