計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀及網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)涵義分析 - 圖文-

1、計(jì)算機(jī)科學(xué)2007Vol13413計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀及網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)涵義分析3楊鵬顧冠群(東南大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院南京210096(東南大學(xué)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息集成教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室南京210096摘要自身存在種種缺陷與不足的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),已不再適宜用來指導(dǎo)現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)向下一代網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)。有必要在正確認(rèn)識當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀和重新審視網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)涵義的基礎(chǔ)上,展開對滿足下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需求的新一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究。為此,本文專門對以互聯(lián)網(wǎng)為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所面臨的發(fā)展現(xiàn)狀以及近年來計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)與發(fā)展的主要趨勢進(jìn)行了總結(jié)和分析,并重點(diǎn)對網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的涵義進(jìn)行了全方位、多角度的深入剖析。主張?jiān)?/p>

2、綜合考慮網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的普適性、特指性、抽象性和過程性等特征的基礎(chǔ)上,運(yùn)用發(fā)展的眼光和系統(tǒng)的觀點(diǎn)來全面認(rèn)識和把握其本質(zhì),并提出了合理的“網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)認(rèn)知框架”。本文研究結(jié)論對新一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究有重要的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),互聯(lián)網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)認(rèn)知框架Current State of the Art in Computer N etw orks and Connotation Analysis of N et w ork ArchitectureYAN G PengGU Guan2Qun(School of Computer Science and Engine

3、ering,Sout heast University,Nanjing210096 (Key Laboratory of Computer Network and Information Integration(Sout heast University,Ministry of Education,Nanjing210096AbstractTraditional network architecture with pitfalls and deficiencies would be better not chosen to guide the evolu2 tion of current In

4、ternet to next generation network any more.It is urgent to research new generation network architec2 ture that sufficing new requirements after well2estimating current state of the art in computer networks and reflecting the essence of network architecture.This paper analyzes the current status as w

5、ell as the evolution and development trends of computer networks represented by Internet,and specifically it presents an in2depth anatomy of the essence of network architecture f rom multiple perspectives.In order to get complete recognition and understanding of the essence of network architecture,i

6、t demonstrates the necessity to synthetically consider the characteristics of network architec2 ture such as generality,individuality,abstractiveness,and proceduralness f rom both systematic and evolutionary per2 spectives.Correspondingly,this paper suggests a rational Cognitive Framework for Networ

7、k Architecture,and results in this research are provided as valuable reference and guidance for further research on new generation network archi2 tecture.K eyw ordsCcomputer Inetworks,Internet,Network architecture,Cognitive f ramework for network architecture計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在短短幾十年之間經(jīng)歷了一個(gè)從無到有、從簡單到復(fù)雜的飛速發(fā)展過程,特別是作

8、為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)典型代表的互聯(lián)網(wǎng),已經(jīng)呈現(xiàn)出一種遍布全球的、開放集成的、可承載多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)格局,并且對于世界各國的政治、經(jīng)濟(jì)、科技和文化等諸方面都產(chǎn)生了巨大的影響。然而近年來,隨著互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)化趨勢的進(jìn)一步加劇、新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的大量涌現(xiàn)、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的飛速發(fā)展、各種新的應(yīng)用需求的不斷提出,現(xiàn)行互聯(lián)網(wǎng)及其體系結(jié)構(gòu)所存在的一些缺陷也開始變得日益明顯和突出1,如服務(wù)質(zhì)量難以保證、服務(wù)不能靈活定制、網(wǎng)絡(luò)透明性逐漸喪失、網(wǎng)絡(luò)安全缺乏保障、軟/硬件實(shí)現(xiàn)越來越復(fù)雜、扭斗(tussle現(xiàn)象2日漸凸現(xiàn)和激化等。種種跡象表明,現(xiàn)階段以互聯(lián)網(wǎng)為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在表現(xiàn)出從未有過的興盛和繁榮的同時(shí),其相應(yīng)體系結(jié)構(gòu)也

9、表現(xiàn)出從未有過的脆弱和不足。正確認(rèn)識當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀,深刻洞悉計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢,全方位重新審視計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的涵義,對于研究和建立滿足下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需求的新一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),具有重要的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。因此,本文對以互聯(lián)網(wǎng)為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所面臨的發(fā)展現(xiàn)狀以及近年來計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究的主要發(fā)展趨勢進(jìn)行了總結(jié)和分析,并重點(diǎn)對“網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”這個(gè)雖然重要但至今仍然未被嚴(yán)格定義的概念進(jìn)行了全方位、多角度的深入剖析。1當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所面臨的主要問題考慮到今天的互聯(lián)網(wǎng)不僅具有規(guī)模巨大、用戶眾多、影響深遠(yuǎn)和應(yīng)用基本成功等諸多優(yōu)點(diǎn),而且它也是目前唯一的一個(gè)可供參考的、覆蓋全球的、成功運(yùn)行的、現(xiàn)實(shí)的

10、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),因此本文對于當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所面臨現(xiàn)狀的討論主要以互聯(lián)網(wǎng)作為研究對象(同時(shí)也兼顧考慮了OSI/RM等較具代表性的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)參考模型。如果從Klernrock在1961年首次發(fā)表論及“分組交換”理論的博士論文3算起,互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)走過了40余年的研究、建設(shè)和發(fā)展歷程?；ヂ?lián)網(wǎng)之所以能夠取得成功,除了在其發(fā)展過程中所采取的一系列重大決策的正確與及時(shí),以及其管理機(jī)構(gòu)的相對健全和運(yùn)營機(jī)制的比較合理等非技術(shù)因素以外,一個(gè)非常重要的原因就是得益于其體系結(jié)構(gòu)的支持:靈活的分組交換技術(shù)、簡單的分層模型和開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)等。這些特點(diǎn)較好地適應(yīng)了在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展初期主要以傳送離散型正文數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的各種簡單應(yīng)用的需

11、求,因而有效地支持和促進(jìn)了E2mail、Telnet、FTP等傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用類型的快速發(fā)展和廣泛普及。然而,自從20世紀(jì)90年代初WWW技術(shù)的出現(xiàn),以及美國NSF解除互聯(lián)網(wǎng)上的商3國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展973計(jì)劃資助項(xiàng)目(2003CB314801、國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(90604003。楊鵬博士,講師,研究方向?yàn)樾乱淮W(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu);顧冠群教授,博導(dǎo),中國工程院院士,研究領(lǐng)域?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。業(yè)限制以后,互聯(lián)網(wǎng)便進(jìn)入了應(yīng)用與服務(wù)的蓬勃發(fā)展階段,而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的缺陷與不足也隨之逐漸顯露出來。1.1缺乏高效的資源控制能力已成為互聯(lián)網(wǎng)性能的瓶頸現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)在20世紀(jì)70、80年代就已基本建立

12、和大體成型,主要采用的是以“統(tǒng)計(jì)復(fù)用”(statistical multiplexing和“存儲2轉(zhuǎn)發(fā)”(store and forward為基礎(chǔ)的分組交換技術(shù),網(wǎng)絡(luò)本身只提供“盡力而為”的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),而把差錯(cuò)處理、擁塞控制等復(fù)雜功能放到網(wǎng)絡(luò)端系統(tǒng)上去實(shí)現(xiàn)。在網(wǎng)絡(luò)資源的控制和管理方面,傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)并沒有引起高度重視,也沒有建立起在全網(wǎng)范圍內(nèi)實(shí)施高效資源控制的可行方案和技術(shù),因此它能夠?yàn)樯蠈討?yīng)用提供的服務(wù)質(zhì)量支持相當(dāng)有限,也非常簡單。然而,近年來由于人們?nèi)找嬖鲩L的多樣化應(yīng)用需求的驅(qū)動(dòng),在線點(diǎn)播、視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程教育等實(shí)時(shí)多媒體應(yīng)用迅速發(fā)展,這就要求網(wǎng)絡(luò)必須能夠?yàn)檫@些實(shí)時(shí)多媒體應(yīng)用系統(tǒng)提供在

13、帶寬、時(shí)延、抖動(dòng)和差錯(cuò)等方面的QoS保證,這時(shí)傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)就顯得越來越難以勝任。盡管人們先后提出了IntServ模型、Diff Serv模型、流量工程(Traffic Engineering等服務(wù)質(zhì)量保證方案,并且展開了關(guān)于資源預(yù)留、接納控制、擁塞控制、流量整形、QoS路由、主動(dòng)隊(duì)列管理AQM等多種服務(wù)質(zhì)量實(shí)現(xiàn)機(jī)制的研究,然而這些在理論上看似非常完美、在試驗(yàn)床上運(yùn)行良好的方案,在互聯(lián)網(wǎng)廣域范圍內(nèi)的實(shí)際部署卻并沒有像人們所預(yù)期的那樣完全取得成功,離真正解決傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)因缺乏高效資源控制能力而導(dǎo)致的服務(wù)質(zhì)量問題尚有差距。1.2互聯(lián)網(wǎng)薄弱的服務(wù)定制能力已不能滿足用戶的需求傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究比較偏重于將

14、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)視為能夠滿足互連、互通和互操作的通信基礎(chǔ)設(shè)施,研究的重點(diǎn)大多是圍繞網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的連接、傳輸?shù)认嚓P(guān)的功能展開。但是,隨著互聯(lián)網(wǎng)自身發(fā)展步伐的逐漸加快,互聯(lián)網(wǎng)在人類社會(huì)中所扮演的角色也正在逐漸發(fā)生改變,它已經(jīng)超越了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)單純作為通信基礎(chǔ)設(shè)施的原初意義,而變成了支撐人類社會(huì)全面信息化的一個(gè)重要載體。但現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)所能提供的少數(shù)幾種固定不變的服務(wù),已經(jīng)不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的多樣化應(yīng)用和服務(wù)需求,人們迫切希望互聯(lián)網(wǎng)能夠按照他們的個(gè)性化需求快速、靈活、高效、動(dòng)態(tài)地提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。但是,傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)本身卻存在著許多缺點(diǎn)和不足,比如:協(xié)議棧比較固定、應(yīng)用和服務(wù)模式相對單一、難以根據(jù)用戶的

15、需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化等,因而已經(jīng)不能適應(yīng)在商業(yè)化運(yùn)營環(huán)境中的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展要求。針對傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)在服務(wù)定制方面所存在的種種缺陷與不足,近年來研究人員們雖然已經(jīng)開展了主動(dòng)網(wǎng)4、可編程網(wǎng)5、Grid、Web Services等相關(guān)研究工作,但仍然還存在很多問題尚待解決。1.3在互聯(lián)網(wǎng)無信用的環(huán)境中提供用戶管理越來越困難早期的互聯(lián)網(wǎng)(即ARPAN ET是一個(gè)具有濃厚軍方背景的科研性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò),其建設(shè)者和使用者多是一些高?；蚩蒲袡C(jī)構(gòu)中受過良好教育的科研人員,彼此之間比較容易在信任關(guān)系、安全制度等方面達(dá)成共識和默契。因此在DARPA 關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)的早期設(shè)計(jì)目標(biāo)6中幾乎沒有考慮到關(guān)于用戶管理的問題,也沒有制定出

16、合理的全局性網(wǎng)絡(luò)安全保障方案。但是,隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、用戶人數(shù)的不斷增多和應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛普及,互聯(lián)網(wǎng)的安全薄弱和信任缺失問題也日益彰顯。在無信用約束且沒有安全保障的現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中,各種各樣的問題(如垃圾郵件、網(wǎng)絡(luò)病毒、不良信息等都開始暴露無遺,嚴(yán)重影響和干擾了網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。事實(shí)上,這些問題都與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)本身所普遍存在的種種脆弱性有關(guān)。當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)所仰賴的信任假設(shè)不再成立時(shí),互聯(lián)網(wǎng)在為人們帶來越來越多便利的同時(shí),也不可避免地面臨著越來越大的安全性考驗(yàn)。盡管當(dāng)前提出了RSA、DES、MD5、SHA等各種密碼算法和加密技術(shù),IPSec、SSL/TSL、S2H T TP等網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議,以

17、及防火墻、入侵檢測(IDS等網(wǎng)絡(luò)安全檢測和防御技術(shù),但它們并沒有為互聯(lián)網(wǎng)中日益凸現(xiàn)的安全問題帶來根本性的解決。如何在當(dāng)前信用普遍喪失的互聯(lián)網(wǎng)中重構(gòu)完整的網(wǎng)絡(luò)安全體系,以及如何建立起傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)中所欠缺的完備的用戶管理體系,從而為網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)、個(gè)人移動(dòng)管理等提供良好的支持,是當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究所面臨的巨大挑戰(zhàn)。2近年來計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)與發(fā)展的主要趨勢網(wǎng)絡(luò)三大難題(即資源控制、服務(wù)定制和用戶管理的長期困擾以及扭斗現(xiàn)象的日漸凸現(xiàn),一直是近年來互聯(lián)網(wǎng)在演進(jìn)與發(fā)展之路上極不和諧的伴音。文1的研究表明,傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)參考模型(包括OSI/RM和TCP/IP基本成型于上個(gè)世紀(jì)70、80年代,而由WWW

18、技術(shù)所引發(fā)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用熱潮卻開始于上個(gè)世紀(jì)90年代,這必然導(dǎo)致傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)所考慮的情況與具體的應(yīng)用環(huán)境之間存在不一致性,這種不一致性恰恰是導(dǎo)致今天的互聯(lián)網(wǎng)面臨種種困境和挑戰(zhàn)的根源所在。于是,研究人員在千方百計(jì)彌補(bǔ)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的缺陷與不足的同時(shí),也開始展望和著手研究一些新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)?？v觀近年來國際和國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)研究界在改造傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和探索新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)這兩方面所做的種種努力,這些研究工作實(shí)質(zhì)上已經(jīng)反映出了當(dāng)前關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)與發(fā)展的兩個(gè)嶄新趨勢。2.1傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)中過于簡單的網(wǎng)絡(luò)核心功能應(yīng)該得到適當(dāng)增強(qiáng)隨著分組交換技術(shù)基礎(chǔ)地位的確立及TCP/IP協(xié)議的設(shè)計(jì)成功和廣泛實(shí)現(xiàn),

19、早期互聯(lián)網(wǎng)便基本上奠定了“核心簡單,邊緣智能”的體系結(jié)構(gòu)格局。尤其是20世紀(jì)80年代初“端到端原則”(End2to2End Argument7的提出,進(jìn)一步強(qiáng)化了“互聯(lián)網(wǎng)的核心應(yīng)該盡量保持簡單,而把復(fù)雜的處理都放到端系統(tǒng)上去實(shí)現(xiàn)”的觀念。但是,隨著20世紀(jì)90年代初以來各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和服務(wù)的蓬勃發(fā)展,傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)中核心網(wǎng)絡(luò)功能過于簡單的缺陷也開始逐漸引起人們的關(guān)注,近年來的許多研究工作實(shí)質(zhì)上都在圍繞這一問題而展開。比如在InterServ/ RSV P模型中增設(shè)了確保服務(wù)(guaranteed service和負(fù)載受控服務(wù)(controlled2load service兩種QoS保證服務(wù),它們都需

20、要在網(wǎng)絡(luò)中間結(jié)點(diǎn)引入接納控制、分組調(diào)度、流量整形等更多復(fù)雜的處理機(jī)制;主動(dòng)網(wǎng)的研究則將移動(dòng)代碼、主動(dòng)控制和動(dòng)態(tài)計(jì)算等技術(shù)引入到了核心網(wǎng)絡(luò)中,大大增加了路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)中間結(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力和可編程能力;本世紀(jì)初Clark 等人展開了關(guān)于端到端原則的重新反思8,并提出了Knowl2 edge Plane9的概念,不但將更多的管理和控制功能納入到了互聯(lián)網(wǎng)中,而且指明未來的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該具有更多的智能認(rèn)知能力。然而,應(yīng)該引起注意的是,試圖僅僅通過改造核心網(wǎng)絡(luò)來直接滿足所有網(wǎng)絡(luò)上層應(yīng)用需求的做法,已被實(shí)踐證明并不可行。由于應(yīng)用的需求多種多樣、千變?nèi)f化,因此網(wǎng)絡(luò)中不太可能存在“one2size2fit2al

21、l”的技術(shù)10。另外,還應(yīng)該注意到,如果所采取的措施不恰當(dāng)或眼光不夠長遠(yuǎn),則不但不太可能解決眼前所遇到的問題,而且可能妨礙到網(wǎng)絡(luò)將來的發(fā)展,進(jìn)而影響到整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)過程的持續(xù)性和連貫性。例如近年來針對中間盒(middlebox問題所展開的諸多討論11就表明:在今天的互聯(lián)網(wǎng)中大量涌現(xiàn)出來的中介設(shè)備,雖然在一定程度上暫時(shí)緩解了傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)在功能和性能方面的某些緊張狀況,但同時(shí)隨之而來引發(fā)了許多新的問題和矛盾。2.2從服務(wù)角度來研究下一代網(wǎng)絡(luò)為互聯(lián)網(wǎng)帶來新的發(fā)展契機(jī)像互聯(lián)網(wǎng)這樣規(guī)模十分龐大的分布式系統(tǒng),將不可避免地面臨異構(gòu)性、開放性、安全性、并發(fā)性、可縮放性等方面的諸多挑戰(zhàn),因此從位于核心網(wǎng)絡(luò)

22、之上且分布于網(wǎng)絡(luò)邊緣的互聯(lián)網(wǎng)端系統(tǒng)入手,致力于研究互聯(lián)網(wǎng)如何為用戶提供各種各樣的服務(wù),以及如何用這些服務(wù)來支持和開發(fā)各種特定網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的分布計(jì)算技術(shù),便逐漸成為了互聯(lián)網(wǎng)研究中的一個(gè)重要分支和領(lǐng)域。在過去的二三十年中,逐步發(fā)展起來了諸如進(jìn)程間通信、遠(yuǎn)程調(diào)用、分布式命名、分布式文件系統(tǒng)、容錯(cuò)和備份、分布式事務(wù)處理等一系列與分布式系統(tǒng)有關(guān)的理論和技術(shù)12,從而大大增強(qiáng)了互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)能力和豐富了互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)類型。從早期互聯(lián)網(wǎng)在端系統(tǒng)所提供的最基本的網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)(如Socket和XTI這類網(wǎng)絡(luò)A PI,到其后應(yīng)運(yùn)而生的中間件(middleware技術(shù)(其早期代表是RPC和DCE,再到20世紀(jì)80年代后期開

23、始出現(xiàn)的分布對象計(jì)算DOC(Dis2 tributied Object Computing技術(shù)(其主流有CORBA、COM/ DCOM、Java RMI等,它們不但使互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)類型、服務(wù)方式得到了充分?jǐn)U展,而且使互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)提供、服務(wù)定制和服務(wù)集成能力也得到了顯著增強(qiáng)。隨著分布計(jì)算領(lǐng)域研究的逐漸深入以及相關(guān)支持技術(shù)的日趨成熟,網(wǎng)絡(luò)研究人員繼續(xù)沿著從網(wǎng)絡(luò)端系統(tǒng)入手來增強(qiáng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供能力的思路,將研究視野和研究方法進(jìn)行了更加充分地拓展,相關(guān)研究工作基本上涵蓋了近年來計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域一些重要的研究熱點(diǎn),包括覆蓋網(wǎng)(Overlay Net2 works13、Grid、Web Services等。比如

24、:覆蓋網(wǎng)主要采取以O(shè)verlay組網(wǎng)的方式,由網(wǎng)絡(luò)端系統(tǒng)在下層核心網(wǎng)絡(luò)之上構(gòu)建一個(gè)能夠提供各種特定服務(wù)的虛擬網(wǎng)絡(luò);網(wǎng)格試圖將地理上分布的大量有用資源(包括各種計(jì)算資源、通信資源、信息資源等通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行高效整合,并以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的方式透明地提供給網(wǎng)絡(luò)用戶使用;而Web Services則關(guān)注了互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)本質(zhì),著力研究通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)格式來描述、發(fā)布、定位和調(diào)用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等。上述這些研究工作實(shí)際上已經(jīng)表明,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)正在從通信向服務(wù)進(jìn)行躍遷,從服務(wù)角度來研究下一代網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)為互聯(lián)網(wǎng)帶來了新的發(fā)展契機(jī)。3全方位重新認(rèn)識計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的涵義前面對于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀的分析以及文1

25、的研究表明:基本上沿襲了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)舊制的現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),與已經(jīng)發(fā)生改變的應(yīng)用環(huán)境之間的矛盾正變得越來越尖銳和激化。當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展所面臨的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí),迫使我們不得不回過頭來更加深刻地反思計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的本質(zhì)和內(nèi)涵,以期為研究和建立滿足下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需求的新一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)提供參考、借鑒和指導(dǎo)。然而,盡管“網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)研究領(lǐng)域中幾乎隨處可見的高頻用詞,但這一名詞至今仍然沒有一個(gè)普遍認(rèn)可的嚴(yán)格定義。人們往往出于各種不同的研究目的和表述需要,將名詞“網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”或抽象或具體、或理性或感性、或?qū)挿夯蛘貜V泛應(yīng)用于涉及到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各種不同場合。那么,究竟應(yīng)該怎樣

26、系統(tǒng)、完整、全面地理解和把握網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)這個(gè)雖然重要但至今仍未被嚴(yán)格定義的概念呢?事實(shí)上,研究界歷來對此存有各種不同的看法,例如:McCabe 認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)和構(gòu)造一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的藝術(shù)14,Tanen2baum認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是分層和協(xié)議的集合15,Peterson 等人認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的通用藍(lán)圖16,而Clark等人則認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)(尤其是協(xié)議、機(jī)制和算法的設(shè)計(jì)的一組抽象設(shè)計(jì)原則17等。其中,Tanenbaum的觀點(diǎn)比較被廣大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究人員所認(rèn)同,一方面是因?yàn)镺SI/RM的設(shè)計(jì)思想和TCP/IP 參考模型的協(xié)議實(shí)現(xiàn)對研究人員產(chǎn)生了根深蒂固的巨大

27、影響,另一方面是因?yàn)檎務(wù)摲謱雍蛥f(xié)議這種“有形”的概念較容易被人們所接受。但是,我們認(rèn)為,如果僅將網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)理解為分層和協(xié)議的集合,一方面可能讓人陷入到過于繁瑣的技術(shù)細(xì)節(jié)當(dāng)中(結(jié)果往往是只見樹木,難見森林,另一方面也不太可能看到單純采用嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)分層原則所帶來的種種弊端(事實(shí)上結(jié)構(gòu)分層原則僅僅是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的眾多設(shè)計(jì)原則之一,并且它本身正在面臨諸多挑戰(zhàn)1。因此,不能夠不加修改地將嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)分層原則直接應(yīng)用于新一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)當(dāng)中。綜合考慮計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀,本文認(rèn)為對“網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”這一名詞的全面理解和正確把握,必須注意到網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概念的如下六個(gè)方面涵義。3.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

28、具有統(tǒng)領(lǐng)所有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究的普適性人們研究和建設(shè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí),盡管可能在具體需求目標(biāo)和側(cè)重點(diǎn)上存在一些差異,但基本上都是為了突破地理上的限制,通過多機(jī)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信和資源共享等。同時(shí),盡管各種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在通信介質(zhì)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、布網(wǎng)范圍、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備類型等諸方面都千差萬別,但是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)必然存在許多共性,比如它們一般都會(huì)涉及到通信線路的復(fù)用方式、交換與路由技術(shù)、傳輸過程中的查錯(cuò)與糾錯(cuò)、流量的控制以及擁塞的處理、網(wǎng)絡(luò)資源的管理與分配、總體結(jié)構(gòu)的層次劃分等概念。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域就是致力于研究關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的這些帶普遍性和共性的內(nèi)容14,16,17,由此而建立起了對于整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

29、的研究和建設(shè)都具有普適性的一套系統(tǒng)、科學(xué)的理論方法,以及一系列切實(shí)、可行的工程技術(shù)方法。為敘述方便,我們將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的這部分研究工作稱為通用網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究。概括起來,通用網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究主要包括以下幾方面的內(nèi)容1,17(字母A代表aspect:A1關(guān)于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成要素及功能的研究;A2關(guān)于網(wǎng)絡(luò)中命名、編址和路由的研究;A3關(guān)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)和構(gòu)造方法的研究;A4關(guān)于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的狀態(tài)和功能部署位置的研究;A5關(guān)于資源的管理、控制和分配的研究;A6關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的功能、性能和管理的研究等。3.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)具有針對某一特定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特指性當(dāng)然,網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)也并不是一個(gè)完全空泛的概念,因?yàn)槿魏尉W(wǎng)絡(luò)

30、體系結(jié)構(gòu)最終必然要落實(shí)到某一個(gè)具體的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),才能使其具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。由于各種特定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在需求目標(biāo)和側(cè)重點(diǎn)上的差異性,使得某一特定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所對應(yīng)的具體網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),必然會(huì)在具有通用網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究共性的同時(shí),又具有其自身鮮明的特殊性(即個(gè)性,也即是說網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)通常具有專門針對它所考慮的特定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特指性?？偟膩碇v,對于具體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)而言,其主要研究任務(wù)就是要將人們關(guān)于通用網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究所得到的一些普適性原理、技術(shù)和方法,運(yùn)用到具有特定需求目標(biāo)的某種具體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的相關(guān)研究中來,從而最終形成專門針對這一具體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特定網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。比如,在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)

31、展歷程中,已經(jīng)產(chǎn)生過許多不同類型的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),如IBM提出的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA、DEC提出的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)DNA 、ISO 提出的開放系統(tǒng)互連OSI 參考模型、以及互聯(lián)網(wǎng)所采用的TCP/IP 參考模型等。所有這些網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)在研究背景、總體結(jié)構(gòu)、層次劃分、構(gòu)成元素、組網(wǎng)形式、通信協(xié)議等方面都存在或多或少的差異。3.3網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)具有區(qū)別于網(wǎng)絡(luò)具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)的抽象性由于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是對某種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的所有相關(guān)研究內(nèi)容的總體概括,因此較之于各種具體的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)技術(shù)而言,它更加具有概念上的抽象性和廣延性。這一點(diǎn)在OSI 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中得到了充分體現(xiàn),它所采用的通用七層模型和一系列抽象建模概念,已廣

32、泛用于指導(dǎo)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議算法、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)的設(shè)計(jì)和開發(fā)?？梢?網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是在一個(gè)較高的角度上全面聯(lián)系某一特定網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究和建設(shè)中方方面面內(nèi)容的經(jīng)緯,它將所有這些內(nèi)容全面、系統(tǒng)、有機(jī)地組織在一起,從而使針對這一特定網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的所有相關(guān)研究形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。另外,從目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域?qū)τ诿~“網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”的使用情況來看,在觀念和指向上還存在著涵蓋范圍大小的差異,比如既有涵蓋范圍極廣、幾乎包羅整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的“OSI 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”、“互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)”,也有涵蓋范圍相對較小或僅關(guān)注整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的某些方面內(nèi)容的“Diff Serv 體系結(jié)構(gòu)”18、“互聯(lián)網(wǎng)安全體系結(jié)構(gòu)”19等?，F(xiàn)實(shí)

33、中人們對于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)在觀念和指向上的差異性,可以從宏觀和微觀兩個(gè)層次全面把握。宏觀意義上的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),是指針對某一特定網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)需求目標(biāo)而提出的一系列具有指導(dǎo)意義的抽象設(shè)計(jì)原則及網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)規(guī)約,一般它們比具體的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)技術(shù)更抽象、更通用和更長效。而微觀意義上的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),則比較注重特定網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的某些部分或某些方面,它一般從子系統(tǒng)的整體入手,規(guī)定其中各個(gè)組成部分以及各部分之間的邏輯關(guān)系等。關(guān)于特定具體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)完整意義上的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),必然是其宏觀網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和微觀網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一。3.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)具有從需求目標(biāo)開始前后連貫的過程性傳統(tǒng)上人們對于某一具體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的

34、理解,往往是站在一個(gè)相對靜止的時(shí)間點(diǎn)(比如說,在制定該網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候,或者認(rèn)識主體在對該網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)識的當(dāng)時(shí)上,并且主要是從該網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)已制定的規(guī)范、已采用的技術(shù)和已實(shí)現(xiàn)的協(xié)議等少數(shù)幾個(gè)方面去認(rèn)識。換言之,通常人們總是習(xí)慣于(自覺或不自覺地把某一特定網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)視為是由許多業(yè)已制定的相關(guān)技術(shù)規(guī)范和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)等所組成的文檔集合。與這種慣常理解方式所不同的是,本文特別強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)過程性的概念。因?yàn)獒槍δ骋惶囟ňW(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的相應(yīng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),其制定并非朝夕之功,它們一定是在某一特定的歷史背景之下,出于對某些特定需求目標(biāo)的考慮,然后在某些設(shè)計(jì)原則的指導(dǎo)之下逐步制定的。

35、而這些規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施同樣也是一個(gè)過程,并且實(shí)施的過程必然會(huì)產(chǎn)生一系列具體的技術(shù)、方法以及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)特征,這些內(nèi)容也理應(yīng)成為這一網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的重要組成部分。同時(shí),制定和實(shí)施了某些規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)以后,相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)還必然會(huì)繼續(xù)不斷地向前發(fā)展。 圖1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)認(rèn)知框架因此,我們認(rèn)為任何具體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)都是一個(gè)過程性的、持續(xù)漸進(jìn)發(fā)展的概念,對這一概念的全面認(rèn)識和正確理解也應(yīng)該站在縱觀其整個(gè)發(fā)展歷史的立場上。為此,我們提出了一個(gè)全面把握網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概念的“網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)認(rèn)知框架”,見圖1。“網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)認(rèn)知框架”揭示了這樣的事實(shí):任一特定具體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都將首先考慮并確定其特定

36、的需求目標(biāo),然后由這些需求目標(biāo)導(dǎo)引出若干與之相適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則(此即宏觀意義上的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),最后在這些網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則的指導(dǎo)之下進(jìn)行具體的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)以及演化發(fā)展(通常,制定和頒布相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等就在這一階段等?！熬W(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)認(rèn)知框架”實(shí)際上反映出網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)從需求目標(biāo)開始的、過程前后連貫的、各個(gè)認(rèn)知階段之間存在緊密邏輯關(guān)系的、各相關(guān)內(nèi)容要素之間存在內(nèi)在有機(jī)聯(lián)系的系統(tǒng)概念。傳統(tǒng)上對于某一具體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的認(rèn)識,多數(shù)情況下只是“網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)認(rèn)知框架”所反映的過程中的一環(huán)。3.5網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)時(shí)刻處在不斷演化中的發(fā)展概念回顧計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

37、的發(fā)展歷史,在不同的發(fā)展階段,網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究所關(guān)注的重點(diǎn)并不完全相同。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的最初階段,網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)具有同構(gòu)系統(tǒng)兼容能力、易于同構(gòu)系統(tǒng)互連的自封閉網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。但由于這類網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的互連,所以制約了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展。為解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的互連問題,Kahn 在20世紀(jì)70年代初提出了“open 2architec 2ture networking ”思想20,之后ISO 又專門針對異構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的互連問題制定了OSI/RM 。但這一階段的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究,基本上仍然視計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為一種通信基礎(chǔ)設(shè)施,而對于互連網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)面向應(yīng)用和服務(wù)的特

38、性則關(guān)注不夠。20世紀(jì)90年代以后,各種新興網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和服務(wù)大量涌現(xiàn)并蓬勃發(fā)展,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展便進(jìn)入了面向應(yīng)用和服務(wù)的嶄新階段。與此同時(shí),傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的不適應(yīng)性也便開始逐漸顯現(xiàn),集中地表現(xiàn)為扭斗困境和網(wǎng)絡(luò)3大難題。于是,在這一發(fā)展階段的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究中,人們更多地關(guān)注了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和服務(wù)需求,開始注意到應(yīng)該站到全球信息基礎(chǔ)設(shè)施的高度來看待和研究互聯(lián)網(wǎng)?？梢?網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)并不是一個(gè)一經(jīng)建立就一成不變的靜態(tài)概念,而是一個(gè)時(shí)刻處在不斷演化中的動(dòng)態(tài)發(fā)展概念,這主要是因?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所處的環(huán)境、所面臨的矛盾都在時(shí)刻不停地發(fā)展變化,因而相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究也必然要適應(yīng)這種變化和反

39、映這種變化。比如互聯(lián)網(wǎng)中的信任問題就是很好的例子(見1.3節(jié),今天信任、安全和用戶管理等問題已成為新時(shí)期互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究的主要關(guān)注內(nèi)容2,8。所以,對于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的理解和分析必須具有發(fā)展的眼光,才可能對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀形成全面深刻的認(rèn)識,從而發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的局限性,并找到合理可行的解決辦法。3.6網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)具有豐富內(nèi)涵和外延的系統(tǒng)概念作為一門涉及內(nèi)容多、涵蓋領(lǐng)域廣、知識跨度大的新興學(xué)科,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與其他多門學(xué)科之間存在緊密的相關(guān)性、依賴性和交叉性,而網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是包羅和統(tǒng)領(lǐng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究方方面面內(nèi)容的重要概念。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展,與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的研究現(xiàn)已延伸和

40、拓展到了經(jīng)濟(jì)學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、社會(huì)科學(xué)等多種學(xué)科和領(lǐng)域,網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為一個(gè)具有豐富內(nèi)涵和外延的系統(tǒng)概念,如圖2(改自文14所示。尤其是今天的互聯(lián)網(wǎng)已演變成一個(gè)覆蓋全球的巨型人造系統(tǒng),對互聯(lián)網(wǎng)各種表觀現(xiàn)象及相應(yīng)內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律的深刻認(rèn)識、對描述網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一些傳統(tǒng)理論模型合理性的重新審視、對新的更能準(zhǔn)確反映計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)本質(zhì)的理論及模型的探索等,已經(jīng)成為了近年來與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)相關(guān)研究領(lǐng)域中的新的熱點(diǎn)。 圖2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概念具有豐富的內(nèi)涵和外延比如,就計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)流量模型理論而言,近年來研究人員在探求網(wǎng)絡(luò)流量特征及其突發(fā)性本質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn),網(wǎng)絡(luò)的流量特征與網(wǎng)絡(luò)的性能、擁塞控制機(jī)制以及資源分配機(jī)

41、制有著密切的關(guān)系21,Poisson 模型并不能真實(shí)反映計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的流量特性,以太網(wǎng)流量22、廣域網(wǎng)流量23、視頻流24、Web 流量25等都具有統(tǒng)計(jì)自相似性(self 2similar nature 。再者,近年來人們展開了關(guān)于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?、網(wǎng)絡(luò)性能模型、網(wǎng)絡(luò)行為模型等的研究,包括復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建模、網(wǎng)絡(luò)成長性分析、網(wǎng)絡(luò)性能模型的建模、網(wǎng)絡(luò)行為的仿真、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性分析等。例如,為描述像互聯(lián)網(wǎng)這類超大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng),Carlson 和Doyle 等人提出了HO T (Highly Optimized Tolerance 26模型;而最近關(guān)于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)(complex network 27,28的研究表

42、明,看似無序發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng),實(shí)則由其背后深刻的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)規(guī)律所支配,具有無尺度(scale 2f ree 特征的互聯(lián)網(wǎng)同時(shí)表現(xiàn)出具有健壯性和脆弱性的雙重特性29。上述這些研究課題真實(shí)地反映出網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概念豐富而深刻的系統(tǒng)性,其中每一課題的研究進(jìn)展都可能促進(jìn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究的發(fā)展。因此,必須將網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)各個(gè)部分/方面的研究綜合起來,以發(fā)展的眼光和系統(tǒng)的觀點(diǎn)來看待,既不能囿于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究的思路、觀點(diǎn)和方法,也不能完全撇開數(shù)十年來人們在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究中所取得的若干重要成果和所積累的大量寶貴經(jīng)驗(yàn),只有各課題不斷地彼此借鑒和相互促進(jìn),才能共同促成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究持續(xù)、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定地

43、向前發(fā)展。結(jié)束語本文首先對當(dāng)前以互聯(lián)網(wǎng)為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所面臨的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)和分析,然后通過綜述近年來研究界在改造傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和探索新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)等方面所做的一些研究努力,對近年來以互聯(lián)網(wǎng)為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)與發(fā)展趨勢進(jìn)行了概括。另外,考慮到目前人們對網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)這一重要概念還存在一些含混、模糊和片面的認(rèn)識,因此本文重點(diǎn)對網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的涵義進(jìn)行了全方位、多角度地深入剖析。MIT 的Clark (網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究權(quán)威、端到端原則的主要提出者一直主張從哲學(xué)(Philosophy 的角度,借助于哲學(xué)的思辨和抽象來研究網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),并專門為此撰寫了一系列文章7,6,30,17,8,2,

44、9,31,強(qiáng)調(diào)從設(shè)計(jì)原則(principle 的高度來抽象地理解網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)17。類似的研究觀點(diǎn)也反映在Lampson 32、Carpenter 33、Braden 34、Bush 35、Floyd 36、Kempf 11等的研究中。我們認(rèn)為,由于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)既具有統(tǒng)領(lǐng)所有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究的普適性,又具有區(qū)別于網(wǎng)絡(luò)具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)的抽象性,因此從探尋抽象哲理和設(shè)計(jì)原則的角度來理解和研究網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)確實(shí)有其合理的一面;但是,體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則并不是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究的全部,因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)不但是一個(gè)時(shí)刻處在不斷演化中的發(fā)展概念,而且是一個(gè)具有豐富內(nèi)涵和外延的系統(tǒng)概念,它在具有普適性和抽象性的同時(shí),還具有針

45、對某一特定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特指性,和從需求目標(biāo)開始前后連貫的過程性。為此,本文專門提出了一個(gè)全面把握網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概念的“網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)認(rèn)知框架”,強(qiáng)調(diào)對任何一個(gè)具體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究,都應(yīng)該遵循“從網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的需求目標(biāo)、到體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、再到具體的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)”的認(rèn)知路線。本文的研究結(jié)論為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究提供了系統(tǒng)、全面的方法學(xué)指導(dǎo),相關(guān)研究方法已經(jīng)被應(yīng)用于指導(dǎo)我們關(guān)于新一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究,且已產(chǎn)生了較好的實(shí)際效果。參考文獻(xiàn)1楊鵬,劉業(yè).互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)剖析.計(jì)算機(jī)科學(xué),2006,33(6:15202Clark D ,Wroclawski J ,Sollins D ,et al.

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56、呈近似線性關(guān)系 . 結(jié)束語 本 文運(yùn)用 SV R 的 貝 葉 斯 框 架 , 推 導(dǎo) Huber2 SV R 中的參數(shù) 與拉斯噪聲和均勻噪聲之間均呈近似線性 關(guān)系 ,這一理論推導(dǎo)結(jié)果也與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合 .由于高斯噪 聲, 拉斯噪聲和均勻噪聲的典型性 ,在文 4 ,5 的基礎(chǔ)上 ,綜合 理論和實(shí)驗(yàn)兩方面結(jié)果 ,可以進(jìn)一步得 Huber2SV R 的參數(shù)與 輸入噪聲間呈近似線性關(guān)系這個(gè)更為一般的結(jié)論 .這一結(jié)論 可以為魯棒的 Huber2SV R 的參數(shù)選擇提供更完善的理論依 據(jù). ( 上接第 5 頁 圖4 均勻噪聲下與間的近似線性關(guān)系 參 考 文 獻(xiàn) 1 Gao J B , Gunn S R ,

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