探究未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

王亮

摘 要：互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到今天，多種問題接踵而至，如安全問題、互聯(lián)網(wǎng)的管理和控制問題、網(wǎng)絡(luò)的性能與服務(wù)質(zhì)量問題等，互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)支持與擴(kuò)展將達(dá)到極限。本文就現(xiàn)階段互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中存在的問題以及未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，探討了未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究方向。

關(guān)鍵詞：未來；互聯(lián)網(wǎng)；體系結(jié)構(gòu)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)取得了巨大的成功，但如今也面臨著越來越多的問題。其中，有的問題能夠通過修補(bǔ)進(jìn)行緩解和解決，但絕大部分問題是需要從互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)上著手解決的，而未來互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也同樣需要良好的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。

一、現(xiàn)階段互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中存在的問題

當(dāng)今社會(huì)，互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用環(huán)境與技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，為了滿足各種新應(yīng)用與服務(wù)，互聯(lián)網(wǎng)本身也在不斷地調(diào)整和完善，而早期互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不足也越發(fā)凸顯，這種先天性的不足導(dǎo)致體系結(jié)構(gòu)支持與擴(kuò)展將達(dá)到極限。其問題突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

第一，互聯(lián)網(wǎng)安全問題。最初設(shè)計(jì)的TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)其規(guī)模被限制在一個(gè)相對(duì)封閉和可控的范圍，不存在安全問題，面對(duì)如今開放不可控的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，由于目前TCP/IP網(wǎng)絡(luò)模式程扁平化，并且端到端趨于透明，使得網(wǎng)絡(luò)中的的網(wǎng)元可被任意訪問、甚至遭到攻擊，使得互聯(lián)網(wǎng)面臨著嚴(yán)峻的安全問題。想要要從根本上解決TCP/IP協(xié)議中的安全缺陷，就需要對(duì)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。

第二，可擴(kuò)展性問題。如今互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模正在不斷的擴(kuò)大，而路由表項(xiàng)也急劇的增加，互聯(lián)網(wǎng)上執(zhí)行的邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP路由器的路由表項(xiàng)就高達(dá)數(shù)十萬條，由于路由表項(xiàng)的數(shù)量劇增，從而極大地降低了路由的更新速度與查找速度。這種流量的急劇增加和路由表的膨脹對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的可擴(kuò)展性造成了嚴(yán)重的影響。

第三，IP地址空間。如今互聯(lián)網(wǎng)用戶正在快速的增長，網(wǎng)絡(luò)地址越發(fā)不足，盡管目前的IPv4（32位）地址結(jié)構(gòu)能夠支持670萬個(gè)網(wǎng)絡(luò)40億臺(tái)主機(jī)，但是這些地址的實(shí)際分配效率卻很低，目前采用的地址分配方案A類、B類、C類，使地址分配效率變得更低。

第四，移動(dòng)問題。隨著移動(dòng)終端的不斷發(fā)展與廣泛的使用，互聯(lián)網(wǎng)需要隨時(shí)隨地的向用戶提供更加豐富的互聯(lián)網(wǎng)綜合性服務(wù)，因此現(xiàn)有的TCP/IP協(xié)議中，IP地址具有雙重功能，既表示地址，也表示身份。但也正是因?yàn)檫@種雙重功能的耦合造成了主機(jī)與IP地址無法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)綁定，主機(jī)移動(dòng)問題無法很好的解決。另一方面，移動(dòng)終端的移動(dòng)性也使得網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性和其承載的服務(wù)變得不穩(wěn)定。

第五，互聯(lián)網(wǎng)的管理和控制問題。數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中的傳輸是無記憶傳送的，網(wǎng)絡(luò)中基本不會(huì)保存狀態(tài)信息，盡管數(shù)據(jù)的傳輸達(dá)到了高效、簡單和快速，但是必要的管理信息也相應(yīng)的缺少，這使得互聯(lián)網(wǎng)的管理和控制并不能顧有效地進(jìn)行。

第六，網(wǎng)絡(luò)的性能與服務(wù)質(zhì)量。傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)為了保障服務(wù)質(zhì)量，是通過獨(dú)占網(wǎng)絡(luò)資源來實(shí)現(xiàn)的，這就導(dǎo)了網(wǎng)絡(luò)使用率的降低，而互聯(lián)網(wǎng)的無連接服務(wù)盡管支持網(wǎng)絡(luò)資源的重復(fù)利用，但是卻不對(duì)服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行保證。

二、未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀

近年來，國際上對(duì)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究越來越重視，如美國就較早的啟用了GENI和FIND計(jì)劃，GENI通過實(shí)驗(yàn)大環(huán)境的創(chuàng)新主要實(shí)現(xiàn)對(duì)Internet2的構(gòu)建，而FIND計(jì)劃則是為實(shí)現(xiàn)贊新的未來互聯(lián)網(wǎng)而實(shí)施的。此外，四個(gè)大型未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究項(xiàng)目：NDN項(xiàng)目、MobilityFirst項(xiàng)目、NEBULA項(xiàng)目、XIA項(xiàng)目也相繼展開，其中NDN研究的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)以內(nèi)容為中心，MobilityFirs研究以支持移動(dòng)性為核心，NEBULA研究以云計(jì)算為中心，XIA研究以安全為核心。而歐盟在未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究上展開了以4WARD為代表的項(xiàng)目，其基本思想是通過clean-slate方式實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新，即實(shí)現(xiàn)通用的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)或者通用的唯一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系。同時(shí)，日本與韓國也相繼展開了未來互聯(lián)網(wǎng)體系機(jī)構(gòu)的研究，如AKARI項(xiàng)目、FIRET項(xiàng)目。

我國在2003年開始了中國下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程，CNGI項(xiàng)目，其核心內(nèi)容是搭建IPv6為核心的下一代互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，但是IPv6只是一次演進(jìn)，并不是新一代的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。此外，還部署了973計(jì)劃、863計(jì)劃重大項(xiàng)目等，并在上述項(xiàng)目的基礎(chǔ)上提出了新型互聯(lián)網(wǎng)體系機(jī)構(gòu)的多種方案，如層次交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（錢林華），普適服務(wù)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（張宏科），可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（汪斌強(qiáng)）等。這些方案的提出目的是為了解決互聯(lián)網(wǎng)中存在的一些問題，盡管尚未實(shí)施應(yīng)用，但對(duì)未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究具有一定的參考價(jià)值。

三、未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究方向

根據(jù)目前互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中問題的分析結(jié)果以及未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀來看，未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究主要目的還是為了解決上述問題，這里針對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全體系結(jié)構(gòu)和Ambient網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行探討。

（一）網(wǎng)絡(luò)安全體系結(jié)構(gòu)

目前關(guān)于未來互聯(lián)網(wǎng)安全體系結(jié)構(gòu)的意見還不統(tǒng)一，確保安全的技術(shù)手段也尚未完全確定，現(xiàn)階段DoS（拒絕服務(wù)攻擊防御）的網(wǎng)絡(luò)安全體系結(jié)構(gòu)成為了主要研究對(duì)象。該安全體系結(jié)構(gòu)為達(dá)到網(wǎng)絡(luò)安全的目的，在網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵點(diǎn)上提高了對(duì)數(shù)據(jù)包的控制能力，這種網(wǎng)絡(luò)安全體系結(jié)構(gòu)能夠一定程度地對(duì)DoS進(jìn)行防御，但還不能夠完全解決網(wǎng)絡(luò)的安全問題。因此，在對(duì)可信的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究時(shí)，需要以開放系統(tǒng)的互聯(lián)作為研究的原則。在這種可信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，保障協(xié)議是可信的，用戶的需求處于數(shù)據(jù)傳輸平面，該可信控制平面的控制令完備一致，能夠?qū)⒂脩粜畔?、網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行分布式的采集、處理和傳遞，實(shí)現(xiàn)用戶間可信信息的共享，并能夠在可信控制平面驅(qū)動(dòng)和協(xié)調(diào)行為管理。該平面的管理包括了身份管理、行為管理、生存管理和脆弱性管理等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的監(jiān)管，通過可信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)向可信控制平面提供的開放 訪問接口，使得業(yè)務(wù)能夠知曉網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可信度，同時(shí)可信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的運(yùn)行方式還能夠根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行定制，這種定制的運(yùn)行方式被賦予了更高的信任級(jí)別，進(jìn)而保證網(wǎng)絡(luò)的安全。

（二）Ambient網(wǎng)絡(luò)

Ambient網(wǎng)絡(luò)之所以能夠適應(yīng)新業(yè)務(wù)和新技術(shù)，是通過一個(gè)新型的重疊控制層來實(shí)現(xiàn)的，Ambient網(wǎng)絡(luò)中ACS為控制空間，其主要組成包括ANI（Ambient網(wǎng)絡(luò)接口）、ASI（Ambient業(yè)務(wù)接口）、ARI（Ambient資源接口）。其中mbient ASI提供管理能力和獲取網(wǎng)絡(luò)上下文信息的方法，即是指該ASI即是業(yè)務(wù)的提供者，也是業(yè)務(wù)的接收者，同時(shí)也是Ambient網(wǎng)絡(luò)接口。Ambient網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)相比具有一定的優(yōu)勢，其ASI不僅能夠支持流媒體的發(fā)布，還能夠支持多種業(yè)務(wù)，從某種程度上來說ASI使Ambient網(wǎng)絡(luò)中所有的業(yè)務(wù)與應(yīng)用建立起聯(lián)系。這些流媒體的處理是通過流媒體節(jié)點(diǎn)（流媒體端口）實(shí)現(xiàn)的，流媒體端口具有媒體處理能力、安全相關(guān)能力、客戶化能力、監(jiān)視能力、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分組能力等，而Ambient網(wǎng)絡(luò)也通過ASI能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多種業(yè)務(wù)的處理與新技術(shù)的支持。

結(jié)束語

現(xiàn)如今，互聯(lián)網(wǎng)本身的安全性、技術(shù)支持、服務(wù)質(zhì)量等方面受到了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，需要不斷的進(jìn)行調(diào)整和完善，而上述問題大部分是需要從互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)上著手解決的，因此，我們還需要在現(xiàn)階段未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加大研究力度和投入，從而建立起更加安全、服務(wù)質(zhì)量更優(yōu)的互聯(lián)網(wǎng)。（作者單位：齊齊哈爾工程學(xué)院）

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