层次式交换网络

　　文章认为互联网核心设备不堪重负、网络行为难以预测、数据包路径不确定、可控可管和可扩展性差、无法实现服务质量保障、网络设施易受攻击、核心路由设备复杂昂贵耗电等一系列缺陷，是由互联网的路由系统引起的。文章提出一种新的网络体系结构，将网络拓扑与网络编址相结合，提出逻辑节点和逻辑信道的概念保证树形结构的可靠性，用短接信道技术提供连接的灵活性，以简单的IP交换替代IP路由克服现有网络的各种缺陷

无限层次树形笔记本 　　基金项目：国家高技术研究发展计划资助(“863”计划)课题(2007AA01Z214)

　　1 互联网面临的挑战

　　Internet是20世纪对人类社会最具影响力的科技发明之一。它为人类提供了全新的通信手段、信息交换手段以及信息获取手段无限层次树形笔记本，极大地加速了社会的信息化进程。目前，全世界已经有超过30亿人在使用Internet，像中国、印度这样的人口大国还有超过四分之三的人口没有上网。Internet之所以发展迅速，是因为它顺应了社会向信息化进步的需要，并且采用了简洁明了的包交换协议和灵活机动的路由方法。

　　包交换技术不同于以往的电路交换技术，它需要完备的路由技术来支持。利用计算机的智能，在路由器之间定期交换信息，形成一张路由表。各路由器能按照数据包外皮上写的目的地址，查看自己保存的路由表后，将数据包一站一站地往目的地方向传送。所有这些转发工作，包括路由表的更新，都不要人工干预，由路由器自动完成。有了路由器对网络结构的自动适应能力无限层次树形笔记本，人们连网时想怎么连就怎么连，方便地组成任意连接的网络结构。在网络部件特别是通信线路可靠性较低的情况下，任意连接的网络结构和路由器自动找路的方法非常有效。路由技术是Internet的核心和灵魂，没有人能否认这一点。

　　可以说，网络发展的早期，Internet能战胜其他网络体系的优势就是网络协议简单和包交换及路由技术。然而，随着技术的发展和高级应用的出现，尤其是当网络规模极大地超出了早期网络设计者的想象，Internet的这些优势遇到了空前的挑战，有的不再是优势了，有的将转化成阻碍Internet继续发展的因素。

　　当网络规模不断发展，实时通信要求增长时，互联网遇到了一系列困难：网络规模使得路由表庞大无限层次树形笔记本，路由器不能快速有效地转发数据包；网络拓扑局部变动、信道或设备的故障与恢复、网络管理人员的配置和操作失误等局部网络行为，都必须作为全局行为向全世界通报并更改所有的路由信息，使得骨干网路由器不堪重负，网络事件发生后的路由信息收敛时间达到分钟量级，大量数据包在网络中振荡或兜圈；路由器越来越复杂，成本和耗电越来越高；为了克服包交换技术的不足，获得电路交换的好处，要增加虚拟电路交换技术，使网络协议变得越来越复杂；光通信线路的高可靠性，使得任意连接的网络结构优点不再；由于人工难以确定数据包在网络信道中走的确切路由，以及数据包的借道通行，网络设计人员无法确切地为每条信道分配合适的带宽，并且难以做到既充分又合理地利用网络信道资源；慢速的端到端的错误恢复手段，缺少网络自愈能力，使得Internet难以提供电信级的服务质量；网络行为的不确定性，使得难以对网络实施有效的管理与控制；网络地址空间与用户地址空间没有严格的区分以及骨干网络信令与用户网络信令完全融合，给骨干网设备带来了致命的安全威胁；网络源地址的可伪造性无限层次树形笔记本，使得网络不良行为难以得到有效的查处与抑制。所有这些困难，都是致命的。再加上早期对Internet的发展规模估计不足，IPv4地址空间将在一两年内耗尽。目前大量采用的私有地址会阻碍端到端的通信能力。采用地址空间极大的IPv6协议，如果不考虑网络的层次化，路由表会进一步急剧增大，路由器的复杂性和它在网络中的“瓶颈”地位也就越加严重。目前大量的改进措施，难以真正解决问题，陡然增加了网络协议的复杂性。Internet到了必须进行重大改革的时候。

　　本文针对当前Internet难以应对的一系列挑战无限层次树形笔记本，介绍一种新的网络体系结构：层次交换网络技术。利用这种技术，彻底丢掉路由器；让网络回归简洁；让数据包的路径可预测，网络信道资源获得合理应用；让网络拓扑结构信息的变化、网络设备与通信线路的失效与恢复、网络管理人员的误操作等事件局部化；让快速自愈能力不依赖于另一套复杂的网络(如SDH/SONET)；让组播树自然形成；让骨干网地址空间与用户地址空间相分离；对用户不良行为易于追踪。

　　任何想在Internet上做的改革或在Internet上使用一项新的技术，都必须与原有的Internet各种协议完全兼容，否则将是不可行的。