未来网络的研究进展和发展趋势

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（清华大学电子工程系，北京１０８）００４
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，中＾））ＰＰ其、ｌｌ２等信息（ｎｎ，、内容）共享业务更给网络造成了巨大的压力，同时也降低了用户上网体验（网如速下降）服务提供商对此亦束手无策。如何从网，络结构、协议体系和服务模式等方面应对这些挑战，将成为未来网络研究的一个重要方向。从互联网的发展历史和主流应用出发，对未来网的 “ 络渐进式”与 “ 革命式”两大类研究进行了综述，揭示了内容共享业务占据网络绝大部分带宽的原因在于相同信息的大量重复（冗余）传输，指出未来网络应该以内容作为网络设计和服务模式的核心，并以内容的高效获取和带宽的节约（降低数据包重复传输率）为双重优化目标。通过对一种新的网络结构和信息服务模式 “ 对称非广域覆盖信息共享网络”的分析，提出了未来网络将以 “ 低带宽、均负载”的需求提供 “ 高智能、高效率”的内容共
～～～～～～一一 ¨ ‘ 量
鼢，／捕１００％
的研究项目来推进未来网络的研究，比较著名的几个
■ ＰＰ２ ■ Ｗ５ｅ一Ｓｌｍｎ ■ ‰Ｉ — Ｕ ■ ｌｎｌｌｌ＇ｌＯ￣ＰＡｕｅｎＳｎｍ ■ ＧｍｎｌｎｏｎｔｄｄａｏｌｇｋｗＵｎ
ｗｌｅｅｊｒｒｄｎｆｕｅｎｍｅｒｓｒ．ｔｔｇｒａｒｆｖｗｏｔｅｓｒｏＷｅｄｔｉｃｏＩｍｅｉｂｔｍａｔｎｉｕｒＩｔｔｅｃＳｒｎｆｍｂｉｒｉｆｈｔｙｆｂｎａｓｓｆｎｌｈｏｅｔｅｅａｈａｉｏｅｅｅｈｉｏａｓｔｔｔｔｉｅ
主要遵循了以下几条原则：１）用位置对节点进行标
网络音乐、网络视频、博客／、社交网站、网络论微博
坛等应用其实也都可以看作是内容／信息 “ 共享”的不
识；２）分层的协议栈；３）在网络层部署唯一的网络互联协议；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，连接端节点的网络只负责简单的传送功能（边缘论，ｅｄｔｅｄｒｕｅｔ。今天互联网的ｎ－－ｎｇｍｎ）ｏａ成功很大程度上源于这些基本的设计原则。互联网的规模、应用方式在这几十年中发生了巨大的变化，在安全性、移动性、可扩展陛、可控可管陛、服务质量等方面，互联网原始设计的缺陷逐渐暴露出来。特别值得一提的是，随着ＷＷＷ（ｏｌ、ｄｅ）ｗｒ）ｅｂ、ｄｌｗ，ｉ对等网￣（２，ｅｒｏｅｒＰＰｐｅｅ这类以 “ ｔｐ）内容“ 息共享”为言主要特点的网络应用的快速发展，当前互联网正面临着前所未有的压力。所有这些都迫使人们重新审视互联网的体系结构，思考各种改进的可能，由此引发了未来互
作者简介：任勇（９３）１６～，男，教授，主要研究方向：网络复杂性研究，未来网络研究，ｒｙ；ｉｈａｄ．ｅ￣ｔｎｕ．ｕｎｎｓｇｅｃ
中国科技论文在线ＳＥＣＥＡＥＬＮＥＣｌＮＰＰＲＯＮＩ
第６第４卷期
２１年４月０１
ｅｅｉｒｓｇｄｍｄ．ｓｅｉｌｉｏｔｎｃｎｎ）ｓａｎｐｌａｏｓｓｃｓ、ｖｒｎｅｉｅａｓＥｐｃｌ，ｆｍａｏ（ｔｔｈｒｇａｐｉｔｎｕｈａ７－ｃａｎｎａｙｎｒｉｏｅｉｃｉｌ
ａｄＰＰｈｖｒｕｈｎ２ａｅｂｏｇｔ
享信息服务为主要研究方向的新思路。
关键词：未来网络；互联网结构；内容共享；信息共享；位置与标识分离；内容路由；发布订阅；内容缓存
中图分类号：Ｔ３３Ｐ９文献标志码：Ａ文章编号：１７ —７８（０１４２７６３１０２１） —０４ —９０
ｅｐｅｔｌ．Ｄｕｌａｒｎｍｉｓｏｆｓｍｅｃｎｅ￣ｃｎｕｓｌｒｅｐｒｆｂｎｗｉｔ，ｔｕａｉｇｂｄｄｄｒｓｃｉｅｙｖｐｉｔｔａｓｓｉｎｏａｏｔｎｃｅｏｓｍｅａｇａｔｏａｄｄｈｈｓｓｖａｗｉｔａｎｎｈｎ
ｈｕｒ’ ｉｉｎｔｗｒｓｆｕｅＩｔｔｅａｔｏｓｖｓｏｏａｄｔｒｎｍｅ，ｔａｓｔｅＩｔｍｅｈｕｄｂｂｅｔｕｐｒｆｒｔｎｓａｉｇｓｒｉｅｈｕｅｔｈｔｉ，ｎｅｔｓｏｌａｌｓｐｏｔｉｏｍａｉｈｒｎｅｖｃｓｉａｈｅｏｎｏｎ
图１２０－０９不同协议流量的分布０８２０
Ｆｉ．Ｄｉｔｂｔｎｏｐｏｏｏｌｓｅ０８２０ｇ１ｓｒｕｉｆｒｔｃｌａｓｓ２０ — ０９ｉｏｃ
Fra Baidu bibliotek
全球化环境（ＥＩｌａｅｖｏｍｅｔｆｅｏｋＧＮ，ｇｂｌｎｉｎｎｏｎｔｒｏｒｒｗｉｏａｏ）ｎｖｔｎ、未来互联网设计（ＩＤ，ｆｕｅＩｅｔｎｉＦＮｕｒｎｍｅｔｔｄｓｎ、ｅｉ）欧盟第七研发框架计￣（Ｐ，Ｃ７ａｗｒｇＵ７ＥｈｆｍｅｏｋＦｔｒｐｏｒ等。我国在 “７”计划、“６ ”计划、国家科ｒｇａｍ）９３８３技支撑计划这些重大的国家科研计划中也设立了若干个与未来网络相关的项目Ｊ。针对当前互联网存在的各类问题，研究人员从不同的角度出发寻求改进的办法ＵＪ。如前所述，内容 “ 共
第６第４卷期
、１．，．Ｎｏ４０６
２１年４０１月
中国科技论文在线ＳＥＥＡＥＬＮＣＩＮＣＰＰＲＯＮＩＥ
Ａｐ．０１ｒ２１
未来网络的研究进展和发展趋势
任勇，徐蕾，叶王毅，彭兆盟，孙权，杨超群，桂琨智
￣ｍｎｏｓｒｓｒｔｔｅｎｍｔｄｅｅｌａｅｔｅｐｒｎｅ，ｈｅｅＳｓｎｍｅＳｒｅＰｏｉｒｃｕｅｅｄｕｅｕｅｏｈｔｅａｖｅｃｄＳｅｅｅｃｓｗｉＰＯｔｔｅｒｒｖｅ）ｏｌｄｐｓＩｅｓｒｙｆｅＵｒｘｉｎｌｔＩｈｅｖｄｓｄｏ
ｉｒｖｇｈｅｃｎｙｆｏｔｔｉｒｕｏｏＭｂｔｅｐｍｉｔｎｂｃｖｓｆｕｒＩｔｔｓｒ．ｎｎｇｉｍｐｉｔｆｉｃｏｃｎｅｄｓｉｔｎｈｕｅｏｔｚｉｏｊｔｅｏｆｔｅｎｍｅｒｅｃＡｏ－ｏｇｏｎｅｉｅｎｔｂｉｓｈｉａｏｅｉｕｅｅａｈｎｐｏｃｃｌ ‘ ｙｍｅｃｅｏｋａｈｅｔｅｏｉｉｕｆｍａｏａｉ ” ａｓ￣ｄｃｄＴｉｗｒｏｒｅｔ￣ｅ＇ｍｔｔｒｃｉｃｒｆｒｂｑｔｓｎｒｔｎｓｒｇｗｓｌｉｏｕｅ．ｈｏｋｓｗｓｊｄａｓｉｒｎｗｒｔｕｕｕｏｉｏｉｈｎａｏｎｓｈ
ａｐｉａｏｓｗｏｙｅｏｓａｃａｐｏｃｅ，ｎｍｅｙｖｌｔｎｒｄｒｖｌｔｎｒａｐｏｃｅ，ｗｅｒｓｎｄｐｌｔｎ，ｔｔｐｓｆｒｅｈｐｒａｈｓａｌｅｏｕｏａｙａｏｕｏａｙｐｒａｈｓｃｉｅｒｉｎｅｉｅｒｐｅｅｔｅ
ＲｅｅｒｈｐｒｇｅｓｏｕｕｅＩｔｒｅｓａｃｏｒｓｎｆｔｒｎｅｎｔ
ＲｎｏｇｕＬｉｅｎｙ，Ｐｎｈｏｎ，Ｓｎｕｎａｇｈｏｕ，Ｇｉｎｈｅｎ，Ｘｅ，Ｙｇｉｅｇａｍｅｇｕａ，ＹｎａｑｎｕｚｉＹＷａＺＱＣＫｕ
联网的研究热潮。
同实现方式。对于用户来说，内容共享是互联网最主要
的一个功能。
内容共享在互联网中的核心地位也体现在网络流量上。德国互联网调查机构ｉｏｕ在２０ｐｑｅ０９年公布了对全球８个地区和国家的互联网流量监控报告。根据这
一
报告，ＰＰ２、ｗｗｗ这两类内容共享业务在各个地区
（ｅａｔｎＥｅｔｎｎｉｅｉ，ｓｇｕｎｅｓｙＢｉｎ０８，ｈｎ）ＤｐｒｍｅｔｆｌｒｉＥｇｎｒｇＴｉｈａＵｉｒｉ，ｅｉ１０４Ｃ／ａｏｃｏｃｅｎｎｖｔｊｇ
Ａｂｓｒｃ：ＣｕｒｎｎｅｅｉｏｆｃｎｕｔｌｈｌｎｅｅａｓｏｈｏｔｕｕｌｘｅｄｎｃｌｎｅｔａｔｒｅｔＩｔｍｔｓｎｗａｉｇｍｌｐｅｃａｌｇｓｂｃｕｅｆｔｅｃｎｉｏｓｙｅｔｎｉｇｓａｅａｄｔｉｅｎｈ
ｎｔｉｇａｏｔｔＨｏｔｍａｅｃａｇｓｏｎｔｒｒｈｔｃｕｅ，ｒｔｃｌｎｄｓｒｉｅｍｏｅｓｔｏｅｗｉｔｅｅｃａｌｎｅｏｎｂｕｉ．ｗｏｈｋｈｎｅｎｅｗｏｋａｃｉｔｒｓｐｏｏｏｓａｅｖｃｅｄｌｏｃｐｈｔｈｓｈｌｇｓｅ
ｍｏｉｔｌｇｎａｄｅｃｅｔｙｗｉｏｔｒｎｉｇｈａｙｌ￣ｃｅｒｎｅｌｅｔｎｆｉｎｗａｉｉｈｔｕｂｇｎｅｖｌｉ＇．ａ
Ｋｅｙｗｏｄｓｆｔｒｎｒｃ；ｎｍｅａｃｉｃｕｅ；ｏｔｎａｉｇ；ｉｆｒｔｎｓａｉｇ；ｏａｏ／ｄｎｉｅｌ；ａｅｂｅｒ：ｕｅＩｔａｔＩｔｕｅｅｔｒｈｔｔｒｃｎｅｔｈｒｎｅｓｎｏｍａｉｒｎｌｃｔｒｉｅｔｒｓｉｎｍ —ａｄｏｈｉｆｐｔｓｒｕｉｇ；ｐｂｓｂ；ｃｃｉｇｏｔｎｕ／ｕａｈｎ
人们生活的必需品。
电子邮件、博客应用、社交网站、网络文学等是当前最主要的几类网络应用。网络新闻和搜索引擎这两类传统
意义上的信息获取应用在２１００年６月的使用率分别达到了７．８％和７．５６％，其主流应用的地位可见—斑。而３
互联网初期的设计目标Ｌｌ包括网络的健壮性、支持多种通信服务、适应多种硬件设备、支持分布式管理、方便主机连接ｏａａｈｅｔｓｔｃｍｎ）ｔｔ、低成本等，因此其设计
都占据了７％以上的网络流量，如图ｌ５所示。
目前国内外的相关组织已经设立了多个规模较大计划包括下一代互联网Ｇ，ｎｘｇｎｒｉｔｔＩｅｔｅｅｔｎｎｍｅ、ａｏＩｅ）
下一代网（ＧＮＮ，ｎｘｅｅｔｎｎｔｏｋ、网络创新的ｅｔｎｒｉｅｒ）ｇａｏｗ
互联网自诞生以来，经过４年的发展，对人类社０
务，到现在的信息搜索、即时通信、网络社区、电子商
务，各类基于互联网的应用层出不穷，互联网已然成为
会产生了深刻的影响。从早期的文件传输、电子邮件服
收稿日期：２１・－８０１３２０基金项目：国家自然科学基金资助项Ｎ（９２０）６３０５０