第3章互聯(lián)網(wǎng)絡體系結構評估模型

1、計算機網(wǎng)絡體系結構研究進展與評估模型1Agendar 互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估工作現(xiàn)狀r 基于模型的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估r 效用機制在互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估工作中的應用r 多學科融合的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估方法r 互聯(lián)網(wǎng)體系結構可演進性評估框架r 面向應用適應能力的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估模型r 總結2Agendar 互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估工作現(xiàn)狀r 基于模型的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估r 效用機制在互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估工作中的應用r 多學科融合的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估方法r 互聯(lián)網(wǎng)體系結構可演進性評估框架r 面向應用適應能力的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估模型r 總結3互聯(lián)網(wǎng)體系結構定義研究者定義Tanenbaum分層和協(xié)議的集合Peters

2、on指導互聯(lián)網(wǎng)設計與實現(xiàn)的通用藍圖Clark指導互聯(lián)網(wǎng)關鍵設計(如協(xié)議、機制、算法等)的一系列抽象原則，包括自定義的報文分組、端到端原 則、多種技術及全局尋址方案等Zahariadi一系列功能函數(shù)、狀態(tài)、對象/信息及其行為（如信息交互、）、結構、組成、包含一系列實現(xiàn)計算機之間互連通信的規(guī)范和標準， 即層次化的協(xié)議和機制互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程196919861994IPv4互聯(lián)網(wǎng)20132014下一代互聯(lián)網(wǎng)(IPv6互聯(lián)網(wǎng))來互聯(lián)網(wǎng)/未來網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡 互聯(lián)網(wǎng) IPv4 IPv6 * 2G 3G 4G 擴展性 安全性 可控可管移動性實時性 節(jié)能技術互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估的復雜性骨干網(wǎng)匯聚網(wǎng)接入網(wǎng)6兩種主要評

3、估方法r 定性分析比較m 結合理論的定性分析通過抽象思維和對比來揭示體系結構演化的本質和內在r 模型m 對體系結構中各種事物本質特性的抽象表示，將現(xiàn)實問題歸結為相應的數(shù)學、物理學、學等科學問題，并利用相關學科的方法和理論對演化問題進行深入研究7基于定性分析比較的評估Jennifer RexfordConstDovrolisDirty-SlateClean-Slate8現(xiàn)有體系過于僵化，打補丁缺乏系統(tǒng)性和條理性，加劇復雜性從設計之初將網(wǎng)絡可編程屬性、模塊化、條理化融入考慮，以有效解決附著在現(xiàn)有體系中的各方面問題在遵循 兼容以及增量部署的原則下解決問題，是符合演進發(fā)展規(guī)律在不受現(xiàn)有技術體制制約的條

4、件下設計全新且最優(yōu)體系結構的致其所需的成本遠遠超過了它們可能帶來的利益基于模型的評估評估對象(who)可演化性評估模型構造評估機制評估指標(what)效用QoS實現(xiàn)如何評估(how)評估方法博弈論微分方程最優(yōu)化遺傳學9The evolution of layered protocol stacks leads to an利用效用機制建立數(shù)學模型分hourglass-shaped architecture(SIGCOMM 2011)析體系結構協(xié)議棧的演化過程On the migration to IPv6: A game-theoretic利用博弈論和進化動力學方法對IPv6perspectiv

5、e Technical Report(NetEcon09):的過渡和部署演化規(guī)律進行建模Agendar 互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估工作現(xiàn)狀r 基于模型的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估r 效用機制在互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估工作中的應用r 多學科融合的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估方法r 互聯(lián)網(wǎng)體系結構可演進性評估框架r 面向應用適應能力的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估模型r 總結10互聯(lián)網(wǎng)體系結構可服務性評估模型r 測量和模型兩個方面m 通過設備或程序直接對服務的各項性能指標進行計算m 通過模擬系統(tǒng)的行為建立適當?shù)哪Ｐ蛯π阅苤笜诉M行分析r Petri網(wǎng) (PN)m 用于分析異步、并發(fā)的計算機系統(tǒng)的有效模型。m PN就是一個由位置、變遷和弧組成的

6、圖。11互聯(lián)網(wǎng)體系結構可擴展性評估模型可擴展性指用戶和系統(tǒng)的增加導致系統(tǒng)性能的明顯下降，也增加管理的復雜性r 可擴展性的4個要素m 約束條件、約束區(qū)間、評價指標、變化規(guī)律r 按照目的不同分類m 靜態(tài)可擴展性、動態(tài)可擴展性和累積可擴展性r 按照評價目標數(shù)量不同分類m 單約束一維可擴展性、多約束一維可擴展性、展性可擴12互聯(lián)網(wǎng)體系結構可部署性評估模型r 互聯(lián)網(wǎng)體系結構的發(fā)展過程中，僅有少數(shù)協(xié)議和體系結構方案能真正部署并得以應用r 可部署性問題分析舉例m Joseph: 兩種存在競爭的體系結構在不同用戶初始比例下的部署趨勢m Gill和Chang: SBGP協(xié)議部署的因素m Gyarmati: IP

7、v6的過度和部署問題進行了建模分析和研究13互聯(lián)網(wǎng)體系結構可演化性評估模型互聯(lián)網(wǎng)作為一種發(fā)展變化快、更新迅速、系統(tǒng)，對于可演化性有很強的需求。r 演化評估工作密集的大型m 利用主動測量和演化測量的方法統(tǒng)計分析了TCP協(xié)議的m 從AS的角度對網(wǎng)絡規(guī)模的增長規(guī)律進行了分析和m 從項目管理的角度出發(fā)提出Aevol的工具，用來表現(xiàn)體系結構演化路徑及接口關系的平臺m 用EvoArch的抽象模型研究體系結構和協(xié)議棧的演化14互聯(lián)網(wǎng)體系結構r 應用隨機Petri網(wǎng)分析系統(tǒng)的性評估模型賴性特定系統(tǒng)建立描述系統(tǒng)性能的SPN模型mm 建立描述的服務時效和修復過程的系統(tǒng)容錯SPN模型，與性能模型中的相應位置對應m

8、合并性能模型和系統(tǒng)容錯模型生成系統(tǒng)m 細化SPN模型結構，求出可達圖及相應賴性模型鏈m 計算各狀態(tài)瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)概率以求出賴性的各個指標15Agendar 互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估工作現(xiàn)狀r 基于模型的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估r 效用機制在互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估工作中的應用r 多學科融合的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估方法r 互聯(lián)網(wǎng)體系結構可演進性評估框架r 面向應用適應能力的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估模型r 總結16效用17效用n 提出：幸福= 欲望使幸福增加的有效方法是：u （1）欲望不變而提高效用u （2）清心寡欲p 完全是一種心理感受，而非客觀用途p 滿足程度高，效用大p 滿足程度低，效用小效用（Utility）：消費者從消

9、費某種物品或勞務中所得到的滿足程度。同一商品效用的大小 因人、因時、因地而不同效用的發(fā)展歷史早期發(fā)展1738年， 對物理學家、數(shù)學家、醫(yī)學家 Daniel Bernouli 通過觀察指出人們的和估計不依賴于獲益本身，而依賴于獲益后的心理滿足或愉悅程度。他將這種心理上的滿足或愉悅稱為效用，由此提出了早期的效用理論：效用是的對數(shù)函數(shù)，決策者在決策中追求效用最大化。1789，英國功利Bentham提出學家Jeremy哲學的創(chuàng)立者，與痛苦是人類行為的力量，人類極力求取而逃避痛苦，這正是效用最大化的心態(tài)。1947年，Von Neumann 和 Morgenstern提出預期效用理論，該理論假設決策者按的

10、偏好對選項排序，且偏好遵循少數(shù)幾個規(guī)則，決策者按最大預期效用進行選擇。這里效用不再是一種指標。的心理狀態(tài)，而成為可測量的客觀18預期效用理論的修正現(xiàn)代效用理論1954年，Savage提出“預期效用理論”(subjectiveexpected utility theory)。根據(jù)這一理論，效用不以事物的客觀概率而以概率來計算。預期效用理論迅速成為標準化決策的主導方法1979年，Kahneman 和 Tversky對偏好反轉等“反?！?現(xiàn)象做了描述性說明。在最大期望效用理論的基礎 上，提出了“前景理論”(prospect theory)。根據(jù)該理論，效用受決策現(xiàn)狀（參照點）和未來效益變化的影響，在

11、小風險條件下，值函數(shù)曲線在贏區(qū)呈凸型，在型，即人們在獲益領域表現(xiàn)出“風險規(guī)避”，輸在損失領域表現(xiàn)出“風險尋求”偏向19預期效用理論的修正現(xiàn)代效用理論1982年，Loomes和Sugden提出后悔理論，將效用奠對過去“不選擇”結果的心理體驗上（放棄選定在擇后出現(xiàn)不佳結果感到慶幸，放棄選擇后出現(xiàn)更佳結果感到后悔），對預期效用函數(shù)進行了改寫（仍然保持了線性特征）1999年Mellers 等人在情感判定理論和預期效用理論的基礎上提出了一個基于情緒選擇的模型，即悅理論(Subjective Expected Pleasure Theory）預期愉2001年，Loewenstein等人提出的風險即情緒模型

12、，它表明決策過程中不僅存在受認知評估影響的預期情緒，還存在不受認知評估影響的即時情緒。這些情緒可以直接影響決策行為，影響認知評估20兩種效用理論21v 在對“滿足程度”即效用的度量問題上，西方 學家先后提出了基數(shù)效用和序數(shù)效用的概念，并在此基礎上，形成了分析消費者行為的兩種方法，它們分別是基數(shù)效用論者的邊際效用分析方法和 序數(shù)效用論者的無差異曲線的分析方法基數(shù)效用論22u 基數(shù)效用（cardinal utility）：u 效用的大小可以用基數(shù)（1，2，3，）來表示，可以計量并加總求和u 基數(shù)效用論采用的是邊際效用分析法v 在19世紀和20世紀初期，西方 學家普遍使用基數(shù)效用的概念。基數(shù)效用論者

13、認為，效用如同長度、重量等概念一樣，可以具體衡量并加總求和，表示效用大小的計量 被稱作為效用序數(shù)效用論23l 序數(shù)效用（ordinal utility）：l 效用作為一種心理現(xiàn)象無法計量，也不能加總求和，只 能表示出滿足程度的高低與順序，效用只能用序數(shù)（第一， 第二，第三，）來表示。l 序數(shù)效用論采用的是無差異曲線分析法v 到了20世紀30年代，序數(shù)效用的概念為大多數(shù)西方 學家所使用。序數(shù)效用論者認為效用是一個有點類似于香、臭、美、丑那樣的概念，效用的大小是無法具體衡量的，效用之間的比較只能通過順序或等級來表示基數(shù)效用論總效用TU與邊際效用MUD TU( Q )dTU( Q )MU=limD

14、Q ® 0D QdQ24u 面包的消從一個增加到兩個u 滿足程度從5個效用增加到8個u 即增加了3個效用u 邊 際 效 用 MU （ Marginal Utility ）： 每增加一個 的商品所增加的滿足程度D TU( Q )MU=D QTU=f (Q )u 總效用TU （Total Utility）：從商品消費中得到的總的滿足程度邊際效用遞減規(guī)律MUPQ25d M U< 0d Q解釋：l 生理：興奮度遞減。l 心理：人性。l 物品本身用途的多樣性。邊際效用遞減：隨著對某商品消的增加，人們從該商品連續(xù)增加的每個消費中得到的滿足程度逐漸下降?；鶖?shù)效用論的消費者均衡26消費者均衡的

15、基本情況：（1） 把全部收入用完（2） 每一元化在刀刃上，每一元在不同商品上的邊際效用相等l 假設前提l 消費者的偏好（嗜好）既定l 消費者的收入既定l 商品的價格既定簡單的兩種商品均衡條件u 收入既定的情，u 消費者應使花費在各種商品上的最后一元帶來的邊際效用相等，且等于貨幣的邊際效用27u 或者：消費者應該使所的各種商品的邊際效用與價格之比相等u 效用最大化原則：MU1：1商品的邊際效用MU2 ：2商品的邊際效用MUm ：每元錢的邊際效用M： 消費者的收入P1： 1商品的價格P2： 2商品的價格Q1：1商品的數(shù)量Q1：2商品的數(shù)量兩種商品均衡條件的解釋28l 意味著：總效用會增加l 直到兩

16、種商品的邊際效用相等時，便獲得最大效用p 這樣：理性消費者就會調整這兩種商品的 量：p 減少商品1，p 增加商品2。l 說明：對于消費者，同樣的一元錢商品1的邊際效用小于商品2的邊際效用需求曲線向右下方傾斜價格不反映一件商品的總效用，而是反映它的邊際效用。PD（MU）Q29l 對于任一商品來說，隨著需求增加，MU遞減。l 為了保證MU/P恒等于，商品價格要同比例于MU遞減。r 價格P與需求量呈反方向變動r 邊際效用遞減，量增，愿意出價遞減價值悖論 ：u 必需品（水）的市場價值很低; 很少能交換到任何東西。u 奢侈品（鉆石）使用價值很小，但市場價格很高，可以交換到大量其他物品。序數(shù)效用論無差異曲

17、線分析法30第三，非飽和性。對每一種商品的消費都沒有達到飽和點。對任何商品，總認為少好第二，可傳遞性。如果A>B， B>C，那么， A>C理性消費者的三大基本偏好第一，完全性?？梢悦鞔_比較和排列不同商品組合。要么A<B；要么 A=B；要么 A>Bl 消費者偏好l 序數(shù)效用理論認為，效用只能根據(jù)偏好程度排列出順序，即偏好。l 即消費者能對可能消費的商品進行先后排列。無差異曲線indifference curvesX2商品Ul 無差異曲線向右下方傾斜X1商品31§ 無差異：線上任何一點X1與X2的不同組合，給消費者所帶來的效用相同r 無差異曲線 ：用來表示X

18、1、X2兩種商品不同組合，卻給消費者帶來效用完全相同的一條曲線效用保持不變X2商品衣服減少X1，增加X2 減少X2，增加X1AU0DX1商品食品X1，X2分別為商品1和商品2的數(shù)量；U0是，表示某個效用水平 。32處于同一條無差異曲線上的兩個點兩種商品的組合不同，但效用水平相同U=f ( X, X) = U120組合方式X1X2 商品a14b23c32d41無差異曲線的特征X2U1U2U3U4X133l 離原點越近代表的滿足程度越低，效用越低；l 否則越高。因為的無差異曲線的商品組合量大。同一條曲線代表相同的效用，不同的曲線代表不同的效用。（3）同一平面上有無數(shù)條無差異曲線， 不能相交（2）凸

19、向原點表明為實現(xiàn)同樣的滿足程度，增加一種商品消費，必須減少另一種商品。（1）向右下方傾斜，斜率為負邊際替代率MRSMarginal Rate of Substitution of Commodities34u 商品的邊際替代率：效用水平不變，消費者增加一單位某種商品的消，所需要放棄的另一種商品的消商品邊際替代率遞減規(guī)律與邊際效用遞減規(guī)律相似35n 邊際替代率遞減，意味著無差異曲線的斜率的絕對值越來越小，因此該曲線必定凸向圓點n ：n 對某一商品擁有量較少時，對其偏愛程度高；而擁有量較多時，偏愛程度較低n 隨著消的增加，想要獲得這種商品的愿望就會減少，所愿意放棄的另一種商品量就會越來越少u 商品

20、邊際替代率遞減規(guī)律u 消費兩種商品，維持效用不變u 隨著一種商品量的連續(xù)增加，所需放棄的另一種商品的消是遞減的邊際替代率與邊際效用的關系36l 證明：當消費者所消費的X1與X2商品發(fā)生變動（X1的變動量為dX1，X2的變動量為dX2）后，維持效用水平不變，即使得效用增量dU=0MRS=MU 1 12MU2u 任意兩商品的邊際替代率等于該兩種商品的邊際效用之比無差異曲線的特例MRS不遞減牛奶3210U1U2U3123咖啡完全替代品的無差異曲線37p 無差異曲線是一條斜率不變的直線p MRS12l 例如：在某消費者看來， 一杯牛奶和一杯咖啡之間是無差異的，兩者總是可以以1:1的比例相互替代（1）完

21、全替代：兩種商品之間的替代比例固定不變無差異曲線的特例MRS不遞減眼鏡架U121U201 234眼鏡片）完全互補品38n 無差異曲線為直角形狀n 邊際替代率為0（平行于橫軸）或為（垂直于橫軸l 例如，一副眼鏡架必須和兩片眼鏡片同時配合，才能一副可供使用的眼鏡u （2）完全互補：兩種商品必須按固定不變的比例配合同時被使用效用理論在計算科中的應用39p 網(wǎng)絡的分配、定價、計費p 流量的分析、擁塞管理p 的選擇p 互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估p 協(xié)議評估p 體系結構發(fā)展趨勢評估p 體系結構競爭評估p 體系結構演進性評估Agendar 互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估工作現(xiàn)狀r 基于模型的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估r 效用機制在互聯(lián)

22、網(wǎng)體系結構評估工作中的應用r 多學科融合的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估方法r 互聯(lián)網(wǎng)體系結構可演進性評估框架r 面向應用適應能力的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估模型r 總結40基于博弈論的體系結構可部署性評估r 博弈論(Game Theory)m 研究互動的博弈中參與者各自的選擇策略m 研究機智而理性的決策者之間的及合作m 參與者必須他們的決策是相互影響的r 博弈論把這些復雜關系理論化，以便分析其中的邏輯和規(guī)律，并對實際決策提供指導或借鑒r 對AS進行效用建模，并用博弈論的均衡對IPv6的過度和部署問題進行了分析研究41基于最優(yōu)化理論的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估x = (x1, ., xn) :optimization v

23、ariablesf0 : Rn R : objective functionfi : Rn R, i = 1, ., m : constraint functions利用NUM模型對分層體系機構中的各功能模塊的優(yōu)化求解問題 進行綜述42optimal solution x has smallest value of f0 among all vectorsthat satisfy the constraints(mathematical) optimization problemminimizef0(x)(1)subject tofi (x) bi , i = 1, .,mAgendar 互聯(lián)

24、網(wǎng)體系結構評估工作現(xiàn)狀r 基于模型的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估r 效用機制在互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估工作中的應用r 多學科融合的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估方法r 互聯(lián)網(wǎng)體系結構可演進性評估框架r 面向應用適應能力的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估模型r 總結43互聯(lián)網(wǎng)應用發(fā)展歷程應用的多樣化語音M2M數(shù)據(jù)CDNPub/subP2p overlays有線無線寬帶移動ISDNATM19701980200020101990Internet互聯(lián)網(wǎng)OSIARPARNET公共互聯(lián)網(wǎng)全球互聯(lián)網(wǎng)下一代互聯(lián)網(wǎng)普適計算DNS BGP SNMP TCP UDP RIP SMTPOSPFIPSec HTTP HTML RTPIPTelent ftpXM

25、L SIP傳感網(wǎng)絡高性能網(wǎng)絡協(xié)議的成熟互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的根本適應應用發(fā)展需求的變化互聯(lián)網(wǎng)應用發(fā)展現(xiàn)狀n 互聯(lián)網(wǎng)數(shù)量激增n 互聯(lián)網(wǎng)應用類型日趨多樣化n 互聯(lián)網(wǎng)應用開始由固定應用服務向移動應用服務發(fā)展80000700006000050000400003000020000100000Web and Data100,000Online GamingManaged IPMobile DataFile Sharing80,00060,000InternetFixed InternetCAGR:21%CAGR:20%40,000CAGR:66%20,00002012 2013 2014 20152016 2017

26、PB/MonthPB/Month演進性評估要素部署服務可擴展可行有效演進性要素說明技術服務可擴展體系結構具備持續(xù)性，既能滿足當前的應用發(fā)展需求，也具備可擴展能力以適應未來的應用需求變化體系結構具備開放性，以支持現(xiàn)有應用的穩(wěn)定遷移或新應用的增量部署部署可行性有效性具備擴展、部署能力且能確保實體介質的性以獲得市場競爭力體系結構演進性評估框架內核穩(wěn)定性可行性技術可擴展性評估模型評估對象開銷延遲/ 抖動鏈路利用率 data 評估指標評估機制 voice image 帶寬丟包率部署性能 用戶 策略效用 ISP如何評估評估方法最優(yōu)化方程遺傳學博弈論微分方程47傳輸性能開銷管理部署性能功能應用演進性基于應用

27、適應能力的演進性評估模型m: 應用分類方式的數(shù)量n: 在某一種分類方式下得到的應用類型種類pij: 在第種分類方式下的第類應用數(shù)據(jù)(流量)在網(wǎng)絡中所占的比例應用是互聯(lián)網(wǎng)傳輸及服務的本質SEATs1 mn j=1=p𝑁Perfij𝑝𝑎𝑐𝑘𝑒𝑡𝑖𝑗mi=1𝑛s. t. 𝑝𝑖𝑗= 1服務適應能力𝑗=1SEATs分類方式服務webfilemailSMTPP2PHTTPFTP應用協(xié)議

28、應用層headdataheaddatanot desiredheaddata可緩存不可緩存移動有線1:1 m n1:n m:1基于應用適應能力的演進性評估模型minimizeSEAT m npij 𝑁𝑝𝑎𝑐𝑘𝑒𝑡Perfij + C= 1i=1j=1ms. t. npijj=1和用于調節(jié)服務適應性和對可演進評估的影響適應性應用適應能力C: 體系結構為支持應用部署產生的開銷 測量網(wǎng)絡內部各類型應用數(shù)據(jù)流量的比例； 統(tǒng)計部署某種應用協(xié)議或體系結構后的數(shù)據(jù)傳輸性能、路由開銷、鏈路開銷、應用

29、部署開銷和維護開銷等，并對帶寬等性能值及開銷進行定價； 根據(jù)公式進行計算得到相應的SEAT值，由此確定各種協(xié)議或體系結構的應用適應能力，并選擇適用的協(xié)議或體系結構。In-network內容緩存機制演進性評估 實驗背景軟硬件的發(fā)展：更便宜的和帶寬流量的變化：Cisco(2012-2017) 實驗目標流量40%上升至62%： in-network內容緩存機制及組播協(xié)議是否具備持續(xù)發(fā)展的能力和競爭性？ in-network內容緩存機制及組播協(xié)議是否符合不同應用需求下的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需要？因素對in-network內容緩存機制及組播協(xié)議發(fā)展的影響如何? 實驗環(huán)境PlanetLabInternet2Abil

30、eneIn-network內容緩存機制演進性評估Perf= (PerfhopH) ijijH&H(PlanetLab)：H: 隨機選取130個源節(jié)點，580個目標節(jié)點進量，得到端到端數(shù)據(jù)傳輸需要經過的路由跳數(shù)情況，平均路由跳數(shù)H=16H: 基于內容緩存的體系結構：內容以Zipf分布在K中，K=2，n=9時，端到端路由平均跳數(shù)為16，基于內容緩存的路由平均跳數(shù)H=7In-network內容緩存機制演進性評估緩存數(shù)據(jù)流量比例變化的影響 結論：開銷、數(shù)據(jù)傳輸性能的影響 隨著多等可緩存流量數(shù)據(jù)比例的增加，緩存機制及組播協(xié)議的優(yōu)勢越明顯效益對體系結構及協(xié)議發(fā)展具有較大影響組播協(xié)議演進性評估ij=

31、𝑥𝑃𝑒𝑟𝑓link + 𝑦𝑃𝑒𝑟𝑓routerPerf IP組播的情， 分組傳輸所占用的鏈路次數(shù)和路由器轉發(fā)分組的次數(shù)分別為： ni𝑃𝑒𝑟𝑓link=i=1 K ，n1Kni+1 + (𝐾 1)𝑃𝑒𝑟𝑓router = i=1r 單播情，分組傳輸所占用的鏈路次數(shù)和路由器轉發(fā)分組的次數(shù)分別為：nK

32、i1𝑃𝑒𝑟𝑓link = 2i K 1i=1𝑃𝑒𝑟𝑓routern= i=1 1)Kn𝐾𝑖1 1+ 𝐾𝑖(𝐾𝑛𝑖組播協(xié)議演進性評估IP單播和組播服務適應能力比較結論：IP組播從理論上而言更優(yōu)于IP單播，而其IP單播和組播應用適應能力比較開銷是影響其無法普及應用的重要組播的。如果能夠很好的解決目前存在的技術難題用于實現(xiàn)IP開銷低于圖中的閾值Costall,則在

33、網(wǎng)絡中部署IP組播是有利的。點到多點傳送層機制演進性評估r 實驗目標：點到多點傳送層機制是否具有可演進性原有的多個P2SP網(wǎng)絡由同一個P2SP網(wǎng)絡實現(xiàn)與C/S架構共存、與多個C/S架構和多個P2SP網(wǎng)絡共存時，點到多點傳送機制對用戶是否具有吸引力，是否能逐步得到部署m 共享peer上傳帶寬 共享peer 共享tracker點到多點傳送層機制與C/S架構共存 基于用戶效用的模型建立 兩種傳輸機制各有優(yōu)劣 點到多點傳送機制的用戶額外開銷包括額外占用的硬盤緩存資源和網(wǎng)絡上行帶寬，但可能獲得更好的 C/S架構的用戶沒有額外開銷速度 參數(shù)說明：點到多點傳送機制用戶比例為x1(t)，user體現(xiàn)用戶差異p

34、eer需求服務器帶寬在所有用戶里面平均分配點到多點傳送機制網(wǎng)絡效用效用隨x1增大peer上傳帶寬的使用開銷C/S架構網(wǎng)絡效用點到多點傳送層機制與C/S架構共存C1:點到多點傳送機制開銷r 用戶選擇pr: peer請求概率u: 用戶上傳帶寬k: 每個peer能緩存U: 系統(tǒng)總用戶數(shù)數(shù)m: 系統(tǒng)數(shù)目f(x1)是減函數(shù)且f(0) > 0，f(1)<0， 所以f(x1)的駐點存在且唯一點到多點傳送層機制與C/S架構共存 結論1會變m 情況1： f(3) 0 點到多點傳送機制用戶的初始比例 x1(0) < 4時，x1(+) = 0 x1(0) > 4時， x1(+) = 5m 情

35、況2：f(3)<0， x1(+) = 0 f(x1)x 1小2情況拐點3駐點3) x1會變大x1x 4情況15f(x1點到多點傳送層機制與C/S架構共存Steady=97%不同初值下點到多點傳送機制部署比例隨時間變化r 在實際網(wǎng)絡中，在有很少量的初始用戶的情，點到多點傳送層機制能夠與C/S架構的機制競爭并吸引其他用戶，逐漸得到部署與多個P2SP網(wǎng)絡、C/S架構共存r 模型建立m 用戶根據(jù)效用確定是否使用統(tǒng)一平臺m 選擇同一平臺的效用：用戶對每個都使用統(tǒng)一平臺m 不選擇統(tǒng)一平臺的用戶的效用：用戶可以根據(jù)效用為z個分別P2SP軟件或者C/S模式選擇流行度相當于網(wǎng)絡規(guī)模等問題參數(shù)不同第i個選擇

36、P2SP第i個選擇C/S與多個P2SP網(wǎng)絡、C/S架構共存r 由效用函數(shù)形式可以證明，user 最高的用戶會選擇統(tǒng)一平臺平衡點1(t)流行度小于*(t)的中P2SPr 用戶選擇不能發(fā)揮效用C/SP2SP網(wǎng)絡判定條件式P2SP能發(fā)揮效用的條件類似前部分可求解平衡點與多個P2SP網(wǎng)絡、C/S架構共存Steady=94% 結論 如果(t) > 0，則點到多點傳送層機制的應用比例x1(t)會增加 如果(t) < 0，則x1(t)會減少 如果(t) = 0，則系統(tǒng)已經處于平衡點不同初值下點到多點傳送機制部署比例隨時間變化 實際網(wǎng)絡中，點到多點傳送層機制能夠在有少量的初始用戶的情，與多個P2S

37、P網(wǎng)絡、C/S架構機制競爭并吸引其他用戶，逐漸得到部署，最后達到較好的部署比例與多個P2SP網(wǎng)絡、C/S架構共存點到多點傳送機制可部署性隨1變化情況m 如果能夠降低點到多點傳送層機制的使用成本，將能夠降低機制部署所需初始用戶數(shù)量，顯著提高最后達到的部署比例基于用戶效用的三網(wǎng)融合演化性評估實驗目標：給定模型參數(shù)以及電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)始比例的情況，用戶比例隨時間變化趨勢，及不同參數(shù)對演化的影響IP based core networkCable TVTelecommunicationMobile(Broadcast)InternetNetworktelecommunicationsISP(

38、packet switching）(PSTN/MPLS)network（2G,3G,LTE）access /wiredadsl modemAPaggregationaccessRouterDSLAMBasenetworkTowerTerminalsTVFixedTelephoneMobileMobile hostPhonehostapplicationsTVIPTVVoIPIMWebPhoneusers基于用戶效用的三網(wǎng)融合演化性評估r 分析影響融合的要素及彼此的關系，通過用戶效用將各因 間關聯(lián)起來，并將三網(wǎng)融合的問題轉化為用戶效用問題。r 分析網(wǎng)絡運行開銷的組成， 給定一個網(wǎng)絡拓撲，可以依此

39、來計算網(wǎng)絡運行開銷。用戶價值觀是否選 用戶所選開銷（符合某種分布）擇網(wǎng)絡 網(wǎng)絡提供影響網(wǎng)絡選擇用戶類別i第j種應用因子運行第i種（八類）的效用開銷網(wǎng)絡43的用U𝑘 = ski max (𝑢𝑖𝑗) t ski Ci /Li 戶數(shù)𝑗=11𝑖3i=1量用戶網(wǎng)絡開銷 = 用戶基于用戶效用的三網(wǎng)融合演化性評估r 網(wǎng)絡提供的應用效用（用戶m 應用分類：聲音、TV 頻點播、數(shù)據(jù)）、視m 應用效用模型：S𝑖𝑗網(wǎng)絡環(huán)境變化對信息傳輸性能的影響參數(shù)𝑢𝑖&#

40、119895; =𝑄𝑖𝑗第i種網(wǎng)絡提供第j種應用的服務質量網(wǎng)絡技術相關服務互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、電視網(wǎng)聲音Q21>=Q11>Q31Q32>Q12>=Q22點播Q13>=Q23>Q33數(shù)據(jù)Q14>=Q24>Q34基于用戶效用的三網(wǎng)融合演化性評估r 網(wǎng)絡開銷的計算框架C = 𝐶𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑐 + 𝐶𝑑𝑦𝑛𝑎𝑚

41、;𝑖𝑐樹-環(huán)形混合拓撲結構 靜態(tài)開銷來源：網(wǎng)絡部署與維護網(wǎng)絡層數(shù)：n =+1logK 𝐿𝑖第i層節(jié)點數(shù)： 𝐿 𝐾𝑛𝑙𝑒𝑣𝑒𝑙 靜態(tài)開銷：𝑛1 𝐿𝑖 𝐾𝑛𝑙𝑒𝑣𝑒𝑙 𝐶,𝑖/𝜑𝐶

42、9904;𝑡𝑎𝑡𝑖𝑐= 𝑙𝑒𝑣𝑒𝑙=1：折舊率𝐶,𝑖:第i種網(wǎng)絡第level層設備的價格𝜑：硬件開銷所占靜態(tài)開銷比例𝐶𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑐: 網(wǎng)絡靜態(tài)開銷。與網(wǎng)絡設備、各網(wǎng)絡之間的關系相關。𝐶𝑑𝑦𝑛𝑎

43、9898;𝑖𝑐：網(wǎng)絡動態(tài)開銷。與平均速率、流量總量等有關?；谟脩粜в玫娜W(wǎng)融合演化性評估r 網(wǎng)絡開銷的計算框架C = 𝐶𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑐 + 𝐶𝑑𝑦𝑛𝑎𝑚𝑖𝑐樹-環(huán)形混合拓撲結構 動態(tài)開銷來源：數(shù)據(jù)流傳輸= p𝑖Ri 𝐿𝑖𝑛𝑘𝑖 +

44、𝑠𝑖Ri𝛼𝐹𝑜𝑟𝑤𝑎𝑟𝑑𝑖Cdynamic,i數(shù)據(jù)傳輸速率：R平均路由跳數(shù) ：Forward𝑖平均鏈路跳 數(shù)：𝐿ink𝑖=n= 𝐿ink𝑖 + 1Ki1(2i K 3+ 2 2i 1 )/(L𝑖 1)i=1傳輸價格： p𝑖，𝑠𝑖𝐶𝑠𝑡

45、;𝑎𝑡𝑖𝑐: 網(wǎng)絡靜態(tài)開銷。與網(wǎng)絡設備、各網(wǎng)絡之間的關系相關。𝐶𝑑𝑦𝑛𝑎𝑚𝑖𝑐：網(wǎng)絡動態(tài)開銷。與平均速率、流量總量等有關?；谟脩粜в玫娜W(wǎng)融合演化性評估基于用戶效用的三網(wǎng)融合演進性評估模型網(wǎng)絡效用 基于微分方程的演進性評估方法U1>U2開銷對三網(wǎng)融合發(fā)展影響效用對三網(wǎng)融合發(fā)展具有絕對影響 多數(shù)情，系統(tǒng)融合到兩種網(wǎng)絡或三網(wǎng)共存的狀態(tài)，沒有一種網(wǎng)絡具有絕對優(yōu)勢 存在用戶同時選擇是那種網(wǎng)絡的閾值開銷開銷

46、影響應用組成對三網(wǎng)融合發(fā)展影響 應用組 隨著P2P三網(wǎng)融合發(fā)展結果數(shù)據(jù)流的增加，互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢越來越顯著 語音數(shù)據(jù)流量的增加也會促進電信網(wǎng)的發(fā)展初始市場比例對三網(wǎng)融合發(fā)展影響初始市場份額對三網(wǎng)融合發(fā)展趨勢影響不大投資對三網(wǎng)融合發(fā)展影響投資對三網(wǎng)融合發(fā)展影響投資前終止投資投資過程中可以改變相應網(wǎng)絡的市場份額，但一旦投資撤銷，三網(wǎng)融合發(fā)展趨勢的最終結果幾乎發(fā)生改變特定初始市場份額對評估影響初始互聯(lián)網(wǎng)用戶比例相當?shù)蜁r，投資能提高互聯(lián)網(wǎng)用戶的最終市場份額基于用戶效用的三網(wǎng)融合演化性評估考慮用戶群體效用，基于用戶效用的三網(wǎng)融合演化性評估模型Dk: 狀態(tài)t下的用戶效用m : 直接從網(wǎng)絡獲取的第j類應j用的比例

47、U : 狀態(tài)t下的用戶網(wǎng)絡效用kVk: 狀態(tài)t下的用戶通信效用n : 與用戶通信獲取的第j類應用j的比例C: 轉換開銷transqt: 狀態(tài)t下的用戶朋友比例基于用戶效用的三網(wǎng)融合演化性評估 無論是否考慮用戶群關系，開銷對三網(wǎng)融合發(fā)展影響總體趨勢不變 基于用戶群的影響，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展力加強基于用戶效用的三網(wǎng)融合演化性評估用戶群效用網(wǎng)絡效用用戶群效應放大應用組成對三網(wǎng)融合發(fā)展趨勢的影響基于用戶效用的三網(wǎng)融合演化性評估相比僅考慮網(wǎng)絡效用的情況，在用戶群體效用的影響下，初始化市場份額對三網(wǎng)融合發(fā)展趨勢的影響基本完全消失三網(wǎng)融合演化性評估結論 多數(shù)情，在當前及技術條件下，系統(tǒng)融合到三種網(wǎng)絡共存的狀態(tài)，沒有

48、一種網(wǎng)絡具有絕對優(yōu)勢 在全網(wǎng)互聯(lián)的情，如果不能在技術性能上趕超就沒有必要發(fā)展其它網(wǎng)絡的優(yōu)勢業(yè)務 應用組成、開銷融合結果具有絕對影響 初始市場份額、投資對融合結果幾乎無影響(除非某種網(wǎng)絡初始市場份額過低）關系會放大其它因素對三網(wǎng)融合的影響Agendar 互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估工作現(xiàn)狀r 基于模型的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估r 效用機制在互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估工作中的應用r 多學科融合的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估方法r 互聯(lián)網(wǎng)體系結構可演進性評估框架r 面向應用適應能力的互聯(lián)網(wǎng)體系結構評估模型m 以SBGP為例的協(xié)議適應能力模型m 時間瓶頸模型m 局部平均場模型r 總結81Let the Market Drive Dep

49、loymentA Strategy for Transitioning to BGP Securityr Phillipa Gill (University of Toronto), Michael Schapira(Princeton University), Sharon Goldberg(Boston University)r SIGCOMM 2011r Outline82Incentives for BGP Securityr Insecurity of Internet routing is well known:m S-BGP proposed in 1997 to address

50、 many issuesm Challenges are being surmounted: Political: Rollout of RPKI as a cryptographic root trust Technical: Lots of activity in the IETF SIDR workinggroupr The pessimistic view:m This is economically infeasible!m Why should ISPs bother deploying S*BGP?m No security benefits until many other A

51、Ses deploy!m Worse yet, they cant make money from it!r Our view:m Calm down.Things arent so badm ISPs can use S*BGP to make moneym by attracting traffic to their network83Traffic Attraction & Interception AttacksApril 2010 : China Telecom intercepts traffic?ISP 1Level3, VZW, 22394/24

52、ChinaTel/24VZW, 22394/24Level 3VerizonWirelessChina Telecom22394/24This prefix and 50K others wereannounced by China Telecom22394Traffic for some prefixes was possibly intercepted/2484Securing the Internet: RPKIResource Public Key Infrastructure (RPKI)

53、:Certifiedmapping from ASes to public keys and IP prefixesBut RPKI alone is not enough!Resource Public Key Infrastructure (RPKI):Certifiedmapping from ASes to public keys and IP prefixes.?ISP 1ChinaTel, 22394/24Level3, VZW, 22394/24Level 3VerizonWirelessChina TelecomMalicious router can prete