54互联网体系结构评估模型、机制及方法研究综述

发布时间：2016-11-17 11:46

本文关键词：互联网体系结构评估模型、机制及方法研究综述，由笔耕文化传播整理发布。

第３５卷第１０期２０１２年１０月；计算；学报；ｖ０１．３５；Ｎｏ．１０；ＣＨＩＮＥＳＥＪｏＵＲＮＡＬＯＦＣＯＭＰＵＴＥＲ；Ｏｃｔ．２０１２；互联网体系结构评估模型、机制及方法研究综述；恪朱敏林；北京；１０００８４）；（清华大学计算机科学与技术系；摘要互联网体系结构评估模型是推动互联网体系结构持；构设计的相关建议，从而使运营商可选取最适合的协议；进行了展望．；

第３５卷第１０期２０１２年１０月

计算

机

学报

ｖ０１．３５

Ｎｏ．１０

ＣＨＩＮＥＳＥＪｏＵＲＮＡＬＯＦＣＯＭＰＵＴＥＲＳ

Ｏｃｔ．２０１２

互联网体系结构评估模型、机制及方法研究综述

徐

恪朱敏林

北京

闯

１０００８４）

（清华大学计算机科学与技术系

摘要互联网体系结构评估模型是推动互联网体系结构持续发展的理论支撑，它可以为运营商提供网络体系结

构设计的相关建议，从而使运营商可选取最适合的协议或机制构建符合各种应用需求的互联网体系结构．随着互联网应用日趋多样化，互联网的安全性、稳定性、移动性等面临越来越大的挑战．互联网体系结构的演进已经成为学术界和工业界的共识，面向现有体系结构问题的修补策略以及革命式的体系结构方案不断被提出，借鉴前者的稳定性和后者的创新性，，我们提出了一种基于演进式的互联网体系结构发展思路．为了更好地了解各种互联网体系结构发展方案，近年来，研究人员分别从协议、框架等不同方面对体系结构的服务能力、发展能力和安全能力进行了评估，互联网体系结构评估方法已经成为未来互联网体系结构研究的一大热点．文中介绍了与互联网体系结构发展密切相关的五种特性的基本评估模型，包括可服务性、可扩展性、可部署性、可演化性和可信性评估模型；归纳了用于构造互联网体系结构评估模型的机制，重点讨论了效用机制在这五类基本评估模型中的应用；并对用于实现互联网体系结构评估的若干方法进行了总结．基于上述讨论，文中最后从互联网体系结构的内在特性和外在特性出发，提出了一种基于适应能力的互联网体系结构可演进性评估系统，并对互联网体系结构评估领域的发展

进行了展望．

关键词互联网体系结构；评估模型；效用；可演进性

ＤＯＩ号：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０１６．２０１２．０１９８５

中图法分类号ＴＰ３９３

ＩｎｔｅｒｎｅｔＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＥｖａｌｕａｔｉｏｎ

Ｍｏｄｅｉｓ，ＭｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄＭｅｔｈｏｄｓ

ＬＩＮＣｈｕａｎｇ

Ｔｓｉｎｇｈｕａ

ＸＵＫｅ

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ

ＺＨＵＭｉｎ

ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ

１０００８４）

ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅＩｎｔｅｒｎｅｔａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓ

ｓｅｒｖｅａｓ

ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ

ｅｎｓｕｒｅｓ

ｏｒ

ｔｏ

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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

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ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ

ｏｎ

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Ｂｕｉｌｄｉｎｇ

ｔｅｃｔｕｒｅ

ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｆｏｒｍｅｒａｎｄｔｈｅｎｏｖｅｌｔｙｏｆｔｈｅ１ａｔｔｅｒ，ｗｅｐｒｏｐｏｓｅ

ｏｎ

Ｉｎｔｅｒｎｅｔａｒｃｈｉ—

ｂａｓｅｄ

ｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙｍｏｄｅｌ．Ｂｅｓｉｄｅｔｈｅｉｎｔｅｒｎｅｔａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｉｔｓｅｌｆ，ｔｈｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ

ａｒｃｈｉｔｅｃ—

ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｈａｖｅａｌｓｏｂｅｃｏｍｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆＩｎｔｅｒｎｅｔ

ｔｕｒｅ．Ｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｃａｐａｃｉｔｙ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｃａｐａｃｉｔｙ，ａｎｄｔｈｅｓｅｃｕｒｉｔｙｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｎｅｔａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｈａｖｅｂｅｅｎａｓｓｅｓｓｅｄｂｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｆｒｏｍｔｈｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓｏｆｔｈｅｐｒｏｔｏｃｏｌａｎｄｔｈｅｆｒａｍｅ一

收稿日期：２０１２－０６３０；最终修改稿收到日期：２０１２－０８—１６．本课题得到国家“丸七三”重点基础研究发展规划项目基金（２００９ＣＢ３２０５０１，

２０１２ＣＢ３１

５８０３）、国家自然科学基金（６１１７０２９２，６０９７０１０４）和国家科技重大专项（２０１２ＺＸ０３００５００１—００１）资助．徐恪，男，１９７４年生，博

闻，男，１９４８年生，

士，教授，博士生导师，主要研究领域为新一代互联网体系结构、高性能路由器、Ｐ２Ｐ与应用层网络、Ｏｖｅｒｌａｙ网络、物联网．Ｅｍａｉｌ：ｘｕｋｅ＠ｍａｉｌ．ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ．朱敏，女，１９７７年生，博士研究生，主要研究方向为计算机网络体系结构研究及其评估．林博士，教授，博士生导师，主要研究领域为计算机网络、系统性能评价、安全分折、Ｐｅｔｒｉ网及其应用．

万方数据

计算机学报

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

互联网的飞速发展促进了社会的进步和人类生活方式的改变［１。５］，与此同时，创新应用和新型计算模式的不断涌现，也加速了互联网前进的步伐和角色的转变，尤其是近年来，Ｐ２Ｐ等多媒体应用和云计算得到大规模发展，互联网的功能开始由传统的“通信信道”向“数据处理平台”转变．然而，在规模爆炸式增长，应用频繁更新，无线移动通信技术不断发展的影响下，现有互联网体系结构与不断变化的应用环境之间的矛盾日益尖锐．未来互联网体系结构的发展问题已经成为学术界和工业界关心的焦点［６。８］，目前，相关的研究思路可以分为三类，如图１所示．

改良式革命式演进式打补丁、可演化增量部署推倒一切坚持原则向后兼容

重新设计

谨慎扩展

１．９８６

．．Ｊ１¨幸譬言

复杂性、脆弱性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．一

脱离实际稳定性与扩展扩展性、管理性

部署代价高

性之间的界定

图１互联网体系结构发展思路

一直以来，互联网工程任务组织ＩＥＴＦ①（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ

ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴａｓｋ

Ｆｏｒｃｅ）对互联网各技术领域开展

了持续深人的研究，并发布了大量ＲＦＣ（Ｒｅｑｕｅｓｔ

ｆｏｒ

Ｃｏｍｍｅｎｔｓ）标准用于解决互联网体系结构的传

输安全、传输服务质量、地址解析、用户移动等问题．这些标准在维持互联网体系结构向后兼容的前提下以打补丁的方式，对体系结构进行了增量式的修补，因此被称为改良式的发展路线．尽管如此，由于传统互联网体系结构本身在可扩展性、安全性、移动性等方面存在固有的弊端，针对性的修补策略仍然难以满足当前复杂的应用需求变化．同时，由于改良的方式加入了大量中问件，导致互联网体系结

万方数据

针对如何解决现有互联网体系结构的不足以及主张革命式路线的研究者认为互联网当前的应ＩｎｔｅｒｎｅｔＮｅｔｗｏｒｋ

Ｄｅｓｉｇｎ）、美国顶

ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｆｏｒＮｅｔｗｏｒｋＩｎｎｏｖａ—

ＩｎｔｅｒｎｅｔＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄ

Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ）等，文献［９—１０］对这些研究项目进行了较全面的总结．在这些项目的指导下，研究者们提出了各种未来互联网体系结构架构，包括基于开放性思路的体系结构ＦＩＩ［１１１、ＸＩＡ［１２｜、ＯＰＡＥ［１…，具备ＩＤ／Ｌｏｃａｔｏｒ分离思想的协议ＡＩＰ［１４｜、ＨＩＰ［１引，面向数据的网络ＣＣＮ［１６｜、ＮＤＮ［１７｜、ＤＯＮＡ［１８【，以及面向安全的分层命名体系结构［１９。２０１等．尽管革命式路线的研究从理论上解决了互联网体系结构的许多问题，但是它脱离了当前体系结构的社会现状，导致其设计、部署的代价远超过其可能获取的利益，因此目前并无太多实质性进展．

鉴于改良式路线过于墨守成规，革命式过于激进，一部分研究者开始寻求折中的方案，例如，

①ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｅｔｆ．ｏｒｇ／

国ｈｔｔｐｌｆｈⅥｗ．ｎｅｔｓｆｉｎｄ．ｎｅｔ／

③ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｅｎｉ．ｎｅｔ／

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

构原有的沙漏模型受到破坏，使其演变为一个打满

各种“补丁”的复杂而臃肿的结构，面临着更加严重的脆弱性、可扩展性、管理和互操作等问题．

未来互联网体系结构如何发展的问题，世界各地的研究者和学者们也开展了大量研究项目并发表了大批研究论文，提出了相关建议，这些思路可以归纳为革命式和演进式两种．

用新需求已经超出了传统互联网的处理能力，因此突破限制，设计全新的互联网体系结构，从根本上解决现有体系结构存在的问题才是未来互联网体系结构的发展思路．目前，世界各发达国家都在这一思想指导下开展了相关的研究，例如，美国政府资助的

ＦＩＮＤ＠（Ｆｕｔｕｒｅ尖机构及大学支持的国家级未来互联网实验床

ＧＥＮＩ③（Ｇｌｏｂａｌｔｉｏｎｓ）、欧盟的ＦＩＲＥ④（Ｆｕｔｕｒｅ

１０期徐恪等：互联网体系结构评估模型、机制及方法研究综述

１９８７

Ｒａｔｎａｓａｍｙ等人Ｌｚｕ就从技术和经济两个角度出发，提出了可演化的ＩＰ的概念，作者将体系结构的进化理解为一种循序渐进的改变并通过分析一种全新的ＩＰ协议在当前网络中的部署过程对这一概念进行了说明．这类方案说明了在改良式和革命式的路线中寻求第三种思路的可能性，但它们大都未给出具体的发展思路．而针对当前互联网体系结构的发展瓶颈，Ｂｌｕｍｅｎｔｈａｌ和Ｃｌａｒｋ［２２］对互联网体系结构的最初设计原则也重新进行了审视，提出体系结构的发展只会不断地寻求新的平衡点，而任何对技术形态的一种最终预测都是不准确也不必要的．同时，他们认为现有体系结构的众多设计原则都是互联网得以滋生、创新和发展的必要条件，不应被草率丢弃．遵循这一思想以及研究者们前期的工作，借鉴改良式和革命式各自在稳定性和创新性上的优点，Ｘｕ和ｗｕ等［２’纠３提出了介于两者之间的基于演进式的互联网体系结构发展思路．与革命式的发展思路不同，演进式思路认为互联网的无连接分组交换、端到端等核心机制和设计原则是保持互联网充满活力和迅速发展的根本原因．因此，在扩展当前体系结构时，应坚持这些核心和设计原则相对稳定．此外，不同于改良式路线，演进式的思路在坚持核心原则不变的基础上，还提出应进行适当的突破性革新，谨慎地改变约束体系结构扩展的基本要素，以适应和更好地支持新应用需求．值得说明的是，坚持或突破现有的哪些设计原则以保证在保持互联网体系结构稳定过渡的同时，增强其可扩展性是可演进路线研究中的重点和难点．

针对未来互联网体系结构的发展，数以百计的新方案、新策略被提出，然而，目前被广泛接受并被应用的方案却很少．事实上，在进行未来互联网体系结构理论架构研究的同时，研究者们需要确保自己提供的方案得到大众的认可，这也正是互联网体系结构评估工作的主要目的所在．

对互联网体系结构进行评估，首先需要明确互联网体系结构的定义．由于互联网是一门偏重实践性的工程技术学科，因此尽管“互联网体系结构”已经是计算机研究领域中耳熟能详的用语，但到目前为止，业界对其仍然没有明确、统一、完整的定义．研究者通常会根据需要和不同的理解赋予其不同的涵义．例如，Ｔａｎｅｎｂａｕｍｌ２铂将互联网体系结构定义为分层和协议的集合，Ｐｅｔｅｒｓｏｎ等人口６３将互联网体系结构定义为指导互联网设计与实现的通用蓝图，Ｃｌａｒｋ等人１２７１则将互联网体系结构定义为指导互联

万方数据

网关键设计（如协议、机制、算法等）的一系列抽象原则，包括自定义的报文分组、端到端原则、多种技术及全局寻址方案等．

从互联网体系结构的定义可以看出互联网体系结构是一个囊括了协议、算法、机制、框架各层次元素的系统．因此，针对互联网体系结构的评估也相当复杂，从互联网体系结构协议、算法、机制到互联网框架的功能和性能评估，从体系结构完整性到安全性的评估，从体系结构服务能力到发展能力的评估，相关的研究成果层出不穷．这些评估工作为互联网体系结构的发展提供了有效的理论支撑．用户、运营商、内容提供商通过参考体系结构相关的评估结果，如各种性能参数，可以解决哪些发展方案更可取、各种方案并存下的发展趋势等问题．此外，互联网体系结构评估工作也为互联网中决策者的选择乃至国家的互联网政策走向提供了参考、借鉴和指导依据．

本文在简要介绍目前互联网体系结构发展思路的基础上，从评估模型、机制、方法三个角度对互联网体系结构评估工作目前的研究现状进行了综述，重点对与互联网体系结构发展密切相关的体系结构服务能力（可服务性）、发展能力（包括可部署性、可扩展性、可演化性）和安全能力（主要指可信性）的评估工作进行了总结，并从适应性的角度提出了一种全新的互联网体系结构可演进性评估思路，以期为未来互联网体系结构的研究和评估提供参考．

本文第２节简要总结互联网体系结构评估工作近年来的发展现状；第３节介绍五种对互联网体系结构发展最具影响的评估模型，包括互联网体系结构可服务性、可扩展性、可部署性、可演化性和可信性评估模型；第４节对互联网体系结构的评估机制一效用机制的相关背景及其在五种互联网体系结构基本评估模型中的应用进行介绍；第５节对实现互联网体系结构评估的方法，即各学科在互联网体系结构评估中的应用进行总结；第６节在分析和比较当前评估工作成果的基础上，讨论互联网体系结构可演进性评估的要素，并提出一种基于适应能力的互联网体系结构可演进性评估系统；最后一节对全文进行总结和展望．

２互联网体系结构评估工作现状

互联网是一个囊括各种协议、能提供多种应用服务的复杂系统，不同层次、不同角度具有不同的评价指标，很难用一套统一的标准和手段来评估，毫无

１９８８

计算机学报

疑问，互联网体系结构的评估工作具有极大的挑战性．本节将对互联网体系结构目前的两种主要评估手段：基于定性分析和比较的评估和基于模型的评估进行总结分析．

２．１

基于定性分析比较的互联网体系结构评估结合理论的定性分析通过抽象思维和对比来揭

示事物的本质和内在联系，在各学科的研究中一直扮演着重要的角色，它也是互联网体系结构评估的主要手段之一。例如表１中的相关文献就使用了定性分析和比较的方法揭示互联网体系结构的一些本质特性．

表１基于定性分析比较的互联网体系结构评估示例

对互联网体系结构面临的挑战、如何使用革命式路

［２８］

线解决这些挑战以及如何评估这些解决方案进行了分析阐述．

对计算机网络体系结构发展与生物遗传学之间的相

［２９］［３０］

似性进行了对比分析并提出了互联网体系结构发展的基本原则．

…。

ｒ。，］

Ｒｅｘｆｏｒｄ和Ｄｏｖｒｏｌｉｓ分别旗帜鲜明地论述＿：ｒ各自对革命式发展路线和改良式发展路线的不同态度．

文献［３１］中，支持革命式路线的Ｒｅｘｆｏｒｄ认为边缘论的确为现有互联网的底层传输和上层应用提供了极大的灵活性，也为互联网的创新和发展发挥了重要作用，但这种体系过于僵化，难以适应复杂的需求变化，而缺乏条理性和系统性的打补丁策略也进一步加剧了现有互联网体系结构的杂乱无章和漏洞百出的问题．反观革命式设计，力图从设计之初就将网络可编程属性、体系结构的独立、模块化、条理化融入考虑，以有效解决附着在现有体系中的安全、管理、业务等方面的问题，更有利于也更适于未来各种应用需求的发展．而支持改良式路线的Ｄｏｖｒｏｌｉｓ对此进行了针锋相对的讨论，他认为改良式路线的目标是分析互联网现有的行为特征，识别其存在的问题并在遵循向后兼容以及增量部署的原则下解决问题，是符合演进发展规律的．事实上，大量符合演进特性的技术，例如ＮＡＴ、Ｄｉｆｆｓｅｒｖ也确实在互联网发展中得到了合理的应用．同时，ＴＣＰ／ＩＰ的体系结构和边缘论思想正是互联网不断衍生、发展壮大，乃至必需坚守的根本．Ｄｏｖｒｏｌｉｓ还指出尽管革命式发展思路看似新鲜，实则由来已久，曾经具有相当的影响力但最终都无疾而终的主动网络口２。、传输协议

ＸＣＰ［３３｜、域问路由体系结构ＮＩＭＲＯＤｔ圳都产生予

这一思想．这种在不受现有技术体制制约的条件下设计全新且最优体系结构的方式导致其所需的成本远远超过了它们可能带来的利益，而互联网的发展

万方数据

绝对不是简单的技术问题，它是一个复杂的综合系统，因此想通过一个经济受极大约束的新技术来取代一个虽然技术相对处于劣势但已广泛部署的技术是不太可能的．

尽管基于定性分析和比较的方法让研究者们更好地了解到了互联网体系结构发展中各种思路的优劣，但是它仅属于一种主观的分析，并不能为用户和运营商们带来客观的影响，也没有确实的数据结果提供参考．建立合理的数学模型对于互联网体系结构评估工作至关重要．

２．２基于模型的互联网体系结构评估

模型是对现实世界中各种事物本质特性的抽象表示，它将现实问题归结为相应的数学、物理学、经济学等科学问题，并利用相关学科的方法和理论对问题进行深入研究，是分析、构造、开发各种系统必不可少的工具．对于复杂的互联网体系结构而言，建立有效的模型可以对体系结构给予定性和定量的评价，因此，模型是目前用于互联网体系结构评估最主要的手段．

尽管建立模型的手段和方法因为需求的不同而多种多样，但建立模型的过程通常大同小异．在现有互联网体系结构的评估工作中，基于模型的评估一般围绕以下３个问题展开（如图２所示）：

（１）评估对象（ｗｈｏ），即评估什么的问题．体系结构是一种具有层次关系的架构，分布在不同层次的多种协议机制共同为实现各种应用需求提供服务．因此，根据评估主体对象的不同可以将互联网体系结构的评估分为面向体系结构机制、协议的评估及面向体系结构框架的评估．

无论是协议还是体系结构框架，都包括多种属性特征，如性能、可用性、安全性、灵活性、可靠性、容错性、向后兼容性、可扩展性、可部署性等，通常研究者们也会针对不同的特征进行评估建模．因此，根据评估目标对象的不同，又可以将互联网体系结构的评估分为体系结构服务能力的评估、体系结构发展能力的评估以及体系结构安全能力的评估．

互联网体系结构的服务能力主要指其能够为用户提供的各种应用服务性能，这里我们将其简称为体系结构的可服务性，如ＲＡＳ（Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，Ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ，Ｓｅｒｖｉｃｅａｂｉｌｉｔｙ）、ＱｏＳ、可管理性、稳定性等．其中，ＲＡＳ是评价体系结构硬件性能的重要指标，它反映了计算机持续运行、处理各种状况的能力．Ｑｏｓ对体系结构满足用户需求的能力，即体系结构的数据传输能力进行评估，评估对象主要包括数据传输的

徐恪等：互联网体系结构评估模型、机制及方法研究综述

图２互联网体系结构评估模型、机制和方法

延迟、带宽、丢包率等性能．可管理性是对体系结构友好性的评估，稳定性是指系统对抗外来作用的能力．互联网体系结构的发展能力主要包括影响体系结构长期生存的体系结构的可扩展性、可部署性及可演化性等能力．互联网体系结构的安全

能力即其对抗、应对攻击的能力，本文主要指可信性、可控性等安全相关的属性．为了更好地理解互联网体系结构发展思路、体系结构相关属性及后续评估工作，我们对文中的相关概念进行了总结，如表２所示．

表２互联网体系结构评估相关概念说明

服务能力（可服务性）

能力评估

。一

互联网体系结构以性能参数为指标，为用户提供应用服务的能力

互联网体系结构的各项性能指标参数随着网络规模扩大不发生明显下降的特性新的协议或体系结构能够实现全网部署的特性．体系结构适应各种变化的能力．

包含可用性、可靠性、安全性、健壮性等的综合指标

可扩展性可部署性

笔譬…’‘

可演化性

安全能力（可信性）

后文中未特指的情况下，互联网体系结构的评估均表示针对体系结构框架本身而非协议的评估．

（２）评估指标（ｗｈａｔ），即采用什么样的标准进行评估．

确定了评估对象后，用什么标准对评估对象进行量化是互联网体系结构评估的一个重要问题．对于协议、机制的评估来说，通常直接测量、模拟其对服务的支持度，即服务质量，就可以很好地确定其性能，但对于体系结构框架而言，很难用测量的方法对整个系统机制的发展能力和应用能力进行评估，因此，通过间接的方法来衡量体系结构的优劣是最佳的选择．

互联网中包括多种介质实体，如用户、ＩＳＰ、网络提供商、政府、内容提供商等［２７３．不同的实体因为利益和需求的不同会进行不同的选择，例如，用户使用互联网的根本目的是为了运行各种应用程序并进行通信、交互活动，因此，某种具有良好通信性能的技术或用户友好的互联网体系结构将更具备吸引用户

群体的能力．作为商业ＩＳＰ而言，基于获取的利益进行体系结构的选择是毫无疑问的，因此能为ＩＳＰ带来更多利益的体系结构设计将更受到青睐．可见，实体的选择对互联网体系结构的发展起着至关重要的作用口卜２２’３５｜，因此，通过用户和ＩＳＰ在不同互联网体系结构中获取的效用来确定其选择并衡量互联网体系结构的发展能力已经成为互联网体系结构评估的主要手段．事实上，正是由于效用理论对于分析决策者对待风险态度的有效性，促进了互联网体系结构评估工作的发展．本文也将主要针对效用理论在互联网体系结构评估中的应用进行介绍．

（３）如何评估（ｈｏｗ），即采用什么样的方法来实现评估．

评估指标仅仅明确了互联网体系结构的判别标准和理论依据，如何将其通过一定的数学方法表达出来是互联网体系结构评估建模最为关键的一步．

近年来，各学科融合的趋势越来越明显，结合其它学科的知识来实现互联网体系结构的评估成为目

万方数据

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