新一代网络体系结构

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2、主动网络的体系结构
Active Application
IPV6
Execution Environments
EE1
EE2
…
Mgmt EE
Node OS
…
…
Security Enforcement engine
Policy DB
channels
store
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3、主动网络的优缺点
优点：(1)大大加快网络基础结构的更新步伐。 在传统的计算机网络中，实现新技术从实验 室从实验原型到大规模用的转变过程需要大 约10年时间，这个过程包括标准化，进入硬 件生产商的产品，相关程序的开发和用户的 安装调试。 在主动网络中，新的网络业务的推出，不再 需要漫长的标准化过程，只要用户有需要， 就可以开发新的业务，并马上投入使用。

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主动网络中的网络结点具有计算能力， 它从网络接收数据包后执行相应的程 序，对该数据包进行处理（如路由选 择、数据合并、数据解包等），然后 将数据包（可能已被修改）发送给其 他网络结点。 这种计算可以是基于每个用户，每个 应用或者是其他需求的。

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主动网络的主动性体现在两个方面： 一是网络结点对流经它们的数据能进 行计算； 二是用户可以向网络中插入客户化的 程序。
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（3）提供功能强大的网络平台


传统网络中的路由器基于专用硬件平台，并 且与固定的软件捆绑在一起。 主动网络提供了改变网络结构的机会，它使 网络结构从传统的软件和硬件捆绑在一起的 “主机”模式转变为软、硬分离的“虚拟” 模式，允许第三方开发的软件进入而无需定 制它们的专用平台。
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主动网络的目的是提供一个平台，在此 平台上可以方便快速地开发和运行新的 业务以及试验新的网络体系结构。 其基本思想是使用一种可移动的移序代 码替换现在的IP报头。 网络的中间结点提供一个运行环境，解 释并执行数据包中携带的程序或利用其 携带的参数执行已在结点上的程序，由 程序决定对数据包的具体操作处理，不 同的体系结构其具体实现有差异。
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三、新一代网络体系结构


3.1、主动网络 在传统的分组网络中，网络被动地将数据从一个系统 传送到另一个系统，网络中的结点（如交换机、路由 器等）的计算能力是非常有限的，只能对数据包进行 简单的处理，如分组交换网络中的报头处理，面向连 接网络中的信号处理等。 这种被动的网络结构存在许多不足，如很难将新技术 和新标准集成到现有的网络基础设施中，增加新服务 非常困难，协议之间的冗余操作降低网络系统的性能 等。
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网络体系结构是一个时刻处在不断 演化中的发展概念

计算机网络所处的环境、所面临的矛盾都在时 刻不停地发展变化,因而相应的网络体系结构 研究也必然要适应这种变化和反映这种变化。 比如互联网中的信任问题就是很好的例子,今 天信任、安全和用户管理等问题已成为新时期 互联网体系结构研究的主要关注内容。
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（2）提高了网络互操作性的抽象层次


在Internet中，IP协议的语义和语法有详 细的规范，以支持互操作要求的所有网络 节点对流经它们的分组实现相同的计算。 而主动节点对不同的应用可以实现不同的 计算。网络层的互操作性是基于统一的编 程模型和计算模型，取代IP网络中标准化 分组格式和固定计算。
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网络体系结构具有从需求目标开始 前后连贯的过程性

任一特定具体网络系统都将首先考虑并确定其 特定的需求目标,然后由这些需求目标导引出 若干与之相适应的网络体系结构设计原则(此 即宏观意义上的网络体结构) ,最后在这些网络 体系结构设计原则的指导之下进行具体的网络 体系结构设计、实现以及演化发展(通常,制定 和颁布相应的网络体系结构规范和技术标准等 就在这一阶段) 等。
计算机网络体系结构 的发展
主讲: 刘胜全 教授
目录


一、计算机网络与Internet 二、全方位重新认识计算机网络体系结构的涵 义 三、新一代网络体系结构
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一、计算机网络与Internet
在Tanenbaum教授编著的《计算机网络》 一书中，把计算机网络定义为自治计算 机(autonomous computers)的互联集合。
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网络体系结构具有区别于网络具体 实现技术的抽象性

现实中人们对于网络体系结构在观念和指向上的差异 性,可以从宏观和微观两个层次全面把握。宏观意义上 的网络体系结构,是指针对某一特定网络系统的体系结 构需求目标而提出的一系列具有指导意义的抽象设计 原则及网络总体结构规约,一般它们比具体的网络实现 技术更抽象、更通用和更长效。而微观意义上的网络 体系结构,则比较注重特定网络系统的某些部分或某些 方面,它一般从子系统的整体入手,规定其中各个组成 部分以及各部分之间的逻辑关系等。关于特定具体网 络系统完整意义上的网络体系结构,必然是其宏观网络 体系结构和微观网络体系结构的统一。
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其中,Tanenbaum 的观点比较被广大的计 算机网络研究人员所认同,一方面是因为OSI/ RM 的设计思想和TCP/ IP参考模型的协议实 现对研究人员产生了根深蒂固的巨大影响,另 一方面是因为谈论分层和协议这种“有形”的 概念较容易被人们所接受。
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McCabe认为网络体系结构是设计和构造一个 网络的艺术 , Tanenbaum 认为网络体系结构 是分层和协议的集合, Peterson等人认为网络 体系结构是指导网络设计与实现的通用蓝图 , 而Clark 等人则认为网络体系结构是指导网络 技术设计(尤其是协议、机制和算法的设计) 的 一组抽象设计原则等。
二、全方位重新认识计算机网络体系 结构的涵义

当前计算机网络发展所面临的严峻现实,迫使 我们不得不回过头来更加深刻地反思计算机网 络体系结构的本质和内涵,以期为研究和建立 满足下一代网络发展需求的新一代网络体系结 构提供参考、借鉴和指导。然而,尽管“网络 体系结构”是在计算机网络及其相关研究领域 中几乎随处可见的高频用词,但这一名词至今 仍然没有一个普遍认可的严格定义。
缺点：导致严重的安全问题。
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4、主动网络的编程模型
1）对程序编程的要求

可移动性：指主动程序在网络上的迁移能力。 互操作性：保证程序代码在主动结点上的互操
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网络体系结构具有针对某一特定计 算机网络的特指性

网络体系结构也并不是一个完全空泛的概念,因 为任何网络体系结构最终必然要落实到某一个 具体的网络系统,才能使其具有现实的指导意义。 由于各种特定计算机网络系统在需求目标和侧 重点上的差异性,使得某一特定计算机网络系统 所对应的具体网络体系结构,必然会在具有通用 网络体系结构研究共性的同时,又具有其自身鲜 明的特殊性(即个性) ,也即是说网络体系结构通 常具有专门针对它所考虑的特定计算机网络系 统的特指性。
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再者,近年来人们展开了关于网络拓扑模型、网 络性能模型、网络行为模型等的研究,包括复杂 网络系统建模、网络成长性分析、网络性能模 型的建模、网络行为的仿真、网络稳定性分析 等。例如,为描述像互联网这类超大规模复杂系 统,Carlson 和Doyle等人提出了HOT( Highly Optimized Tolerance) 模型;而最近关于复杂网 络(complex network) 的研究表明,看似无序发展 的互联网,实则由其背后深刻的网络动力学规律 所支配,具有无尺度(scale-free) 特征的互联网同 时表现出具有健壮性和脆弱性的双重特性。
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网络体系结构是一个具有丰富内涵 和外延的系统概念

随着计算机网络的飞速发展,与网络体系结构 相关的研究现已延伸和拓展到了经济学、物理 学、生物学、系统科学、社会科学等多种学科 和领域,网络体系结构已经成为一个具有丰富 内涵和外延的系统概念。
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比如,就计算机网络流量模型理论而言,近年来 研究人员在探求网络流量特征及其突发性本质 时发现,网络的流量特征与网络的性能、拥塞 控制机制以及资源分配机制有着密切的关系， Poisson 模型并不能真实反映计算机网络的流 量特性,以太网流量 、广域网流量、视频流、 Web 流量 等都具有统计自相似性( self-similar nature) 。

综合考虑计算机网络的发展历史和现状,有学 者认为对“网络体系结构”这一名词的全面理 解和正确把握,必须注意到网络体系结构概念 的如下六个方面涵义。

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网络体系结构具有统领所有计算机网 络研究的普适性



。概括起来,通用网络体系结构研究主要包括 以下几方面的内容 (字母A 代表aspect) : A1) 关于网络系统构成要素及功能的研究; A2) 关于网络中命名、编址和路由的研究; A3) 关于网络协议设计和构造方法的研究; A4) 关于网络系统中的状态和功能部署位置的 研究; A5) 关于资源的管理、控制和分配的研究; A6) 关于网络的功能、性能和管理的研究等。
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如IBM 提出的系统网络体系结构SNA、DEC 提出的数据网络体系结构DNA、ISO 提出的开 放系统互连OSI 参考模型、以及互联网所采用 的TCP/ IP 参考模型等。所有这些网络体系结 构在研究背景、总体结构、层次划分、构成元 素、组网形式、通信协议等方面都存在或多或 少的差异。

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1、主动网络实现的方法：
实现这种可编程的主动网络主要有两种方法：
一是数据与处理数据的程序分离的离散方法: 用户需预先将数据包处理程序传送给要经 过的每个节点，当相应的数据包经过该网 络节点时，网络节点通过检查该数据包的 报头来决定调用相应得处理程序。 这种处理方式通过由报头决定报文内容的 处理程序提供了一定的客户化计算能力。 对于需要严格控制所装载程序以及客户化 程序比较大的场合，这种离散的方法是非 常有效的。
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随着INTERNET规模的扩大，传统网络体 系结构的局限性越来越突出，如管理和 维护 困难、新协议新业务部署较慢等。面对这些问 题，以主动网络技术为代表的新一代网络体系 结构应运而生。这些新型的网络体系结构将使wenku.baidu.com得网络朝着自适应、动态、智能化的方向发展。
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二是集成化方法，即每个数据包都是由程 序代码和数据组成的程序。当数据包到达 某个网络节点后，数据包所携带的程序代 码被执行，以处理数据包所携带的数据。 这种方法具有更大的灵活性和可编程性， 但也更为复杂。 可移动代码和可编程节点等技术的发展为 这种集成化的方法提供了坚实的基础。
这里自治计算机的含义是指在网络中， 每台计算机的地位都是对等的，没有谁 受谁控制的问题。
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计算机网络的发展已经有了几十年的历史，发展到今天， 最大的也是大家最熟悉的计算机网络就是Internet。 Internet是人类历史发展中一个伟大的里程碑，它是未来 信息高速公路的雏形，人类正由此进入一个前所未有的信 息化社会。人们用各种名称来称呼Internet，如国际互联 网络、因特网、交互网络、网际网等，它正在向全世界各 大洲延伸和扩散，不断增添吸收新的网络成员，已经成为 世界上覆盖面最广、规模最大、信息资源最丰富的计算机 信息网络。 Internet目前已经连接了全球240多个国家和地区，联网主 机超过4亿台。在Internet的发展过程中，研究人员和技术 人员协作解决了无数的技术问题，使之可以成功运行。 实际上，在30年前，没有一个人敢设想Internet能够发展 到这样大的规模，并且还能够成功运行。当然，Internet 中仍然存在着许多还没有解决的问题，也不断地有新的问 题出现。这也需要我们不断去研究，去尝试解决这些问题， 推动Internet的发展。