第一部分：重构下一代互联网的建议

Internet面临很多挑战，既包括修正由于全社会对网络日益增长的依赖而引发的弱点，也包括对新应用的机遇的投资。这急需网络研究团体应对这些挑战。

研究团体一般选择两条路中的一条去影响Internet。前一条是渐进式发展网络并在发现新的弱点和机遇时表述出来。那些设计今天的Internet的研究团体和商界人士已经遵循这条路线走了近30年，结果只在狭小的范围内片面地解决问题，而实际上许多问题已经超出了过去Internet的体系结构。第二条路是建立新的Internet体系结构，以便更好地解决新出现的挑战。这个方案需要一个全新的设计，所以很可能是革命性的。

虽然现在还不能断言哪种渐进式解决问题的路线最终无法解决Internet面临的挑战，但有两点理由值得注意。第一点是单点方案被渐进式应用到Internet之后会导致日益增长的复杂度。Internet曾经干净的结构已经被补丁弄得肮脏，我们已无法将网络理解成一个整体。日益增长的复杂度使得Internet在面临新的需求和更多的弱点时难于管理，而且更加脆弱。第二，结构上的限制将最终导致当前渐进式改善路线不可行。这篇报告指出了五点这样的限制：

第一，减少信用猜忌。Internet最初认为网络流量是相当友好的，但现在要把它视为敌手；

第二，给用户选择权。Internet最初的开发是与任何商业考虑无关的，但如今的网络架构必须考虑竞争和商业动机；

第三，允许边缘多样性。Internet最初假设主机是连接到网络边缘的，但对于一个传感器和移动设备不断增长的世界来说，以主机为中心的假设是不正确的；

第四，让网络透明。Internet最初并不把内部配置的信息暴露出来，但是对用户和网络管理员来说，网络透明化是很有价值的；

第五，符合应用的需求。Internet最初仅提供一种尽力而为的封包传递服务，但增加功能使网络符合应用的需求是很有价值的。

考虑到单走渐进式改进路线的风险，研讨会专家认为研究团体有必要同时从事革命性网络架构的设计、评估和部署。然而，这条路线也不是没有风险的。首先，研究者需要对体系结构进行更多现实的评估。新的体系结构需要在现实世界中通过大规模的试验来评估。第二，对任何新的架构都要有一个看似可行的部署方案。在纷繁的商业环境中，期望全球都同意或采纳一种新的网络体系结构是不现实的。

尽管有这些风险，但还是可以用网络试验床的方法，允许真实的试验评估，并有潜力发展成为大范围的部署。这种新方法的关键特性包括这样几点：首先,它是可以被全球访问，可被多种候选的网络体系结构共享的重叠的基础设施；其次,拥有插入机制，允许用户有选择地基于每个用户/每个应用来加入，从而提供真实的用户流量，也便于渐进式地部署；第三,一个高性能的底层，足以成功构建一个大范围的体系结构。

在当前的情形和机遇下，研讨会参与者为NSF做出如下建议：

建议一：立即启动一个有关试验性网络体系结构研究的项目。如果成功了，潜在的益处是巨大的，完全值得初期适量的投入。这个专门的研究项目将把研究团体聚在一起，以解决报告中描述的大范围内棘手的体系结构问题，而且必须解决这个问题才能保证项目的成功。

建议二：鼓励基于试验的新网络体系结构的认证方法。纸面上的设计虽然令人振奋，但并不足以让需要采纳它的公司相信，也不能让研究团体评估方案和权衡设计时信服。所以，为了提高成功率，NSF应该在试验性的体系结构研究项目中培养一种期望，也即研究思想通常是要在真实应用中得到验证的。

建议三：为合适的试验床的开发和部署提供资金。实验验证是项目研究过程中的重要环节，对于研究者来说，使用合适的试验床是非常重要的，因此NSF应该努力建造一个内在的试验床以减小接纳新的体系思想的阻碍。为了满足短期的需求，NSF应该资助一个最初的能立即部署的“后试验床”。与此同时，NSF应该启动一个协商的进程，研究团体可以通过它设计长期的方案，以满足研究实验的需求。

建议四：启动一个在近几年内可吸引明显增多的资金支持的项目。设计、建造并广泛部署一个新的体系结构是一件非常困难，但同时又非常重要的事业。为了取得成功，我们需要汇聚分布在各地的专业人士的努力，包括系统研究人员、电子科学家、应用程序开发者、电脑设计师和网络硬件技术人员等。###NextPage###

建议五：设法促进各种体系结构观念的协同一致。学院的研究侧重创新，因此往往强调差别，而不是寻求普遍性。过去Internet成功的经验启示我们，如果我们能够把普遍的网络体系结构特征接合好，就会获得最大的成功。体系结构，从本质上来说，“定义了我们所必须服从的”。因此，为了寻求高效，体系结构研究人员应该寻求融合而不是寻找分歧。

建议六：帮助研究团体向产业学习。突破性的体系结构研究不应该被今天的问题和实践所羁绊，但这些问题提醒我们不要重犯过去的错误。研究团体和商业社会之间的巨大鸿沟往往阻碍了两者之间的高效交流，从而对两者都造成伤害。NSF必须在研究员与使用者之间架设起沟通的桥梁。

研讨会专家认为未来可能产生三种不同的结果。第一，可能是多种有前途的体系结构都发展起来，经过一段时间后，融合成一个Internet的新的体系结构。在理想情况下，把新的体系结构带到商业化的边缘，渐进式的部署可以因此取得成功。第二个可能性是，很多有效的体系结构涌现出来，但并没有达成一致，从而形成一个正确的体系结构。取而代之的是，支持多种体系结构的试验床出现，并成为未来全球通信基础设施的底层。第三种可能是，作为项目的一部分发展起来的思想，帮助对体系结构形成新的理解，这些思想也逐步地更新到现有的Internet体系结构中去。这种可能性预示着第二条路线（巨大变革的体系结构）确实比第一条路线（渐进式改进）提高了成功的可能性。

第二部分：Internet的渐进式努力

Internet在相当短的时间内就从根本上改变了世界的信息基础设施。这种成功在很大程度上是因为它创新的体系结构，在很多方面突破了传统的（主要是电话传送的）思路。目前的体系结构容纳了很多网络技术，跨越极大的速度梯度、支持众多的应用、能承受数目可观的失败，而且覆盖上亿个节点。此外，曾经在Internet成型时期推动了有组织的多方向发展的体系结构，在未经修改的情况下，和很多有竞争力的提供者一起，承受住了向商业机构的痛苦转变。无论从技术上看，还是从商业上看，Internet体系结构已经成功地超越了任何人最大胆的梦想。

令人沮丧的现状

然而，在Internet诞生的三十多年里，新的使用和滥用，以及向商业机构转变的事实，都把Internet推向一个最初设计所不曾预料，也无法轻易适应的境地。这些问题包括：在处理主机移动性、主机多径接入、数据移动和复制时的麻烦；对避免意外的及有害的流量缺少保护；域间路由日益增长的复杂性和脆弱性；边缘设备的多样性带来的根本性的影响，包括传感器网络。层出不穷的问题，加上Internet的集中性使得这些缺陷更加显著和紧急。因此，目前普遍认为Internet的体系结构需要本质上的转变。

遗憾的是，这种转换的可能性显得越来越悲观。采用一个新的体系结构不仅需要改进路由器和主机软件，而且由于Internet由多方提供的特点，还需要ISP一致同意新的体系结构。这种对一致性的需求是相当糟糕的，不仅因为众多提供商的一致性很难达到，而且这样做会丧失体系结构创新带来的竞争优势。达到一致性的诸多困难，部署推动力的缺乏，以及升级架构的可观代价，这些因素叠加在一起，从根本上改变Internet的体系结构近乎无望。所以，很多人认为从一个基本的实验起步Internet的体系结构，如今已经硬化成一种不可改变的现状。

体系结构永久冻结的现状已经很严峻了，而事实上这种情形还在继续恶化。为了适应新的压力和需求，越来越多的点对点解决方案纷纷出台，其中很多是违背了规范的体系结构的（如中间盒）。尽管受到体系结构纯化论者的嘲笑，但为了满足体系结构本身不能实现的合理需求，这种修正还是出现了。这些体系结构的“刑具”——难看的部分已经把它粘附在一个不可改变的结构上——虽然会达到短期的目的，但会深远地影响Internet长期的适应性、可靠性、安全性及可控性。因此，不可能的情况与需要改变的情况之间的冲突，导致了暂时适宜但最终有害的体系自由。

尽管商界针对当前的Internet应用提供了单点解决方案和其它各种解决方案，研究团体还是面临两难处境。网络体系结构是个微妙的东西，它不易于用严格的分析和合适的仿真来理解，最好的理解方式就是通过广泛的活动进行试验。然而，目前的试验床范例还不能胜任这项任务。传统的试验床可以粗略地分成生产型和研究型。生产型的试验床，比如Internet2，支持来自真实用户的真实流量，往往是来自不同的节点的巨大流量。这样，它们能提供体系结构运转所需要的有价值的信息。然而，它的用户无权选择是否加入试验床，而且不能意识到他们的流量也是试验的一部分。他们希望性能和稳定性不比标准的Internet差。因此，生产型试验床在设备方面特别保守，都是用一些很可靠的只有极少改进的设备。

研究型试验床并不从真实用户那里得到很多流量，而是依靠合成流量或小部分勇敢的用户。这就使得研究者们更加敢于冒险，使用最新的设备。但不幸的是，由于缺少真实的流量，使得结果不能陈述真实的运转能力。因此，任何一种试验床——生产型的或研究型的——都不能提供充分的数据对体系结构进行评估。因此，很难在试验评估的基础上为新的体系结构设计制造一个有推动性的实例。此外，由于使用了专用的传输链路，两种类别的试验床都耗费了可观的成本，很难被大规模地采用。所以，它们往往拥有小的地理规模并且需要大量的资金支持。正是因为上述的这些限制，传统的试验床并不能发挥其预期的价值，显然不能把我们带到未来的网络体系结构中去。###NextPage###

渐进式研究带来新希望

前文描述了令人沮丧的现状，即原有的体系结构不好改动，研究人员又不能验证他们的新设计。然而，这样的窘境依然存有希望。经过了近十年渐进式的研究，人们对更基础的结构问题重生兴趣。这项结构研究仍然处于早期阶段，而且明显需要更多的支持以取得成果，但这些最初的体系萌芽是激动人心的。因为没有提供任何权威的方案，他们建议Internet面临的许多挑战都可以通过体系结构的创新来解决。

此外，目前传统试验床手段有了很好的改变。时下的两个趋势——虚拟化和重叠网络，可以被组合起来以搭建高效和廉价的试验床。重叠网络常常被用来扩大当前的Internet，并部署实验设计。与传统的物理试验床相对，重叠网络并不限于地域范围。事实上，任何用户可以通过主代理服务器提供的封包重定向机制访问重叠网络。每个用户或每个应用都可以决定是否采用重叠网络。如果重叠网络崩溃了，用户的流量可以默认地返回到普通的Internet服务中。因为没有地域限制，细致的选择性接入能力，自动的侦错转换的存在，都意味着试验体系可以轻易地吸引大量志愿者的流量。这就打破了传统的试验与生产一分为二的格局。这些重叠网络可以将两者结合起来。

此外，重叠网络并不需要大量的带宽上的投资。然而，这样的网络需要很大的精力去部署和管理，而且这种部署单一用途重叠网络的费用将超过大多数研究人员的财力。幸运的是，高虚拟化基础设施的发明，比如PlanetLab，提供了一种逻辑上的“路由”，因此可以用这种基础设施来支持很多当前的体系结构试验，每个试验都运行在它自己的逻辑路由器上。运行一个重叠网络的经济负担被分摊到大量的试验中去，每个研究员的费用开支都保持在一个更易于控制的级别。所以，这些虚拟化的试验床为大多数研究员通过大规模的实验活动验证新体系结构方面提供了新的希望。

如果没有一个可行的部署方式，一切基于这种方式的试验都是没有意义的。就像前文所论述的，对一致性的要求，和随之而来的竞争性优势的缺乏，以及为升级已部署基础设施的巨大投资，都使当前ISP们对部署下一代网络体系结构心存顾虑。所以新体系结构的部署有赖于新加入的服务提供市场。鉴于这种产业的高投资和低利润，传统基础设施的ISP看样子不会来抢占这个市场。然而，重叠网络是进驻这一市场的划算的方式。新一代服务提供商将部署一个支持新的体系结构的重叠网络，并发布代理软件以允许任何人从任何地方访问这个重叠网络。这种部署方式还会被一种高虚拟化的重叠网络基础设施所增强。WEB提供商掌管设施，在其许可下，独立的公司很容易地建立起产品级的web网站，同样，一个商业化的重叠网络掌管设施可以大幅度降低进驻服务提供商行业的门槛。事实上，这种虚拟化的基础设施并不需要重叠网络，而且可以建立在一套专用的链路和虚拟路由器上。对一个大型的新体系结构的开发和部署以及服务市场的发展来说，这种方式具有特别重大的意义。

尽管现状是悲观的，但上面描述的新发展又给未来提出了希望。人们对新体系结构的实施抱有越来越浓厚的兴趣，而且一些早期的结果都表明它是有前途的。虚拟化的重叠基础设施可以让这些新设计的大范围而廉价的试验成为可能，而且最终的部署可能也按同样的虚拟化方法实施。所以，成功的萌芽是存在的。

这种机遇并不容易被察觉到。研究团体应该紧密围绕这些挑战，并且坚持部署下去。这不是一件轻松的事情。它不仅需要大量的时间和努力，还需要研究团体的文化发生改变。研究人员不仅应该超越成功的学术模型，还要努力产生一些影响。

研究机构中的很多人都已经感觉到这种影响很迫切，但是他们需要相当大的支持才能获得成功。对体系结构研究的更广泛关注将汇聚更多感兴趣的设计师和有意思的设计。