層次式交換網(wǎng)絡(luò)

　　文章認(rèn)為互聯(lián)網(wǎng)核心設(shè)備不堪重負(fù)、網(wǎng)絡(luò)行為難以預(yù)測、數(shù)據(jù)包路徑不確定、可控可管和可擴(kuò)展性差、無法實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量保障、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施易受攻擊、核心路由設(shè)備復(fù)雜昂貴耗電等一系列缺陷，是由互聯(lián)網(wǎng)的路由系統(tǒng)引起的。文章提出一種新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c網(wǎng)絡(luò)編址相結(jié)合，提出邏輯節(jié)點(diǎn)和邏輯信道的概念保證樹形結(jié)構(gòu)的可靠性，用短接信道技術(shù)提供連接的靈活性，以簡單的IP交換替代IP路由克服現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的各種缺陷

無限層次樹形筆記本 　　基金項(xiàng)目：國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助(“863”計(jì)劃)課題(2007AA01Z214)

　　1 互聯(lián)網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

　　Internet是20世紀(jì)對人類社會最具影響力的科技發(fā)明之一。它為人類提供了全新的通信手段、信息交換手段以及信息獲取手段無限層次樹形筆記本，極大地加速了社會的信息化進(jìn)程。目前，全世界已經(jīng)有超過30億人在使用Internet，像中國、印度這樣的人口大國還有超過四分之三的人口沒有上網(wǎng)。Internet之所以發(fā)展迅速，是因?yàn)樗槕?yīng)了社會向信息化進(jìn)步的需要，并且采用了簡潔明了的包交換協(xié)議和靈活機(jī)動(dòng)的路由方法。

　　包交換技術(shù)不同于以往的電路交換技術(shù)，它需要完備的路由技術(shù)來支持。利用計(jì)算機(jī)的智能，在路由器之間定期交換信息，形成一張路由表。各路由器能按照數(shù)據(jù)包外皮上寫的目的地址，查看自己保存的路由表后，將數(shù)據(jù)包一站一站地往目的地方向傳送。所有這些轉(zhuǎn)發(fā)工作，包括路由表的更新，都不要人工干預(yù)，由路由器自動(dòng)完成。有了路由器對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的自動(dòng)適應(yīng)能力無限層次樹形筆記本，人們連網(wǎng)時(shí)想怎么連就怎么連，方便地組成任意連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)部件特別是通信線路可靠性較低的情況下，任意連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和路由器自動(dòng)找路的方法非常有效。路由技術(shù)是Internet的核心和靈魂，沒有人能否認(rèn)這一點(diǎn)。

　　可以說，網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的早期，Internet能戰(zhàn)勝其他網(wǎng)絡(luò)體系的優(yōu)勢就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡單和包交換及路由技術(shù)。然而，隨著技術(shù)的發(fā)展和高級應(yīng)用的出現(xiàn)，尤其是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模極大地超出了早期網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者的想象，Internet的這些優(yōu)勢遇到了空前的挑戰(zhàn)，有的不再是優(yōu)勢了，有的將轉(zhuǎn)化成阻礙Internet繼續(xù)發(fā)展的因素。

　　當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷發(fā)展，實(shí)時(shí)通信要求增長時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)遇到了一系列困難：網(wǎng)絡(luò)規(guī)模使得路由表龐大無限層次樹形筆記本，路由器不能快速有效地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚植孔儎?dòng)、信道或設(shè)備的故障與恢復(fù)、網(wǎng)絡(luò)管理人員的配置和操作失誤等局部網(wǎng)絡(luò)行為，都必須作為全局行為向全世界通報(bào)并更改所有的路由信息，使得骨干網(wǎng)路由器不堪重負(fù)，網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生后的路由信息收斂時(shí)間達(dá)到分鐘量級，大量數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中振蕩或兜圈；路由器越來越復(fù)雜，成本和耗電越來越高；為了克服包交換技術(shù)的不足，獲得電路交換的好處，要增加虛擬電路交換技術(shù)，使網(wǎng)絡(luò)協(xié)議變得越來越復(fù)雜；光通信線路的高可靠性，使得任意連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)不再；由于人工難以確定數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)信道中走的確切路由，以及數(shù)據(jù)包的借道通行，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員無法確切地為每條信道分配合適的帶寬，并且難以做到既充分又合理地利用網(wǎng)絡(luò)信道資源；慢速的端到端的錯(cuò)誤恢復(fù)手段，缺少網(wǎng)絡(luò)自愈能力，使得Internet難以提供電信級的服務(wù)質(zhì)量；網(wǎng)絡(luò)行為的不確定性，使得難以對網(wǎng)絡(luò)實(shí)施有效的管理與控制；網(wǎng)絡(luò)地址空間與用戶地址空間沒有嚴(yán)格的區(qū)分以及骨干網(wǎng)絡(luò)信令與用戶網(wǎng)絡(luò)信令完全融合，給骨干網(wǎng)設(shè)備帶來了致命的安全威脅；網(wǎng)絡(luò)源地址的可偽造性無限層次樹形筆記本，使得網(wǎng)絡(luò)不良行為難以得到有效的查處與抑制。所有這些困難，都是致命的。再加上早期對Internet的發(fā)展規(guī)模估計(jì)不足，IPv4地址空間將在一兩年內(nèi)耗盡。目前大量采用的私有地址會阻礙端到端的通信能力。采用地址空間極大的IPv6協(xié)議，如果不考慮網(wǎng)絡(luò)的層次化，路由表會進(jìn)一步急劇增大，路由器的復(fù)雜性和它在網(wǎng)絡(luò)中的“瓶頸”地位也就越加嚴(yán)重。目前大量的改進(jìn)措施，難以真正解決問題，陡然增加了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的復(fù)雜性。Internet到了必須進(jìn)行重大改革的時(shí)候。

　　本文針對當(dāng)前Internet難以應(yīng)對的一系列挑戰(zhàn)無限層次樹形筆記本，介紹一種新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：層次交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。利用這種技術(shù)，徹底丟掉路由器；讓網(wǎng)絡(luò)回歸簡潔；讓數(shù)據(jù)包的路徑可預(yù)測，網(wǎng)絡(luò)信道資源獲得合理應(yīng)用；讓網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息的變化、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與通信線路的失效與恢復(fù)、網(wǎng)絡(luò)管理人員的誤操作等事件局部化；讓快速自愈能力不依賴于另一套復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)(如SDH/SONET)；讓組播樹自然形成；讓骨干網(wǎng)地址空間與用戶地址空間相分離；對用戶不良行為易于追蹤。

　　任何想在Internet上做的改革或在Internet上使用一項(xiàng)新的技術(shù)，都必須與原有的Internet各種協(xié)議完全兼容，否則將是不可行的。