下一代互联网展望——后IP 网络
樊秀梅，王超*
基金项目：国家高技术研究发展计划（No.2007AA01Z220），跨世纪优秀人才计划（NCET-07-0074），国
家自然科学基金（No.90604012）
作者简介：樊秀梅，女，教授，博士生导师，研究方向为无线网络、路由协议和QoS 等. E-mail:
xmfan@bit.edu.cn
（北京理工大学计算机学院，北京 100081）
摘要5 ：综述文章几十年前提出的IP 技术，如今逐渐出现了技术的限制，网络的规模大大超
出原始的设计目标，面对人们在性能、有效性、移动性、安全性和可靠性方面越来越高的需
求，已经显得无能为力，并且受到有体系结构导致的操作管理限制的影响，使得限制IP 技
术正面临非常严峻的挑战。因此，“后IP”（Post-IP）概念由此而生，国内外也开始着手新一
轮的IP 技术研究。本文将主要关注“后IP”网络的基本概念、研究状况、面临挑战、研究的
10 主要技术路线等等，而且对后IP 网络的发展做出展望。
关键词：后IP；研究现状；挑战；关键技术
 0 引言
40 年前产生的互联网，各项技术都出于研究阶段，国际骨干网的带宽仅为数十Kb，不
过面对用户的文字界面和较少的通信需求，已能基本满足需求；然而，经过数十年的发展，
互联网现状已经发展成为一个全球有数十亿用户，带宽增大数亿倍的一个全球性通用网络。
30 如今，互联网已经成为经济发展、社会进步、科技创新的一个重要的信息基础设施，是国家
信息产业竞争力的主要标志之一。
随着互联网的日益普及，其需求也向着多元化发展，例如移动接入、普适计算、分布式
信息处理、海量流媒体，这些新的应用已经一次又一次挑战现有网络的极限，如今现有网络
已经成为了新应用更好发展的一个瓶颈，例如，人们在高性能、安全性、移动性、可靠性、
35 可扩展性、实时性和易管理等方面的需求，现有网络已经不能满足，因此也限制了新应用需
求的产生。
在这种情况下，国际上出现了两种关于互联网发展的新观点——革命式（revolution）
和演进式（evolution）。革命式发展即不再遵循互联网原本设计原则，从新设计一个全新的
互联网，这样一个全新的互联网体系结构中将综合考虑可扩展性、移动性、实时性、可靠性、
 高性能和易40 管理等需求，彻底解决现有网络面临的问题；演进式发展即在现有的TCP/IP 协
议的基础上，对现有的协议内容进行改良，对现存的问题进行优化，以打补丁的方式使互联
网满足人类社会需求。[1]事实说明各国普遍认同革命式的研究路线，并且已于2005 年开始
了新一代互联网研究，我们称其为“后IP 网络”。
然而在后IP 网络的实现形式上，业界也出现了两种不同的观点。革命式的实现和演进
45 性的实现，而现有的互联网规模已经相当大，重新部署互联网是不可能实现的目标，这两种
不同的实现形式，也就演变成了对互联网存在形式的讨论，即互联网要演进到何种状况，才
是后IP 网络。针对互联网存在形式，业界有两种观点即纯化论和多元论。[2]纯化论是指互
联网体系结构应该是单一的，其各个网元最终只能以同一种处于核心地位的协议存在，互联
网体系结构将不再变化，现有的互联网结构向新互联网结构的演变要花费很长时间。多元论
50 是指网络最终将以不同的形式存在，IP 只不过是网络系统中的一个组成部分，互联网体系
结构应该是动态的和演变的，而网络系统的核心是支持多个网络和协议的共存。在前一种观
点下，互联网体系结构的灵活性是追求的目标，而后面一种更看重短期问题的解决。两种观
点的之争可以解释为将多种体系结构进行比较选优或是最终多种体系并存。
有此看来，关于后IP 网络的探索，国际上还处于起步阶段，对于未来互联网的发展和
55 存在形式都存在很大的分歧，在这种形势下，我们可以把握国际上最新的研究动态，根据国
际最新的研究成果，重新审视我们自己对后IP 网络的理解，调整自己的研究方法和研究目
标。因此，本文将在下一部分介绍现在互联网现状和不足，即后IP 网络所要解决的主要问
题；第三部分将介绍国内外关于后IP 网络的研究现状；第四部分将对后IP 网络的发展做出
展望。
60 1 现在互联网现状与面临的挑战
互联网的应用需求在这30 年间已经发生了根本性的变化，很多当初不需考虑的问题，
现在已经成为了互联网的主要问题，这些问题甚至限制了互联网的进一步发展。
1.1 安全性
目前，互联网存在种种安全问题，例如：网络攻击频频发生，网络病毒在肆意传播，信
65 息泄露的风险一直存在，应用开发者担心网络安全会影响程序的可用性。互联网中越来越多
的安全问题严重影响了互联网在军事、通信、商业等行业的应用与发展。
而现有网络中还未曾建立起一个在体系结构层面上的安全架构，没有一个完整的安全解
决方案，现有网络能够提供的安全措施或建立在网络的某个层面上，或建立在某种应用上，
安全技术相对独立，系统性不强，这种打补丁形式的安全措施基本处于被动防御状态，不能
70 够完整而且彻底的保证互联网的安全性。[3]
因此，后IP 网络在安全性方面面临如下挑战：1）构建安全的体系结够，使其从根本上
确保网络安全性2）能够对网络攻击进行前摄识别，抵御现有网络攻击。
1.2 移动性
在过去的十年间，无线网络的覆盖和无线客户端的接入已经成为了互联网非常显著的问
75 题，例如，移动PC、手机客户端和传感器网络节点，对无线网络的要求越来越高，现有的
互联网如何针对特殊需求进行优化，实现客户端的无缝接入、较高的数据传输率、较低的传
输延迟、以及适应客户端高速移动的特殊情况。[4]
因此，后IP 网络在移动性设计上面临如下挑战：1）在无线网络内，提出端到端的流控
 制和拥塞控制方法，以至于更好的解决链路中断、数据包丢失和链路干扰等制约因素；2）
提高移动IP 的扩展性80 ，不再完全依赖本地代理和隧道技术；3）根据主机的移动特性，提出
恰当的定位技术；4）将无线宽带覆盖扩展到其他重要的平台，例如飞机、高速列车、轮船
等。[5]
1.3 可用性和有效性
可用性指当网络需要连接的时候，网络系统能够正确响应并连接的可能性。现如今，路
85 由系统质量的下降和操作复杂性的增加导致网络的可用性下降，这个问题由于现有体系结构
的限制而不能彻底根除。
与此同时，基于可用性而引发出的另一问题由此而出，互联网的快速恢复机制，由于链
路中断所导致的数据短时间内无法传输，现有网络需要数秒的时间才能够得以解决，而对后
IP 网络的要求是恢复时间控制在一秒一下甚至更短。
90 因此，后IP 网络中关于可用性面临的挑战有：1）对网络运行状态的监测；2）路由系
统的快速恢复机制；3）全球网络链接覆盖的有效性，特别在重要的紧急情况下，网络的有
效性。[6]
1.4 可扩展性
可扩展性是目前互联网技术取得成功的重要因素之一，无连接分组交换技术不要求网络
95 交换节点记录数据传送的轨迹，成为互联网易于扩展的基础；分层的路由寻址结构使得全球
属于不同管理域的网络相互寻址变得相对简单可行。[7]但是，随着互联网ipv4 地址即将耗
尽，互联网客户端已经增加到了数以亿计的数量级之后，现有网络已很难容纳如此巨大的网
络拓扑，路由系统的扩展性已经成为了ISP 最关注的问题。[8]
后IP 网络面临的挑战主要有：1）对后IP 网络的地址空间进行合理的规划和设计，以
100 实现高效的路由；2）路由表项以log(n)级数增长（n 为节点数）；3）路由系统的健壮性、
稳定性，确保网络基础设施能够应对越来越多的自治系统，尤其是外围自治系统。
1.5 QoS 服务质量和可管理性
传统互联网为面向非实时的数据通信而设计，多媒体应用的飞速发展对网络提出了不同
于数据应用的服务质量要求，2010 年，互联网骨干业务的80%以上流量是敏感延时的流媒
105 体业务，现有网络业务对服务质量(QoS)的要求越来越高，自上世纪80 年代开始研究QoS
之后，已提出综合服务和区分服务两种QoS 体系结构，但都没有在当前网络中成功应用。
服务质量的保证根本上依赖于对网络资源的有效管理和控制，而当前互联网较差的可管可控
性导致服务质量的研究没有本质的突破。[8]
因此，在QoS 方面，后IP 网络面临着如下挑战：1）为未来占统治地位的实时交互式
110 业务提供良好支持和服务质量保障；2）允许为每个网络配置对其性能、可靠性和策略的高
层需求和目标；3）网络管理控制系统应具有数据平面当前全局状态的准确信息，直接对数
据平面进行控制，而将决策逻辑与分布式系统分离。
2 后IP 网络的研究现状
目前虽然国际上启动了很多的与未来互联网相关的研究计划或项目，但是它们有的还只
115 是停留在起步和规划阶段，还没有形成清晰的理论研究方案；有的虽然取得不少的创新，但
是也仅涵盖了未来互联网要求的某个或几个方面，仅解决了现有网络存在的问题和弊端，还
 缺乏对新信息网络体系结构及关键理论与技术深入研究。因此，至今仍没有完全建立起一个
能对当前互联网发展方向提供指导、满足未来网络发展需求、并正确反映整个网络发展趋势
的新一代网络体系结构。到目前为止，美国、欧盟、日本、韩国及ITU-T 已经从2005 年开
始陆续120 组织了未来互联网的研究计划和工作组，我们将对其分别阐述。图1 为各国关于下一
代互联网研究的时间表：
图1 各国后IP 网络研究时间表
Fig. 1 Post-IP research schedule
125 2.1 GENI
Global Environment for Network Innovations(GENI)于2005 年由美国国家科学基金
（National Science Foundation，NSF）启动，目的在于对全球互联网进行革命性创新，为促
进全球未来网络体系结构、业务和应用的研究而设计的一个公共设施，以克服传统互联网在
安全性、可靠性和可管理性等方面的不足。为达到此目标，GENI 要构建一个全新的、安全
130 的、能够连接所有设备的互联网。GENI 定义了目标互联网的多个基本特征：可编程性，虚
学术论文网Tag：代写论文 代写MBA论文 代写代发论文 代发论文