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WiththePopularizationandrapiddevelopmentofInternet，high-Performancesandhigh-qualityservicesarerequiredincreasingly，andresourceconsumptionandcongestionaregrowingsignificantly.Howtoprovidedifferentiatedservicesandhowtoachieverationalresourceallocationandefficientutilizationarethechallengesforthenetworkresearch.Therefore,therehavebeensomenewnetworktechnologies,suchasCoreStatelessAdjustmentStrategy,VirtualnetworkandLoadBalancingNetwork.
Keywords：
Virtualnetwork;
LoadBalancing;
IntServ
1引言
Internet经过几十年的发展，已逐步由单一的数据传输网向数据、语音、图像等多媒体信息的综合传输网演化，它所带来的快速高效信息访问及传递方式改变着人类社会的信息共享方式，已经成为人类生活不可或缺的一部分。
但是在Internet日渐成熟的今天，Internet由多运营商铺设基础设施及运维的建设模式却限制着新网络架构、网络协议及业务应用的出现。
并且随着Internet规模的迅速扩展，传统IP核心网络体系结构、路由方式和保证单一的尽力服务（Best-Effort）的网络设备，使得Internet面临许多在安全、管理、控制和服务质量等方面函待解决却又难以解决的问题，这些问题在一定程度上制约了网络的发展。
如何打破Internet自身的缺陷更好地适应未来社会的需求，是目前国内外关于互联网发展研究所关注的焦点。
为解决这些问题，世界各国开展了对网络体系结构、网络技术和网络设备改造的研究。
1集成服务、区分服务与核心无状态调度策略
Internet自20世纪60年代出现以来蓬勃发展，近年来更是以惊人的速度增长。
但是单一的尽力而为（Best-Effort）服务，无法满足多媒体应用和各种用户对网络传输质量的不同要求。
因此，以提高网络资源利用率，为用户提供更高服务质量（QoS）为目的的研究极具活力。
例如IETF提出的集成服务（IntServ）和区分服务（Diffserv）体系结构、分组调度策略和队列管理算法等。
Intserv提供端到端的质量保证型服务（GuaranteedService）或可控负载型服务，Intserv需要所有的路由器在控制路径上处理每个流的信令消息并维护每个流的路径状态和预约状态，在数据路径上执行基于流的分类、调度和缓冲区管理。
Intserv依靠资源预留协议RSVP逐节点（Hop-by-Hop）地建立（Set-Up）或拆除（Tear-Down）每个流的资源预留软状态（softstate），依靠接纳控制（AdmissionControl，也称准入控制）决定链路或网络节点是否有足够的资源满足QoS请求；
依靠传输控制（TrafficControl）将IP分组分类成传输流，并根据每个流的状态对分组的传输实施QoS路由、传输调度等控制。
要实现具有QoS保证的Intserv是比较困难的，它需要基于流的、复杂的资源预留、接纳控制、QoS路由和调度机制。
而在复杂、大规模网络中链路的是不确定的，有效地预留带宽等资源是一件困难的工作。
而且，提供QoS的Intserv具有某种面向连接的特性，而IP网络的发展仍不具有面向连接的特更本质的问题是，Intserv面临着可扩展（Scalability）和鲁棒性（Robustness）问题，前者是因为基于流的操作的复杂性通常随着传输流数量的增加而增长;
是因为在分布式网络环境中很难维持动态的、复制的传输流状态的一致性。
Diffserv产生的目标在于简单有效，以满足实际应用对可扩展性的要Diffserv简化网络内部节点的服务机制，在内部节点只进行简单的调度转发，流状态信息的保存与流监控机制的实现等只在边界节点进行，内部节点是状态无关的。
Diffserv简化网络内部节点的服务对象，采用聚集传输控制，服务是流聚集（FlowAggregate）而非单流，单流信息只在网络边界保存和处理界节点根据用户的流规则（Profile）和资源预留信息将进入网络的单流分类、形、聚合为不同的流聚集，这种聚集信息存储在每个IP包头的DS（DifferentiatedServices）标记域中，称为DS标记（DSCP）；
内部节点在调度转发IP包时根据包头的DSCP选择提供特定质量度转发服务，其外特性称为每跳行为（Per-Hop-Behavior，PHB）。
网络边界对单流做分类聚合与网络内部对聚集流提供特定质量的调度转发服务，这两个过程是通过IP包头内的DSCP协同起来的。
Diffserv增强了可扩展性，但是也付出了降低保证QoS性能的代价。
实际Diffserv的多域分类是无法提供端到端QoS保证能力的，Diffserv要实现真端到端的QoS，还有很长的路要走。
核心无状态调度策略，实际上是基于每个流的调度策略的一种变形。
一说，调度策略需要为流维护两种信息:
服务质量要求参数和速率控制所需的及状态信息。
在基于每个流的调度策略中，进行流识别的目的就是为了获取信息。
而核心无状态调度策略将它们记录在每个数据包的头部[l0]，从而消流识别和状态信息维护的需要，而又能达到与基于每个流的调度策略相同果。
核心无状态调度策略的主要优点是在核心网络节点中无需流识别和维态信息，从而具有很好的可伸缩性和健壮性。
但其包处理过程非常复杂，而标准的处理过程存在一定的不兼容性。
2虚拟化网络技术
Intserv、Diffserv和核心无状态调度策略为解决Internet在管理、控制和质量等方面问题提供了具有创新性研究意义的想法和参考，但源于它自身存在的弱点，并不能真正得以在现实中广泛应用去解决互联网现存的问题。
为了缓解IP网络带来的问题，各国开展了多项针对IP网络改造的研究项目，如：
美国的Internet2项目、PlanetLab试验床、NEWARCH项目、CORONET项目；
欧洲的即FP6、FP7项目；
日本的JGNZ项目；
加拿大的CA*net3、CA*net4项目；
韩国的FI未来互联网项目;
我国的CNGI下一代互联网、高可信网、新一代互联网体系结构理论研究等863、973项目。
这些项目都是从现有IP网络基本结构上进行改革，具有与之前网络研究的延续性与可操作性，但是对于IP网络存在的问题只能是有缓解作用，并不能从根本上解决IP网络的问题。
任何技术体系都有它的生命周期，经过若干年的发展就可能发生较大的革新，IP网络体系结构也不例外。
目前，国际学术界一般都认为，未来的新型网络很可能不是基于IP，而是一种全新的体系结构。
为此，美国、欧洲、日本、加拿大等国家和地区在05年之后纷纷在各自网络研究基础之上开展了新一代网络研究计划，提出了虚拟化网络技术。
虚拟化网络技术其核心目的是在一个物理网络基础设施上同时运行多个互不干扰的逻辑网络，这些网络可以有自己特定的拓扑和路由算法，并允许各逻辑网络（或称为虚拟子网）采用完全不同的体系结构，从而允许虚拟子网中实现充分实验、完全创新、各具特色的网络技术。
虚拟化也为未来运营性网络提供框架参考，在虚拟化网络环境中，允许多个运营商的网络共享一个公共的底层网络基础架构（链路、交换节点等），每个网络都在其中拥有不受其他网络影响而又可以灵活调整的网络资源份额。
不同运营商可以采用不同的网络协议。
因此，虚拟化网络技术的特点也有利于实现现有IP网络与新一代网络的共存和过渡。
虚拟化网络技术研究相关的未来网络研究项目例如：
美国开展了FIND计划和GENI计划1231；
欧洲最大的网络研究项目FP7中的主体资金投入支持未来网络研究项目，使其演进成欧洲未来网络研究FIRE计划、SAC计划的第一步；
日本在JGNZ项目中添加NWGN（NewGenerationNetwork）概念，开展为JGNZ+项目，成为日本未来网络研究计划AKARI的起始点；
加拿大启动以CA*nets未来网络研究项目等。
网络虚拟化的总体设计目标是实现各种异构网络或业务，在同一个的物络结构上的有效共存并实现融合。
在这个总体目标的驱动下，进一步提出了基本设计目标，以此来指导后续工作。
l）灵活性
网络虚拟化在各个方面必须满足灵活性，每个虚拟网络能够适合于任意拓扑，路由技术，并且能够实现个性化的网络协议，而与其他虚拟网络的状态无关。
2）分类管理性
按不同的网络资源主要供给分成服务运营商和物理资源运营商之后，网拟环境的管理任务就进行了分类，物理资源运营商主要的负责任务是负责其有的物理网络设备资源的管理和运维，而服务运营商主要负责任务是下辖所拟网络满足客户各种需求的管理和运营。
最后的总体目标是实现完全的端到网络管理和服务质量保证。
3）可拓展性
在多个虚拟网络并存的基础上，可拓展性是网络虚拟环境的一个设计目需要清晰地了解在现有有限资源的前提下，最大可以承载的虚拟网络的数量，且这种虚拟网承载映射是可重构的。
4）安全性
网络虚拟环境通过保证各个虚拟网络之间的完全隔离来实现安全性，这得网络对于突发性攻击和错误有更好的弹性。
单独的虚拟网络的瘫痪不会影他虚拟网络的正常运行。
这种安全性还体现在保护各个虚拟网络的隐私信息方面。
5）异构性
网络虚拟环境的异构性体现在两个方面:
第一，底层网络技术的异构性，络虚拟环境能够融合无线网、光网、传感器网络等，每种网络的不同特性导络虚拟环境的不同解决方案;
第二，虚拟网络的异构性，在底层网络技术基础上，服务运营商需要能够并行设置不同的虚拟网络，这就要求虚拟网络的协议和算法需要适应不同的底层网络技术。
6）可编程性
网络虚拟环境的可编程性要求网络中各个元素的可编程性，这样才能支持服务运营商的灵活个性化协议和多样性服务，实现网络的可拓展可升级。
同时，这种可编程性也需要满足有效性、安全性。
3负载平衡网络技术
负载平衡技术源于多处理器领域，通过使整个系统的负载趋于平衡的方面提高整个系统的效率。
近年来，负载平衡技术被引入到新型网络技术的研究为网络核心节点的实现方式、网络整体框架设计、选路算法等都提供了新的和新的方法。
基于负载平衡的两级交换结构是由台湾清华大学张正尚教授提出的，该交换结构证明在第一级负载平衡条件下，第二级端口的匹配关系只要匹配置换矩阵满足Birhoff-vonNeumann矩阵分解条件就可以得到100%的吞吐量，大大简化了匹配算法的复杂度，且在不需要加速比的条件下得到OQ的性能。
但是两级交换结构当为区分QoS提供支持的时候，匹配矩阵的分解需要事先对包流的需求有明确的认知，并且在端口多、数据量大情况下的分解就会出现计算复杂、计算量大的问题。
基于负载平衡思想的valiantLoad-Balancing（VLB）路由策略是由美国斯坦福大学研究人员提出的。
它假定每个节点之间都存在一条最短逻辑链路直连，构建一个全连接的网络结构（FunMesh）。
节点发送包第一跳平均发送给网络中其它所有节点，第二跳再由其它所有节点发送到目的端节点。
VLB路由负载压力均分，选路只跟链路和节点的容量有关，从而解决了最短路径方法容易产生网络拥塞的问题和流量工程中难以获得的业务流量矩阵的问题。
基于负载平衡思想的Oblivious路由是由美国麻省理工大学研究人员提出的，Oblivious路由建立在美国加州伯克利大学研究人员提出的i3网络结构（InternetdirectionInfrastructure）基础之上。
i3网络主要的思路是在核心网络中心建立数个超级中心节点，边界点的以一定的比例关系将包通过逻辑路径直接发送给这些中心节点而不是目的节点，之后再由这些中心节点通过逻辑路径直接发到目的地，以此直接的两跳来解决网络利用率和拥塞问题。
Oblivions路由在i3网络思想的基础上，将第一跳中分包过程改变为等分，所有中心节点具有相同的性能，使i3网络实现完整的负载平衡关系，获得负载平衡下更高效和更简易控制的目的，并扩展了负载平衡路由的应用到非逻辑全连接网络拓扑中。
基于负载平衡思想的路由仍然存在着结构特殊、拓扑单一等问题，如何拓展负载平衡路由的应用，有待于未来负载平衡路由技术研究中做进一步的探讨。
4总结
本文针对现在的通信网络，特别是Internet网络存在的缺点，较详细的阐述了几种新的核心/骨干网络技术，包括：
核心无状态调整策略、虚拟化网络和负载平衡网络等，同时指出了各种新技术存在的不足之处。
这些工作应该有助于网络新技术的发展和完善。
参考文献[Reference]
[1]林闯,单志广,盛立杰等.Internet区分服务及其几个热点问题的研究[J].计算机学报，2000，23（4）:
419-433
[2]林闯.多媒体信息网络QoS的控制.软件学报[J]，1999，10（10）:
l016-1024
[3]杨帆.基于负载平衡的新一代核心网络技术研究[D].北京邮电大学，2010
[4]陈少龙.基于虚拟化技术的网络访问控制系统模型研究[D].北京邮电大学，2009
[5]傅天愉.浅谈虚拟化技术对网络应用系统建设的影响[J].中国科技信息，2009（23）
[6]王继龙.建立新一代互联网科学实验体系[J].中国教育网络，2007（07）
[7]金伟祖,张霄翔.基于SOA的科学资源共享集成服务规范[J].2010（02）
[8]李思衡,王辉.基于QoS的智能光网络中约束路由算法研究[J].光通信技术.2010（01）
[9]李玉岩,赵荣彩,金晓燕等.LRT流量对网络QoS的影响[J].光通信技术.2010（01）
[10]张皓,周志杰,张文强等.一种支持多用户QoS的跨层资源分配策略[J].系统仿真学报.2010（01）
[11]姚全珠;
孔伟基于模糊逻辑技术的中间件负载平衡机制[J]计算机工程.2010（20）
[12]陶南;
周定康P2P服务分类技术的负载平衡策略研究[J].计算机应用.2008（01）
[13]章小宁;
李乐民;
王晟Valiant负载平衡技术在宽带通信中的应用研究[J].重庆邮电大学学报（自然科学版）,2008（01）
[14]邓华锋;
刘云生;
肖迎元分布式数据流处理系统的动态负载平衡技术[J].计算机科学.2007（07）
[15]李雪;
翟正军;
王季基于HLA分布式仿真中的负载平衡技术研究[J].微电子学与计算机.2007（11）
[16]朱辉.P2P数据库系统负载平衡技术的研究[D].华中科技大学.2009
[17]邵一峰.结构化对等网络中负载平衡技术研究[D].上海交通大学.2007
[18]李雪.分布式虚拟靶试系统中的负载平衡技术研究[D].西北工业大学.2007
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