计算机网络-第八章-未来网络简介
第八章 未来网络简介
- 前三部分讲述的是未来网络技术：软件定义网络、命名数据网络、移动优先网络
- 最后一部分讲的是 网络试验设施
互联网的发展
- 互联网的发展已经进入理论和技术变革期
- 未来互联网研发已成为信息领域新的生长点
互联网面临的主要问题
- 可扩展性
- 可控性
- 安全性
- 实时性
- 能耗问题
国际上未来网络布局
8.1 软件定义网络SDN
SDN：software defined network
8.1.1 背景
现有的网络僵化、不灵活
许多复杂的功能嵌入到基础设施中∶
OSPF，BGP，组播，区分服务，流量工程，NAT，防火墙，MPLS…一个“主框架心态”的行业，不愿意改变
8.1.2 SDN
现有互联网引入了网络设施的创新壁垒
原来的网络设备如下
- 每个设备的硬件上都捆绑了OS和APP
现在将OS提取出来
将应用也提取出来
形成了SDN的框架，硬件只要负责报文转发功能即可
要求如下：
- 开放硬件接口
- 至少一个好的OS，可扩展的、开源的
- 定义良好的开发API
8.1.3 OpenFlow
(1) 基本介绍
这是一个以太网的switch
(2) 基本概念
OpenFlow定义的行为有：
- 转发报文到0个或跟多个端口
- 封装并转发给控制器
- 送到正常处理流水线
- 修改字段
- 自定义扩展
(3) 例子
下面是例子
表明，当ip的dest为5.6.7.8的时候，从port1转发出去
8.2 数字命名网络NDN
DND：Named Data Networking
8.2.1 背景
首先查看互联网的演进
8.2.2 NDN & IP
NDN架构与ip架构对比
- 数据命名：基于名字进行路由与转发
- 每个数据包加安全：消除对传输安全的依赖
- 按兴趣、按条的转发状态
- 建立闭环反馈，测量性能、检测失败
- 多路径转发，增加策略模块协助转发决策
IP模型
- 中间节点不可见
- 中间节点不可选
- 中间节点不能衡量成功与否
- 存储(队列)不可缺但不可见
NDN模型
- 包描述的“什么”而不是“谁”
- 通信是本地对端（而不是端对端）
- 上行性能可测记忆
- 不会有环路
8.2.3 NDN报文
两种报文
- 只有数据块名字Name，没有地址
- lnterest报文和Data报文均带有Name字段，路由器依据名字转发
- 数据消费者发送Interest报文
- 数据节点或数据生产者发送data报文，沿着Interest 报文路径返回
8.2.4 NDN数据命名
分级结构命名，用‘T′表示名字分级构成，如:/USTC/videos/demo.mpg
优点一：描述数据的场景和关系
优点二：命名聚合，降低FIB表条目
8.2.5 NDN报文格式
(1) TLV基本格式
TLV：type length value
- 在NDN报文中，Value是一个嵌套结构
(2) Name的TLV封装
- * 表示长度是可变的
(3) Interest报文的TLV封装
- [] 表示是可有可无的
(4) Data报文的TLV封装
8.2.6 NDN路由器
(1) 路由器组成结构
| 英文简称 | 英文全名 | 组成 | 作用 |
|---|---|---|---|
| PIT | Pengding Interest Table | 待定兴趣表 | 存储Interest请求，维护进出端口，实现请求聚合 |
| FIB | Forwarding Information Base | 转发信息表 | 名字与端口映射，指导lnterest报文转发 |
| CS | Content Store | 内容存储 | 维护本地缓存数据块信息，用于本地查询请求内容 |
(2) 路由器转发处理
① Interest报文转发
- 最后如果FIB中也没有的话，就会丢弃，否则转发给其他的路由器
② Data报文转发
8.3 移动优先网络MF
MF：Mobility First
8.3.1 背景
现有互联网移动性支持弱
现有网络IP特性
- IP具有地址和身份双重特性
- 接入点变化IP地址改变
引发的问题
- 网络层无法识别用户
- 应用层断续重传效率低下（IP层如果变化的话，应用层是需要重新传递的）
8.3.2 基本思路
MobilityFirst基本思路：名字与地址分离
- 核心就是维护一个映射表，记录名字和地址的对应关系
- 这个名字成为 GUID
8.3.3 协议栈
| 协议 | 英文 | 说明 |
|---|---|---|
| 逐跳块传输协议 | Hop-by-Hop-Transport | 这个协议是在每一跳都会使用的 |
| 存储感知路由 | Storage-Aware & GTN Routing | 如果下一跳传输失败，路由器会存储这个分组 |
| GUID与NA映射 | Hybrid GUID/NA Global Routing | 查询 GUID 和 NA(Net address)的映射关系 |
8.3.4 分层命名
- GUID和NA都包含，都可以作为标识
8.3.5 特点
(1) 动态解析
动态解析就是 GUID → NA
Global Name ResolutionService (GNRS)
- GUID与NA映射增加
- GUID与NA映射更新
- GUID与NA映射查询
(2) 存储感知抗毁
MobilityFirst的存储感知抗毁路由：指的是如果有一段路由断了，仍然能够很好地处理
- 这样就不需要应用层重新转发了
- 存储感知路由，利用网内存储应对动态链路质量和链路中断
- 路由算法在交换、存储转发和时延容忍模式间实现无缝自适应
8.4 网络试验设施
8.4.1 背景
为什么需要建设未来网络试验设施
- 未来网研究需要一个接近真实规模的、开放的试验环境
- 未来网技术的发展需要一个公开的中试博弈平台，帮助从众多技术中发展出最适应未来网应用需求的新技术
- 未来网技术的认定需要“人气”作为支撑，没有“人气”的技术就是失败的技术
- 未来网络试验设施本身可以作为未来网的原型，引导产业发展的方向，实现从现在的互联网到未来网络的平滑过渡
8.4.2 我国未来网络实验设施
国务院2013年2月23日发布《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012~2030年)》
- “十二五”时期，在我国科技发展急需、具有相对优势和科技突破先兆显现的领域中，综合考虑科学目标、技术基础、科研需求和人才队伍等因素，优先安排16项重大科技基础设施建设
《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012~2030年)》
（八）未来网络试验设施。
三网融合、云计算和物联网发展对现有互联网的可扩展性、安全性、移动性、能耗和服务质量都提出了巨大挑战，基于TCP/IP协议的互联网依靠增加带宽和渐进式改进已经无法满足未来发展的需求。为突破未来网络基础理论和支撑新一代互联网实验，建设未来网络试验设施，主要包括：原创性网络设备系统，资源监控管理系统，涵盖云计算服务、物联网应用、空间信息网络仿真、网络信息安全、高性能集成电路验证以及量子通信网络等开放式网络试验系统。该设施建成后，网络覆盖规模超过10个城市，支撑不少于128个异构网络并行实验，将为空间网络、光网络和量子网络研究提供必要的实验验证条件。
未来网络试验设施
- 为突破未来网络基础理论和支撑新一代互联网实验，建设未来网络试验设施
8.4.3 未来网络试验设施组织架构
8.4.4 网络创新试验服务门户
进入系统之后，可以根据提供的实验模板，或者自己创建试验，针对资源需求创建网络节点和链路带宽，这样就可以在设施上跑自己的实验，不需要搭网络实验环境。已经搭建了NDN，SDN和MobilityFirst的实验
总结
- NDN与MobilityFirst : Name以及网内缓存
- SDN:现有网络的升级，数据平面不变
- 所讲解内容有限，主要讨论核心思想
开展SDN、NDN、MF实验，请访问http:/lceni.ustc.edu.cn/
