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54互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估模型、機(jī)制及方法研究綜述

發(fā)布時(shí)間:2016-11-17 11:46

  本文關(guān)鍵詞:互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估模型、機(jī)制及方法研究綜述,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。


第35卷第10期2012年10月;計(jì)算;學(xué)報(bào);v01.35;No.10;CHINESEJoURNALOFCOMPUTER;Oct.2012;互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估模型、機(jī)制及方法研究綜述;恪朱敏林;北京;100084);(清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系;摘要互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估模型是推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)持;構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)建議,從而使運(yùn)營(yíng)商可選取最適合的協(xié)議;進(jìn)行了展望.;

第35卷第10期2012年10月

計(jì)算

機(jī)

學(xué)報(bào)

v01.35

No.10

CHINESEJoURNALOFCOMPUTERS

Oct.2012

互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估模型、機(jī)制及方法研究綜述

恪朱敏林

北京

100084)

(清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系

摘要互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估模型是推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)持續(xù)發(fā)展的理論支撐,它可以為運(yùn)營(yíng)商提供網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)

構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)建議,從而使運(yùn)營(yíng)商可選取最適合的協(xié)議或機(jī)制構(gòu)建符合各種應(yīng)用需求的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu).隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用日趨多樣化,互聯(lián)網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性、移動(dòng)性等面臨越來(lái)越大的挑戰(zhàn).互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的演進(jìn)已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的共識(shí),面向現(xiàn)有體系結(jié)構(gòu)問(wèn)題的修補(bǔ)策略以及革命式的體系結(jié)構(gòu)方案不斷被提出,借鑒前者的穩(wěn)定性和后者的創(chuàng)新性,,我們提出了一種基于演進(jìn)式的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展思路.為了更好地了解各種互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展方案,近年來(lái),研究人員分別從協(xié)議、框架等不同方面對(duì)體系結(jié)構(gòu)的服務(wù)能力、發(fā)展能力和安全能力進(jìn)行了評(píng)估,互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估方法已經(jīng)成為未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究的一大熱點(diǎn).文中介紹了與互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展密切相關(guān)的五種特性的基本評(píng)估模型,包括可服務(wù)性、可擴(kuò)展性、可部署性、可演化性和可信性評(píng)估模型;歸納了用于構(gòu)造互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估模型的機(jī)制,重點(diǎn)討論了效用機(jī)制在這五類(lèi)基本評(píng)估模型中的應(yīng)用;并對(duì)用于實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估的若干方法進(jìn)行了總結(jié).基于上述討論,文中最后從互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的內(nèi)在特性和外在特性出發(fā),提出了一種基于適應(yīng)能力的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)可演進(jìn)性評(píng)估系統(tǒng),并對(duì)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估領(lǐng)域的發(fā)展

進(jìn)行了展望.

關(guān)鍵詞互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu);評(píng)估模型;效用;可演進(jìn)性

DOI號(hào):10.3724/SP.J.1016.2012.01985

中圖法分類(lèi)號(hào)TP393

InternetArchitectureEvaluation

Modeis,MechanismsandMethods

LINChuang

Tsinghua

XUKe

(Department

ZHUMin

ofComputerScienceandTechnologyUniversity,Beijing

100084)

AbstractTheInternetarchitectureevaluationmodels

serveas

thetheoreticalfoundation

ensures

or

to

pro—

motethesustainabledevelopmentoftheInternetarchitecture.It

users

thattheoperatorsand

to

construct

an

oftheInternet

are

able

to

choosethemostsuitableprotocols

mechanisms

Internetarchitecture

thatsatisfiesvariouskindsofapplicationrequirements.Withtheincreasing

are

diversityoftheInternetapplications,thesecurity,stability,andmobilityofInternet

facing

moreandmorechallenges.Therefore,theevolutionoftheInternetarchitecturehasbecomethe

consensus

amongbothacademicsandindustrypractitioners.In

andtheDirty—Slate

strategies

recent

years,boththemodifica—

havebeenproposed.

an

tion

strategies

on

oftheinternetarchitecture

Building

tecture

thestabilityoftheformerandthenoveltyofthe1atter,wepropose

on

Internetarchi—

based

theevolutionarymodel.Besidetheinternetarchitectureitself,thearchitecture

architec—

evaluationmethodshavealsobecomeincreasinglyimportantinthedesignofInternet

ture.Theservicecapacity,thedevelopmentcapacity,andthesecuritycapacityoftheInternetarchitecturehavebeenassessedbyresearchersfromtheperspectivesoftheprotocolandtheframe一

收稿日期:2012-0630;最終修改稿收到日期:2012-08—16.本課題得到國(guó)家“丸七三”重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目基金(2009CB320501,

2012CB31

5803)、國(guó)家自然科學(xué)基金(61170292,60970104)和國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)(2012ZX03005001—001)資助.徐恪,男,1974年生,博

聞,男,1948年生,

士,教授,博士生導(dǎo)師,主要研究領(lǐng)域?yàn)樾乱淮ヂ?lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、高性能路由器、P2P與應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)、Overlay網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng).Email:xuke@mail.tsinghua.edu.cn.朱敏,女,1977年生,博士研究生,主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究及其評(píng)估.林博士,教授,博士生導(dǎo)師,主要研究領(lǐng)域?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)、安全分折、Petri網(wǎng)及其應(yīng)用.

萬(wàn)方數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)

work.Inthisarticle,weintroducethebasicevaluationmodels0{theserviceability。thescalabili—ty,thedeployment,theevolvabilityandthereliabilityoftheInternetarchitecture;summarizethemechanismsofconstructingtheInternetarchitectureevaluationmodels;discusstheapplica—

tionoftheutilitytheoryintheevaluationmodels;andsurveytheexistingevaluationmethods.

Based

on

thesurvey,wepropose

an

adaptability—orientedInternetarchitectureevaluationsystem,

takingintoconsiderationoftheinternalandexternalpropertiesoftheInternetarchitecture;anddiscusstheprospectusoftheInternetarchitectureevaluation.

Keywords

Internetarchitecture;evaluationmodel;utility;evolutionary

引言

互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展促進(jìn)了社會(huì)的進(jìn)步和人類(lèi)生活方式的改變[1。5],與此同時(shí),創(chuàng)新應(yīng)用和新型計(jì)算模式的不斷涌現(xiàn),也加速了互聯(lián)網(wǎng)前進(jìn)的步伐和角色的轉(zhuǎn)變,尤其是近年來(lái),P2P等多媒體應(yīng)用和云計(jì)算得到大規(guī)模發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)的功能開(kāi)始由傳統(tǒng)的“通信信道”向“數(shù)據(jù)處理平臺(tái)”轉(zhuǎn)變.然而,在規(guī)模爆炸式增長(zhǎng),應(yīng)用頻繁更新,無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)不斷發(fā)展的影響下,現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)與不斷變化的應(yīng)用環(huán)境之間的矛盾日益尖銳.未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展問(wèn)題已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)心的焦點(diǎn)[6。8],目前,相關(guān)的研究思路可以分為三類(lèi),如圖1所示.

改良式革命式演進(jìn)式打補(bǔ)丁、可演化增量部署推倒一切堅(jiān)持原則向后兼容

重新設(shè)計(jì)

謹(jǐn)慎擴(kuò)展

1.986

..J1¨幸譬言

復(fù)雜性、脆弱性....................一

脫離實(shí)際穩(wěn)定性與擴(kuò)展擴(kuò)展性、管理性

部署代價(jià)高

性之間的界定

圖1互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展思路

一直以來(lái),互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組織IETF①(Internet

EngineeringTask

Force)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)各技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展

了持續(xù)深人的研究,并發(fā)布了大量RFC(Request

for

Comments)標(biāo)準(zhǔn)用于解決互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的傳

輸安全、傳輸服務(wù)質(zhì)量、地址解析、用戶(hù)移動(dòng)等問(wèn)題.這些標(biāo)準(zhǔn)在維持互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)向后兼容的前提下以打補(bǔ)丁的方式,對(duì)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了增量式的修補(bǔ),因此被稱(chēng)為改良式的發(fā)展路線.盡管如此,由于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)本身在可擴(kuò)展性、安全性、移動(dòng)性等方面存在固有的弊端,針對(duì)性的修補(bǔ)策略仍然難以滿(mǎn)足當(dāng)前復(fù)雜的應(yīng)用需求變化.同時(shí),由于改良的方式加入了大量中問(wèn)件,導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)

萬(wàn)方數(shù)據(jù)

針對(duì)如何解決現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的不足以及主張革命式路線的研究者認(rèn)為互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)前的應(yīng)InternetNetwork

Design)、美國(guó)頂

EnvironmentforNetworkInnova—

InternetResearchand

Experimentation)等,文獻(xiàn)[9—10]對(duì)這些研究項(xiàng)目進(jìn)行了較全面的總結(jié).在這些項(xiàng)目的指導(dǎo)下,研究者們提出了各種未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)架構(gòu),包括基于開(kāi)放性思路的體系結(jié)構(gòu)FII[111、XIA[12|、OPAE[1…,具備ID/Locator分離思想的協(xié)議AIP[14|、HIP[1引,面向數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)CCN[16|、NDN[17|、DONA[18【,以及面向安全的分層命名體系結(jié)構(gòu)[19。201等.盡管革命式路線的研究從理論上解決了互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的許多問(wèn)題,但是它脫離了當(dāng)前體系結(jié)構(gòu)的社會(huì)現(xiàn)狀,導(dǎo)致其設(shè)計(jì)、部署的代價(jià)遠(yuǎn)超過(guò)其可能獲取的利益,因此目前并無(wú)太多實(shí)質(zhì)性進(jìn)展.

鑒于改良式路線過(guò)于墨守成規(guī),革命式過(guò)于激進(jìn),一部分研究者開(kāi)始尋求折中的方案,例如,

①http://www.ietf.org/

國(guó)httplfhⅥw.netsfind.net/

③http://www.geni.net/

④http://cordis.europa.eu/fp7/ict/fire/

構(gòu)原有的沙漏模型受到破壞,使其演變?yōu)橐粋(gè)打滿(mǎn)

各種“補(bǔ)丁”的復(fù)雜而臃腫的結(jié)構(gòu),面臨著更加嚴(yán)重的脆弱性、可擴(kuò)展性、管理和互操作等問(wèn)題.

未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)如何發(fā)展的問(wèn)題,世界各地的研究者和學(xué)者們也開(kāi)展了大量研究項(xiàng)目并發(fā)表了大批研究論文,提出了相關(guān)建議,這些思路可以歸納為革命式和演進(jìn)式兩種.

用新需求已經(jīng)超出了傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的處理能力,因此突破限制,設(shè)計(jì)全新的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu),從根本上解決現(xiàn)有體系結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題才是未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展思路.目前,世界各發(fā)達(dá)國(guó)家都在這一思想指導(dǎo)下開(kāi)展了相關(guān)的研究,例如,美國(guó)政府資助的

FIND@(Future尖機(jī)構(gòu)及大學(xué)支持的國(guó)家級(jí)未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)床

GENI③(Globaltions)、歐盟的FIRE④(Future

10期徐恪等:互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估模型、機(jī)制及方法研究綜述

1987

Ratnasamy等人Lzu就從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)角度出發(fā),提出了可演化的IP的概念,作者將體系結(jié)構(gòu)的進(jìn)化理解為一種循序漸進(jìn)的改變并通過(guò)分析一種全新的IP協(xié)議在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的部署過(guò)程對(duì)這一概念進(jìn)行了說(shuō)明.這類(lèi)方案說(shuō)明了在改良式和革命式的路線中尋求第三種思路的可能性,但它們大都未給出具體的發(fā)展思路.而針對(duì)當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展瓶頸,Blumenthal和Clark[22]對(duì)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的最初設(shè)計(jì)原則也重新進(jìn)行了審視,提出體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展只會(huì)不斷地尋求新的平衡點(diǎn),而任何對(duì)技術(shù)形態(tài)的一種最終預(yù)測(cè)都是不準(zhǔn)確也不必要的.同時(shí),他們認(rèn)為現(xiàn)有體系結(jié)構(gòu)的眾多設(shè)計(jì)原則都是互聯(lián)網(wǎng)得以滋生、創(chuàng)新和發(fā)展的必要條件,不應(yīng)被草率丟棄.遵循這一思想以及研究者們前期的工作,借鑒改良式和革命式各自在穩(wěn)定性和創(chuàng)新性上的優(yōu)點(diǎn),Xu和wu等[2’糾3提出了介于兩者之間的基于演進(jìn)式的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展思路.與革命式的發(fā)展思路不同,演進(jìn)式思路認(rèn)為互聯(lián)網(wǎng)的無(wú)連接分組交換、端到端等核心機(jī)制和設(shè)計(jì)原則是保持互聯(lián)網(wǎng)充滿(mǎn)活力和迅速發(fā)展的根本原因.因此,在擴(kuò)展當(dāng)前體系結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)堅(jiān)持這些核心和設(shè)計(jì)原則相對(duì)穩(wěn)定.此外,不同于改良式路線,演進(jìn)式的思路在堅(jiān)持核心原則不變的基礎(chǔ)上,還提出應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐黄菩愿镄,?jǐn)慎地改變約束體系結(jié)構(gòu)擴(kuò)展的基本要素,以適應(yīng)和更好地支持新應(yīng)用需求.值得說(shuō)明的是,堅(jiān)持或突破現(xiàn)有的哪些設(shè)計(jì)原則以保證在保持互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)穩(wěn)定過(guò)渡的同時(shí),增強(qiáng)其可擴(kuò)展性是可演進(jìn)路線研究中的重點(diǎn)和難點(diǎn).

針對(duì)未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展,數(shù)以百計(jì)的新方案、新策略被提出,然而,目前被廣泛接受并被應(yīng)用的方案卻很少.事實(shí)上,在進(jìn)行未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)理論架構(gòu)研究的同時(shí),研究者們需要確保自己提供的方案得到大眾的認(rèn)可,這也正是互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估工作的主要目的所在.

對(duì)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估,首先需要明確互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的定義.由于互聯(lián)網(wǎng)是一門(mén)偏重實(shí)踐性的工程技術(shù)學(xué)科,因此盡管“互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)”已經(jīng)是計(jì)算機(jī)研究領(lǐng)域中耳熟能詳?shù)挠谜Z(yǔ),但到目前為止,業(yè)界對(duì)其仍然沒(méi)有明確、統(tǒng)一、完整的定義.研究者通常會(huì)根據(jù)需要和不同的理解賦予其不同的涵義.例如,Tanenbauml2鉑將互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)定義為分層和協(xié)議的集合,Peterson等人口63將互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)定義為指導(dǎo)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的通用藍(lán)圖,Clark等人1271則將互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)定義為指導(dǎo)互聯(lián)

萬(wàn)方數(shù)據(jù)

網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)計(jì)(如協(xié)議、機(jī)制、算法等)的一系列抽象原則,包括自定義的報(bào)文分組、端到端原則、多種技術(shù)及全局尋址方案等.

從互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的定義可以看出互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)囊括了協(xié)議、算法、機(jī)制、框架各層次元素的系統(tǒng).因此,針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的評(píng)估也相當(dāng)復(fù)雜,從互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)協(xié)議、算法、機(jī)制到互聯(lián)網(wǎng)框架的功能和性能評(píng)估,從體系結(jié)構(gòu)完整性到安全性的評(píng)估,從體系結(jié)構(gòu)服務(wù)能力到發(fā)展能力的評(píng)估,相關(guān)的研究成果層出不窮.這些評(píng)估工作為互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了有效的理論支撐.用戶(hù)、運(yùn)營(yíng)商、內(nèi)容提供商通過(guò)參考體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的評(píng)估結(jié)果,如各種性能參數(shù),可以解決哪些發(fā)展方案更可取、各種方案并存下的發(fā)展趨勢(shì)等問(wèn)題.此外,互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估工作也為互聯(lián)網(wǎng)中決策者的選擇乃至國(guó)家的互聯(lián)網(wǎng)政策走向提供了參考、借鑒和指導(dǎo)依據(jù).

本文在簡(jiǎn)要介紹目前互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展思路的基礎(chǔ)上,從評(píng)估模型、機(jī)制、方法三個(gè)角度對(duì)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估工作目前的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,重點(diǎn)對(duì)與互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展密切相關(guān)的體系結(jié)構(gòu)服務(wù)能力(可服務(wù)性)、發(fā)展能力(包括可部署性、可擴(kuò)展性、可演化性)和安全能力(主要指可信性)的評(píng)估工作進(jìn)行了總結(jié),并從適應(yīng)性的角度提出了一種全新的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)可演進(jìn)性評(píng)估思路,以期為未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究和評(píng)估提供參考.

本文第2節(jié)簡(jiǎn)要總結(jié)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估工作近年來(lái)的發(fā)展現(xiàn)狀;第3節(jié)介紹五種對(duì)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展最具影響的評(píng)估模型,包括互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)可服務(wù)性、可擴(kuò)展性、可部署性、可演化性和可信性評(píng)估模型;第4節(jié)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的評(píng)估機(jī)制一效用機(jī)制的相關(guān)背景及其在五種互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)基本評(píng)估模型中的應(yīng)用進(jìn)行介紹;第5節(jié)對(duì)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估的方法,即各學(xué)科在互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié);第6節(jié)在分析和比較當(dāng)前評(píng)估工作成果的基礎(chǔ)上,討論互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)可演進(jìn)性評(píng)估的要素,并提出一種基于適應(yīng)能力的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)可演進(jìn)性評(píng)估系統(tǒng);最后一節(jié)對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)和展望.

2互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估工作現(xiàn)狀

互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)囊括各種協(xié)議、能提供多種應(yīng)用服務(wù)的復(fù)雜系統(tǒng),不同層次、不同角度具有不同的評(píng)價(jià)指標(biāo),很難用一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和手段來(lái)評(píng)估,毫無(wú)

1988

計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)

疑問(wèn),互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的評(píng)估工作具有極大的挑戰(zhàn)性.本節(jié)將對(duì)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)目前的兩種主要評(píng)估手段:基于定性分析和比較的評(píng)估和基于模型的評(píng)估進(jìn)行總結(jié)分析.

2.1

基于定性分析比較的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估結(jié)合理論的定性分析通過(guò)抽象思維和對(duì)比來(lái)揭

示事物的本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系,在各學(xué)科的研究中一直扮演著重要的角色,它也是互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估的主要手段之一。例如表1中的相關(guān)文獻(xiàn)就使用了定性分析和比較的方法揭示互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的一些本質(zhì)特性.

表1基于定性分析比較的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估示例

對(duì)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)面臨的挑戰(zhàn)、如何使用革命式路

[28]

線解決這些挑戰(zhàn)以及如何評(píng)估這些解決方案進(jìn)行了分析闡述.

對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展與生物遺傳學(xué)之間的相

[29][30]

似性進(jìn)行了對(duì)比分析并提出了互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的基本原則.

…。

r。,]

Rexford和Dovrolis分別旗幟鮮明地論述_:r各自對(duì)革命式發(fā)展路線和改良式發(fā)展路線的不同態(tài)度.

文獻(xiàn)[31]中,支持革命式路線的Rexford認(rèn)為邊緣論的確為現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的底層傳輸和上層應(yīng)用提供了極大的靈活性,也為互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新和發(fā)展發(fā)揮了重要作用,但這種體系過(guò)于僵化,難以適應(yīng)復(fù)雜的需求變化,而缺乏條理性和系統(tǒng)性的打補(bǔ)丁策略也進(jìn)一步加劇了現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的雜亂無(wú)章和漏洞百出的問(wèn)題.反觀革命式設(shè)計(jì),力圖從設(shè)計(jì)之初就將網(wǎng)絡(luò)可編程屬性、體系結(jié)構(gòu)的獨(dú)立、模塊化、條理化融入考慮,以有效解決附著在現(xiàn)有體系中的安全、管理、業(yè)務(wù)等方面的問(wèn)題,更有利于也更適于未來(lái)各種應(yīng)用需求的發(fā)展.而支持改良式路線的Dovrolis對(duì)此進(jìn)行了針?shù)h相對(duì)的討論,他認(rèn)為改良式路線的目標(biāo)是分析互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)有的行為特征,識(shí)別其存在的問(wèn)題并在遵循向后兼容以及增量部署的原則下解決問(wèn)題,是符合演進(jìn)發(fā)展規(guī)律的.事實(shí)上,大量符合演進(jìn)特性的技術(shù),例如NAT、Diffserv也確實(shí)在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中得到了合理的應(yīng)用.同時(shí),TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)和邊緣論思想正是互聯(lián)網(wǎng)不斷衍生、發(fā)展壯大,乃至必需堅(jiān)守的根本.Dovrolis還指出盡管革命式發(fā)展思路看似新鮮,實(shí)則由來(lái)已久,曾經(jīng)具有相當(dāng)?shù)挠绊懥Φ罱K都無(wú)疾而終的主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)口2。、傳輸協(xié)議

XCP[33|、域問(wèn)路由體系結(jié)構(gòu)NIMRODt圳都產(chǎn)生予

這一思想.這種在不受現(xiàn)有技術(shù)體制制約的條件下設(shè)計(jì)全新且最優(yōu)體系結(jié)構(gòu)的方式導(dǎo)致其所需的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了它們可能帶來(lái)的利益,而互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

萬(wàn)方數(shù)據(jù)

絕對(duì)不是簡(jiǎn)單的技術(shù)問(wèn)題,它是一個(gè)復(fù)雜的綜合系統(tǒng),因此想通過(guò)一個(gè)經(jīng)濟(jì)受極大約束的新技術(shù)來(lái)取代一個(gè)雖然技術(shù)相對(duì)處于劣勢(shì)但已廣泛部署的技術(shù)是不太可能的.

盡管基于定性分析和比較的方法讓研究者們更好地了解到了互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展中各種思路的優(yōu)劣,但是它僅屬于一種主觀的分析,并不能為用戶(hù)和運(yùn)營(yíng)商們帶來(lái)客觀的影響,也沒(méi)有確實(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)果提供參考.建立合理的數(shù)學(xué)模型對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估工作至關(guān)重要.

2.2基于模型的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估

模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中各種事物本質(zhì)特性的抽象表示,它將現(xiàn)實(shí)問(wèn)題歸結(jié)為相應(yīng)的數(shù)學(xué)、物理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等科學(xué)問(wèn)題,并利用相關(guān)學(xué)科的方法和理論對(duì)問(wèn)題進(jìn)行深入研究,是分析、構(gòu)造、開(kāi)發(fā)各種系統(tǒng)必不可少的工具.對(duì)于復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)而言,建立有效的模型可以對(duì)體系結(jié)構(gòu)給予定性和定量的評(píng)價(jià),因此,模型是目前用于互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估最主要的手段.

盡管建立模型的手段和方法因?yàn)樾枨蟮牟煌喾N多樣,但建立模型的過(guò)程通常大同小異.在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的評(píng)估工作中,基于模型的評(píng)估一般圍繞以下3個(gè)問(wèn)題展開(kāi)(如圖2所示):

(1)評(píng)估對(duì)象(who),即評(píng)估什么的問(wèn)題.體系結(jié)構(gòu)是一種具有層次關(guān)系的架構(gòu),分布在不同層次的多種協(xié)議機(jī)制共同為實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用需求提供服務(wù).因此,根據(jù)評(píng)估主體對(duì)象的不同可以將互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的評(píng)估分為面向體系結(jié)構(gòu)機(jī)制、協(xié)議的評(píng)估及面向體系結(jié)構(gòu)框架的評(píng)估.

無(wú)論是協(xié)議還是體系結(jié)構(gòu)框架,都包括多種屬性特征,如性能、可用性、安全性、靈活性、可靠性、容錯(cuò)性、向后兼容性、可擴(kuò)展性、可部署性等,通常研究者們也會(huì)針對(duì)不同的特征進(jìn)行評(píng)估建模.因此,根據(jù)評(píng)估目標(biāo)對(duì)象的不同,又可以將互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的評(píng)估分為體系結(jié)構(gòu)服務(wù)能力的評(píng)估、體系結(jié)構(gòu)發(fā)展能力的評(píng)估以及體系結(jié)構(gòu)安全能力的評(píng)估.

互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的服務(wù)能力主要指其能夠?yàn)橛脩?hù)提供的各種應(yīng)用服務(wù)性能,這里我們將其簡(jiǎn)稱(chēng)為體系結(jié)構(gòu)的可服務(wù)性,如RAS(Reliability,Availability,Serviceability)、QoS、可管理性、穩(wěn)定性等.其中,RAS是評(píng)價(jià)體系結(jié)構(gòu)硬件性能的重要指標(biāo),它反映了計(jì)算機(jī)持續(xù)運(yùn)行、處理各種狀況的能力.Qos對(duì)體系結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足用戶(hù)需求的能力,即體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸能力進(jìn)行評(píng)估,評(píng)估對(duì)象主要包括數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/p>

徐恪等:互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估模型、機(jī)制及方法研究綜述

圖2互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估模型、機(jī)制和方法

延遲、帶寬、丟包率等性能.可管理性是對(duì)體系結(jié)構(gòu)友好性的評(píng)估,穩(wěn)定性是指系統(tǒng)對(duì)抗外來(lái)作用的能力.互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展能力主要包括影響體系結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期生存的體系結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性、可部署性及可演化性等能力.互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的安全

能力即其對(duì)抗、應(yīng)對(duì)攻擊的能力,本文主要指可信性、可控性等安全相關(guān)的屬性.為了更好地理解互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展思路、體系結(jié)構(gòu)相關(guān)屬性及后續(xù)評(píng)估工作,我們對(duì)文中的相關(guān)概念進(jìn)行了總結(jié),如表2所示.

表2互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估相關(guān)概念說(shuō)明

服務(wù)能力(可服務(wù)性)

能力評(píng)估

。一

互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)以性能參數(shù)為指標(biāo),為用戶(hù)提供應(yīng)用服務(wù)的能力

互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能指標(biāo)參數(shù)隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大不發(fā)生明顯下降的特性新的協(xié)議或體系結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)全網(wǎng)部署的特性.體系結(jié)構(gòu)適應(yīng)各種變化的能力.

包含可用性、可靠性、安全性、健壯性等的綜合指標(biāo)

可擴(kuò)展性可部署性

筆譬…’‘

可演化性

安全能力(可信性)

后文中未特指的情況下,互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的評(píng)估均表示針對(duì)體系結(jié)構(gòu)框架本身而非協(xié)議的評(píng)估.

(2)評(píng)估指標(biāo)(what),即采用什么樣的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估.

確定了評(píng)估對(duì)象后,用什么標(biāo)準(zhǔn)對(duì)評(píng)估對(duì)象進(jìn)行量化是互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估的一個(gè)重要問(wèn)題.對(duì)于協(xié)議、機(jī)制的評(píng)估來(lái)說(shuō),通常直接測(cè)量、模擬其對(duì)服務(wù)的支持度,即服務(wù)質(zhì)量,就可以很好地確定其性能,但對(duì)于體系結(jié)構(gòu)框架而言,很難用測(cè)量的方法對(duì)整個(gè)系統(tǒng)機(jī)制的發(fā)展能力和應(yīng)用能力進(jìn)行評(píng)估,因此,通過(guò)間接的方法來(lái)衡量體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣是最佳的選擇.

互聯(lián)網(wǎng)中包括多種介質(zhì)實(shí)體,如用戶(hù)、ISP、網(wǎng)絡(luò)提供商、政府、內(nèi)容提供商等[273.不同的實(shí)體因?yàn)槔婧托枨蟮牟煌瑫?huì)進(jìn)行不同的選擇,例如,用戶(hù)使用互聯(lián)網(wǎng)的根本目的是為了運(yùn)行各種應(yīng)用程序并進(jìn)行通信、交互活動(dòng),因此,某種具有良好通信性能的技術(shù)或用戶(hù)友好的互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)將更具備吸引用戶(hù)

群體的能力.作為商業(yè)ISP而言,基于獲取的利益進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)的選擇是毫無(wú)疑問(wèn)的,因此能為ISP帶來(lái)更多利益的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將更受到青睞.可見(jiàn),實(shí)體的選擇對(duì)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用口卜22’35|,因此,通過(guò)用戶(hù)和ISP在不同互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中獲取的效用來(lái)確定其選擇并衡量互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展能力已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估的主要手段.事實(shí)上,正是由于效用理論對(duì)于分析決策者對(duì)待風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度的有效性,促進(jìn)了互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估工作的發(fā)展.本文也將主要針對(duì)效用理論在互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估中的應(yīng)用進(jìn)行介紹.

(3)如何評(píng)估(how),即采用什么樣的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)評(píng)估.

評(píng)估指標(biāo)僅僅明確了互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的判別標(biāo)準(zhǔn)和理論依據(jù),如何將其通過(guò)一定的數(shù)學(xué)方法表達(dá)出來(lái)是互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)評(píng)估建模最為關(guān)鍵的一步.

近年來(lái),各學(xué)科融合的趨勢(shì)越來(lái)越明顯,結(jié)合其它學(xué)科的知識(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的評(píng)估成為目

萬(wàn)方數(shù)據(jù)

 

 

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