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1、973计划“新一代互联网体系结构理论研究”项目之课题六——建立新一代互联网科学实验体系建立新一代互联网科学实验体系一文/王继龙这一课题在系统研究传统科学实验方法和理论的基础上,重点研究过程控制,数据采集,误差评价等互联网科学实验的关键理论,提出了互联网基础研究综合实验验证的基本理论框架.研究复杂网络行为的纯化,简化方法,获得了加速,延缓和再现网络现象的实验方法.初步建立了一个共享的远程综合实验验证及演示平台,以期全面展示项目理论成果.总体框架互联网是一门实验科学,发展极其迅速,却缺乏与之发展相适应的科学实验理论体系.另外,目前互联网综合实验验证主要基于运行网络实现,不但
2、实验周期长,投入大,一旦失败,代价极为沉重.而且基于运行网络利用测量分析方法进行的实验验证,面临诸多难以克服的挑战,如网络行为的时空差异性,网络行为的不可重现性以及网络过程的不可控性等,都是影响实验的重要因素.本课题全面研究当前互联网实验验证研究所面临的挑战性问题,研究复杂网络行为的纯化,简化方法,以及加速,延缓和再现网络现象的实验技术,研究共享科学实验环境的服务模式,研究并设计互联网科学实验的标准过程,在理论上,完成互联网科学实验理论的探索性研究;在实践上,完成实验平台建设,提供具体的实验方法,实验工具和实验环境来满足项目的科学实验和验证需求,支撑项目重要研究理论成果
3、的展示.该课题在项目中的作用和重要位置如图1所示.'正开始建设实验平台,并进行实验和验证工作.课题研究吸纳了传统实验验证理论的精髓,继承了网络测量测试等相关领域的研究成果,结合电信网络和互联网络功能平面的划分方法,首次提出了实验验证平面的概念.将实验验证所要完成的任务和功能单独整合为一个集合(平面),根据新一代互联网实验环境的多样性,分布性,复杂性和动态时变性等特点,对实验验证平面提出了一系列要求和限制,分析了实验平台必须具有的特征:多样性,模块化,安全性,分布式,可扩展性和推理能力.更重要的是,实验平台能不断满足互联网研究过程中发现的新需求,并以这些需求为向导,不断改
4、进实验环境.课题采用自上而下的顶层研究和设计方法,首先建立了互联学实验理论框架,并对于其中所涉实验过程控制理论,数据采集和误价理论,网络行为观测模型,网络行过程发生理论等,通过开展典型实断进行着优化和调整.例如为了适联网分布式的内在特点,实验验证2D077中国教育网络27研究与发展■■眶哥嚣墨暖鳓疆_平面吸收了分布式系统研究的成果;为了有效实施实验过程控制,数据采集和误差评价,观察并模拟网络行为,吸收了人工智能技术;为了提高实验验证的效率,可能要吸收基于策略的网络管理技术;为了实现自组织性和平面内部的移动性,可以采用多代理技术等.这些技术虽然是为其他网络研究而发展的,但
5、在进行实验验证平面的理论研究和实现时,同样发挥着重要的作用.实验验证平面将网络行为模型,诊断,推理,控制和反馈过程融合到一个分布式,网络化的环境中.它具有产生,存储,发现和传递各种实验信息的能力.具体来说,就是观察目前的网络条件,通过了解实验验证目标和网络运行时的限制进行合理推断,然后进行解释,将前期的观察和推断综合起来,然后将它们映射成实验验证的结论.真实网络过程发生和再现技术研究尽管利用网络性能测试仪产生的流量可以达到比较高的性能,但是,不能生成具有丰富特性的流量内容;而仿真软件生成的数据包与真实的流量数据相比,在地图2址分布,协议,时间序列方面都有很大的差距.所以
6、,这两种方法都不能很好地反映真实网络中的流量特征,不能为互联网基础理论研究和实验验证提供较为真实的网络环境.为此,课题通过采集和存储真实网络中的流量数据,并根据实验需要,按照数据包时间序列重放这些数据包,从而可更好地体现真实网络特征,再现网络过程,为互联网基础理论研究和实验验证提供"准真实"的网络环境.整个系统包括5部28中国教育网络2..77分内容:数据采集系统,数据存储中心,流量重放系统,控制系统和流量分析系统.基于网络处理器实现底层实时采集:每个数据采集系统负责一个网络测量点的实时数据采集,并将采集到的数据通过组播发送给数据中心和分析系统.通过采用IntelIXP
7、2400,使系统达到高速的数据采集能力.数据存储中心:数据中心汇总各采集系统发送的数据,统一对隐私数据(IP地址)做随机化处理.并按需向上层发布包/流数据.流量重放:根据控制层的指示,按照数据中心的数据内容以及时间戳,构造并发送数据包.控制系统控制流量重放的内容,时间.流量分析系统:提供了对网络性能的全方位的测量,测量内容全面涉及网络体系结构各个层面(数据链路层,网络层,应用层),同时提供包括时间视角,空间视角等各方位的测量视角.系统具有以下特点:图3综合实验验证平台底层物理网络结构并准确地重放;第二,高精度的时间戳.还原原始数据;第一,
