973项目：新一代互联网体系结构和协议基础研究

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1、项目名称：新一代互联网体系结构和协议基础研究首席科学家：起止年限：依托部门：吴建平清华大学2009.1至2013.8教育部重大需求分析高性能.移动性匸实时性二易管理一、研究内容2.1拟解决的关键科学问题根据近年来国内外新-一代互联网体系结构研究的新进展、新动向和新思路的深入分析，面向互联网在异构环境、普适计算、泛在联网、移动接入和海量流媒体等新的重大需求和技术挑战,基于前期项目已经凝练的关键科学问题和已经取得的理论研究成果，我们对新一代互联网体系结构和协议基础研究中的关键科学问题进行了认真梳理和凝练，从互联网发展的重大需求岀发，结合前期97

2、3项目研究，形成了本期973项目的关键科学问题，如图1所示。有些是前期项目关键科学问题的继续和深入，有些是前期项冃未曾涉及的新的关键科学问题，有些是前期项S关键科学问题的缩小和聚焦。安全性■.亠扩展性〉本项目在选择新一代互联网体系结构研究路线上，基于前期项目研究成果,我们走“坚持演进，积极创新”的路线，即在IPv4向IPv6演进的基础上，基于IPv6平台，解决互联网面临的主要技术挑战。在此基础上，本项目重点研究的五个关键科学问题是：（1）互联网体系结构的扩展性和演进性问题；（2）大规模路由的可信和收敛问题；（3）海量数据的高效网络传送问题；

3、（4）非连接网络的实时传送问题；（5）用户跨域访问的复杂自治网络管理问题。上述5个关键问题中的后四个都是与互联网体系结构扩展性和演进性问题密切相关的，扩展性和演进性问题的研究是其他关键问题的理论基础和支撑。前期973项目重点研究了新一代互联网体系结构多维可扩展性的问题，其中对多个维度的可扩展性都进行了分析和研究。在本期项目新一代互联网体系结构设计屮，继承已有的研究成果，重点研究各个维度上对应的一些关键科学问题，而其中有些关键科学问题实际上跨越了几个维度的扩展性。例如：大规模路由的可信和收敛问题对应着规模可扩展和安全可扩展；海量数据的高效网络

4、传送问题对应着性能可扩展和服务可扩展；非连接网络的实时传送问题对应着性能可扩展和功能可扩展；复杂自治网络的安全和管理问题则这季节对应着安全可扩展和管理可扩展。本期项目与前期项目的主要联系和区别在于：⑴从IPv4互联网出发，到从IPv6互联网出发解决互联网面临的主耍技术挑战；（2）从注重体系结构的理论探索，到注重体系结构和协议的基础研究；（3）从紧紧研究体系结构最基本的问题，到更加面向新一代互联网重大应用的需求；⑷从开始国际合作和IETF标准，到深入开展国际合作和在IETF中争取重要一席之地。面对新一代互联网的诸多技术挑战，本项目突出重点，有

5、所为、有所不为。本项冃所提出的五个科学问题具体描述如下。1、互联网体系结构的扩展性和演进性问题互联网体系结构的扩展性是指：在互联网体系结构基本要素相对稳定的情况下，规模、功能、性能等指标随网络需求变化而变化的特性。互联网体系结构的演进性是指：互联网体系结构必须通过改变约束其扩展的基本要索，而产生新的指标扩展空间的特性。研究表明，IP协议是互联网休系结构的基本要素。该科学问题解决互联网的大规模扩展问题，是体系结构研究的核心问题，其研究难点在于如何保证IPv4向IPv6的演进过程屮互联网体系结构的相对稳定和继续可扩展。随着互联网新型应用类型的不

6、断增加，网络规模不断扩大，应用业务和用户对网络需求的不断变化促使网络技术不断革新，而从大时间尺度上看，这些需求和技术发展具有广泛的不确定性。为保证网络随着约束条件的变化能够在多维评价指标上呈现良好的变化以满足需求的增长，网络体系结构必须实现良好的可扩展性。与此同时，为保护现有业务和网络基础设施并促进新型应用的发展，互联网体系结构必须具有良好的稳定性，而技术革新和新型应用的不确定性则乂试图打破网络体系结构的稳定性，因此网络体系结构必须在革新与稳定交错发展当屮保持持续不断的演进，既能够实现对新型应用和技术的支持，又能保护原有应用和技术的稳定发展

7、。研究互联网体系结构的扩展性和演进性问题，其核心在于研究互联网体系结构的基本要素和组成原理，探索它们在大时间尺度下对评价抬标、约束条件的影响，明确可扩展性所体现的具体形式和多维可扩展性相互之间的约束关系，从而保证互联网各项关键技术革新过程屮体系结构的可演进性。该研究成果将提出一种新的互联网体系结构分析方法，指导互联网各项关键技术在大时间尺度下的革新方向，并有望对体系结构的发展做成长远贡献。2、大规模路由的可信和收敛问题路出的可信是指互联网路出信息的来源是真实的、可追查的。路由的收敛是指互联网路由表在网络状态发生变化的情况下达到稳定的过程。路

8、由功能位于互联网的网络层，一直是互联网的核心问题。路由的冃的就是将数据包从源地址准确及吋地送达目的地址。在这个过程屮，数据包经历了源主机、若干台路由器和目的主机的路由过程。与线路