劉媛妮，唐 紅，趙國鋒

(重慶郵電大學(xué)未來網(wǎng)研究中心，重慶 400065)

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)在社會(huì)發(fā)展中的基礎(chǔ)地位和核心作用與日俱增，互聯(lián)網(wǎng)以固定終端接入、基于IP地址的端到端通信模式已經(jīng)難以適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)計(jì)算、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)等新型應(yīng)用和計(jì)算模式的需求?，F(xiàn)有的IP路由機(jī)制使得互聯(lián)網(wǎng)面臨著擴(kuò)展性、安全性、移動(dòng)性等問題，盡管現(xiàn)有的研究針對(duì)這些問題提出了各種解決方案，但是造成這些問題的根本原因在于TCP/IP體系結(jié)構(gòu)基于IP地址的通信模式。針對(duì)這些問題，目前學(xué)術(shù)界認(rèn)為“為Internet構(gòu)建新型的體系結(jié)構(gòu)是解決這些矛盾的根本途徑”，針對(duì)未來網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)行的如火如荼。盡管尚未在未來網(wǎng)絡(luò)新型體系結(jié)構(gòu)的具體形態(tài)上取得實(shí)質(zhì)性的突破并達(dá)成共識(shí)，但是普遍認(rèn)為在新的未來網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，仍需由網(wǎng)際互聯(lián)層以“信息轉(zhuǎn)發(fā)”的形式承擔(dān)整個(gè)Internet最為基本的“信息傳遞”功能。網(wǎng)際互聯(lián)的根本功能在于“在多個(gè)異種物理網(wǎng)絡(luò)之間發(fā)現(xiàn)和建立信息傳遞的路徑并在實(shí)施通信的多個(gè)實(shí)體之間完成信息的傳遞”，顯然路由是構(gòu)成網(wǎng)際互聯(lián)層完成“互聯(lián)、選路、轉(zhuǎn)發(fā)”這一根本任務(wù)所必備而重要的基礎(chǔ)功能。因此，研究未來網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的路由機(jī)制勢在必行。

現(xiàn)有未來網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下路由機(jī)制的研究尚處于起步階段，更多的是針對(duì)未來網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下路由體系結(jié)構(gòu)的架構(gòu)研究。本文首先介紹了現(xiàn)有未來網(wǎng)的發(fā)展情況，并對(duì)當(dāng)前IP路由機(jī)制存在的問題進(jìn)行了分析，然后，總結(jié)了在未來網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中解決路由問題的典型技術(shù)，并總結(jié)了演進(jìn)式和革命式未來網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的路由體系結(jié)構(gòu)。

1 未來網(wǎng)絡(luò)

1.1 未來網(wǎng)絡(luò)的概念

國外諸多的研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者已經(jīng)開始對(duì)未來網(wǎng)絡(luò)展開研究，并且產(chǎn)生了包括未來網(wǎng)絡(luò)“Future Network”、新一代網(wǎng)絡(luò)“New Generation Network”等概念。其中，國際電信聯(lián)盟遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)化組ITU-T(ITU Telecommunication Standardization Sector)第13工作組SG-13定義未來網(wǎng)絡(luò)是能夠提供革命性創(chuàng)新服務(wù)與能力的網(wǎng)絡(luò)，能夠克服當(dāng)前IP網(wǎng)絡(luò)存在的不足和滿足未來用戶對(duì)服務(wù)的需求。另外還有日本提出的“新一代網(wǎng)絡(luò)”以及“后IP網(wǎng)絡(luò)”等概念。這些概念的共性是都提出了一種不同于現(xiàn)有IP體系結(jié)構(gòu)的新網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

1.2 未來網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)原則

未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需要在設(shè)計(jì)新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)時(shí)，一方面既要保持傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)開放，簡單，靈活和健壯的特點(diǎn)，另一方面還應(yīng)該遵循以下原則。

(1)融合原則。未來網(wǎng)絡(luò)既不是現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的簡單擴(kuò)展，也不是現(xiàn)有電信網(wǎng)的自然延伸，而應(yīng)該是互聯(lián)網(wǎng)和電信網(wǎng)的相互融合和發(fā)展。未來網(wǎng)絡(luò)反映了多種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相互融合的發(fā)展趨勢，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)各種開放、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的結(jié)構(gòu)互聯(lián)、優(yōu)勢互補(bǔ)、信息互通和服務(wù)互融。

(2)變化原則。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的扭斗在不斷變化發(fā)展，對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)必須適應(yīng)這種變化。因此，未來網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)該面向變化，充分重視和考慮技術(shù)如何適應(yīng)不斷發(fā)展變化的扭斗環(huán)境，保持設(shè)計(jì)目標(biāo)的柔性和可變性，盡量避免因片面追求短期利益而妨礙網(wǎng)絡(luò)未來的發(fā)展。

(3)選擇原則。未來網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究應(yīng)該綜合面向開放系統(tǒng)互連和多樣服務(wù)提供的設(shè)計(jì)思路，既允許用戶有根據(jù)自己的喜好對(duì)服務(wù)類型和服務(wù)方式進(jìn)行選擇的權(quán)利，同時(shí)還允許在盡可能保持服務(wù)功能不變的情況下，網(wǎng)絡(luò)本身有根據(jù)不同的實(shí)際情況對(duì)具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行選擇的權(quán)利。

1.3 未來網(wǎng)絡(luò)研究路線

對(duì)未來互聯(lián)網(wǎng)的研究可以分為2種思路:演進(jìn)式(Incremental)和革命式(Clean-Slate)。演進(jìn)式通過“打補(bǔ)丁”的方式對(duì)原有的互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改和補(bǔ)充，其核心仍然是TCP/IP體系結(jié)構(gòu)，并不能從根本上解決其本身面臨的問題;革命式思路認(rèn)為，漸進(jìn)式的修補(bǔ)策略會(huì)使得原有簡潔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，并且“補(bǔ)丁”的實(shí)施又會(huì)變得互相鉗制，最終使得新增加的修補(bǔ)策略變得越來越復(fù)雜和困難，因此，他們認(rèn)為應(yīng)該拋棄現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，重新建立網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，從根本上解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中存在的問題。

2 未來網(wǎng)絡(luò)路由體系結(jié)構(gòu)

2.1 IP路由存在的問題

傳統(tǒng)的IP路由機(jī)制以IP地址為驅(qū)動(dòng)，IP承擔(dān)身份和位置的雙重屬性，即所謂的語意過載，使其面臨著擴(kuò)展性、移動(dòng)性以及安全性方面的問題。

(1)擴(kuò)展性問題。擴(kuò)展性問題主要表現(xiàn)在骨干網(wǎng)流量激增和路由表膨脹，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)流量增加的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過摩爾定律與路由器性能提升的速度［1］，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷地被動(dòng)擴(kuò)張;另外，路由器通過維護(hù)路由表實(shí)現(xiàn)IP地址路由，IP地址分配不均衡、多宿主技術(shù)、地址碎片、流量工程等使得路由表難以實(shí)現(xiàn)高效率聚合，導(dǎo)致骨干路由表急劇膨脹。目前，活躍路由表?xiàng)l目已經(jīng)達(dá)到35萬條［2］，而且以每兩年1.3倍的速度增長［3］，從而導(dǎo)致路由查找性能下降，并增加路由器實(shí)現(xiàn)開銷。2001年，IRTF Routing Research Group(RRG)的2個(gè)工作小組對(duì)現(xiàn)有路由體系結(jié)構(gòu)存在的擴(kuò)展性問題達(dá)成了基本的共識(shí)［4］。2006年，IAB RAWS的報(bào)告中全面描述了互聯(lián)網(wǎng)路由的擴(kuò)展性問題，并分析了該問題產(chǎn)生的根本原因，并與2007年將該報(bào)告的主要結(jié)論形成了RFC4984［5］。

(2)移動(dòng)性問題。IP路由在設(shè)計(jì)之初并沒有考慮主機(jī)移動(dòng)的情況，隨著便攜式移動(dòng)終端日益普及，移動(dòng)終端上的業(yè)務(wù)流量占網(wǎng)絡(luò)流量的比重日益增加以及物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)導(dǎo)致低智能終端數(shù)量爆炸式增長。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸路徑頻繁變換，嚴(yán)重破壞了上層應(yīng)用服務(wù)的連續(xù)性，影響了互聯(lián)網(wǎng)用戶的服務(wù)質(zhì)量和使用感受。造成移動(dòng)性的根源在于IP語意過載，即IP地址要同時(shí)作為設(shè)備位置標(biāo)識(shí)和身份標(biāo)識(shí)，這實(shí)際上破壞了互聯(lián)網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)中不同層次之間盡量減少耦合的原則。

(3)安全性問題。在安全性方面，現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)基于IP地址的通信模式導(dǎo)致用戶在獲取服務(wù)時(shí)需要以IP地址加端口的組合方式唯一指定服務(wù)提供者，只能采取在服務(wù)請(qǐng)求者和服務(wù)提供者之間的路徑上預(yù)留資源的方式來保障服務(wù)質(zhì)量，另外安全機(jī)制也只能在服務(wù)請(qǐng)求者和服務(wù)提供者之間建立安全通道，無法實(shí)現(xiàn)服務(wù)和數(shù)據(jù)內(nèi)容級(jí)的細(xì)粒度安全防護(hù)。

2.2 未來網(wǎng)絡(luò)路由典型技術(shù)

為了提供更好的服務(wù)，緩解未來網(wǎng)絡(luò)上海量信息對(duì)路由造成的壓力，通過分析現(xiàn)有的相關(guān)研究，認(rèn)為一下集中技術(shù)和思想對(duì)于實(shí)現(xiàn)未來網(wǎng)絡(luò)路由是比較重要的。

2.2.1 位置與標(biāo)識(shí)分離

位置與標(biāo)識(shí)分離主要是為了解決IP語意過載的問題。IP地址語意過載是指在當(dāng)前的TCP/IP協(xié)議中，IP既充當(dāng)了節(jié)點(diǎn)的位置又是節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)，是當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)在命名和尋址體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的主要問題。IP地址的雙重身份造成了網(wǎng)絡(luò)在移動(dòng)性、可擴(kuò)展性、安全性等方面的問題。鑒于以上問題，IAB提出通過位置與標(biāo)識(shí)分離(locator/identifier split)的構(gòu)想，即使用2個(gè)名字空間分別表示節(jié)點(diǎn)的位置和身份。目前主要的解決方案有 HIP［6］，SHIM6［7］，LISP［8］等。

2.2.2 基于名字的路由

通常討論的路由是指IP層的路由，而基于名字的路由則是將內(nèi)容的定位問題轉(zhuǎn)換為路由問題:其中，用戶的請(qǐng)求的內(nèi)容經(jīng)過名字解析后轉(zhuǎn)換為IP地址，然后，路由器根據(jù)IP地址進(jìn)行數(shù)據(jù)包的路由轉(zhuǎn)發(fā)，這種新的路由方式即為基于名字的路由。為實(shí)現(xiàn)基于名字的路由，需要在現(xiàn)有的Internet上增加2個(gè)新的協(xié)議:①因特網(wǎng)名字轉(zhuǎn)換協(xié)議(internet relay protocol，INRP)，根據(jù)中級(jí)節(jié)點(diǎn)維護(hù)的路由信息實(shí)現(xiàn)名字到地址的轉(zhuǎn)換;②基于名字的路由協(xié)議(namebased routing protocol，NBRP)動(dòng)態(tài)地更新中繼節(jié)點(diǎn)上的路由信息。當(dāng)前，在以內(nèi)容為中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中如 NDN［9-10］，DONA［11］、NetInf［12］也都通過不同的方式實(shí)現(xiàn)了基于名字的路由。

2.2.3 發(fā)布訂閱模式

2.2.4 非分層的路由

在未來網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，協(xié)議層的概念作為組織和實(shí)施的原則正受到質(zhì)疑，由于協(xié)議棧包含了重要的功能，限制了這些功能的靈活性，也制約了他們的進(jìn)一步發(fā)展，另外，開發(fā)嚴(yán)格適合網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的新協(xié)議也是困難的，導(dǎo)致了1/2層解決方案的快速增長(如IPSec、MPLS等)。缺乏跨層交互機(jī)制也導(dǎo)致了層違背(layer violations)現(xiàn)象的頻繁發(fā)生，同時(shí)協(xié)議的設(shè)計(jì)也沒有充分利用像Cell這樣新型的硬件架構(gòu)的優(yōu)勢。非分層的方法重新設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和組織功能單元之間的通信，目標(biāo)是構(gòu)建高度靈活的架構(gòu)。目前，在 SCN［16］、SILO［17］、RBA［18-19］以及 SONATE［20］這些網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中均采用的是這種思想。

2.3 未來網(wǎng)路由若干解決方案

傳統(tǒng)的IP路由機(jī)制已無法有效適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)在擴(kuò)展性、移動(dòng)性、安全性等方面的需求，設(shè)計(jì)新的路由體系結(jié)構(gòu)勢在必行，國內(nèi)外研究者提出了諸多路由方案。根據(jù)未來網(wǎng)絡(luò)的革命式和演進(jìn)式觀點(diǎn)，未來網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下路由的發(fā)展也是從這2個(gè)方面入手。

2.3.1 演進(jìn)式路由解決方案

演進(jìn)式的路由解決方案主要思想是在網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層之間添加一層從而通過映射的方法實(shí)現(xiàn)。

LISP［8］(Locator/Identifier Separation Protocol)將單一編址空間劃分為2個(gè)編址空間:EID(端點(diǎn)標(biāo)識(shí))和RLOC(路由位置符)，前者被用于站內(nèi)通信，后者則可用于全局通信。LISP通信模型采用映射和封裝的方案，新引入的隧道代理及數(shù)據(jù)包封裝轉(zhuǎn)發(fā)方式在一定程度上影響網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和數(shù)據(jù)傳輸效率。

一體化網(wǎng)絡(luò)與普適服務(wù)［21］采用核心與邊緣網(wǎng)絡(luò)分離的路由體系結(jié)構(gòu)，并將傳統(tǒng)的OSI 7層模型改為只有網(wǎng)通層和服務(wù)層的2層模型。其中，網(wǎng)通層主要負(fù)責(zé)在一個(gè)一體化的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上提供多元化的網(wǎng)絡(luò)接入，為各種業(yè)務(wù)提供一個(gè)一體化的網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，從而達(dá)到有效支持普適服務(wù)的目的。各種接入網(wǎng)絡(luò)和終端由網(wǎng)通層的虛擬接入模塊映射為接入標(biāo)識(shí)，并將其映射到虛擬骨干模塊的交換路由標(biāo)識(shí);虛擬骨干模塊通過廣義交換路由算法選擇路徑，到達(dá)對(duì)端廣義交換路由器后，數(shù)據(jù)包的交換路由標(biāo)識(shí)被置換回原來的接入標(biāo)識(shí)。服務(wù)層先將不同的業(yè)務(wù)映射成服務(wù)標(biāo)識(shí)，然后將其映射為連接標(biāo)識(shí)，最后連接標(biāo)識(shí)由映射機(jī)制映射到網(wǎng)通層，實(shí)現(xiàn)廣義交換選路。一體化網(wǎng)絡(luò)與普適服務(wù)還在此此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了接入控制和鑒權(quán)，但這種結(jié)構(gòu)仍然把互聯(lián)網(wǎng)看作是傳輸?shù)耐ǖ?，由地址?qū)動(dòng)路由，無法解決互聯(lián)網(wǎng)路由的可擴(kuò)展性等問題。

第二種的推薦算法是基于流行度：這種算法是現(xiàn)在的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用領(lǐng)域中最為常見也是當(dāng)前應(yīng)用得最為廣泛的算法。原因是因?yàn)檫@個(gè)算法的運(yùn)算方式非常簡便迅捷。將各個(gè)項(xiàng)目的流行度進(jìn)行排序，再將排行靠前的流行項(xiàng)目推薦給用戶即可。例如微博的熱搜，音樂APP中的最熱歌曲，各大新聞等。這個(gè)算法的優(yōu)點(diǎn)是算法簡單，操作簡便快捷，推薦內(nèi)容適用于大眾和新用戶。而它的缺點(diǎn)是不能推薦相對(duì)個(gè)性化的內(nèi)容和領(lǐng)域。

ADI［22］(architecture based on de-conflated identities)中引入了HID層，實(shí)現(xiàn)了終端主機(jī)作為分布式主機(jī)域的功能并耦合位于主機(jī)域邏輯端到端的連接。

I3［23］(internet indirection infrastruction)中不再直接將數(shù)據(jù)包發(fā)送到目的地，而是將每個(gè)數(shù)據(jù)包與一個(gè)Identifier相關(guān)聯(lián)，接收者和發(fā)送者之間通過觸發(fā)器以Identifier對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行匹配。

CDN［24］(content delivery networks)內(nèi)容路由通過在現(xiàn)有的Internet中增加一層新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將網(wǎng)站的內(nèi)容發(fā)布到最接近用戶的網(wǎng)絡(luò)“邊緣”，使用戶可以就近取得所需的內(nèi)容，從而解決Internet網(wǎng)絡(luò)擁塞的狀況，提高用戶訪問網(wǎng)站的相應(yīng)速度。CDN的關(guān)鍵技術(shù)包括內(nèi)容路由、內(nèi)容分發(fā)、內(nèi)容存儲(chǔ)和管路等。CDN提出了以內(nèi)容為路由的概念，通過在互聯(lián)網(wǎng)之上部署新的大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施來緩存數(shù)據(jù)，從而減緩流量激增問題，但是CDN不僅昂貴而且僅對(duì)簽約用戶的特定應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，不能從根本上解決流量激增問題。

“下一代內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)”(next generation content delivery network)是指在CDN網(wǎng)絡(luò)中引入對(duì)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使對(duì)等網(wǎng)輔助CDN的功能，這是下一代CDN的發(fā)展趨勢。對(duì)等網(wǎng)輔助CDN從P2P技術(shù)角度出發(fā)，將CDN代理服務(wù)器改造為可靠的超級(jí)節(jié)點(diǎn)，以用戶作為P2P網(wǎng)絡(luò)的對(duì)等節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成P2P覆蓋網(wǎng)。CDN利用其邊緣服務(wù)器維護(hù)元數(shù)據(jù)目錄，并通過描述對(duì)等節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的共享文件來幫助對(duì)等節(jié)點(diǎn)間交互。目前對(duì)等網(wǎng)輔助CDN技術(shù)仍然處于發(fā)展階段，在CDN中引入對(duì)等網(wǎng)可以提高其可擴(kuò)展性，但同時(shí)給穩(wěn)定性和可靠性帶來了隱患，并使CDN中原本就繁瑣的內(nèi)容管理更加復(fù)雜，這些都是CDN將要面臨的挑戰(zhàn)。

P/S(publisher/subscriber)系統(tǒng)［25］是以傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)構(gòu)建新的覆蓋網(wǎng)絡(luò)，訂閱者和發(fā)布者之間基于內(nèi)容在集合點(diǎn)(rendezvous point，RP)處建立匹配或?qū)?yīng)關(guān)系，匹配成功的事件則會(huì)被路由到訂閱者。PSIRP［26］(Publish/Subscribe Internet Routing Paradigm)的目標(biāo)是不依賴現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以一種全新的設(shè)計(jì)方法實(shí)施靈活的、可擴(kuò)展Publish/Subscribe網(wǎng)絡(luò)。PSIRP系統(tǒng)通過引入4個(gè)標(biāo)識(shí)完成內(nèi)容路由的匹配功能。其中，AID(application level identifiers)標(biāo)識(shí)上層信息;RID(rendezvous identifiers)標(biāo)識(shí)單獨(dú)的publications;SID(scope identifiers)代表一組publications的分布式策略，包含了訂閱者、位置、可達(dá)性、可利用性、復(fù)制、路由策略等，以控制接入數(shù)據(jù)源;FID(forwarding identifier)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳遞路徑進(jìn)行編碼，并將其插入發(fā)送者的載荷包頭。在進(jìn)行路由時(shí)，首先由發(fā)布者向RP發(fā)布新的信息并指明RID和SID，其中，SID表示發(fā)布者希望該信息能夠被哪些用戶訪問。同時(shí)，也會(huì)將描述實(shí)際信息的元數(shù)據(jù)(信息的作者、大小等)發(fā)送給RP。當(dāng)訂閱者想獲取信息時(shí)，則需要先向RP發(fā)送一個(gè)訂閱消息，由RP負(fù)責(zé)將該訂閱消息與已發(fā)布的信息進(jìn)行匹配。發(fā)布者到訂閱者的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，由拓?fù)錁?gòu)造函數(shù)生成，并分配轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)識(shí)符(forwarding identifier，F(xiàn)ID)給中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)FID進(jìn)行信息的轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)將流經(jīng)的信息存入緩存。PSIRP系統(tǒng)能夠較好的實(shí)現(xiàn)內(nèi)容路由的功能，但是其內(nèi)容匹配和路由計(jì)算會(huì)給事件代理帶來巨大的計(jì)算和通信負(fù)載。

Everything Over Http［27］中 http 與 IP 共存，代替網(wǎng)絡(luò)的細(xì)腰，大量的流量經(jīng)過http而不是直接利用IP傳輸，但是http在健壯性、安全性、QoS等方面還需完善。

P2P［28］對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)既可以充當(dāng)服務(wù)器，為其他節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)，同時(shí)也享用其他節(jié)點(diǎn)提供的服務(wù)，具有良好健壯性和可擴(kuò)展性，性價(jià)比高，同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡。P2P通過建立覆蓋網(wǎng)絡(luò)并在其上建立應(yīng)用層主機(jī)之間的路由，但是其支撐點(diǎn)依然是現(xiàn)有IP路由機(jī)制，并且覆蓋網(wǎng)絡(luò)和下層的網(wǎng)絡(luò)之間可能會(huì)存在存在上下層拓?fù)涫涞娜秉c(diǎn)。當(dāng)前P2P主要面臨拓?fù)涫?、網(wǎng)絡(luò)病毒，不良信息的傳播，網(wǎng)絡(luò)帶寬，以及由節(jié)點(diǎn)的自私性導(dǎo)致的不合作問題等。

演進(jìn)式的路由解決方案在新路由機(jī)制的研究中取得了一定的進(jìn)展，但由于其基本設(shè)計(jì)理念是基于“演進(jìn)式”的思想，因此只是在一定程度上對(duì)IP路由做了一定的修改，其底層路由仍然需要以IP路由為依托，不能從根本上解決IP路由存在的問題。

2.3.2 革命式路由解決方案

革命式的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)考慮摒棄現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和協(xié)議的約束，從頭開始設(shè)計(jì)一個(gè)全新的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從而從根本上解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中的問題。

SOFIA［29］(Service-Oriented Future Internet Architecture)面向服務(wù)的未來因特網(wǎng)架構(gòu)中，基于身份與位置分離的思想，SOFIA用一個(gè)全球唯一的服務(wù)標(biāo)識(shí)ID碼代替原有的IP層。在SOFIA中不再有運(yùn)輸層，服務(wù)ID層上僅有應(yīng)用層。另外，使用另一個(gè)“定位”標(biāo)識(shí)來具體說明網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置，從而實(shí)現(xiàn)了身份與位置的分離。SOFIA網(wǎng)絡(luò)中的路由器增加了處理器和存儲(chǔ)設(shè)備，路由器不僅轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，而且能夠提供服務(wù);

MILSA［30-31］(mobility and multihoming supporting identifier locator split architecture)提出了以realm為邏輯關(guān)系(身份)路由單元，以zone為地址關(guān)系(位置)路由單元的思想，在路由的具體實(shí)現(xiàn)上通過使核心與邊緣相分離，以解決路由的擴(kuò)展性問題，另外，通過引入新的標(biāo)識(shí)層解決路由的安全和移動(dòng)性問題。

面向內(nèi)容的體系結(jié)構(gòu)NDN(named data networking)提出了基于命名/路由的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，使得通信方式由原來的“where”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皐hat”。NDN網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中增加了存儲(chǔ)功能，且以數(shù)據(jù)內(nèi)容為核心。NDN基于名字進(jìn)行路由和轉(zhuǎn)發(fā)，其通信是由接收端(數(shù)據(jù)消費(fèi)者)驅(qū)動(dòng)的，消費(fèi)者通過發(fā)送interest請(qǐng)求包來請(qǐng)求期望的數(shù)據(jù)，路由器記錄請(qǐng)求的接口，然后，從FIB中查找名字并進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)請(qǐng)求包被轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)發(fā)送端時(shí)，發(fā)送端沿著逆向路徑返回請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包。請(qǐng)求包和數(shù)據(jù)包都不攜帶任何主機(jī)或端口的地址信息，通過使用請(qǐng)求包中的名字進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。NDN路由采用類似于傳統(tǒng)的IP路由方式，不同的是，NDN通告名字前綴信息而不是IP前綴信息，另外，依據(jù)最長前綴匹配原則從FIB中進(jìn)行路由匹配。

DONA［32］(data-oriented network architecture)架構(gòu)中以名字為路由驅(qū)動(dòng)，并圍繞服務(wù)和數(shù)據(jù)定義了全新的內(nèi)容命名方法及解析機(jī)制。DONA采用平面的、自認(rèn)證的命名機(jī)制。名字圍繞主體(principles)進(jìn)行組織，主體與一個(gè)公鑰私鑰對(duì)相關(guān)聯(lián)，名字格式為P:L，其中，P是主體公鑰的加密hash值;L是主體選擇的列表，確保每個(gè)名字都是唯一的，這種命名方式具有自驗(yàn)證特性。DONA采用基于名字路由的模式而不使用DNS服務(wù)器，依靠一類新的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體RHs(resolution handlers)，采用 2種基本的原語(FIND(P:L)、REGISTER(P:L))實(shí)現(xiàn)名字解析?？蛻舭l(fā)送FIND(P:L)來定位名字為P:L的對(duì)象，RHs把這個(gè)請(qǐng)求向最近的副本進(jìn)行路由，通過REGISTER信息設(shè)置狀態(tài)能夠提高RHs路由FINDs的效率。每個(gè)客戶通知配置都知道它所屬的本地的RH，如果被授權(quán)的客戶想發(fā)布一個(gè)名為P:L的服務(wù)或數(shù)據(jù)，需要發(fā)送REGISTER(P:L)(該命令必須要經(jīng)過授權(quán)，即用客戶的私鑰進(jìn)行簽名)到本地RH進(jìn)行注冊(cè)。當(dāng)父節(jié)點(diǎn)收到子節(jié)點(diǎn)發(fā)送的REGISTER信息，只有在父節(jié)點(diǎn)的注冊(cè)表中沒有該注冊(cè)信息或者注冊(cè)信息來自一個(gè)比以前更新的copy時(shí)，父節(jié)點(diǎn)才更新注冊(cè)表。

SCN［33］(service centric network)以服務(wù)為中心的網(wǎng)絡(luò)可以認(rèn)為是對(duì)CCN的擴(kuò)展，利用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法通過對(duì)內(nèi)容和服務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一命名，采用對(duì)象名作為網(wǎng)絡(luò)路由基礎(chǔ)設(shè)施尋址的方法;以服務(wù)為中心的網(wǎng)絡(luò)通過增加網(wǎng)絡(luò)側(cè)的智能使互聯(lián)網(wǎng)成為集傳輸、存儲(chǔ)和計(jì)算為一體的服務(wù)池。在這類網(wǎng)絡(luò)中所有的單元都是服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)的核心功能是將用戶請(qǐng)求的服務(wù)傳輸給用戶，路由不再是以地址為驅(qū)動(dòng)，而是以服務(wù)為驅(qū)動(dòng)。

Netserv［34］提出可編程節(jié)點(diǎn)架構(gòu)，將不同的應(yīng)用模型部署到邊緣路由器并將其加入到分布的服務(wù)主機(jī)平臺(tái)中，從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)的本地化以降低核心網(wǎng)流量;終端用戶請(qǐng)求某應(yīng)用數(shù)據(jù)時(shí)，向內(nèi)容提供商publisher發(fā)送請(qǐng)求，當(dāng)用戶的請(qǐng)求被publisher收到后，將會(huì)在服務(wù)器上觸發(fā)一個(gè)信號(hào)(signal)，該信號(hào)消息從publisher向終端用戶發(fā)送時(shí)即可建立用戶和內(nèi)容服務(wù)提供商之間的路由，當(dāng)信號(hào)經(jīng)過NetServ路由器時(shí)，將會(huì)出發(fā)NetServ路由器下載和安裝賴在該內(nèi)容提供商的應(yīng)用模塊，從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)的本地化。

SILO［35］是一種新型的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，整合了安全和管理特性。在 SILO中，最基本的模塊是服務(wù)(Services)，它是一種被良好定義且自包含的功能，與特定的通信任務(wù)相關(guān)聯(lián)。在SILO中，如包傳輸、流控制、包分段、壓縮、加密等都是服務(wù)的實(shí)例。每種服務(wù)提供單一、原子的功能。

SOA［36］(service oriented approach)將網(wǎng)絡(luò)分成四層，以面向?qū)ο蟮姆绞?，通過組合功能模塊的方式來配置復(fù)雜的通信任務(wù)。

RBA［37］(role based architecture)及 SONATE［26］(service oriented network architecture)摒棄了分層的思想，利用roles功能單元進(jìn)行通信，能夠?qū)P進(jìn)行重新模塊化，分割為更小的功能單元，并提供了一個(gè)對(duì)包頭進(jìn)行處理的模型以完成路由功能。

3 結(jié)束語

目前針對(duì)未來網(wǎng)絡(luò)路由體系結(jié)構(gòu)的研究取得了一定的進(jìn)展，但是還存在如下的問題。

(1)路由標(biāo)識(shí)的命名:目前未來網(wǎng)絡(luò)中針對(duì)路由標(biāo)識(shí)的命名并沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這是目前亟待解決的問題，也是研究未來網(wǎng)絡(luò)路由的前提。

(2)身份與位置分離機(jī)制中映射系統(tǒng)的建立，建立高效的身份位置映射系統(tǒng)是解決未來網(wǎng)路由可擴(kuò)展問題的關(guān)鍵。

(3)高效路由機(jī)制的制定:研究基于新型地址命名方式的路由算法，制定高效的路由協(xié)議是解決未來網(wǎng)絡(luò)路由問題的核心。

［1］MEYER D，ZHANG L，F(xiàn)ALL K.RFC 4984:Report from the IAB workshop on routing and addressing［S］.US:IETF，2007.

［2］MOSKOWITZ R，NIKANDER P.RFC 4423:Host Identity Protocol(HIP)Architecture［S］.US:IETF，2006.

［3］NORDMARK E，BAGNULO M.RFC 5533:Shim6:Level 3 multihoming shim protocol for IPv6［S］.US:IETF，2009.

［4］LEWIS D，F(xiàn)ULLER V，F(xiàn)ARINCCI D.Locator/ID Separation Protocol(LISP)［IB/OL］.［2012-11-13］.http://tools.ietf.org/html/draft-ietf-lisp-24.

［5］JACOBSON V，SMETTERS D，THORNTON J，et al.Networking named content［C］//Proceedings of the 5th international conference on Emerging networking experiments and technologies.Rome:［s.n.］，2009:1-12.

［6］ZHANG L，ESTRIN D，BURKE J，et al.Named data networking(NDN)project［EB/OL］.［2012-10-31］.http://www.named-data.net/ndn-prj.pdf.

［7］KOPONEN T，CHAWLA M，CHUN B G，et al.A dataoriented(and beyond)network architecture［C］//Proceedings of ACM SIGCOMM 2007.Kyoto: ［s.n.］，2007:181-192.

［8］AHLGREN B，AMBROSIO M，DANNEWITZ C，et al.Design considerations for a network of information［C］//Proceedings of FirstInternational Workshop on Re-Architecting the Internet.Madrid: ［s.n.］，2008:1-6.

［9］汪錦嶺.面向Internet的發(fā)布/訂閱系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.北京:中國科學(xué)院研究生院(軟件研究所)，2005.WANG Jinling.Research on key technologies in Internetscale publish/subscribe systems［D］.Beijing:Institute of Software，Chinese Academy of Sciences(ISCAS)，2005.

［10］EUGSTER P T，F(xiàn)ELBER P，GUERRAOUI R，et al.The many faces of publish/subscribe［J］.ACM Computing Survey，2003，35(2):114-131.

［11］S?REL? M，RINTA-AHO T，TARKOMA S.RTFM:publish/subscribe Internet working architecture［C］//Proceedings of Mobile ICT Summit 2008.Stockholm: ［s.n.］，2008:37-45.

［12］BRAUN T，HILT V，HOFMANN M，et al.Service-Centric Networking［C］//2011 IEEE International Conference on communications workshops(ICC).kyoto:［s.n.］，2011:1-6.

［13］DUTTA R，GE N R，BALDINE A.The SILO Architecture for Services Integration，control，and Optimization for the Future Internet［C］//Proceedings of IEEE ICC，Scotland:［s.n.］，2007:1899-1904.

［14］BRADEN R，F(xiàn)ABER R，HANDLEY M.From Protocol Stack to Protocol Heap—Role-Based Architecture.［J］.Computer Communication Review，2003，33(1):17-22

［15］MUELLER P，REUTHER B，F(xiàn)uture Internet Architecture:A Service Oriented Approach［J］.It-Information Technology.2009，50(6):383-389.

［16］MULLER，REUTHER P，HILLENBRAND B.Future Internet:A Service-Oriented Approach-SONATE［C］//Wurzburg Workshop on Visions of Future Generation Networks.Wurzburg:［s.n.］，2007:33-34.

［17］張宏科，蘇偉.新網(wǎng)絡(luò)體系基礎(chǔ)研究——一體化網(wǎng)絡(luò)與普適服務(wù)［J］.電子學(xué)報(bào)，2007，35(4):593-598.ZHANG Hongke，SU Wei.Fundamental Research on the Architecture of New Network—Universal Network and Pervasive Services［J］.ACTA Electronica SINIA，2007，35(4):593-598.

［18］PAUL S，PAN J，JAIN R.A Future Internet Architecture Based on De-conflated Identities［C］//IEEE GLOBECOM.Texas:［s.n.］，2010:1-6.

［19］STOICA I，ADKINS D，ZHUANG S，et al.Internet Indirection Infrastructure.［J］.IEEE/ACM Transaction on Networking，2004，12(2):205-218.

［20］VAKALI A，PALLIS G.Content delivery networks:status and trends.［J］.IEEE Internet Computing，2003，7(6):68-74.

［21］LAGUTIN D，VISA K，TARKOMA S.Publish/subscribe for Internet:PSIRP perspective［C］//Tselentis G，Galis A，Gavras A，et al.Towardsthe Future Internet-A European Research Perspective.Amsterdam:IOS Press，2010:75-85.

［22］LAGUTIN D，VISALA K，TARKOMA S.Publish/Subscribe for Internet:PSIRP Perspective［J］.Valencia FIA book，2010，(4):75-84.

［23］POPA L，GHODSI A，STOICA I.HTTP as the Narrow Waist of the Future Internet.［C］//In Proceedings of ACM SIGCOMM Workshop on Hot Topics in Networks，New Delhi，［s.n.］，2010:1-6.

［24］THEOTOKIS S A，SPINELLIS D.A Survey of peer-topeer Content Distribution Technologies.［J］.ACM Computing Surveys，2004，36(4):335-371.

［25］XIE G G，SUN Y，ZANG Y J，et al.Service-Oriented Future Internet Architecture(SOFIA)［C］//In Proc.of IEEE Infocom(Poster)，Shanghai，China: ［s.n.］，2011，10-15.

［26］PAN J，JAIN R，PAUL R.MILSA:A New Evolutionary Architecture for Scalability，Mobility，and Multihoming in the Future Internet［J］.IEEE Journal on Selected Areas in Communications，2010，28(8):1344-1362.

［27］PAN J，JAIN R，PAUL S.Enhanced MILSA Architecture for Naming，Addressing，Routing and Security Issues in the Next Generation Internet［C］//Proceedings of IEEE ICC，Dresden，［s.n.］，2009:1-6.

［28］KOPONEN T，CHAWLA M，CHUN B G，et al.A dataoriented(and beyond)network architecture［C］//Proceedings of ACM SIGCOMM 2007.Kyoto: ［s.n.］，2007:181-192

［29］BRAUN T，HILT V，HOFMANN M，et al.Service-Centric Networking［C］//2011 IEEE International Conference on communications workshops(ICC)，Kyoto:［s.n.］，2011:1-6.

［30］JAE W L ，F(xiàn)RANCESCANGLE R，JANAK J.NetServ:Active Networking 2.0［C］//In Proceedings of IEEE ICC，Scotland:［s.n.］，2011:1-6.

［31］DUTTA R，ROUSKAS G N，BALDINE A.The SILO Architecture for Services Integration，control，and Optimization for the Future Internet［C］//Proceedings of IEEE ICC，Scotland:［s.n.］，2007:1899-1904.

［32］MUELLER P，REUTHER B.Future Internet Architecture:A Service Oriented Approach［J］.Information Technology，2009，50(6):383-389.