新一代互联网体系结构的研究进展与分析

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题目：新一代互联网体系结构的研究进展与分析

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2011年12月11日

新一代互联网体系结构的研究进展与分析

摘要

日益增长的网络规模和用户需求给互联网带来了诸多挑战，新一代互联网体系结构已经成为了网络领域研究的热点。本文就新一代互联网研究背景，研究现状，待解决的问题进行总结，并对位置标志和身份标志分离的两类方案进行了探讨。

关键词：新一代互联网位置标志身份标志LISP

NEXT GENERATION INTERNET ARCHITECTURE

RESEARCH AND ANALYSIS

ABSTRACT

The Challenges have been brought because of the increasing network size and user needs. It has been becoming hot to research the architecture of the NGI. In this paper,the background, research status, problems to be solved of the NGI will be summarized, and then,two programs are discussed,which solved the separation of location mark and identity mark.

KEY WORDS: NGI location mark identity mark LISP

目录

1 引言 (5)

2 现状与问题 (6)

2.1 国内外研究现状 (6)

2.2 待解决的问题 (7)

3 位置标志和身份标志分离 (8)

3.1概述 (8)

3.2基于主机的路由体系结构 (8)

3.3 基于网络的路由体系结构 (9)

3.4 两种方案的比较与分析 (9)

4 结束语 (11)

参考文献 (12)

1 引言

互联网经过40 年的发展，已经取得了巨大的成功，目前已然成为人们生活的必需品，互联网初期的设计主要遵循了如下几条原则：用位置对节点进行标识；分层的协议栈；在网络层部署唯一的网络互联协议，即IP网络互联协议；基于数据报的无连接服务；端点智能、网络傻瓜化，即由端系统负责复杂的网络功能，连接端节点的网络只负责简单的传送功能。今天互联网的成功很大程度上源于这些基本的设计原则。

然而，互联网在这几十年中发生了巨大的变化，在安全性、移动性、可扩展性、可控可管性、服务质量等方面，互联网原始设计的缺陷逐渐暴露出来。尤其随着以“内容/信息共享”为主要特点的网络应用的快速发展，使得当前互联网正面临着前所未有的压力。具体来说主要有以下几点：IP地址匮乏[1]，难以更大规模扩展；网络服务质量(QoS)控制能力弱，不能保障高质量对不同业务的网络服务；缺乏安全保障机制，网络安全漏洞多；对于用户在移动互联网的要求，传统互联网由于其技术本质问题难以满足；另外，目前传统互联网的复杂程度也使网络控制和管理变得异常艰难。

世界各国研究机构早就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一代互联网体系结构，美国等发达国家先后开始了新一代互联网研究，比较著名的几个计划包括下一代互联网（NGI，next generation Internet）、下一代网（NGN，next generation network）、美国国家科学基金会设立的全球网络创新环境（GENI，global environment for network innovation）和未来互联网网络设计（FIND，future Internet design）、欧盟第七研发框架计划（FP7）等。我国在新一代网络体系结构方面刚起步，已经在“973”计划、“863”计划这些重大的国家科研计划中设立了若干个与未来网络相关的项目。

2 现状与问题

2.1 国内外研究现状

美国自然科学基金会NSF于2005 年启动了两项新一代互联网研究计划: 未来互联网设计FIND和全球网络创新环境GENI。[2]FIND 计划最大的特点在于从草图设计开始，探讨所需的网络结构及其设计，而不是增量式地逐步改进现有网络。FIND 在网络体系结构各个方面的研究和设计都尽量做到不受以往的研究思维的影响和束缚，即“革命式”、“从头再来”。GENI 计划的目的则是构建一个全新的、安全的、能够连接所有设备的互联网，以促进互联网的发展，并刺激创新，促进经济增长。其目标是发现和评估可以作为21 世纪互联网基础的新的革命性概念、示范和技术，建立一个用于研究未来互联网体系结构、服务和过渡的一个实验环境，提供更多数量和更好质量的研究平台，并能将研究成果迅速转化为实际的产品和服务，使这些产品和服务能够提高国家未来的经济竞争力和国家安全，并且能够让当前的网络较快过渡到新的网络体系结构。GENI 由两部分组成：研究计划（research program）和实验设施（experimental facility）。其中“研究计划”的重点是，研究创造新的核心功能，包括要超越现有的数据报、分组和电路交换框架，设计新的命名、寻址和身份识别体系结构，构建内置的网络安全机制和新的网络管理机制，使下一代互联网具有高度安全性和可管理性。“实验设施”的重点是，研究能够提供包括传感器和无线移动通信设备等在内的多种接入技术，并能够部署和验证新的体系结构（例如，新的无线技术和光技术、传感器网络、移动无线通信、RFID 等）。

2007年初，欧盟在其第七框架FP7中设立了“未来互联网研究和试验”（FIRE）项目[3]。FIRE是一项长期的试验驱动的原创性研究，涉及了未来互联网的概念、协议和体系结构、相关的科技、工业和社会经济学等方面。其主要研究内容包括：网络体系结构和协议的新方法；管理未来互联网日益增长的规模、复杂性、移动性、安全性和通透性；在物理和虚拟结构的大规模测试环境中验证上述属性。同为未来互联网研究计划，FIRE和GENI有着很多的相同之处，它们都关注如何搭建真实试验环境，从而为理论研究提供证据支持。FIRE希望通过螺旋式的部署方案，冲出地理上的限制，建立全球性的大规模试验环境。FIRE 同样采用虚拟化技术，该技术将独立存在的资源和设施联系起来，不仅使多个组织协同合作，还能降低能耗和成本。

我国在国家重点基础研究发展计划（“973”计划）中也明确提出了“新的网络体系基础研究”作为重点研究课题，设立了一系列与未来或新一代互联网有关的项目。2003年，清华大学、国防科技大学、北京邮电大学、东南大学和中科院网络信息中心5个单位共同承担了国家“973”计划项目“新一代互联网体系结构理论研究”。还有以张宏科教授为首席科学家的“一体化可信网络与普适服务体系基础研究”，以孟洛明教授为首席科学家的“可测可控可管的IP网的基础研究”，以吴建华教授为首席科学家的“新一代互联网体系结构和协议基础研究”等，钱华林研究员在其《层次交换网络体系结构》一书中也对未来互联网的架构做了深入的探讨。