摘要：該文首先介紹了互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，其次對下一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究方向進行了闡述和比較。最后提出基于網(wǎng)絡(luò)使用模型這一方式來進行互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并給出了模型和要求，得出IPv6可能是下一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的核心。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)；OSI；TCP/IP；IPv6；網(wǎng)絡(luò)使用模型

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）12-2785-03

1 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展及現(xiàn)狀

第一個網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是IBM在1974年提出的SNA（System Network Architecture），包括大型計算機系統(tǒng)（主機）、中型計算機系統(tǒng)、3270終端和臺式計算機。

第二個網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是DEC公司在1975年推出的DNA（Digital Network Architecture），其結(jié)構(gòu)包括面向用戶功能層、面向網(wǎng)絡(luò)功能層和面向通信功能層。

第三個是國際標準化組織在1980年推出的開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM（Reference Model of Open System Interconnection），它是一個定義異種計算機連接標準的框架結(jié)構(gòu)。

第四個是1983年作為因特網(wǎng)上所有主機間共同協(xié)議的TCP/IP協(xié)議（Transmission-Control Protocol/Internet Protocol）。

上述網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系如表1所示：

表1 網(wǎng)絡(luò)體系對應(yīng)關(guān)系

[層數(shù)＼&OSI/RM＼&SNA＼&DNA＼&TCP/IP＼&第7層＼&應(yīng)用層＼&事務(wù)服務(wù)層＼&網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層＼&應(yīng)用層＼&第6層＼&表示層＼&網(wǎng)絡(luò)可尋址部件服務(wù)層＼&第5層＼&會話層＼&數(shù)據(jù)流控制和傳輸控制層＼&會話控制層＼&第4層＼&傳輸層＼&端點通信層＼&傳輸層＼&第3層＼&網(wǎng)絡(luò)層＼&路徑控制層＼&路由層＼&網(wǎng)際層＼&第2層＼&數(shù)據(jù)鏈路層＼&數(shù)據(jù)鏈路控制和物理控制層＼&數(shù)據(jù)鏈路層＼&網(wǎng)絡(luò)接口層＼&第1層＼&物理層＼&物理鏈路層＼&]

上表顯示，各種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)均采用了分層原則，體系結(jié)構(gòu)為“分層+協(xié)議+接口服務(wù)”。設(shè)計原則也有很多相同之處，包括端到端原則、對等通信原則等。因此，互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的核心機制和設(shè)計原則是可以繼續(xù)保留的，它是網(wǎng)絡(luò)目標和實現(xiàn)的基礎(chǔ)。

隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)、各種應(yīng)用的開展和用戶規(guī)模及需求的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)日漸臃腫的體態(tài)開始凸現(xiàn)其缺陷，主要包括IP地址少、QoS能力弱、安全管理難和服務(wù)定制差等問題，這些問題都制約著互聯(lián)網(wǎng)的進一步發(fā)展。

2 一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)比較

針對互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)存在的弊端，學(xué)者提出了許多研究方向，主要包括兩類：革命式和改良式。革命式的本質(zhì)就是廢舊立新，拋開現(xiàn)有的體系結(jié)構(gòu)重新設(shè)計，從根本上解決目前體系結(jié)構(gòu)所存在的問題。改良式的思路就是針對現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)存在的不足或缺陷進行增量式修補，以減少或消除這些問題。兩者各有利弊，下面就針對目前這兩類主要方向的研究項目進行簡要闡述。

改良式LISP（Location-ID Separation Protocol），即名址分離網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其目標是緩解、抑制路由表的膨脹，解決路由的可擴展問題。關(guān)鍵研究內(nèi)容是基于路由的身份位置分離技術(shù)，具備增量部署和可擴展性特點。

改良式CDN（Content Delivery Network），即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，其基本思想是盡可能避開互聯(lián)網(wǎng)上有可能影響數(shù)據(jù)傳輸速度和穩(wěn)定性的瓶頸和環(huán)節(jié)，是內(nèi)容傳輸?shù)母?、更穩(wěn)定。目標是解決互聯(lián)網(wǎng)信息傳輸性能、訪問質(zhì)量問題。關(guān)鍵研究內(nèi)容是請求重定向技術(shù)、內(nèi)容路由、內(nèi)容分發(fā)、內(nèi)容存儲、內(nèi)容管理和負載均衡技術(shù)，具備增量部署和可擴展性。

改良式Mobile IP，主要目標是解決移動設(shè)備的通信持續(xù)問題。關(guān)鍵研究內(nèi)容是地址綁定技術(shù)、隧道技術(shù)和路由優(yōu)化技術(shù)等，具備增量部署、可擴展性和移動性。

改良式IPsec（Internet Protocol Security），主要目標是解決互聯(lián)網(wǎng)通信的人證、通信數(shù)據(jù)私密性和完整性等安全問題。關(guān)鍵研究內(nèi)容是加密技術(shù)，具備增量部署和安全性。

革命式NewArch，其目標是為未來的10到20年開發(fā)和評價一種加強的Internet體系結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵研究內(nèi)容是身份位置分離技術(shù)、基于角色而非協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)構(gòu)造、顯示擁塞控制機制、分區(qū)機制、支持源路由選擇的路由體系結(jié)構(gòu)，具備可擴展性。

革命式GENI（Global Environment for Networking Innovations），全稱用于網(wǎng)絡(luò)革新的全球環(huán)境，其目標是為未來互聯(lián)網(wǎng)的研究、開發(fā)和部署提供一個通用的大規(guī)模試驗環(huán)境。關(guān)鍵研究內(nèi)容是可編程技術(shù)、分片及虛擬化技術(shù)，具備可擴展性和安全性。

革命式FIND（Future Internet Design），即未來互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計，目標是構(gòu)造可融合多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和應(yīng)用服務(wù)需求的互聯(lián)網(wǎng)。關(guān)鍵研究內(nèi)容是虛擬化技術(shù)、智能感知網(wǎng)絡(luò)、用戶控制的路由技術(shù)等，具備可擴展性、移動性和安全性。

革命式NDN（Named Data Networking），目標是構(gòu)造基于名字的全新互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵研究內(nèi)容是基于名字的路由、轉(zhuǎn)發(fā)等技術(shù)，具備移動性。

革命式Mobility First，目標是支持移動通信的未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵研究內(nèi)容是全局名字解析及路由服務(wù)、通用的容遲網(wǎng)絡(luò)路有協(xié)議、逐跳傳輸技術(shù)等，具備可擴展性、移動性和安全性。

革命式NEBULA，目標是建立一個更具安全性的基于云的新一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵研究內(nèi)容是網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)、加密技術(shù)和容錯路由路徑，具備可擴展性、移動性和安全性。

綜上所述，革命式研究項目在性能方面更具優(yōu)勢，但這僅僅是在試驗網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)取得的成績。而在現(xiàn)實社會中，在兼容現(xiàn)有終端、設(shè)備、應(yīng)用以及保護當前投資上存在較大偏差；而改良式研究項目在各自的關(guān)注點上取得了一定的成功，造成的結(jié)果是現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)越發(fā)臃腫。

3 一代網(wǎng)絡(luò)使用模型及設(shè)計要求

下一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)采用何種方式更加合理，該文認為在商業(yè)環(huán)境中即經(jīng)濟可行性基礎(chǔ)上主要是由用戶的需求來決定。在市場法則中，用戶需求決定市場行為。在用戶需求得到滿足的市場行為中，存在6個因素，分別為用戶規(guī)模及分類、需求的獲取方式、需求的種類、需求滿足的程度、供應(yīng)商和客戶管理。

下一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計就是要綜合考慮這6個因素，而不單單是考慮解決目前網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)存在的問題。為此，需要對用戶未來的市場行為（網(wǎng)絡(luò)行為）進行假設(shè)和推導(dǎo)。

3.1 下一代網(wǎng)絡(luò)使用模型

假設(shè)1 用戶規(guī)模將越來越大，分類越來越細。

根據(jù)國際電信聯(lián)盟的統(tǒng)計在2000年至2010年間，全球網(wǎng)民數(shù)量已從2.5億發(fā)展到20.8億。發(fā)達國家的網(wǎng)民已超過70%，而非洲和亞洲只有13.5%和26.2%。由此可見，用戶規(guī)模將會越來越大。從網(wǎng)上商城啟用數(shù)據(jù)發(fā)掘功能不難看出，用戶的分類將逐漸細化。

假設(shè)2 需求的獲取工具將以無線移動設(shè)備為主要類型。

根據(jù)國際電信聯(lián)盟的數(shù)據(jù)，在2012年9月，全球移動互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)已達15億。而在2007年和2011年，這一數(shù)字分別為2.68億和11億。在2011年1月，全球手機總數(shù)就已經(jīng)高達50億，這使得移動互聯(lián)網(wǎng)用戶增長速度遠遠高于桌面互聯(lián)網(wǎng)用戶，且依然在加速。2009年初，移動流量在互聯(lián)網(wǎng)總流量中只占1%，在2012年9月已經(jīng)達到12%。

假設(shè)3 需求的獲取方式將采用“普通終端+云計算服務(wù)模式”。

普通終端因無較強的處理性能要求和存儲能力要求，在設(shè)計和實現(xiàn)上較為簡單，經(jīng)濟性也更強。云計算服務(wù)平臺的不斷推出，如軟件即服務(wù)中的Microsoft CRM和Salesforce.com、平臺即服務(wù)中的Google APP Engine、基礎(chǔ)架構(gòu)及服務(wù)中的Amazon AWS，也包括國內(nèi)的百度網(wǎng)盤、360云殺毒等。

假設(shè) 4 需求的種類將是用戶自行定制的日常生活中的各種行為。

現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)其目標主要是信息獲取，網(wǎng)絡(luò)行為主要包括網(wǎng)頁瀏覽、即時通訊、Email、在線視頻、網(wǎng)上購物等。而隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的提出和發(fā)展，用戶體驗將成為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要因素。如在中國電信物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)項目中，用戶可以通過遠程實時了解植物的生長狀態(tài)；在車輛定位方面，通過GPS技術(shù)定位車輛的運行軌跡和實時位置。滿足感和成就感是用戶行為的重要原因，而參與體驗比信息獲取在這一方面將更加強烈。

假設(shè)5 需求的滿足程度將是簡單、實時、流暢和安全。

網(wǎng)絡(luò)用戶規(guī)模和數(shù)量的增大，必然導(dǎo)致用戶綜合素質(zhì)的差異化，如受教育程度、專業(yè)方向等，這就使得入網(wǎng)方式要人盡可用，無門檻限制。從移動互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)民的增長數(shù)度可以分析出，用戶在網(wǎng)絡(luò)使用過程中對實時性的需求。流暢是確保用戶在線視頻、數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊幕疽?。用戶網(wǎng)絡(luò)行為具有隱私性、保密性和重要性等特點，就像人們在說悄悄話的時候不希望被第三者聽見一樣，這就要求該過程有足夠的安全性。

假設(shè)6 供應(yīng)商將呈現(xiàn)保姆式的服務(wù)。

在日常生活品的購買中，人們不會關(guān)心沃爾瑪?shù)倪M貨渠道，不會關(guān)心其商品的布置、存放，不會關(guān)心其年利潤的多少等，人們只關(guān)心商品的有無和價格。同樣地，用戶在入網(wǎng)后只告知其目的和代價，而不會關(guān)心服務(wù)提供者的實現(xiàn)技術(shù)、ISP的組網(wǎng)方式、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等。

假設(shè)7 客戶將采用唯一性標識進行管理。

目前，國內(nèi)已要求進行實名制上網(wǎng)，在網(wǎng)吧、游戲服務(wù)提供商和網(wǎng)上支付等均已強制推行。通過唯一性標識能對網(wǎng)絡(luò)行為進行追本溯源，確保網(wǎng)絡(luò)安全和服務(wù)質(zhì)量。

綜上所述，未來互聯(lián)網(wǎng)使用模型將是“一大群唯一標識管理的用戶以極其簡單的方式通過移動式普通終端從各種云計算供應(yīng)商中獲取定制的實時、流暢和安全的服務(wù)”。

3.2 下一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

為了實現(xiàn)下一代互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)使用模型的目標，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮如下設(shè)計要求：

1） 地址空間。下一代互聯(lián)網(wǎng)地址空間應(yīng)能滿足日益增長的用戶數(shù)和終端數(shù)，特別是物聯(lián)網(wǎng)的使用需求。

2） 終端類型。下一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)能支持各種電子類設(shè)備，并消除或屏蔽這些設(shè)備之間的差異性。同時，應(yīng)充分考慮無線移動終端的特點，采用或設(shè)計一種先進的技術(shù)，實現(xiàn)“隨處可用、隨時可用”的要求，并確保其連續(xù)性。

3） 使用簡單。下一代互聯(lián)網(wǎng)在使用方面應(yīng)更加簡單快捷，減少用戶操作，降低網(wǎng)絡(luò)存在感。

4） 網(wǎng)絡(luò)性能。下一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)在端到端之間提供足夠大的傳輸性能，以提高用戶體驗的流暢度，為新應(yīng)用的開展提供條件。同時，應(yīng)滿足云計算服務(wù)平臺中軟硬件資源的組織和管理需求。

5） 用戶體驗。下一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)充分考慮用戶體驗的需求和方式，設(shè)計一種簡單的結(jié)構(gòu)來豐富用戶體驗應(yīng)用。

6） 網(wǎng)絡(luò)管理。下一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)從結(jié)構(gòu)上進行設(shè)計，提供相應(yīng)的管理手段，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用的管理需求，從而提高供應(yīng)商的服務(wù)能力。

7） 用戶管理。下一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)提供用戶管理元素，方便組織和實施用戶的入網(wǎng)管理，進行用戶有效區(qū)分，提高網(wǎng)絡(luò)安全和服務(wù)質(zhì)量。

3.3 下一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)—IPv6

從互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史來看，當前互聯(lián)網(wǎng)的核心機制和設(shè)計原則仍然具有旺盛的生命力（如層次化劃分、端到端），若采用IPv6協(xié)議基本上能滿足下一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求。

從研究現(xiàn)狀和試用范圍來說，IPv6是范圍最廣、涉眾最多的。

從建設(shè)方式和經(jīng)濟投入而言，現(xiàn)有的研究成果已經(jīng)能解決IPv4和IPv6互訪問題，所以IPv6可以實現(xiàn)逐步建設(shè)、逐步升級。而利用設(shè)備本身的更新?lián)Q代進行升級，經(jīng)濟投入將更加合理。

綜上而言，該文認為IPv6將是下一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的核心。

4 結(jié)束語

本文通過互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程推斷出其核心機制和設(shè)計原則需要進行保留，隨后從增量部署、可擴展性、移動性和安全性4個方面對下一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究項目進行了闡述和分析。最后根據(jù)市場規(guī)律認為下一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究方向是由用戶需求來決定，而非是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)存在的問題，并從研究現(xiàn)狀、試用范圍以及經(jīng)濟可操作性方面得出IPv6將是下一代互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的核心機制。

參考文獻：

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