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1、现代网络新技术发展综述摘要：随着Internet的广泛应用和高速发展，用户对网络的性能质量和业务的要求与日俱增，网络资源的消耗和网络拥挤日见显著。如何为用户供应多样化的服务质量保障，如何使网络资源安排更合理、利用率更高效，是网络探讨面临的挑战。为此，出现了一些网络新技术，如核心无状态调整策略、虚拟化网络和负载平衡网络等。关键词：虚拟化网络；负载平衡；集成服务Abstract：With the Popularization and rapid development of Internet，high-Performances and high-quality services are requi
2、red increasingly，and resource consumption and congestion are growing significantly. How to provide differentiated services and how to achieve rational resource allocation and efficient utilization are the challenges for the network research. Therefore, there have been some new network technologies,
3、such as Core Stateless Adjustment Strategy, Virtual network and Load Balancing Network.Keywords：Virtual network; Load Balancing; IntServ0 引言Internet经过几十年的发展，已逐步由单一的数据传输网向数据、语音、图像等多媒体信息的综合传输网演化，它所带来的快速高效信息访问及传递方式变更着人类社会的信息共享方式，已经成为人类生活不行或缺的一部分。但是在Internet日渐成熟的今日，Internet由多运营商铺设基础设施及运维的建设模式却限制着新网络架构、网
4、络协议及业务应用的出现。并且随着Internet规模的快速扩展，传统IP核心网络体系结构、路由方式和保证单一的尽力服务(Best-Effort)的网络设备，使得Internet面临很多在平安、管理、限制和服务质量等方面函待解决却又难以解决的问题，这些问题在肯定程度上制约了网络的发展。如何打破Internet自身的缺陷更好地适应将来社会的需求，是目前国内外关于互联网发展探讨所关注的焦点。为解决这些问题，世界各国开展了对网络体系结构、网络技术和网络设备改造的探讨。1集成服务、区分服务与核心无状态调度策略Internet自20世纪60年头出现以来蓬勃发展，近年来更是以惊人的速度增长。但是单一的尽力而
5、为(Best-Effort)服务，无法满意多媒体应用和各种用户对网络传输质量的不同要求。因此，以提高网络资源利用率，为用户供应更高服务质量(QoS)为目的的探讨极具活力。例如IETF提出的集成服务(IntServ)和区分服务(Diffserv)体系结构、分组调度策略和队列管理算法等。Intserv供应端到端的质量保证型服务(Guaranteed Service)或可控负载型服务，Intserv须要全部的路由器在限制路径上处理每个流的信令消息并维护每个流的路径状态和预约状态，在数据路径上执行基于流的分类、调度和缓冲区管理。Intserv依靠资源预留协议RSVP逐节点(Hop-by-Hop)地建立
6、(Set-Up)或拆除(Tear-Down)每个流的资源预留软状态(soft state)，依靠接纳限制(Admission Control，也称准入限制)确定链路或网络节点是否有足够的资源满意QoS恳求；依靠传输限制(Traffic Control)将IP分组分类成传输流，并依据每个流的状态对分组的传输实施QoS路由、传输调度等限制。要实现具有QoS保证的Intserv是比较困难的，它须要基于流的、困难的资源预留、接纳限制、QoS路由和调度机制。而在困难、大规模网络中链路的是不确定的，有效地预留带宽等资源是一件困难的工作。而且，供应QoS的Intserv具有某种面对连接的特性，而IP网络的发
7、展仍不具有面对连接的特更本质的问题是，Intserv面临着可扩展(Scalability)和鲁棒性(Robustness)问题，前者是因为基于流的操作的困难性通常随着传输流数量的增加而增长;是因为在分布式网络环境中很难维持动态的、复制的传输流状态的一样性。Diffserv产生的目标在于简洁有效，以满意实际应用对可扩展性的要Diffserv简化网络内部节点的服务机制，在内部节点只进行简洁的调度转发，流状态信息的保存与流监控机制的实现等只在边界节点进行，内部节点是状态无关的。Diffserv简化网络内部节点的服务对象，采纳聚集传输限制，服务是流聚集(Flow Aggregate)而非单流，单流信息
8、只在网络边界保存和处理界节点依据用户的流规则(Profile)和资源预留信息将进入网络的单流分类、形、聚合为不同的流聚集，这种聚集信息存储在每个IP包头的DS(Differentiated Services)标记域中，称为DS标记(DSCP)；内部节点在调度转发IP包时依据包头的DSCP选择供应特定质量度转发服务，其外特性称为每跳行为(Per-Hop-Behavior，PHB)。网络边界对单流做分类聚合与网络内部对聚集流供应特定质量的调度转发服务，这两个过程是通过IP包头内的DSCP协同起来的。Diffserv增加了可扩展性，但是也付出了降低保证QoS性能的代价。实际Diffserv的多域分类
9、是无法供应端到端QoS保证实力的，Diffserv要实现真端到端的QoS，还有很长的路要走。核心无状态调度策略，事实上是基于每个流的调度策略的一种变形。一说，调度策略须要为流维护两种信息:服务质量要求参数和速率限制所需的及状态信息。在基于每个流的调度策略中，进行流识别的目的就是为了获得信息。而核心无状态调度策略将它们记录在每个数据包的头部l0，从而消流识别和状态信息维护的须要，而又能达到与基于每个流的调度策略相同果。核心无状态调度策略的主要优点是在核心网络节点中无需流识别和维态信息，从而具有很好的可伸缩性和健壮性。但其包处理过程特别困难，而标准的处理过程存在肯定的不兼容性。2虚拟化网络技术In
10、tserv、Diffserv和核心无状态调度策略为解决Internet在管理、限制和质量等方面问题供应了具有创新性探讨意义的想法和参考，但源于它自身存在的弱点，并不能真正得以在现实中广泛应用去解决互联网现存的问题。为了缓解IP网络带来的问题，各国开展了多项针对IP网络改造的探讨项目，如：美国的Internet2项目、PlanetLab试验床、NEWARCH项目、CORONET项目；欧洲的即FP6、FP7项目；日本的JGNZ项目；加拿大的CA*net3、CA*net 4项目；韩国的FI将来互联网项目;我国的CNGI下一代互联网、高可信网、新一代互联网体系结构理论探讨等863、973项目。这些项目
11、都是从现有IP网络基本结构上进行改革，具有与之前网络探讨的持续性与可操作性，但是对于IP网络存在的问题只能是有缓解作用，并不能从根本上解决IP网络的问题。任何技术体系都有它的生命周期，经过若干年的发展就可能发生较大的革新，IP网络体系结构也不例外。目前，国际学术界一般都认为，将来的新型网络很可能不是基于IP，而是一种全新的体系结构。为此，美国、欧洲、日本、加拿大等国家和地区在05年之后纷纷在各自网络探讨基础之上开展了新一代网络探讨安排，提出了虚拟化网络技术。虚拟化网络技术其核心目的是在一个物理网络基础设施上同时运行多个互不干扰的逻辑网络，这些网络可以有自己特定的拓扑和路由算法，并允许各逻辑网络
12、(或称为虚拟子网)采纳完全不同的体系结构，从而允许虚拟子网中实现充分试验、完全创新、各具特色的网络技术。虚拟化也为将来运营性网络供应框架参考，在虚拟化网络环境中，允很多个运营商的网络共享一个公共的底层网络基础架构(链路、交换节点等)，每个网络都在其中拥有不受其他网络影响而又可以敏捷调整的网络资源份额。不同运营商可以采纳不同的网络协议。因此，虚拟化网络技术的特点也有利于实现现有IP网络与新一代网络的共存和过渡。虚拟化网络技术探讨相关的将来网络探讨项目例如：美国开展了FIND安排和GENI安排1231；欧洲最大的网络探讨项目FP7中的主体资金投入支持将来网络探讨项目，使其演进成欧洲将来网络探讨FI
13、RE安排、SAC安排的第一步；日本在JGNZ项目中添加NWGN(New Generation Network)概念，开展为JGNZ+项目，成为日本将来网络探讨安排AKARI的起始点；加拿大启动以CA*nets将来网络探讨项目等。网络虚拟化的总体设计目标是实现各种异构网络或业务，在同一个的物络结构上的有效共存并实现融合。在这个总体目标的驱动下，进一步提出了基本设计目标，以此来指导后续工作。l)敏捷性网络虚拟化在各个方面必需满意敏捷性，每个虚拟网络能够适合于随意拓扑，路由技术，并且能够实现特性化的网络协议，而与其他虚拟网络的状态无关。2)分类管理性按不同的网络资源主要供应分成服务运营商和物理资源运
14、营商之后，网拟环境的管理任务就进行了分类，物理资源运营商主要的负责任务是负责其有的物理网络设备资源的管理和运维，而服务运营商主要负责任务是下辖所拟网络满意客户各种需求的管理和运营。最终的总体目标是实现完全的端到网络管理和服务质量保证。3)可拓展性在多个虚拟网络并存的基础上，可拓展性是网络虚拟环境的一个设计目须要清楚地了解在现有有限资源的前提下，最大可以承载的虚拟网络的数量，且这种虚拟网承载映射是可重构的。4)平安性网络虚拟环境通过保证各个虚拟网络之间的完全隔离来实现平安性，这得网络对于突发性攻击和错误有更好的弹性。单独的虚拟网络的瘫痪不会影他虚拟网络的正常运行。这种平安性还体现在爱护各个虚拟网
15、络的隐私信息方面。5)异构性网络虚拟环境的异构性体现在两个方面:第一，底层网络技术的异构性，络虚拟环境能够融合无线网、光网、传感器网络等，每种网络的不同特性导络虚拟环境的不同解决方案;其次，虚拟网络的异构性，在底层网络技术基础上，服务运营商须要能够并行设置不同的虚拟网络，这就要求虚拟网络的协议和算法须要适应不同的底层网络技术。6)可编程性网络虚拟环境的可编程性要求网络中各个元素的可编程性，这样才能支持服务运营商的敏捷特性化协议和多样性服务，实现网络的可拓展可升级。同时，这种可编程性也须要满意有效性、平安性。3负载平衡网络技术负载平衡技术源于多处理器领域，通过使整个系统的负载趋于平衡的方面提高整
16、个系统的效率。近年来，负载平衡技术被引入到新型网络技术的探讨为网络核心节点的实现方式、网络整体框架设计、选路算法等都供应了新的和新的方法。基于负载平衡的两级交换结构是由台湾清华高校张正尚教授提出的，该交换结构证明在第一级负载平衡条件下，其次级端口的匹配关系只要匹配置换矩阵满意Birhoff-von Neumann矩阵分解条件就可以得到100%的吞吐量，大大简化了匹配算法的困难度，且在不须要加速比的条件下得到OQ的性能。但是两级交换结构当为区分QoS供应支持的时候，匹配矩阵的分解须要事先对包流的需求有明确的认知，并且在端口多、数据量大状况下的分解就会出现计算困难、计算量大的问题。基于负载平衡思想的valiant Load-Balancing(VLB)路由策略是由美国斯坦福高校探讨人员提出的。它假定每个节点之间都存在一条最短逻辑链路直连，构建一个全连接的网络结构(Fun Mesh)。节点发送包第一跳平均发送给网络中其它全部节点，
