層次式交換網(wǎng)絡

　　文章認為互聯(lián)網(wǎng)核心設備不堪重負、網(wǎng)絡行為難以預測、數(shù)據(jù)包路徑不確定、可控可管和可擴展性差、無法實現(xiàn)服務質量保障、網(wǎng)絡設施易受攻擊、核心路由設備復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)絡體系結構，將網(wǎng)絡拓撲與網(wǎng)絡編址相結合，提出邏輯節(jié)點和邏輯信道的概念保證樹形結構的可靠性，用短接信道技術提供連接的靈活性，以簡單的IP交換替代IP路由克服現(xiàn)有網(wǎng)絡的各種缺陷

無限層次樹形筆記本 　　基金項目：國家高技術研究發(fā)展計劃資助(“863”計劃)課題(2007AA01Z214)

　　1 互聯(lián)網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

　　Internet是20世紀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，是因為它順應了社會向信息化進步的需要，并且采用了簡潔明了的包交換協(xié)議和靈活機動的路由方法。

　　包交換技術不同于以往的電路交換技術，它需要完備的路由技術來支持。利用計算機的智能，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。所有這些轉發(fā)工作，包括路由表的更新，都不要人工干預，由路由器自動完成。有了路由器對網(wǎng)絡結構的自動適應能力無限層次樹形筆記本，人們連網(wǎng)時想怎么連就怎么連，方便地組成任意連接的網(wǎng)絡結構。在網(wǎng)絡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)絡結構和路由器自動找路的方法非常有效。路由技術是Internet的核心和靈魂，沒有人能否認這一點。

　　可以說，網(wǎng)絡發(fā)展的早期，Internet能戰(zhàn)勝其他網(wǎng)絡體系的優(yōu)勢就是網(wǎng)絡協(xié)議簡單和包交換及路由技術。然而，隨著技術的發(fā)展和高級應用的出現(xiàn)，尤其是當網(wǎng)絡規(guī)模極大地超出了早期網(wǎng)絡設計者的想象，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，有的將轉化成阻礙Internet繼續(xù)發(fā)展的因素。

　　當網(wǎng)絡規(guī)模不斷發(fā)展，實時通信要求增長時，互聯(lián)網(wǎng)遇到了一系列困難：網(wǎng)絡規(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發(fā)數(shù)據(jù)包；網(wǎng)絡拓撲局部變動、信道或設備的故障與恢復、網(wǎng)絡管理人員的配置和操作失誤等局部網(wǎng)絡行為，都必須作為全局行為向全世界通報并更改所有的路由信息，使得骨干網(wǎng)路由器不堪重負，網(wǎng)絡事件發(fā)生后的路由信息收斂時間達到分鐘量級，大量數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡中振蕩或兜圈；路由器越來越復雜，成本和耗電越來越高；為了克服包交換技術的不足，獲得電路交換的好處，要增加虛擬電路交換技術，使網(wǎng)絡協(xié)議變得越來越復雜；光通信線路的高可靠性，使得任意連接的網(wǎng)絡結構優(yōu)點不再；由于人工難以確定數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡信道中走的確切路由，以及數(shù)據(jù)包的借道通行，網(wǎng)絡設計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)絡信道資源；慢速的端到端的錯誤恢復手段，缺少網(wǎng)絡自愈能力，使得Internet難以提供電信級的服務質量；網(wǎng)絡行為的不確定性，使得難以對網(wǎng)絡實施有效的管理與控制；網(wǎng)絡地址空間與用戶地址空間沒有嚴格的區(qū)分以及骨干網(wǎng)絡信令與用戶網(wǎng)絡信令完全融合，給骨干網(wǎng)設備帶來了致命的安全威脅；網(wǎng)絡源地址的可偽造性無限層次樹形筆記本，使得網(wǎng)絡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)模估計不足，IPv4地址空間將在一兩年內耗盡。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)絡的層次化，路由表會進一步急劇增大，路由器的復雜性和它在網(wǎng)絡中的“瓶頸”地位也就越加嚴重。目前大量的改進措施，難以真正解決問題，陡然增加了網(wǎng)絡協(xié)議的復雜性。Internet到了必須進行重大改革的時候。

　　本文針對當前Internet難以應對的一系列挑戰(zhàn)無限層次樹形筆記本，介紹一種新的網(wǎng)絡體系結構：層次交換網(wǎng)絡技術。利用這種技術，徹底丟掉路由器；讓網(wǎng)絡回歸簡潔；讓數(shù)據(jù)包的路徑可預測，網(wǎng)絡信道資源獲得合理應用；讓網(wǎng)絡拓撲結構信息的變化、網(wǎng)絡設備與通信線路的失效與恢復、網(wǎng)絡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雜的網(wǎng)絡(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上使用一項新的技術，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。