1 互聯(lián)網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

Internet是20世紀(jì)對人類社會(huì)最具影響力的科技發(fā)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，極大地加速了社會(huì)的信息化進(jìn)程。目前，全世界已經(jīng)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(wǎng)。Internet之所以發(fā)展迅速，是因?yàn)樗槕?yīng)了社會(huì)向信息化進(jìn)步的需要，并且采用了簡潔明了的包交換協(xié)議和靈活機(jī)動(dòng)的路由方法。

包交換技術(shù)不同于以往的電路交換技術(shù)，它需要完備的路由技術(shù)來支持。利用計(jì)算機(jī)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(shù)據(jù)包外皮上寫的目的地址，查看自己保存的路由表后，將數(shù)據(jù)包一站一站地往目的地方向傳送。所有這些轉(zhuǎn)發(fā)工作，包括路由表的更新，都不要人工干預(yù)，由路由器自動(dòng)完成。有了路由器對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的自動(dòng)適應(yīng)能力，人們連網(wǎng)時(shí)想怎么連就怎么連，方便地組成任意連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)部件特別是通信線路可靠性較低的情況下，任意連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和路由器自動(dòng)找路的方法非常有效。路由技術(shù)是Internet的核心和靈魂，沒有人能否認(rèn)這一點(diǎn)。

可以說，網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的早期，Internet能戰(zhàn)勝其他網(wǎng)絡(luò)體系的優(yōu)勢就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡單和包交換及路由技術(shù)。然而，隨著技術(shù)的發(fā)展和高級應(yīng)用的出現(xiàn)，尤其是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模極大地超出了早期網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者的想象，Internet的這些優(yōu)勢遇到了空前的挑戰(zhàn)，有的不再是優(yōu)勢了，有的將轉(zhuǎn)化成阻礙Internet繼續(xù)發(fā)展的因素。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷發(fā)展，實(shí)時(shí)通信要求增長時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)遇到了一系列困難：網(wǎng)絡(luò)規(guī)模使得路由表龐大，路由器不能快速有效地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚植孔儎?dòng)、信道或設(shè)備的故障與恢復(fù)、網(wǎng)絡(luò)管理人員的配置和操作失誤等局部網(wǎng)絡(luò)行為，都必須作為全局行為向全世界通報(bào)并更改所有的路由信息，使得骨干網(wǎng)路由器不堪重負(fù)，網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生后的路由信息收斂時(shí)間達(dá)到分鐘量級，大量數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中振蕩或兜圈；路由器越來越復(fù)雜，成本和耗電越來越高；為了克服包交換技術(shù)的不足，獲得電路交換的好處，要增加虛擬電路交換技術(shù)，使網(wǎng)絡(luò)協(xié)議變得越來越復(fù)雜；光通信線路的高可靠性，使得任意連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)不再；由于人工難以確定數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)信道中走的確切路由，以及數(shù)據(jù)包的借道通行，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)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(wǎng)絡(luò)信道資源；慢速的端到端的錯(cuò)誤恢復(fù)手段，缺少網(wǎng)絡(luò)自愈能力，使得Internet難以提供電信級的服務(wù)質(zhì)量；網(wǎng)絡(luò)行為的不確定性，使得難以對網(wǎng)絡(luò)實(shí)施有效的管理與控制；網(wǎng)絡(luò)地址空間與用戶地址空間沒有嚴(yán)格的區(qū)分以及骨干網(wǎng)絡(luò)信令與用戶網(wǎng)絡(luò)信令完全融合，給骨干網(wǎng)設(shè)備帶來了致命的安全威脅；網(wǎng)絡(luò)源地址的可偽造性，使得網(wǎng)絡(luò)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(fā)展規(guī)模估計(jì)不足，IPv4地址空間將在一兩年內(nèi)耗盡。目前大量采用的私有地址會(huì)阻礙端到端的通信能力。采用地址空間極大的IPv6協(xié)議，如果不考慮網(wǎng)絡(luò)的層次化，路由表會(huì)進(jìn)一步急劇增大，路由器的復(fù)雜性和它在網(wǎng)絡(luò)中的“瓶頸”地位也就越加嚴(yán)重。目前大量的改進(jìn)措施，難以真正解決問題，陡然增加了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的復(fù)雜性。Internet到了必須進(jìn)行重大改革的時(shí)候。

本文針對當(dāng)前Internet難以應(yīng)對的一系列挑戰(zhàn)，介紹一種新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：層次交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。利用這種技術(shù)，徹底丟掉路由器；讓網(wǎng)絡(luò)回歸簡潔；讓數(shù)據(jù)包的路徑可預(yù)測，網(wǎng)絡(luò)信道資源獲得合理應(yīng)用；讓網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息的變化、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與通信線路的失效與恢復(fù)、網(wǎng)絡(luò)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(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)(如SDH/SONET)；讓組播樹自然形成；讓骨干網(wǎng)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(xiàng)新的技術(shù)，都必須與原有的Internet各種協(xié)議完全兼容，否則將是不可行的。#p#

2 層次交換網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)

早期設(shè)計(jì)Internet時(shí)，一個(gè)核心的思想就是要保證可靠性。這樣做有充足的理由：當(dāng)時(shí)的信道失效率和誤碼率都很高；希望在自然災(zāi)害或戰(zhàn)爭環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)有很好的可存活性。但絕對沒有一個(gè)設(shè)計(jì)者想到過將來這個(gè)網(wǎng)絡(luò)怎樣用于話音和視頻等實(shí)時(shí)多媒體應(yīng)用。甚至連這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的用戶群體和使用規(guī)模都是他們始料不及的，不然的話，很容易設(shè)計(jì)的地址空間問題，就不會(huì)讓后人這樣費(fèi)盡周折了。他們從可靠性出發(fā)，各種設(shè)計(jì)都采取了無中心、分散、分布的思想。以太網(wǎng)是最典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由粗纜或細(xì)纜相連的多臺(tái)計(jì)算機(jī)，沒有主次，沒有控制者或協(xié)調(diào)者，任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)的失效，都不會(huì)影響其他計(jì)算機(jī)的通信。Internet網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用的是格狀網(wǎng)(Mesh)任意連接結(jié)構(gòu)，沒有中心，沒有層次，想怎么連就怎么連，只要每個(gè)路由交換設(shè)備有兩條或兩條以上信道，就認(rèn)為可靠性獲得了很大提高。IP地址的安排，以網(wǎng)號(hào)為基礎(chǔ)，輔以網(wǎng)內(nèi)主機(jī)號(hào)。而在路由算法中起決定性作用的網(wǎng)號(hào)是一維平鋪(Flat)的，沒有任何結(jié)構(gòu)，更沒有層次性。對一維平鋪的IP網(wǎng)絡(luò)地址，當(dāng)其數(shù)量十分龐大時(shí)，既不能設(shè)計(jì)出高效的路由信息交換算法，也無法設(shè)計(jì)出快速的路由表查詢算法。這就是路由問題的癥結(jié)所在。

其實(shí)，任意連接的結(jié)構(gòu)和一維平鋪的地址空間并不適合人類的思維模式和計(jì)算機(jī)高效處理的要求，更缺少可擴(kuò)展性，只有在非常小的系統(tǒng)中才能以其簡易而獲得應(yīng)用。人類社會(huì)的組織結(jié)構(gòu)和地址空間，無一不是層次式的，例如一個(gè)國家、一個(gè)學(xué)校、一個(gè)企業(yè)、一支部隊(duì)、郵政地址空間、學(xué)科分類、圖書編目等等，幾乎找不出非層次性的組織。傳統(tǒng)的電話系統(tǒng)是一個(gè)可管可控、可擴(kuò)展并能保證通信質(zhì)量的成功系統(tǒng)，也是層次式的。Internet的域名系統(tǒng)，最初是一維平鋪的，連網(wǎng)計(jì)算機(jī)數(shù)量達(dá)到數(shù)百臺(tái)時(shí)，就無法使用了，不得不中途改為層次式結(jié)構(gòu)。以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，再也沒有人用總線方式了，改用集線器(HUB)或交換機(jī)，端口不夠或距離延伸時(shí)，將多個(gè)交換機(jī)級連，變成了典型的星形或樹形的層次結(jié)構(gòu)。層次式結(jié)構(gòu)無處不在。從管理的角度看，層次式結(jié)構(gòu)本身代表了一種分散/分布性，該由下級完成的事情，上級不必操心也無法操心，下級在自己的管轄范圍內(nèi)所做的變動(dòng)，上級可以不知道，這使得系統(tǒng)充分可擴(kuò)展。文獻(xiàn)[1]是最早建議層次式結(jié)構(gòu)的，由于其編址方法不夠完善和靈活，沒有擺脫路由的影響，沒有得到重視。研究人員意識(shí)到當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模巨大時(shí)，首先受到挑戰(zhàn)的是路由系統(tǒng)的擴(kuò)展性，便都從層次化入手，提出了諸如地標(biāo)分層[2]、地理分層、按因特網(wǎng)業(yè)務(wù)提供商(ISP)分層[3]等層次化方法。

本文提出的層次式交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基本想法是將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為清晰而簡單的兩部分：骨干網(wǎng)與用戶網(wǎng)，如圖1所示。

#p#

3 樹形結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展

雖然樹形結(jié)構(gòu)有優(yōu)良的特性，但與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)任意連接的Mesh結(jié)構(gòu)相比，缺乏結(jié)構(gòu)上的靈活性。例如處于兩個(gè)樹葉位置的用戶網(wǎng)之間通信，數(shù)據(jù)包必須上行到與對方屬于同一棵子樹的位置，才能開始下行，到達(dá)對方用戶網(wǎng)，而實(shí)際上這兩個(gè)用戶網(wǎng)可能相距甚近。又例如，兩個(gè)不同ISP在某城市A同時(shí)提供接入服務(wù)，就有兩棵樹延伸到該城市A，而這兩個(gè)ISP樹形網(wǎng)絡(luò)的互連地點(diǎn)可能在外地的某大城市B。城市A中相距很近的兩個(gè)用戶網(wǎng)分別連到了不同ISP的樹上，他們之間通信時(shí)，數(shù)據(jù)包可能會(huì)在一個(gè)ISP的樹形網(wǎng)絡(luò)中上行到城市B，在兩個(gè)ISP樹互連的地方進(jìn)入對方ISP的樹，再下行到城市A的對方用戶網(wǎng)。如果這兩個(gè)ISP的樹形網(wǎng)絡(luò)在城市A也有互連的信道，就避免了繞道城市B的通信。滿足這種要求的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)例子如圖4所示。

短接信道連接中，不僅能將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到短接信道的對端，還可以轉(zhuǎn)發(fā)到對端以外更遠(yuǎn)的地方。例如圖4中，邏輯節(jié)點(diǎn)E’不僅能把目的地為J的數(shù)據(jù)包通過短接信道E’-J轉(zhuǎn)發(fā)，還可以把目的地為L、M等遠(yuǎn)程邏輯節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包通過E’-J轉(zhuǎn)發(fā)。這涉及直接短接信道和間接短接信道技術(shù)，不再細(xì)述，詳細(xì)請見文獻(xiàn)[4]。#p#

4 交換方法

骨干網(wǎng)被組織成樹形結(jié)構(gòu)并配以一定數(shù)量的短接信道后，就可以取消任何形式的路由協(xié)議，對IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行簡單的交換。以IPv6地址格式為例，低64比特用作接口標(biāo)志，骨干網(wǎng)設(shè)備是不能利用的，高64比特為可路由地址，供骨干網(wǎng)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)包時(shí)用。

IPv6地址結(jié)構(gòu)中，SL部分給用戶使用，從SF1開始到SL左邊的部分是分配給ISP的。由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是樹形的，ISP可以將得到的地址劃分為多個(gè)不定長的字段，稱為“交換字段”，每個(gè)交換字段對應(yīng)樹的一個(gè)層次，高位交換字段對應(yīng)樹的高層，依此類推。

用戶網(wǎng)絡(luò)處于骨干網(wǎng)的邊緣，發(fā)出的數(shù)據(jù)包總是從骨干樹的葉節(jié)點(diǎn)進(jìn)入，設(shè)該葉邏輯節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的交換字段為SFi，暫不考慮短接信道，其樹結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包交換過程極其簡單：

判斷IP數(shù)據(jù)包中目的地址的前綴與本邏輯節(jié)點(diǎn)的地址前綴內(nèi)容是否相等；

若不等，表示該數(shù)據(jù)包繼續(xù)上行，選擇上行信道，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給上一層邏輯節(jié)點(diǎn)；

若相等，表明該數(shù)據(jù)包應(yīng)該下行，根據(jù)交換字段SFi 的值，選擇下行邏輯信道(例如交換字段SFi 的值等于5，就從邏輯信道5下行)，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給下層邏輯節(jié)點(diǎn)。
 
考慮短接信道的交換，在進(jìn)行上述交換之前，先判斷本邏輯節(jié)點(diǎn)是否有短接信道，如果有，則對應(yīng)每一條短接信道都存在一張短接信道表，內(nèi)容為信道對方的直接短接邏輯節(jié)點(diǎn)(短接信道連接的對方邏輯節(jié)點(diǎn))和對方更遠(yuǎn)的間接短接邏輯節(jié)點(diǎn)的地址前綴。如果數(shù)據(jù)包地址前綴與該表中任一邏輯節(jié)點(diǎn)的地址前綴相等，則經(jīng)短接信道轉(zhuǎn)發(fā)；否則，直接執(zhí)行上面介紹的樹結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包交換算法。

可見，一旦將地址結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)，對用戶數(shù)據(jù)包的交換極其簡單，不需要全局交流的路由信息，僅根據(jù)數(shù)據(jù)包中目的地址的前綴和相應(yīng)的交換字段值就可以完成數(shù)據(jù)包的交換。#p#

5 層次交換網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

樹形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及與地址結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)帶來一系列的好處。

首先，樹形結(jié)構(gòu)是一種確定性結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的流向是可預(yù)測的，因而網(wǎng)絡(luò)行為也是可預(yù)測可確定的，網(wǎng)絡(luò)成為可控制可管理的網(wǎng)絡(luò)。ISP可以把網(wǎng)絡(luò)管理簡單地分成兩層：邏輯節(jié)點(diǎn)的管理和全網(wǎng)的管理。前者監(jiān)測邏輯節(jié)點(diǎn)中各交換機(jī)、邏輯節(jié)點(diǎn)中各內(nèi)部信道、邏輯節(jié)點(diǎn)與其他邏輯節(jié)點(diǎn)之間的信道(外部信道)的狀態(tài)、流量、性能及計(jì)費(fèi)信息等。全網(wǎng)管理則更為簡單，它只要綜合各邏輯節(jié)點(diǎn)的管理信息，形成全網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)圖、外部信道負(fù)荷狀態(tài)圖以及收費(fèi)數(shù)據(jù)庫等全局信息和全局顯示。另外，樹形結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)是可擴(kuò)展的，橫向可以增加邏輯節(jié)點(diǎn)的扇出數(shù)，縱向可以增加樹的層次數(shù)，以容納更多的用戶接入網(wǎng)。

其次，由于通信路徑的確定性，易于實(shí)現(xiàn)路徑資源的管理、分配和準(zhǔn)入控制，因而能提供真正意義上的服務(wù)質(zhì)量保障(QoS)。要真正實(shí)現(xiàn)QoS必須在3個(gè)環(huán)節(jié)上加以控制和管理：資源管理，準(zhǔn)入控制，輸出調(diào)度。資源管理是對通信路徑上的信道容量、端口緩沖能力等資源加以登記和分配，保證能滿足已接納的通信流能獲得足夠的資源。準(zhǔn)入控制則依據(jù)資源管理中提供的資源余量信息，接納或拒絕新的通信要求，防止過度的通信量爭奪資源。輸出調(diào)度則按照通信流不同的優(yōu)先等級管理輸出隊(duì)列。目前的互聯(lián)網(wǎng)是無法做到QoS的，連數(shù)據(jù)包走的路徑都不確定，怎么能做到沿路徑預(yù)留資源以及準(zhǔn)入控制？

第三，通信路徑的確定性還使得通信負(fù)載的估算與信道容量的配備有了依據(jù)，避免當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中普遍存在的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不均衡而造成的資源利用率低下，避免了復(fù)雜而效果不佳的流量工程(TE)帶來的負(fù)擔(dān)，使得信道容量的配備不再帶有盲目性。

第四，樹形結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與地址結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)，可以用IP交換代替IP路由，從而避免全網(wǎng)規(guī)模的路由信息交換，避免了路由表的維護(hù)、管理和更新，避免了為IP包查詢龐大的路由表或其衍生出來的轉(zhuǎn)發(fā)表。由于轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)IP數(shù)據(jù)包的工作十分簡單，大大提高了IP數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)速度，提高了網(wǎng)絡(luò)的性能。

第五，樹形結(jié)構(gòu)使得網(wǎng)絡(luò)事件局部化，例如任何節(jié)點(diǎn)或信道的失效和恢復(fù)，都不會(huì)影響遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)包交換算法。同時(shí)，邏輯節(jié)點(diǎn)的配置和管理，遠(yuǎn)比路由系統(tǒng)的配置和管理簡單，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)人員的操作失誤不大可能發(fā)生，即使有某些操作錯(cuò)誤也不會(huì)像路由系統(tǒng)那樣對全世界的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響。因?yàn)檫吔缇W(wǎng)關(guān)協(xié)議(BGP)不再存在，所有核心路由器每天都要處理數(shù)百萬BGP更新和撤銷的重負(fù)不再存在。

第六，網(wǎng)絡(luò)本身的安全得到了極大的加強(qiáng)?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中，核心路由器端口的IP地址與用戶主機(jī)IP地址處在同一個(gè)地址空間中，任何用戶都可以組織對任何一個(gè)核心路由器的分布式拒絕服務(wù)攻擊(DDOD)。在層次交換網(wǎng)絡(luò)中，骨干網(wǎng)和用戶網(wǎng)的地址空間可以很容易地分離，用戶數(shù)據(jù)包只能穿越骨干網(wǎng)而不能打擾骨干網(wǎng)設(shè)備。另外，現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)中，用戶可以使用虛假的源地址，逃避對其不良行為的追蹤。層次交換網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，用戶網(wǎng)絡(luò)的地址前綴與骨干網(wǎng)邊緣設(shè)備端口的地址前綴是相同的，任何冒用其他用戶網(wǎng)絡(luò)源地址的行為立即得到判定并報(bào)警。而用戶網(wǎng)內(nèi)部的地址真實(shí)性管理是比較簡單的。

第七，邏輯信道技術(shù)控制了一批物理信道，擁有兩方面的好處：個(gè)別物理信道的失效，略為減小了邏輯信道的總?cè)萘浚阅鼙ＷC正常的通信，體現(xiàn)了信道自愈的能力，為提供QoS提供了必要條件；增加了擴(kuò)充信道容量的手段，要增加邏輯信道的容量，既可以增大每根物理信道的帶寬，也可以增加物理信道的數(shù)量。

第八，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的復(fù)雜性、可靠性、成本、耗電等都可以獲得很大的改善。#p#

6 層次交換網(wǎng)絡(luò)的部署

對現(xiàn)有系統(tǒng)作革新性的改造，能否成功的關(guān)鍵是部署問題，既要使用新系統(tǒng)，又要兼容原有系統(tǒng)，兩者要能簡便地實(shí)現(xiàn)互通。目前IPv4與IPv6的關(guān)系，就存在這個(gè)致命的不兼容問題，導(dǎo)至IPv6部署緩慢。由于層次交換網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共存時(shí)，既不要求現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)作任何修改，也不涉及應(yīng)用層問題，從部署的角度看，層次交換網(wǎng)絡(luò)可以采用局部地、漸進(jìn)地部署的方法。

目前的Internet技術(shù)，由于GE、10GE甚至100GE技術(shù)與長途高速傳輸技術(shù)(例如10 Gbit/s、40 Gbit/s甚至100 Gbit/s)同步地發(fā)展，使得能用于長途骨干網(wǎng)的速率，也能十分方便地用于用戶接入網(wǎng)。這些速率對骨干網(wǎng)顯然不夠，且由于路由器的“瓶頸”，不能充分發(fā)揮光纖的每秒太比特傳輸能力，但對用戶接入網(wǎng)而言，它所面臨的是有限的用戶群體，保留了現(xiàn)有的路由技術(shù)，也能滿足對話音、視頻和數(shù)據(jù)通信的需要?；ヂ?lián)網(wǎng)的致命缺陷在用戶網(wǎng)絡(luò)中并不緊迫。

骨干網(wǎng)就不同，除了非實(shí)時(shí)應(yīng)用外，它可能要對付成十萬、百萬甚至千萬的視頻和話音通信流。低效率、低速度、不能快速自愈、難以實(shí)現(xiàn)組播、不能有效解決QoS保證機(jī)制的路由結(jié)構(gòu)，就是解決“三網(wǎng)融合”的關(guān)鍵性障礙所在。解決骨干網(wǎng)的問題是目前的當(dāng)務(wù)之急。其實(shí)，Internet界正在研究的無數(shù)企圖解決QoS的方案、方法，無一不是針對骨干網(wǎng)絡(luò)的。遺憾的是，這些方法異常復(fù)雜，效果甚微，難以部署，甚至連制訂標(biāo)準(zhǔn)都難以完成。

向?qū)哟谓粨Q骨干網(wǎng)過渡，以ISP的骨干網(wǎng)或骨干網(wǎng)的一部分為單位來部署比較合宜。層次網(wǎng)絡(luò)的地址結(jié)構(gòu)，只要地址空間足夠大，便于劃分層次就行，因而可以直接使用IPv6地址結(jié)構(gòu)進(jìn)行層次交換。

如果注意一下當(dāng)前各ISP骨干網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)，除了頂層有一批(通常也只有10多個(gè))核心節(jié)點(diǎn)以環(huán)形、環(huán)形加任意連接、全連接等方式互連外，往下層的延伸，無一例外地采用了層次式的樹形結(jié)構(gòu)。如果把這些頂層核心節(jié)點(diǎn)組織在一個(gè)(或幾個(gè))邏輯節(jié)點(diǎn)中，向下層延伸時(shí)自然構(gòu)成了一棵樹。這種發(fā)現(xiàn)并不奇怪，是組網(wǎng)時(shí)受地理位置的影響而自然形成的。只是我們采用了路由系統(tǒng)后，無法利用這種樹形結(jié)構(gòu)的特性，把本可以有序地加以組織的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變成了一個(gè)無序的混沌巨系統(tǒng)(自然界存在很多混沌巨系統(tǒng)，人造系統(tǒng)中，只有互聯(lián)網(wǎng)有此屬性)。因此，把現(xiàn)有骨干網(wǎng)改造成層次交換網(wǎng)絡(luò)時(shí)，人們完全可以對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?節(jié)點(diǎn)和信道組成)不作任何改動(dòng)，只做邏輯上的劃分和邏輯節(jié)點(diǎn)控制軟件的變動(dòng)。

層次結(jié)構(gòu)也可以向用戶接入網(wǎng)推進(jìn)，使得用戶網(wǎng)絡(luò)中只有層次交換邏輯節(jié)點(diǎn)和以太網(wǎng)交換機(jī)或只用以太網(wǎng)交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)管理的技術(shù)難度將大幅度降低。

7 結(jié)束語

新的層次交換網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，克服了現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的幾乎所有缺陷，證實(shí)了Rekhter定律的正確性[5]。本文描述的層次交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)原型系統(tǒng)和樣機(jī)，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了性能測試，并在辦公室的網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行了長時(shí)間的使用，提供對外界IPv6和IPv4網(wǎng)絡(luò)的訪問能力。使用結(jié)果表明，想法是可行的，實(shí)現(xiàn)是簡單的，性能是滿意的。