未来网络体系架构的发展趋势

未来网络体系架构的发展趋势

华南师大学计算机学院

中文摘要

随着计算机技术和互联网业务的蓬勃发展，面对用户对当前网络提出的越来越多的需求，传统的因特网架构开始遇到瓶颈，包括管控性、可扩展性、安全性和移动性等一系列问题。网络业务和应用的进一步扩展受到限制，促使互联网向下一代网络迈进和发展。

本文将概括在未来网络领域的研究现状，归纳当前网络存在的一系列问题，并根据“改良式”和“改革式”的两条研究路线对部分研究成果进行介绍。在此基础上，文章将对未来网络的研究进展做出总结，并结合当前存在的问题对提出对未来网络的展望。

关键词：因特网架构，未来网络，改良式，改革式

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1 引言 (2)

2 传统网络存在的问题 (3)

3 国外研究现状 (4)

3.1 美国的GENI、FIND和FLA (4)

3.2 欧盟新一代互联网研究计划FIRE (4)

3.3 我国下一代互联网基础理论研究现状 (5)

3.4 其他国家在该领域的研究现状 (5)

4 改良式的未来网络研究 (6)

4.1 下一代IP协议IPv6 (6)

4.1.1 IPv6产生背景 (6)

4.1.2 IPv6介绍 (6)

4.1.3 IPv6的优点 (8)

4.2 Loc/ID Split名址分离网络体系 (9)

4.2.1 名址分离网络体系产生背景 (9)

4.2.2 LISP名址分离网络协议介绍 (9)

4.2.3 LISP的移动性扩展 (10)

4.2.3 LISP的移动性扩展 (10)

5 改革式的未来网络研究 (11)

5.1 NDN命名数据网络 (11)

5.1.1 NDN命名数据网络产生背景 (11)

5.1.2 NDN网络的体系结构 (11)

5.1.3 NDN体系架构具备优点 (14)

5.2 SDN软件定义网络 (15)

5.2.1 SDN软件定义网络诞生背景 (15)

5.2.2 SDN网络体系架构介绍 (15)

5.2.3 OpenFlow协议介绍 (16)

5.2.4 软件定义网络的优点 (17)

6 未来网络的发展 (18)

6.1 革命式和改良式架构的关系 (18)

6.2 未来互联网的体系结构应遵循简单开放原则 (18)

6.3 未来互联网体系结构应嵌安全等安全需求 (18)

6.4 未来互联网体系结构将更多的面向服务 (19)

6.5 未来互联网体系结构将更具有智能化特征 (19)

7 总结 (20)

参考文献 (21)

致 (22)

1 引言

让我们回顾一下互联网的发展历史。在上世纪六十年代，人们开始研究不同于网络的的分组交换网络。随后以ARPANET(The Advanced Research Projects Agency Network，美国国防高等研究计划署开发的世界上第一个运营的封包交换网络)为代表，人们开始研究如何将各种采用不同协议的网络进行网络互联。1982年，TCP/IP协议簇被标准化，世界围的全互联的TCP/IP网络Internet的概念被引入。1989年，中国高速互联研究实验网NCFCNET 建立。1994年，中国第一个国际互联网络——中国科技网CSTNET诞生。到2009年，全球互联网用户数已经超过18亿。仅短短40余年，互联网飞速发展，规模庞大，日益普及，应用丰富多彩，深刻地改变了人们的生产和生活方式。

互联网取得了当初设计时无法料想到的巨大的成功。尽管如此，互联网的发展仍面临着越来越多的问题和挑战，其中一些问题可以通过修补来得以解决或缓解，但更多的问题需要从互联网体系结构的根本上来解决。很多学者指出只有设计好互联网的体系结构，才能满足未来互联网的发展。因此，近年来，对于未来互联网体系结构的研究成为网络领域的研究热点，各个国家如美国、欧盟、日本及中国等国家和地区都启动了未来互联网体系结构方面的研究项目。

综合来看，未来互联网的研究方向主要有“改革式”和“改良式”两种。前者认为现有的互联网体系结构已经不能满足未来对于互联网的需求，因此，互联网需要从零开始，重新构建一个全新的网络结构。而“改良式”的观点认为，目前的互联网已成规模，从零开始是不现实的，应当在现有的面向服务网络的体系结构基础上进行改进、整合或改良，从而靠向未来网络需求的方向不断演进。

2 传统网络存在的问题

传统互联网在40余年的时间飞速的发展，但是伴随着互联网商业模式的逐步转变和多样化，互联网体系架构中最初的一些设计理念开始显露弊端，成为当前网络向前发展难以克服的困难和日后发展的隐患。

当前传统网络暴露出来的问题主要有以下几种：

(1)IP短缺

互联网的成功在很大程度上归功于IP的简单性、统一性以及全球可达性。然而，作为互联网的基础资源，IPv4地址已出现了严重的紧缺态势，向IPv6协议过渡成为必经之路。如何实现向下一代互联网的平滑演进，确保互联网的可持续性发展是当前互联网需要解决的重要问题。

(2)路由可扩展性

随着Internet规模的不断扩大和用户的不断增加，出现了全球的路由表项急剧膨胀。通常，在Internet上执行BGP协议的路由器会拥有数十万个条路由表项，庞大的路由表使得路由更新速度和查询速度变慢，使得路由器成为了网络性能的瓶颈。

(3)网络性能和服务质量

当前的互联网的网络层结构遵循尽力而为的思想，网络的行为是自发不可控的，这使在互联网上直接承载的电信业务不能保证其服务质量。传统电信网络是基于信令和面向连接的，通过网络资源独占的方式来保障服务质量。

(4)安全性

互联网设计之初，网络规模限制在一个相对封闭、可控的围，基本不存在安全隐患。而网络技术和网络应用的发展最终促使互联网成为一个开放、不可控的复杂系统，由此不可避免地面临多种安全问题。

(5)移动性

随着便携式移动终端日益普及，移动终端上的业务流量占网络流量的比重日益增加。终端的移动性显著加剧了网络的动态性及其上承载服务的不稳定性。其次，物联网的出现使得智能终端的数量爆炸式增长。这些都对当前互联网的移动性提出了新的挑战。