1110 计 算 机学 报 2012年 客户/服务器模式、点对点模式发展到目前的云计算 第3节综合分析比较了目前FIA的研究进展，包括 模式，但作为互联网最重要技术基础的TCP/P体 面向可扩展性的体系结构、面向动态性的体系结构 系结构却基本保持不变).与此同时，互联网接入方 以及解决其它问题的体系结构；第4节总结未来互 式和网络角色定位发生了根本性变化，移动接入、物 联网系统实现及试验床方面的研究进展；第5节总 联网以及延迟容忍网络(Delay Tolerant Network, 结FIA领域需要重点关注的问题， DTN)和固定接入一样，成为互联网的主要接入方 式；云计算成为重要的互联网计算模式，多媒体内容 TCP/IP体系结构面临的根本性问题 分享应用和社会网络(Social Network)成为互联网 的新型应用，网络已经成为集信息采集、传输、存储 未来互联网体系结构研究必须首先明确当前体 与处理于一体的信息平台，而不仅仅是数据传输通 系结构面临的根本性问题.本节分析当前TCP/IP 道.接入方式的变化和网络角色定位转换导致以 体系结构面临的根本性问题，包括可扩展性问题、动 P地址为核心、以传输为目的、按照端到端原理设 态性问题及安全可控性问题等」 计的TCP/IP体系结构在路由扩展性、动态性、安 2.1可扩展性问题 全、可管理、可靠性、QoS以及能耗等方面的问题日 互联网的基本模型是基于全局地址的点到点通 益突出冈 信，通信链路因路由器转发数据包而被统计复用.新 为解决TCP/IP体系结构存在的问题，人们进 型应用和计算模式的出现导致互联网流量日益增 行了大量研究，并取得了丰硕成果，如IP Multicast、 多：数据密集型计算与文件分发业务（例如视频）的 InterServ与DiffServ等，但真正被全网部署的协议 发展以及接入带宽的增加（例如LTE)使得网络流 屈指可数).这既有网络规模太大不易统一部署的 量持续增加：云计算模式由于规模经济效应的原因， 原因，也有互联网经济学方面的原因.互联网目前 逐渐得到广泛应用，数据被提交到云计算平台存储 更多地体现为社会经济基础设施，而非单纯的科 处理，云计算模式进一步增加了网络的流量负载：物 研设施，除非出现现有体系结构及其改进方法 联网延伸了互联网感知物理世界的触角，并将逐渐 (如Mobile IP、Classless Inter-Domain Routing、 从互联网的边缘网络转变为互联网的共生网络，成 Network Address Translator、IP Security等)无法 为网络数据资源的重要来源.TCP/IP体系结构的 承载的新型应用，或者在目前体系结构下互联网即 点到点通信模型导致这些新增的网络流量最终都被 将崩溃，或者进一步网络投资大于预期收益，否则在 汇聚到骨干网络与数据中心接入链路上，导致网络 目前这种状况下，即使对互联网协议进行微小的修 流量增加的速度远远超过摩尔定律与路由器性能提 改都缺乏部署动力，如Pv6产生十余年以来，一直 升的速度①，网络规模不断地被动扩张.另外，路由 缺乏大规模部署，对互联网体系结构进行革命性全 器通过维护路由表实现IP地址路由，IP地址分配 新设计更是无从谈起.毕竟当前的互联网与以前用 不均衡、多宿主技术、地址碎片、流量工程等使得路 DNS(Domain Name System)代替hosts.txt以及部 由表难以实现高效率聚合，导致骨干路由表急剧膨 署CIDR(Classless Inter-Domain Routing)时的互 胀.目前，活跃路由表条目已经达到35万条②，而且 联网所处的环境已经完全不同. 以每两年1.3倍的速度增长[)，路由条目的快速 随着云计算、物联网、移动通信技术的发展， 增长将极大降低路由查找性能，增加路由器实现 TCP/IP体系结构是否到了需要革命性重新设计 开销. (Clean-Slate Redesign)的时候[]？回答这个问题首 流量激增和路由表急剧膨胀相互作用已经严重 先要分析当前体系结构是否面临无法克服的根本性 影响到互联网的可扩展性.而互联网可扩展性问题 障碍以及运营商是否有采用革命性体系结构的动 的根源在于TCP/IP体系结构基于IP地址的点到 机)，这些也是未来互联网体系结构(Future Internet 点通信模式，这一基本特征导致所有通信流量都被 Architecture,FIA)研究的出发点与目标. 汇聚到骨干网络上，并且所有骨干路由器都需要 本文分析了TCP/IP体系结构面临的根本性问 维护到达任意节点（子网）的路由.CDN(Content 题，总结并分析对比了近年来FIA相关的重要研究 工作，并指出FIA领域需要重点关注的问题.本文 D http://www.huawei.com/broadband/iptime_backbone_ solution/era/100g_transport_era.do 第2节分析TCP/IP体系结构面临的根本性问题； The CIDR Report.Available at http://www.cidr-report.org客户／服务器模式、点对点模式发展到目前的云计算 模式，但作为互联网最重要技术基础的ＴＣＰ／ＩＰ体 系结构却基本保持不变［１］．与此同时，互联网接入方 式和网络角色定位发生了根本性变化，移动接入、物 联网以及延迟容忍网络（ＤｅｌａｙＴｏｌｅｒａｎｔＮｅｔｗｏｒｋ， ＤＴＮ）和固定接入一样，成为互联网的主要接入方 式；云计算成为重要的互联网计算模式，多媒体内容 分享应用和社会网络（ＳｏｃｉａｌＮｅｔｗｏｒｋ）成为互联网 的新型应用，网络已经成为集信息采集、传输、存储 与处理于一体的信息平台，而不仅仅是数据传输通 道．接入方式的变化和网络角色定位转换导致以 ＩＰ地址为核心、以传输为目的、按照端到端原理设 计的ＴＣＰ／ＩＰ体系结构在路由扩展性、动态性、安 全、可管理、可靠性、ＱｏＳ以及能耗等方面的问题日 益突出［２］．为解决ＴＣＰ／ＩＰ体系结构存在的问题，人们进 行了大量研究，并取得了丰硕成果，如ＩＰＭｕｌｔｉｃａｓｔ、 ＩｎｔｅｒＳｅｒｖ与ＤｉｆｆＳｅｒｖ等，但真正被全网部署的协议 屈指可数［３］．这既有网络规模太大不易统一部署的 原因，也有互联网经济学方面的原因．互联网目前 更多地体现为社会经济基础设施，而非单纯的科 研设施，除非出现现有体系结构及其改进方法 （如ＭｏｂｉｌｅＩＰ、ＣｌａｓｓｌｅｓｓＩｎｔｅｒＤｏｍａｉｎＲｏｕｔｉｎｇ、 ＮｅｔｗｏｒｋＡｄｄｒｅｓｓＴｒａｎｓｌａｔｏｒ、ＩＰＳｅｃｕｒｉｔｙ等）无法 承载的新型应用，或者在目前体系结构下互联网即 将崩溃，或者进一步网络投资大于预期收益，否则在 目前这种状况下，即使对互联网协议进行微小的修 改都缺乏部署动力，如ＩＰｖ６产生十余年以来，一直 缺乏大规模部署，对互联网体系结构进行革命性全 新设计更是无从谈起．毕竟当前的互联网与以前用 ＤＮＳ（ＤｏｍａｉｎＮａｍｅＳｙｓｔｅｍ）代替ｈｏｓｔｓ．ｔｘｔ以及部 署ＣＩＤＲ（ＣｌａｓｓｌｅｓｓＩｎｔｅｒＤｏｍａｉｎＲｏｕｔｉｎｇ）时的互 联网所处的环境已经完全不同． 随着云计算、物联网、移动通信技术的发展， ＴＣＰ／ＩＰ体系结构是否到了需要革命性重新设计 （ＣｌｅａｎＳｌａｔｅＲｅｄｅｓｉｇｎ）的时候［４］？回答这个问题首 先要分析当前体系结构是否面临无法克服的根本性 障碍以及运营商是否有采用革命性体系结构的动 机［５］，这些也是未来互联网体系结构（ＦｕｔｕｒｅＩｎｔｅｒｎｅｔ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＦＩＡ）研究的出发点与目标． 本文分析了ＴＣＰ／ＩＰ体系结构面临的根本性问 题，总结并分析对比了近年来ＦＩＡ相关的重要研究 工作，并指出ＦＩＡ领域需要重点关注的问题．本文 第２节分析ＴＣＰ／ＩＰ体系结构面临的根本性问题； 第３节综合分析比较了目前ＦＩＡ的研究进展，包括 面向可扩展性的体系结构、面向动态性的体系结构 以及解决其它问题的体系结构；第４节总结未来互 联网系统实现及试验床方面的研究进展；第５节总 结ＦＩＡ领域需要重点关注的问题． ２犜犆犘／犐犘体系结构面临的根本性问题 未来互联网体系结构研究必须首先明确当前体 系结构面临的根本性问题．本节分析当前ＴＣＰ／ＩＰ 体系结构面临的根本性问题，包括可扩展性问题、动 态性问题及安全可控性问题等． ２．１可扩展性问题 互联网的基本模型是基于全局地址的点到点通 信，通信链路因路由器转发数据包而被统计复用．新 型应用和计算模式的出现导致互联网流量日益增 多：数据密集型计算与文件分发业务（例如视频）的 发展以及接入带宽的增加（例如ＬＴＥ）使得网络流 量持续增加；云计算模式由于规模经济效应的原因， 逐渐得到广泛应用，数据被提交到云计算平台存储 处理，云计算模式进一步增加了网络的流量负载；物 联网延伸了互联网感知物理世界的触角，并将逐渐 从互联网的边缘网络转变为互联网的共生网络，成 为网络数据资源的重要来源．ＴＣＰ／ＩＰ体系结构的 点到点通信模型导致这些新增的网络流量最终都被 汇聚到骨干网络与数据中心接入链路上，导致网络 流量增加的速度远远超过摩尔定律与路由器性能提 升的速度①，网络规模不断地被动扩张．另外，路由 器通过维护路由表实现ＩＰ地址路由，ＩＰ地址分配 不均衡、多宿主技术、地址碎片、流量工程等使得路 由表难以实现高效率聚合，导致骨干路由表急剧膨 胀．目前，活跃路由表条目已经达到３５万条②，而且 以每两年１．３倍的速度增长［６］．路由条目的快速 增长将极大降低路由查找性能，增加路由器实现 开销．流量激增和路由表急剧膨胀相互作用已经严重 影响到互联网的可扩展性．而互联网可扩展性问题 的根源在于ＴＣＰ／ＩＰ体系结构基于ＩＰ地址的点到 点通信模式，这一基本特征导致所有通信流量都被 汇聚到骨干网络上，并且所有骨干路由器都需要 维护到达任意节点（子网）的路由．ＣＤＮ（Ｃｏｎｔｅｎｔ １１１０ 计 算 机 学 报 ２０１２年 ① ② ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｕａｗｅｉ．ｃｏｍ／ｂｒｏａｄｂａｎｄ／ｉｐｔｉｍｅ＿ｂａｃｋｂｏｎｅ＿ ｓｏｌｕｔｉｏｎ／ｅｒａ／１００ｇ＿ｔｒａｎｓｐｏｒｔ＿ｅｒａ．ｄｏ ＴｈｅＣＩＤＲＲｅｐｏｒｔ．Ａｖａｉｌａｂｌｅａｔｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｉｄｒｒｅｐｏｒｔ．ｏｒｇ