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国际智慧学会创新智慧研究会的博客

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IPV9和未来网络命名和寻址方案  

2009-07-17 13:26:23|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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未来网络命名和寻址方案:

问题陈述和设计目标

 

2009ISO / IEC JTC1 SC6工作组会议准备,

作者:谢建平,张庆松,钟伟

 

 [2009年6月,中国专家在ISO/IEC未来网络会议上发表了关于未来网络命名和寻址方案设计目标的技术报告,受到了与会各国专家的好评。相关情况见:《十进制网络标准工作组参加ISO/IEC未来网络东京会议成果介绍》。本文是原英文稿的中文翻译稿。IPV9的技术内容将逐步向外界公布]

1. 摘要

       这份技术报告是由中国国家成员体为ISO/IEC JTC1 SC6未来网络项目准备的。它回顾了现有的网络在寻址和命名机制上的结构性限制,讨论这些限制在网络通信中如何引起不便和效率低下。根据未来网络设计目标,报告中就新的命名和寻址方案所需功能进行了讨论。该报告还提供了有关下一个步骤的建议。

 

2. 背景

 

20074月的西安会议上,ISO/IEC JTC1 SC6决定开始未来网络标准研究工作。新网络开创性的设计必须能够满足2020年以后的需求。

200710月,第一次未来网络会议在巴黎举行。在会议提交的9个报告中,只有一个报告涵盖了关于新网络的新命名和寻址架构问题。这个报告来自中国。1

在巴黎会议后评论期中,中国国家成员体提交评论指出,命名和寻址是新网络的核心研究领域,关于这些问题的研究工作应该早于其他非核心领域启动。该文件还表明,中国的IPV9项目已经在这方面做了大量研究。2

20084月的日内瓦会议上,韩国国家机构提交了一份题为基于地理空间位置的寻址办法的文本。3在中国的IPV9之后,这是第二个关于寻址和命名机制的文件。

SC6认识到,命名和寻址问题的重要性,并鼓励中国专家为未来网络编写一份关于新的命名和寻址设计的预研报告,在未来的会议中提交。4

为完成ISO/IEC的这一委托,中国专家们进行了研究,并完成了这份报告。

 

3. 研究目标

 

    这份报告有两个目的:讨论未来网络新地址和寻址方案的重要性,并指出了在这个领域的未来研究方向。

这份报告是更像是一个可行性研究,而不是提出具体的技术。我们将侧重于围绕命名和寻址的一般性问题,如问题、目标、差距等等。在这个早期阶段,我们将避免把重点放在任何具体的技术。但必须指出的是,一些先进的研究项目,如中国的IPV9可提供宝贵的认识或经验,如果没有这些经验,我们可能无法找到旧的命名和寻址方案的缺陷,也不会对是否满足未来网络的设计目标有信心。

 

4. 命名和寻址在新网络设计中的重要性

 

在任何网络设计中命名和寻址都是两个密切相关的核心机制。

命名是一项给每一个计算机或与网络连接的物体或正在发送或接收的信息一个网络身份的机制。

寻址是提供发送器或接收器在网络中位置信息的机制。

就像邮件通讯系统,网络的目的是从一个点到另一个偏远点或从一个人到另一个人传送信息。为了进行交付,发件人必须先知道对方姓名,其次他必须知道另一方的所在位置。因此,网络系统必须包含命名和寻址方案,作为最根本的协议,使机器知道向谁和向哪里发送信息。

在网络设计中,命名和寻址不仅是重要的和不可或缺的,而且也应该在设计时间表中占有最优先的地位。只有在命名和寻址方案设置完成后,整个体系和其他子系统,如路由器的设计和应用服务才能有一个基础来开始工作。

 

5. 目前命名和寻址方案的问题

 

在未来网络的研究领域内,命名和寻址方案也是至关重要和必不可少的。这不仅是因为一个简单的事实,即新的网络需要新的机制,而且还因为旧的命名和寻址机制上的结构性局限,导致其不适合未来的网络环境。

 

5.1旧域名和IP地址机制

目前的互联网网络依赖于TCP/IP版本46 IPv4IPv6 )进行通讯和连接。每台机器具有独特的身份约束的IP地址,以便从对方的网络区分数以百万计的用户和计算机。该网络通过一个独特的和共同的地址格式,使每一个网络连接子网或机器获得一个唯一的IP地址,以便它能够识别和区分。

为了确保网络上每台计算机IP地址的唯一性,在旧的网络设计中采用集中注册机制。用户从具有垄断性的中央登记管理机构(或其指定的分代理机构)那里进行申请注册。该机构确认申请人的规模和未来的发展前景并分配IP地址。

IPv4IPv6为命名和寻址使用单独的方案。 IP地址是为机器设计用来找到信息传输的目的地。域名是主要由字符组成可以帮助人们识别和记忆网络信息主体的名称(域名)。每一个域名有一个专用的IP地址相匹配。域名使人们可以更方便地访问网络。结合IP地址,域名,分配,登记和管理系统形成了目前通信网络的核心机制。

 

5.2旧的命名和寻址系统的历史局限性

在评价当前的IP命名和寻址办法时,我们必须采取两种观点:一种是历史的,另一种是未来的。

在历史的角度来看,我们必须给当前IP命名和寻址方案所取得的成就以相当的赞许。他们成为世界各地连接数十亿人的万维网的基础。

在未来的角度看,我们必须实事求是地承认,目前的IP命名和寻址方案,由于其固有的先天性缺陷,已经不能做我们要求其做的所有事情了。我们必须寻找其他出路。

当前的IP命名和解决方案依赖于一个形成于约40年多年前的设计概念,因此是过时的了。

IPv4的命名和寻址机制起源于20世纪60年代和70年代。当时,计算机通信使用是有限的。设计师从来没有设想到网络发展和在世界各地的扩展是这么快速和广泛。有数以百万计的电脑和几十亿用户每天上网。这是在有限的使用设计和无限制实际要求之间的冲突。这造成了许多问题。IP地址的缺乏是问题的一个例子。

虽然IPV6是一项被采用的新的解决方案,但是它并不能解决所有问题。IPv6的优势是扩大现有的IP地址。然而,IPV6继续采用 进化的办法,从未打算做全面的结构性调整,而且留下了不少未触及的问题。

 

5.3旧的命名和寻址系统的技术局限性

当前的命名和寻址方案具有以下主要限制:

5.3.1.          旧的方案需要中央登记权威,保持关键设施控制的互联网。这将导致信息安全在国际社会中受到广泛关注。

5.3.2.          集中域名注册机制为拥有大量IP地址的用户或国家造成了沉重的经济负担。

5.3.3.           IPv4地址资源供应有限。IPv4地址预期到2010年会用完。

5.3.4.          路由表变得越来越庞大。它造成管理和维护的问题,并增加路由器的工作负荷。

5.3.5.          集中域名系统形成了一个纵向结构,伴随瓶颈的产生,增加网络的拥塞。

5.3.6.          域名和IP地址的分离需要一个域名到IP地址的转换过程。它降低了信息传递的速度并导致了很多负担。

5.3.7.           IPv4只能使用数据加密技术( IPv6IPSec),但它的地址不能被加密。它不能提供地址保密。

5.3.8.           IPv4地址只能提供“类型”的地址,但不能提供需要高品质的通信应用的“层”地址来满足例如多媒体和信息实时传输的需要。

5.3.9.          现有的命名和寻址方案的审议缺乏地理或国家的考虑。它为国家政府在网络管理和信息安全造成问题。

5.3.10.      IPv4的名称和地址机制必须依靠英语为基础的域名转换设计,不提供多语言环境(如汉语,韩语,日语,俄语,法语,德语等)的直接路由功能。

5.3.11.      然而,目前的域名转换系统不提供英文以外的语言支持,因此,它不能创造允许或转换域名为基础的其他语言,如汉语,韩语,日语,俄语,法语,德语,阿拉伯语等语言和其语法

5.3.12.      当前域名转换系统不能提供全数字身份识别系统,如电话号码,OID编码、手机号码,商品编码,等等。这些数字都必须插入到英文域名的转换。这让一个简单的过程复杂了。它降低了数据安全,浪费了网络资源。

 

5.4 IPv6的限制

 

IPV6的主要改进是它增加了IP地址的长度,扩大了地址资源。然而, IPV6在其他IPv4命名和寻址结构方面没有做重大的改变。因此,IPV6继承了IPv4大部分命名和寻址上的缺陷。此外,IPV6的消除了地理概念的寻址方案。这是不利于管理,安全和经济效率。

 

6差异分析

 

6.1需要开创性的设计

从上述分析目前基于IP的网络技术的局限性,我们可以得出以下几点看法:

l        目前基于IP的网络有许多不足之处。

l        这些缺陷是由结构设计的问题而产生的。

l        在目前基于IP的网络中存在的问题主要是关于命名和寻址方案的缺陷的。

l        不进行结构改革是不可能克服这些问题的。

l        递进的方法(如IPV6)不足以解决问题。

l        未来网络的开创性设计原理是有道理的。

l        开创性设计必须包括重新设计命名和寻址机制。

l        为了实现未来网络的设计目标,我们必须找出在目标和现有系统间存在什么样的差异。

6.2未来的网络设计目标

在文件6N13490中,SC6介绍了未来网络的设计目标,这包括八个方面:5

l        可伸缩性

l        安全性

l        移动性

l        鲁棒性

l        异质性

l        服务质量

l        定制

l        经济效益

 

6.3差异

如果我们比较第5节中分析的当前IP地址命名和寻址机制和第6.2节中所描述未来网络设计目标技术,我们可以清楚地看到两者之间的差异。

设计目的描述了未来网络可以实现或完成这个理想目标。他们的依据是整体观察或对现有基于IP网络的评估。以设计目标为评价的基础,我们会发现目前基于IP的网络命名和寻址方案不能够满足未来网络的需求。

6.3.1 在可扩展性上,在IPv4-IPV6中严格的集中域名注册组织结构和分层路由系统防止可升级网络的出现。

6.3.2 关于安全问题,集中域名转换和暴露IP地址造成广泛的安全关注。

6.3.3 在流动性上,目前的域名和地址协议并不适合将有越来越多的新的通信设备或服务,如手机, RFID技术,传感器等的未来网络环境

6.3.4 在服务质量上,未来的网络应该从用户和/或应用的角度支持服务质量( QoS )。目前基于IP的网络命名和寻址方案需要给予用户更多的自由和给予应用更多的卓展空间。

6.3.5 在异质性上,目前的域名和地址是无法提供支持融合的综合网络的姓名和地址结构。

6.3.6 在鲁棒性上,在当前基于IP网络中集中域名转换和分层网络路由是造成网络拥塞的原因之一。

6.3.7 在定制性上,目前的命名和寻址方案存在过于僵化的政策,也不能提供灵活定制的网络通信。

6.3.8 在经济刺激的措施上,目前的IP地址名和地址收费制度对于用户来说太昂贵了。更好的设计命名和寻址结构也可能会产生经济刺激产生更多的安全和网络效率。

 

6.4 差异的技术分析

这些差距的根源是目前的命名和寻址方案结构上的弱点。下表说明目前命名和寻址方案每个结构特点(在第5.3节本文件)可能会如何陷入与设计目标,未来的网络的冲突。

 

7未来网络命名和寻址方案的设计目标

上述的讨论不仅表明需要为未来网络制定一个新的命名和寻址方案,而且在考虑和评估可能的新命名和寻址机制时,提供我们具体目标的信息。

我们认为,理想的未来网络命名和寻址方案应努力实现以下目标:

7.1拥有全新的设计:命名和寻址必须是全新设计的。修改目前的命名和寻址结构都不足以满足未来网络的宏伟目标。

7.2水平结构。新命名和寻址方案必须有水平结构,以便它能够提供旧的纵向结构不能提供的服务。

7.3数字世界中的地域边界。新命名和寻址必须考虑和尊重地域边界,尤其是数字世界中的国家主权。

7.4地址保密。新命名和寻址方案应提供旨在改善地址保密的安装机制空间。

7.5域名管理的灵活性。用户(个人,机构或公共当局)应该在创造,登记和管理域名上有更多的自由和灵活性。

7.6增强安全性。新命名和寻址方案应该为通过网络的信息交流提供更好的安全性,而且还考虑到更广泛的安全问题,如维持法治和秩序的需要,公共设施,人身安全和国家安全。

7.7点对点连接。新命名和寻址方案应该为点对点连接提供一个基础,这将带来更好的更有效率和更安全的服务。

7.8文化的认识。在新的命名和寻址方案的审议应采取不同文化的特殊需要并为多元文化的网络环境提供技术支持。

7.9信息传输速度:新的命名和寻址方案应能增加未来网络信息分布的速度。可能采用新的命名机制和新的地址结构。他们应该能够支持如直接路由(无需名称地址转换)或字符路由这样的想法。

7.10多维结构。 FNNAS应该考虑多维网络的概念,以便解决目前的等级结构的限制。多维结构可能包括如网格计算,基于位置的寻址方案,分层处理办法等概念。

7.11地址有效性:NAS应该设计一个新的处理架构,提供真正的无限地址资源给那些想要得到他们并负担得起费用的人。
7.12
地址分配:FN-NAS应减少在目前的地址分配制度的不平等现象。例如,拥有百分之二十世界人口的中国应该有足够的地址,以满足其庞大的人口的需求。

7.13减少网络拥塞。FN-NUS的目标是使用新的机制以帮助减少网络拥塞。对目前网络存在的瓶颈应该有明确的反应。

7.14智能网络。 FNNAS必须制定支持智能网络的方案。

7.15经济利益。新的命名和处理机制应提高效率,使用户将减少经济负担。

7.16集成和统一。 FN-NAS必须提供支持一体化和各种服务,应用和网络的统一的机制,为了支持的所有的服务网络概念建立网络平台。

7.17纯数字世界。FN-NAS必须为纯十进制网络通信进行设计,使新的网络可以提供一些特殊的如移动电话, RFID技术等应用的支持。

7.18名称和地址一体化。展望未来,肯定有需求是因为特殊的应用将名称和地址整合成一个实体,但目前基于IP的网络被分割成两块。FN-NAS必须找到一种方法来缩小差距。

7.19新的应用空间。FN-NAS必须具有前瞻性思维和提供命名和寻址离开空间以解决将出现在今后许多年中出现的新的应用。

7.20一致性。虽然会有很多方面的考虑, FN-NAS必须保持一致性。在概念上它必须有透彻的理论研究和稳健的工程证明。以寻址方案为基础的位置。

7.21兼容性和互操作性。全新的设计并不意味着消除旧的设施。FNNAS不会受旧的命名和处理规则的束缚,但是,我们不应该误导认为新的未来的网络将与旧的命名和寻址办法的网络冲突。 FNNAS应考虑到旧的和新的未来的网络之间的兼容性和互操作性和显示方式如何实现(也许这可以通过工程工作组到)。

 

8可行性

 

上述要求是未来网络必须实现的崇高设计目标。NAS设计或多种设计结合能够满足这些目标。但是,无论提供多少设计,连贯的关系必须在其中建立。最理想的是,提供一个建议能够解决所有的问题和在系统的方式中提供解决方案。

尽管需求看起来太理想化,他们不是不切实际的幻想。中国已经进行新的命名和寻址方案的研究多年了,从例如IPV9的项目的经验,我们有信心这些要求能够得到满足。 (在这个早期阶段,我们不会在IPV9这里讨论具体的技术信息)。

有一个问题是关于SC6是否有权利进行这项工作,或者是否适合成为一个新的命名和寻址方案工作的组织者。有一种观点认为,只有IETF中才能做传统IP命名和寻址方案。但是,我们认为FNNAS项目是属于SC6的工作范围。我们的理由是:

8.1 SC6未来的网络是重新设计一个能够满足未来需求的新网络的一个项目。命名和寻址方案是网络设计的重要组成部分。因此, FNNAS是在SC6范围内的。

8.2未来网络是一个全新的设计,这就需要全新的命名和寻址方案。

8.3 IETF的任务是维护目前的互联网,并采取循序渐进的办法改善目前基于IP的网络6一种开创性的网络设计是IETF不打算或不感兴趣的。这也是IETF是否有能力做这样一个十分复杂和艰巨的工作疑问。此外, IETF没有显示出任何迹象表明它将开始一个类似SC6未来网络和该文件中讨论的FN-NAS项目。

8.4虽然其他新一代互联网的研究项目,例如美国GENIFIND也认识到需要新的命名和寻址方案,他们在这方面的工作还没有取得重大进展。这使得FN-NAS项目看上去就像是在开放的前沿努力探索。

8.5中国有IPV9命名和寻址方案,但它将会是一个合作者而不是竞争关系。中国的国家成员体已积极参与到未来网络项目中,并正在带领FNNAS的研究工作。

 

9下一步

 

我们希望在会议后, SC6将为未来网络的研究承认新的命名和寻址机制的重要性,并立即就这个问题采取下列步骤向前迈进。

9.1 会议结束后,SC6秘书处将这份文件送到SC6国家机关和有关组织进行评论和审查(或作为一个NP选票?)。请求作者考虑收到的意见并提供了给明年SC6会议一个处理报告。

9.2在这次会议上, SC6通过一项决议,正式开始对未来网络命名和寻址方案进行研究(项目代号为FN-NAS )。

9.3 鼓励中国国家成员体为未来网络命名和寻址方案提供一份文件草案的技术指导方针。这份文件可以作为FN-NAS研究或作为在NAS的评价技术提案。初步报告应提交给明年SC6工作组会议。

9.4 描述FN-NAS中期路线图的稿件将送到国家机关和有关组织来。

 

[1] ISO/IEC JTC1 SC6 文件, 6N13376, “IPV9: 人类共同的理想”, 谢建平著, 上海十进制网络科技有限公司”.

2 ISO/IEC JTC1 SC6 文件, 6N13488, “中国的国家机构对未来网络6N13422的评论”, 2008-1-31.

3 ISO/IEC JTC1 SC6 文件, 6N13495, “韩国的国家机构对未来网络的贡献:基于位置的地理寻址方案”, 2008-02-04.

4 ISO/IEC JTC1 SC6 文件, 6N13618, “未来网络ISO/IEC JTC 1/SC 6/WG 7会议报告,” 2008-04-06.

5 ISO/IEC JTC1 SC6 文件, 6N13490, 未来网络设计目标和总体要求.

6 RFC3935, IETF任务陈述。

 

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