54互聯(lián)網體系結構評估模型、機制及方法研究綜述

發(fā)布時間：2016-11-17 11:46

本文關鍵詞：互聯(lián)網體系結構評估模型、機制及方法研究綜述，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第３５卷第１０期２０１２年１０月；計算；學報；ｖ０１．３５；Ｎｏ．１０；ＣＨＩＮＥＳＥＪｏＵＲＮＡＬＯＦＣＯＭＰＵＴＥＲ；Ｏｃｔ．２０１２；互聯(lián)網體系結構評估模型、機制及方法研究綜述；恪朱敏林；北京；１０００８４）；（清華大學計算機科學與技術系；摘要互聯(lián)網體系結構評估模型是推動互聯(lián)網體系結構持；構設計的相關建議，從而使運營商可選取最適合的協(xié)議；進行了展望．；

第３５卷第１０期２０１２年１０月

計算

機

學報

ｖ０１．３５

Ｎｏ．１０

ＣＨＩＮＥＳＥＪｏＵＲＮＡＬＯＦＣＯＭＰＵＴＥＲＳ

Ｏｃｔ．２０１２

互聯(lián)網體系結構評估模型、機制及方法研究綜述

徐

恪朱敏林

北京

闖

１０００８４）

（清華大學計算機科學與技術系

摘要互聯(lián)網體系結構評估模型是推動互聯(lián)網體系結構持續(xù)發(fā)展的理論支撐，它可以為運營商提供網絡體系結

構設計的相關建議，從而使運營商可選取最適合的協(xié)議或機制構建符合各種應用需求的互聯(lián)網體系結構．隨著互聯(lián)網應用日趨多樣化，互聯(lián)網的安全性、穩(wěn)定性、移動性等面臨越來越大的挑戰(zhàn)．互聯(lián)網體系結構的演進已經成為學術界和工業(yè)界的共識，面向現有體系結構問題的修補策略以及革命式的體系結構方案不斷被提出，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式的互聯(lián)網體系結構發(fā)展思路．為了更好地了解各種互聯(lián)網體系結構發(fā)展方案，近年來，研究人員分別從協(xié)議、框架等不同方面對體系結構的服務能力、發(fā)展能力和安全能力進行了評估，互聯(lián)網體系結構評估方法已經成為未來互聯(lián)網體系結構研究的一大熱點．文中介紹了與互聯(lián)網體系結構發(fā)展密切相關的五種特性的基本評估模型，包括可服務性、可擴展性、可部署性、可演化性和可信性評估模型；歸納了用于構造互聯(lián)網體系結構評估模型的機制，重點討論了效用機制在這五類基本評估模型中的應用；并對用于實現互聯(lián)網體系結構評估的若干方法進行了總結．基于上述討論，文中最后從互聯(lián)網體系結構的內在特性和外在特性出發(fā)，提出了一種基于適應能力的互聯(lián)網體系結構可演進性評估系統(tǒng)，并對互聯(lián)網體系結構評估領域的發(fā)展

進行了展望．

關鍵詞互聯(lián)網體系結構；評估模型；效用；可演進性

ＤＯＩ號：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０１６．２０１２．０１９８５

中圖法分類號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

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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．本課題得到國家“丸七三”重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃項目基金（２００９ＣＢ３２０５０１，

２０１２ＣＢ３１

５８０３）、國家自然科學基金（６１１７０２９２，６０９７０１０４）和國家科技重大專項（２０１２ＺＸ０３００５００１—００１）資助．徐恪，男，１９７４年生，博

聞，男，１９４８年生，

士，教授，博士生導師，主要研究領域為新一代互聯(lián)網體系結構、高性能路由器、Ｐ２Ｐ與應用層網絡、Ｏｖｅｒｌａｙ網絡、物聯(lián)網．Ｅｍａｉｌ：ｘｕｋｅ＠ｍａｉｌ．ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ．朱敏，女，１９７７年生，博士研究生，主要研究方向為計算機網絡體系結構研究及其評估．林博士，教授，博士生導師，主要研究領域為計算機網絡、系統(tǒng)性能評價、安全分折、Ｐｅｔｒｉ網及其應用．

萬方數據

計算機學報

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

１

引言

互聯(lián)網的飛速發(fā)展促進了社會的進步和人類生活方式的改變［１。５］，與此同時，創(chuàng)新應用和新型計算模式的不斷涌現，也加速了互聯(lián)網前進的步伐和角色的轉變，尤其是近年來，Ｐ２Ｐ等多媒體應用和云計算得到大規(guī)模發(fā)展，互聯(lián)網的功能開始由傳統(tǒng)的“通信信道”向“數據處理平臺”轉變．然而，在規(guī)模爆炸式增長，應用頻繁更新，無線移動通信技術不斷發(fā)展的影響下，現有互聯(lián)網體系結構與不斷變化的應用環(huán)境之間的矛盾日益尖銳．未來互聯(lián)網體系結構的發(fā)展問題已經成為學術界和工業(yè)界關心的焦點［６。８］，目前，相關的研究思路可以分為三類，如圖１所示．

改良式革命式演進式打補丁、可演化增量部署推倒一切堅持原則向后兼容

重新設計

謹慎擴展

１．９８６

．．Ｊ１¨幸譬言

復雜性、脆弱性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．一

脫離實際穩(wěn)定性與擴展擴展性、管理性

部署代價高

性之間的界定

圖１互聯(lián)網體系結構發(fā)展思路

一直以來，互聯(lián)網工程任務組織ＩＥＴＦ①（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ

ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴａｓｋ

Ｆｏｒｃｅ）對互聯(lián)網各技術領域開展

了持續(xù)深人的研究，并發(fā)布了大量ＲＦＣ（Ｒｅｑｕｅｓｔ

ｆｏｒ

Ｃｏｍｍｅｎｔｓ）標準用于解決互聯(lián)網體系結構的傳

輸安全、傳輸服務質量、地址解析、用戶移動等問題．這些標準在維持互聯(lián)網體系結構向后兼容的前提下以打補丁的方式，對體系結構進行了增量式的修補，因此被稱為改良式的發(fā)展路線．盡管如此，由于傳統(tǒng)互聯(lián)網體系結構本身在可擴展性、安全性、移動性等方面存在固有的弊端，針對性的修補策略仍然難以滿足當前復雜的應用需求變化．同時，由于改良的方式加入了大量中問件，導致互聯(lián)網體系結

萬方數據

針對如何解決現有互聯(lián)網體系結構的不足以及主張革命式路線的研究者認為互聯(lián)網當前的應ＩｎｔｅｒｎｅｔＮｅｔｗｏｒｋ

Ｄｅｓｉｇｎ）、美國頂

ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｆｏｒＮｅｔｗｏｒｋＩｎｎｏｖａ—

ＩｎｔｅｒｎｅｔＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄ

Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ）等，文獻［９—１０］對這些研究項目進行了較全面的總結．在這些項目的指導下，研究者們提出了各種未來互聯(lián)網體系結構架構，包括基于開放性思路的體系結構ＦＩＩ［１１１、ＸＩＡ［１２｜、ＯＰＡＥ［１…，具備ＩＤ／Ｌｏｃａｔｏｒ分離思想的協(xié)議ＡＩＰ［１４｜、ＨＩＰ［１引，面向數據的網絡ＣＣＮ［１６｜、ＮＤＮ［１７｜、ＤＯＮＡ［１８【，以及面向安全的分層命名體系結構［１９。２０１等．盡管革命式路線的研究從理論上解決了互聯(lián)網體系結構的許多問題，但是它脫離了當前體系結構的社會現狀，導致其設計、部署的代價遠超過其可能獲取的利益，因此目前并無太多實質性進展．

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

①ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｅｔｆ．ｏｒｇ／

國ｈｔｔｐｌｆｈⅥｗ．ｎｅｔｓｆｉｎｄ．ｎｅｔ／

③ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｅｎｉ．ｎｅｔ／

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

構原有的沙漏模型受到破壞，使其演變?yōu)橐粋€打滿

各種“補丁”的復雜而臃腫的結構，面臨著更加嚴重的脆弱性、可擴展性、管理和互操作等問題．

未來互聯(lián)網體系結構如何發(fā)展的問題，世界各地的研究者和學者們也開展了大量研究項目并發(fā)表了大批研究論文，提出了相關建議，這些思路可以歸納為革命式和演進式兩種．

用新需求已經超出了傳統(tǒng)互聯(lián)網的處理能力，因此突破限制，設計全新的互聯(lián)網體系結構，從根本上解決現有體系結構存在的問題才是未來互聯(lián)網體系結構的發(fā)展思路．目前，世界各發(fā)達國家都在這一思想指導下開展了相關的研究，例如，美國政府資助的

ＦＩＮＤ＠（Ｆｕｔｕｒｅ尖機構及大學支持的國家級未來互聯(lián)網實驗床

ＧＥＮＩ③（Ｇｌｏｂａｌｔｉｏｎｓ）、歐盟的ＦＩＲＥ④（Ｆｕｔｕｒｅ

１０期徐恪等：互聯(lián)網體系結構評估模型、機制及方法研究綜述

１９８７

Ｒａｔｎａｓａｍｙ等人Ｌｚｕ就從技術和經濟兩個角度出發(fā)，提出了可演化的ＩＰ的概念，作者將體系結構的進化理解為一種循序漸進的改變并通過分析一種全新的ＩＰ協(xié)議在當前網絡中的部署過程對這一概念進行了說明．這類方案說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．而針對當前互聯(lián)網體系結構的發(fā)展瓶頸，Ｂｌｕｍｅｎｔｈａｌ和Ｃｌａｒｋ［２２］對互聯(lián)網體系結構的最初設計原則也重新進行了審視，提出體系結構的發(fā)展只會不斷地尋求新的平衡點，而任何對技術形態(tài)的一種最終預測都是不準確也不必要的．同時，他們認為現有體系結構的眾多設計原則都是互聯(lián)網得以滋生、創(chuàng)新和發(fā)展的必要條件，不應被草率丟棄．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，Ｘｕ和ｗｕ等［２’糾３提出了介于兩者之間的基于演進式的互聯(lián)網體系結構發(fā)展思路．與革命式的發(fā)展思路不同，演進式思路認為互聯(lián)網的無連接分組交換、端到端等核心機制和設計原則是保持互聯(lián)網充滿活力和迅速發(fā)展的根本原因．因此，在擴展當前體系結構時，應堅持這些核心和設計原則相對穩(wěn)定．此外，不同于改良式路線，演進式的思路在堅持核心原則不變的基礎上，還提出應進行適當的突破性革新，謹慎地改變約束體系結構擴展的基本要素，以適應和更好地支持新應用需求．值得說明的是，堅持或突破現有的哪些設計原則以保證在保持互聯(lián)網體系結構穩(wěn)定過渡的同時，增強其可擴展性是可演進路線研究中的重點和難點．

針對未來互聯(lián)網體系結構的發(fā)展，數以百計的新方案、新策略被提出，然而，目前被廣泛接受并被應用的方案卻很少．事實上，在進行未來互聯(lián)網體系結構理論架構研究的同時，研究者們需要確保自己提供的方案得到大眾的認可，這也正是互聯(lián)網體系結構評估工作的主要目的所在．

對互聯(lián)網體系結構進行評估，首先需要明確互聯(lián)網體系結構的定義．由于互聯(lián)網是一門偏重實踐性的工程技術學科，因此盡管“互聯(lián)網體系結構”已經是計算機研究領域中耳熟能詳的用語，但到目前為止，業(yè)界對其仍然沒有明確、統(tǒng)一、完整的定義．研究者通常會根據需要和不同的理解賦予其不同的涵義．例如，Ｔａｎｅｎｂａｕｍｌ２鉑將互聯(lián)網體系結構定義為分層和協(xié)議的集合，Ｐｅｔｅｒｓｏｎ等人口６３將互聯(lián)網體系結構定義為指導互聯(lián)網設計與實現的通用藍圖，Ｃｌａｒｋ等人１２７１則將互聯(lián)網體系結構定義為指導互聯(lián)

萬方數據

網關鍵設計（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．

從互聯(lián)網體系結構的定義可以看出互聯(lián)網體系結構是一個囊括了協(xié)議、算法、機制、框架各層次元素的系統(tǒng)．因此，針對互聯(lián)網體系結構的評估也相當復雜，從互聯(lián)網體系結構協(xié)議、算法、機制到互聯(lián)網框架的功能和性能評估，從體系結構完整性到安全性的評估，從體系結構服務能力到發(fā)展能力的評估，相關的研究成果層出不窮．這些評估工作為互聯(lián)網體系結構的發(fā)展提供了有效的理論支撐．用戶、運營商、內容提供商通過參考體系結構相關的評估結果，如各種性能參數，可以解決哪些發(fā)展方案更可取、各種方案并存下的發(fā)展趨勢等問題．此外，互聯(lián)網體系結構評估工作也為互聯(lián)網中決策者的選擇乃至國家的互聯(lián)網政策走向提供了參考、借鑒和指導依據．

本文在簡要介紹目前互聯(lián)網體系結構發(fā)展思路的基礎上，從評估模型、機制、方法三個角度對互聯(lián)網體系結構評估工作目前的研究現狀進行了綜述，重點對與互聯(lián)網體系結構發(fā)展密切相關的體系結構服務能力（可服務性）、發(fā)展能力（包括可部署性、可擴展性、可演化性）和安全能力（主要指可信性）的評估工作進行了總結，并從適應性的角度提出了一種全新的互聯(lián)網體系結構可演進性評估思路，以期為未來互聯(lián)網體系結構的研究和評估提供參考．

本文第２節(jié)簡要總結互聯(lián)網體系結構評估工作近年來的發(fā)展現狀；第３節(jié)介紹五種對互聯(lián)網體系結構發(fā)展最具影響的評估模型，包括互聯(lián)網體系結構可服務性、可擴展性、可部署性、可演化性和可信性評估模型；第４節(jié)對互聯(lián)網體系結構的評估機制一效用機制的相關背景及其在五種互聯(lián)網體系結構基本評估模型中的應用進行介紹；第５節(jié)對實現互聯(lián)網體系結構評估的方法，即各學科在互聯(lián)網體系結構評估中的應用進行總結；第６節(jié)在分析和比較當前評估工作成果的基礎上，討論互聯(lián)網體系結構可演進性評估的要素，并提出一種基于適應能力的互聯(lián)網體系結構可演進性評估系統(tǒng)；最后一節(jié)對全文進行總結和展望．

２互聯(lián)網體系結構評估工作現狀

互聯(lián)網是一個囊括各種協(xié)議、能提供多種應用服務的復雜系統(tǒng)，不同層次、不同角度具有不同的評價指標，很難用一套統(tǒng)一的標準和手段來評估，毫無

１９８８

計算機學報

疑問，互聯(lián)網體系結構的評估工作具有極大的挑戰(zhàn)性．本節(jié)將對互聯(lián)網體系結構目前的兩種主要評估手段：基于定性分析和比較的評估和基于模型的評估進行總結分析．

２．１

基于定性分析比較的互聯(lián)網體系結構評估結合理論的定性分析通過抽象思維和對比來揭

示事物的本質和內在聯(lián)系，在各學科的研究中一直扮演著重要的角色，它也是互聯(lián)網體系結構評估的主要手段之一。例如表１中的相關文獻就使用了定性分析和比較的方法揭示互聯(lián)網體系結構的一些本質特性．

表１基于定性分析比較的互聯(lián)網體系結構評估示例

對互聯(lián)網體系結構面臨的挑戰(zhàn)、如何使用革命式路

［２８］

線解決這些挑戰(zhàn)以及如何評估這些解決方案進行了分析闡述．

對計算機網絡體系結構發(fā)展與生物遺傳學之間的相

［２９］［３０］

似性進行了對比分析并提出了互聯(lián)網體系結構發(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［３１］中，支持革命式路線的Ｒｅｘｆｏｒｄ認為邊緣論的確為現有互聯(lián)網的底層傳輸和上層應用提供了極大的靈活性，也為互聯(lián)網的創(chuàng)新和發(fā)展發(fā)揮了重要作用，但這種體系過于僵化，難以適應復雜的需求變化，而缺乏條理性和系統(tǒng)性的打補丁策略也進一步加劇了現有互聯(lián)網體系結構的雜亂無章和漏洞百出的問題．反觀革命式設計，力圖從設計之初就將網絡可編程屬性、體系結構的獨立、模塊化、條理化融入考慮，以有效解決附著在現有體系中的安全、管理、業(yè)務等方面的問題，更有利于也更適于未來各種應用需求的發(fā)展．而支持改良式路線的Ｄｏｖｒｏｌｉｓ對此進行了針鋒相對的討論，他認為改良式路線的目標是分析互聯(lián)網現有的行為特征，識別其存在的問題并在遵循向后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)律的．事實上，大量符合演進特性的技術，例如ＮＡＴ、Ｄｉｆｆｓｅｒｖ也確實在互聯(lián)網發(fā)展中得到了合理的應用．同時，ＴＣＰ／ＩＰ的體系結構和邊緣論思想正是互聯(lián)網不斷衍生、發(fā)展壯大，乃至必需堅守的根本．Ｄｏｖｒｏｌｉｓ還指出盡管革命式發(fā)展思路看似新鮮，實則由來已久，曾經具有相當的影響力但最終都無疾而終的主動網絡口２。、傳輸協(xié)議

ＸＣＰ［３３｜、域問路由體系結構ＮＩＭＲＯＤｔ圳都產生予

這一思想．這種在不受現有技術體制制約的條件下設計全新且最優(yōu)體系結構的方式導致其所需的成本遠遠超過了它們可能帶來的利益，而互聯(lián)網的發(fā)展

萬方數據

絕對不是簡單的技術問題，它是一個復雜的綜合系統(tǒng)，因此想通過一個經濟受極大約束的新技術來取代一個雖然技術相對處于劣勢但已廣泛部署的技術是不太可能的．

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)網體系結構發(fā)展中各種思路的優(yōu)劣，但是它僅屬于一種主觀的分析，并不能為用戶和運營商們帶來客觀的影響，也沒有確實的數據結果提供參考．建立合理的數學模型對于互聯(lián)網體系結構評估工作至關重要．

２．２基于模型的互聯(lián)網體系結構評估

模型是對現實世界中各種事物本質特性的抽象表示，它將現實問題歸結為相應的數學、物理學、經濟學等科學問題，并利用相關學科的方法和理論對問題進行深入研究，是分析、構造、開發(fā)各種系統(tǒng)必不可少的工具．對于復雜的互聯(lián)網體系結構而言，建立有效的模型可以對體系結構給予定性和定量的評價，因此，模型是目前用于互聯(lián)網體系結構評估最主要的手段．

盡管建立模型的手段和方法因為需求的不同而多種多樣，但建立模型的過程通常大同小異．在現有互聯(lián)網體系結構的評估工作中，基于模型的評估一般圍繞以下３個問題展開（如圖２所示）：

（１）評估對象（ｗｈｏ），即評估什么的問題．體系結構是一種具有層次關系的架構，分布在不同層次的多種協(xié)議機制共同為實現各種應用需求提供服務．因此，根據評估主體對象的不同可以將互聯(lián)網體系結構的評估分為面向體系結構機制、協(xié)議的評估及面向體系結構框架的評估．

無論是協(xié)議還是體系結構框架，都包括多種屬性特征，如性能、可用性、安全性、靈活性、可靠性、容錯性、向后兼容性、可擴展性、可部署性等，通常研究者們也會針對不同的特征進行評估建模．因此，根據評估目標對象的不同，又可以將互聯(lián)網體系結構的評估分為體系結構服務能力的評估、體系結構發(fā)展能力的評估以及體系結構安全能力的評估．

互聯(lián)網體系結構的服務能力主要指其能夠為用戶提供的各種應用服務性能，這里我們將其簡稱為體系結構的可服務性，如ＲＡＳ（Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，Ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ，Ｓｅｒｖｉｃｅａｂｉｌｉｔｙ）、ＱｏＳ、可管理性、穩(wěn)定性等．其中，ＲＡＳ是評價體系結構硬件性能的重要指標，它反映了計算機持續(xù)運行、處理各種狀況的能力．Ｑｏｓ對體系結構滿足用戶需求的能力，即體系結構的數據傳輸能力進行評估，評估對象主要包括數據傳輸的

徐恪等：互聯(lián)網體系結構評估模型、機制及方法研究綜述

圖２互聯(lián)網體系結構評估模型、機制和方法

延遲、帶寬、丟包率等性能．可管理性是對體系結構友好性的評估，穩(wěn)定性是指系統(tǒng)對抗外來作用的能力．互聯(lián)網體系結構的發(fā)展能力主要包括影響體系結構長期生存的體系結構的可擴展性、可部署性及可演化性等能力．互聯(lián)網體系結構的安全

能力即其對抗、應對攻擊的能力，本文主要指可信性、可控性等安全相關的屬性．為了更好地理解互聯(lián)網體系結構發(fā)展思路、體系結構相關屬性及后續(xù)評估工作，我們對文中的相關概念進行了總結，如表２所示．

表２互聯(lián)網體系結構評估相關概念說明

服務能力（可服務性）

能力評估

。一

互聯(lián)網體系結構以性能參數為指標，為用戶提供應用服務的能力

互聯(lián)網體系結構的各項性能指標參數隨著網絡規(guī)模擴大不發(fā)生明顯下降的特性新的協(xié)議或體系結構能夠實現全網部署的特性．體系結構適應各種變化的能力．

包含可用性、可靠性、安全性、健壯性等的綜合指標

可擴展性可部署性

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)網體系結構的評估均表示針對體系結構框架本身而非協(xié)議的評估．

（２）評估指標（ｗｈａｔ），即采用什么樣的標準進行評估．

確定了評估對象后，用什么標準對評估對象進行量化是互聯(lián)網體系結構評估的一個重要問題．對于協(xié)議、機制的評估來說，通常直接測量、模擬其對服務的支持度，即服務質量，就可以很好地確定其性能，但對于體系結構框架而言，很難用測量的方法對整個系統(tǒng)機制的發(fā)展能力和應用能力進行評估，因此，通過間接的方法來衡量體系結構的優(yōu)劣是最佳的選擇．

互聯(lián)網中包括多種介質實體，如用戶、ＩＳＰ、網絡提供商、政府、內容提供商等［２７３．不同的實體因為利益和需求的不同會進行不同的選擇，例如，用戶使用互聯(lián)網的根本目的是為了運行各種應用程序并進行通信、交互活動，因此，某種具有良好通信性能的技術或用戶友好的互聯(lián)網體系結構將更具備吸引用戶

群體的能力．作為商業(yè)ＩＳＰ而言，基于獲取的利益進行體系結構的選擇是毫無疑問的，因此能為ＩＳＰ帶來更多利益的體系結構設計將更受到青睞．可見，實體的選擇對互聯(lián)網體系結構的發(fā)展起著至關重要的作用口卜２２’３５｜，因此，通過用戶和ＩＳＰ在不同互聯(lián)網體系結構中獲取的效用來確定其選擇并衡量互聯(lián)網體系結構的發(fā)展能力已經成為互聯(lián)網體系結構評估的主要手段．事實上，正是由于效用理論對于分析決策者對待風險態(tài)度的有效性，促進了互聯(lián)網體系結構評估工作的發(fā)展．本文也將主要針對效用理論在互聯(lián)網體系結構評估中的應用進行介紹．

（３）如何評估（ｈｏｗ），即采用什么樣的方法來實現評估．

評估指標僅僅明確了互聯(lián)網體系結構的判別標準和理論依據，如何將其通過一定的數學方法表達出來是互聯(lián)網體系結構評估建模最為關鍵的一步．

近年來，各學科融合的趨勢越來越明顯，結合其它學科的知識來實現互聯(lián)網體系結構的評估成為目

萬方數據

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54互聯(lián)網體系結構評估模型、機制及方法研究綜述

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