層次式交換網絡

　　文章認為互聯網核心設備不堪重負、網絡行為難以預測、數據包路徑不確定、可控可管和可擴展性差、無法實現服務質量保障、網絡設施易受攻擊、核心路由設備復雜昂貴耗電等一系列缺陷，是由互聯網的路由系統引起的。文章提出一種新的網絡體系結構，將網絡拓撲與網絡編址相結合，提出邏輯節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路由克服現有網絡的各種缺陷

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

　　1 互聯網面臨的挑戰

　　Internet是20世紀對人類社會最具影響力的科技發明之一。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。Internet之所以發展迅速，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。各路由器能按照數據包外皮上寫的目的地址，查看自己保存的路由表后，將數據包一站一站地往目的地方向傳送。所有這些轉發工作，包括路由表的更新，都不要人工干預，由路由器自動完成。有了路由器對網絡結構的自動適應能力無限層次樹形筆記本，人們連網時想怎么連就怎么連，方便地組成任意連接的網絡結構。在網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，網絡發展的早期，Internet能戰勝其他網絡體系的優勢就是網絡協議簡單和包交換及路由技術。然而，隨著技術的發展和高級應用的出現，尤其是當網絡規模極大地超出了早期網絡設計者的想象，Internet的這些優勢遇到了空前的挑戰，有的不再是優勢了，有的將轉化成阻礙Internet繼續發展的因素。

　　當網絡規模不斷發展，實時通信要求增長時，互聯網遇到了一系列困難：網絡規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數據包；網絡拓撲局部變動、信道或設備的故障與恢復、網絡管理人員的配置和操作失誤等局部網絡行為，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，使得骨干網路由器不堪重負，網絡事件發生后的路由信息收斂時間達到分鐘量級，大量數據包在網絡中振蕩或兜圈；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，使網絡協議變得越來越復雜；光通信線路的高可靠性，使得任意連接的網絡結構優點不再；由于人工難以確定數據包在網絡信道中走的確切路由，以及數據包的借道通行，網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絡信道資源；慢速的端到端的錯誤恢復手段，缺少網絡自愈能力，使得Internet難以提供電信級的服務質量；網絡行為的不確定性，使得難以對網絡實施有效的管理與控制；網絡地址空間與用戶地址空間沒有嚴格的區分以及骨干網絡信令與用戶網絡信令完全融合，給骨干網設備帶來了致命的安全威脅；網絡源地址的可偽造性無限層次樹形筆記本，使得網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的發展規模估計不足，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協議，如果不考慮網絡的層次化，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，陡然增加了網絡協議的復雜性。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無限層次樹形筆記本，介紹一種新的網絡體系結構：層次交換網絡技術。利用這種技術，徹底丟掉路由器；讓網絡回歸簡潔；讓數據包的路徑可預測，網絡信道資源獲得合理應用；讓網絡拓撲結構信息的變化、網絡設備與通信線路的失效與恢復、網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絡(如SDH/SONET)；讓組播樹自然形成；讓骨干網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各種協議完全兼容，否則將是不可行的。