互联网体系结构评估模型、机制及方法研究综述

互联网体系结构评估模型是推动互联网体系结构持续发展的理论支撑,它可以为运营商提供网络体系结构设计的相关建议,从而使运营商可选取最适合的协议或机制构建符合各种应用需求的互联网体系结构.随着互联网应用日趋多样化,互联网的安全性、稳定性、移动性等面临越来越大的挑战.互联网体系结构的演进已经成为学术界和工业界的共识,面向现有体系结构问题的修补策略以及革命式的体系结构方案不断被提出,借鉴前者的稳定性和后者的创新性,我们提出了一种基于演进式的互联网体系结构发展思路.为了更好地了解各种互联网体系结构发展方案,近年来,研究人员分别从协议、框架等不同方面对体系结构的服务能力、发展能力和安全能力进行了评估,互联网体系结构评估方法已经成为未来互联网体系结构研究的一大热点.文中介绍了与互联网体系结构发展密切相关的五种特性的基本评估模型,包括可服务性、可扩展性、可部署性、可演化性和可信性评估模型;归纳了用于构造互联网体系结构评估模型的机制,重点讨论了效用机制在这五类基本评估模型中的应用;并对用于实现互联网体系结构评估的若干方法进行了总结.基于上述讨论,文中最后从互联网体系结构的内在特性和外在特性出发,提出了一种基于适应能力的互联网体系结构可演进性评估系统,并对互联网体系结构评估领域的发展进行了展望.     

未来互联网体系结构研究综述

互联网逐渐成为社会基础设施,现有TCP/IP体系结构面临诸多挑战,未来互联网体系结构成为研究热点.文中分析了现行互联网在可扩展性、动态性、安全可控性等方面面临的根本性问题,综合比较了面向可扩展性、面向动态性及可信未来互联网体系结构研究,讨论了相关体系结构存在的问题.实验验证是未来互联网研究的重要手段,论文进一步分析了支持互联网体系结构持续创新所需的可编程虚拟化路由器及其试验床的研究进展.论文最后讨论了未来互联网体系结构有待重点研究的相关问题.     

互联网体系结构剖析

首先简要回顾了互联网发展的3个阶段,明确了互联网体系结构的由来及现状。接着详细论述了互联网体系结构这一概念的内涵和外延,总结归纳了互联网体系结构的若干重要设计原则,探讨了互联网体系结构的需求目标、实现技术、代表协议、体系结构特征等要素之间的关系,将互联网体系结构研究统一成一门具有紧密内在逻辑联系的学科。然后深入剖析了现行互联网体系结构所面临的重重矛盾,指出了现行互联网体系结构所面临的总的矛盾是“互联网体系结构的因循旧制与已经发生改变的应用环境之间的矛盾”,并从6个方面深入阐述了现行互联网体系结构所面临的各种具体矛盾。最后对传统互联网体系结构的改造工作和新型互联网体系结构的探索工作进行了总结。     

互联网内生安全体系结构研究进展

随着互联网不断发展,网络功能逐步走向万物互联下自动交互与控制,大数据、云计算、边缘计算等技术不断深入应用,传统网络面临的源地址欺骗、DDoS攻击、路由劫持等安全问题仍然存在,新的应用场景使用户面临更严重的安全问题,现有互联网体系结构面向性能的设计难以承担网络安全的需求.互联网安全问题的根源在于体系结构设计时没有考虑安全需求,缺乏用户与网络的信任根基,由于体系结构设计缺失带来的问题应该从体系结构设计本身寻找解决方案.设计自带安全属性和安全能力的体系结构,通过内生的方式提供网络安全,能够从根本上提升网络安全性能.本文深入研究和总结了近年来针对互联网安全问题提出的各类解决方案,对方案的安全特性进行了分析,在此基础上提出了构建互联网内生安全体系结构的思路.     

可配置的微体系结构级功耗评估器研究

功耗评估器是研究体系结构的重要工具,目前国内外已经有一些成熟的微体系结构级功耗评估器,但都仅仅面向单一的体系结构,或支持的功能部件较少,不利于进行全面的功耗分析。论文分析了现有的评估工具各自的优点与不足,设计了一个可配置的微体系结构级功耗评估器,并在Windows下编程实现。实验结果表明该功耗评估器具有可配置性好、适用范围较广的特点。     

下一代互联网体系结构基础研究及探索

随着人们对互联网的规模、功能和性能等方面的需求越来越高,以IPv4协议为核心技术的互联网面临着越来越严重的技术挑战.近年来,下一代互联网及其应用的研究引起了许多国家的特别关注,发达国家相继启动了下一代互联网研究计划,意图掌握未来互联网核心技术.国家"九七三"计划项目"新一代互联网体系结构理论研究",经过近5年的研究,在探索新一代互联网体系结构所面临的基础问题上,取得了初步的研究结果:提炼出新一代互联网体系结构研究的4个基本科学问题;初步提出了一种多维可扩展的新一代互联网体系结构及其基本要素;从基于IPv6的规模可扩展、基于可扩展交换节点的性能可扩展、基于真实IPv6地址的安全可扩展、基于4over6机制的功能可扩展和基于端到端无连接服务质量控制的服务可扩展等5个方面对新一代互联网多维可扩展体系结构进行了深入研究.这5项基本要素将构成未来新一代互联网的基础.     

《新一代互联网体系结构》专辑 前言

互联网是当前乃至未来较长时间内计算机学科关注的重要研究对象之一.互联网已经在人类社会的生产和生活当中扮演着越来越重要的角色.互联网已经给人类带来了巨大的进步和便利.然而·经过半个世纪的发展,它已经逐渐演变成为一个复杂的巨系统:网络规模和用户数量巨大且依旧保持着指数增长的趋势,网络组成元素的异构性增强,协议庞杂且非线性耦合作用突出,业务统计分布多样,突发性和自相似性难以忽略.上述诸多因素使传统互联网的体系结构、设计理念等也越来越受到挑战.如何进一步创新和完善互联网体系结构以适应发展的需要,已经成为网络研究领域广泛关注的热点问题,近年来相关研究工作也异常活跃.本专辑正是在这种情况下推出.专辑收录了国内新一代互联网体系结构领域具有创新性和探索性的一些研究成果,基本反映了国内互联网体系结构和关键技术领域的最新研究进展.     

新一代电子政务体系结构

在电子政务建设中,安全支撑平台的理念及技术日臻成熟.下一代网络的核心技术--软交换在电子政务中的应用,是新一代电子政务建设的大势所趋.如何在新一代电子政务中建设安全支撑平台即成为目前的重要研究课题.文中在分别对软交换和电子政务安全支撑平台进行介绍的基础上,提出了软交换与电子政务相融合的设想,给出了融合后的体系结构框架,从而设计了新一代网络电子政务的体系结构.     

可重构网络系统的模型及体系结构

当前信息网络正面临着各种新挑战,具有较强动态适应能力的可重构网络系统正成为人们关注的焦点.本文提出一种网络系统重构的框架模型和可重构网络系统中的主动重构策略,并在此基础上建立了分面立体型的可重构网络系统的体系结构.该体系结构融合了网络主动防御和灾难恢复的关键技术,设置了独立的控制管理面,具有更好的可控、可管和适应性,能够为网络系统的重构提供基础的、体系结构级的支持.     

未来互联网体系结构的研究探索

发展到今天的互联网在很多方面已经跟不上用户需求的脚步,一系列问题接连出现。如安全系数低,管理困难和许多还未发掘出来的问题,这些问题已经成为当前互联网架构发展的阻碍,影响了互联网应用的进一步发展,本文对现今互联网架构面临的问题和挑战进行了分析,从中探讨未来互联网体系结构的研究方向和相关技术升级的战略。     

Research achievements on the new generation Internet architecture and protocols

Despite the great success achieved by the Internet, it has been facing increasingly severe technical challenges that include address exhaustion, low-level network security and trustworthiness, weak quality-of- service control capability, limited bandwidth, and poor support toward mobility. In this paper we summarize the principal challenges facing the current Internet, introduce the research status of the future Internet, analyze the principal design goals of the new generation Internet evaluation methods and models of the present Internet architecture, introduce the research achievements made under the new generation Internet architecture in detail, and propose our next-step research priorities and perspectives in the face of an increasing number of innovative Internet applications.     

自适应的未来网络体系架构

随着计算技术和互联网业务的蓬勃发展,用户对网络应用提出了越来越高的要求,多样化的需求使得现有Internet架构难以适用,成为了网络业务进一步发展的瓶颈.文中在分析当前Internet网络存在的问题、总结本源性因素的基础上,指出了自适应是未来网络的发展方向,可控、可管、可扩展和可信是实现自适应特性应满足的基本指标.在介绍和分析现有自适应未来网络关键技术和体系架构的同时,深入讨论了相关技术和体系结构的优势和兼容性,并在此基础上提出了自适应的未来网络体系架构,为未来网络的研究提供了参考.     

Towards evolvable Internet architecture-design constraints and models analysis

There is a general consensus about the success of Internet architecture in academia and industry. However, with the development of diversified application, the existing Internet architecture is facing more and more challenges in scalability, security, mobility and performance. A novel evolvable Internet architecture framework is proposed in this paper to meet the continuous changing application requirements. The basic idea of evolvability is relaxing the constraints that limit the development of the architecture while adhering to the core design principles of the Internet. Three important design constraints used to ensure the construction of the evolvable architecture, including the evolvability constraint, the economic adaptability constraint and the manageability constraint, are comprehensively described. We consider that the evolvable architecture can be developed from the network layer under these design constraints. What＇s more, we believe that the address system is the foundation of the Internet. Therefore, we propose a general address platform which provides a more open and efficient network environment for the research and development of the evolvable architecture.     

未来互联网试验平台

相对于互联网上层应用和底层通信技术的蓬勃繁荣,互联网的基本网络架构并没有得到同步发展,还是基于设计之初的TCP/IP协议.随着应用环境、用户需求和底层设施的不断发展变化,现有的网络结构已暴露出越来越多的缺陷.针对这些问题,研究人员提出了许多新的网络架构、概念、服务、协议和算法,以构建不同于现有互联网的新型未来互联网.不过,任何一种新的思想在实现或部署到真实的网络之前,都必须经过严格的测试和验证.因此,构建大规模的、真实的、可控的试验平台不仅是未来互联网研究的基础,也是对未来互联网本身探索和研究的一种途径.文中从规模、功能、开放性等基本特性以及科学实验要素、网络元素类型三个方面对试验平台进行了归纳和分类;分析了试验平台的结构化原则和分层结构;重点分析和总结了构建试验平台的关键技术,包括实验描述语言、控制框架和网络资源分片技术;分析了国内试验平台的发展现状;最后探讨了未来互联网试验平台的发展趋势.     

面向下一代互联网的轻量级多级Capabilities机制

本文提出了面向下一代互联网的轻量级的多级Capabilities机制(LMCM)来防御拒绝服务攻击。LMCM通过对用户的行为进行评估进而来区分合法用户与攻击者,采用轻量级的校验机制避免了核心网络进行复杂运算。LMCM采用多级Capabilities机制在不降低总体安全性的前提下提高了数据传输的效率,并能适应不同安全性需求。LMCM采用分级的队列管理机制来防御拒绝Capabilities攻击(DoC),保障网络资源的公平分享。此外,LMCM改进了TVA的流量控制机制,改进后的方案能够防御TVA所不能防御的某些复杂网络攻击,弥补了TVA在这方面的缺点和不足。为了得到可信的仿真实验结果,LMCM从CAIDA数据集中挑选实验所需要的有代表性的拓扑结构。不同场景下的仿真实验结果表明,与TVA相比,LMCM有利于提高数据传输的效率和增强防御体系的可扩展性。     

下一代互联网体系结构研究

互联网发展到今天在很多方面已经无法满足用户的需求,面临着一系列问题,如安全性差、难以管理以及不可预测等.当前互联网的体系结构已经不能适应甚至阻碍互联网应用的进一步发展.文章对当前互联网体系结构存在的问题及面临的挑战进行了分析,并对国内外研究动态、在该领域的若干研究方向及提出的解决方案进行了总结评述.在此基础上重新审视互联网最初的基本设计原则是否符合当前和新兴网络应用环境的需求.并对互联网未来的发展进行了展望.     

下一代因特网QoS路由机制的研究

目前得到广泛应用的因特网是一种尽力而为服务模式的网络,它不能对网上实时多媒体业务提供服务质量保证,传统的路由选择、流量控制与重传机制具有不可预测的时延特性,对时延敏感的媒体信息传输极为不利。随着多媒体应用领域的拓展和网上通信的日益增多,QoS路由越来越成为目前网络研究的热点。文中针对下一代因特网的综合服务模型与区分服务模型的QoS路由机制做了较详尽的探讨,分析了QoS路由算法的研究现状,并探讨了将来的研究方向。     

新一代网络体系结构：需求目标、设计原则及参考模型

本文按照网络体系结构认知框架，遵循“需求目标→设计原则→具体实现”的合理研究思路，对满足下一代网络发展需求的新一代网络体系结构进行了研究。首先对下一代网络的概念进行了比较全面的分析，在此基础上明确地归纳了新一代网络体系结构的10条主要需求目标；然后通过总结、吸收相关领域的最新成果，研究提出了与这些需求目标相适应的若干新的网络体系结构设计原则；最后，以这些新的设计原则为指导，研究并建立起了满足下一代网络发展需求的新一代网络体系结构INSA参考模型，为满足下一代网络发展需求的新一代网络体系结构的研究提供了较好的思路并奠定了良好的基础。     

下一代互联网的可信性

本文首先概述了互联网可信性的研究概况．然后剖析了造成信任危机的原因;在给出可信性的 基本定义之后,讨论了互联网可信性的网络体系结构和协议工作模型,并归纳了目前互联网最新的网络安全 技术．最后给出了下一代互联网可信性研究的关键问题与展望．