位置与标识分离的命名和寻址体系结构研究综述

随着互联网的发展,传统TCP/IP网络体系结构的IP地址语义过载问题所导致的移动性、扩展性和安全性等方面的缺陷逐渐暴露出来,并限制了多宿主、流量工程等新技术的发展.针对这一问题,学术界普遍认为需要对下一代互联网的命名和寻址体系结构进行重新设计,将位置与标识分离作为新一代互联网的基本设计原则之一.近年来,涌现了许多基于位置与标识分离的新技术和解决方案.首先对基于位置与标识分离的网络体系结构研究所面临的关键性问题进行了分析;然后对相关研究工作进行了回顾,并对相关代表性研究成果进行了深入评述;最后展望了未来的一些研究方向.

一种基于位置/标识分离的站点多宿主路径失效恢复机制

多宿主是克服路径失效,提高站点服务可靠性的有效途径之一。然而囿于当前TCP/IP体系结构的限制,多宿主还没有得到很好的普及。其中一个重要原因就是IP地址语义过载,IP地址既代表了网络节点的拓扑位置又是节点的标识。在LISA(Locator Identifier Split Architecture)命名与寻址体系结构下,提出了基于位置与标识分离的站点多宿主方案,并以此为基础提出了路径失效恢复机制:LISA-Recovery。模拟实验验证了该机制能够有效地检测路径失效和性能下降,并进行快速的路径切换,从而保障了上层应用服务的正常运行。通过理论计算,分析了LISA-Re-covery所带来的开销很小,显示其具有较好的实用性。

一种基于位置和标识分离的移动性管理解决方案

基于位置和标识分离的解决方案不能很好地同时解决移动性支持和可扩展性差的问题,并且难于部署。文章提出一种新的基于位置和标识分离的网络架构,并给出与该架构相适应的移动性管理解决方案。该方案不仅能很好地解决网络的可扩展性问题,在移动性支持方面还具有如下的特点:不需要修改终端协议栈,易于部署;标识符含有一定的路由信息,能提供较好的与传统终端互通的能力;将映射系统分布于边缘网络内,增强了系统的鲁棒性并降低了切换时延。

标识分离映射协议一致性测试的设计与实现

一体化标识网络中标识分离映射协议可以实现用户身份与位置分离,克服传统TCP/IP协议标准体系中IP地址的语义二重性在路由可扩展性、移动性、安全性等方面带来的问题。为了弥补国内外协议一致性测试系统的缺点和不足,文中介绍了一种模块化协议一致性测试系统。该系统可以实现自定义测试用例和测试流程,支持新协议的一致性测试。文中充分分析了一体化标识网络中的标识分离映射协议,针对标识分离映射协议的基本首部、分片重组、安全认证、安全加密、标识分离映射五个方面设计一致性测试集,在协议一致性系统上按照测试描述语言实现测试用例,并利用协议一致性测试系统进行测试。对测试结果进行分析,验证被测设备中标识分离映射协议实现符合协议标准定义。

一种基于地址标识分离的主机身份认证机制

对通信主机进行有效的身份认证对于提高网络通信的安全性具有重要意义,在主机地址和标识分离机制的基础上,设计实现了一种具有层次结构的主机标识标签,并在此基础上设计了一种通过PKI机制实现主机实名标识的产生与分发机制,实现了对主机身份的实名认证,确保主机身份的可信性。进一步,还实现了一种基于P2P架构的主机身份标识映射模型,为网络用户提供高容错性和高扩展性的地址标识映射服务。提出了一种分级认证中心组织结构下的通信双方身份鉴别机制,能够通过基本数据交换和证书查询,在双方进行通信之前对主机的身份进行鉴别,有效保证通信的安全性和可追溯性。

移动IP技术及三标识分离研究

就改进现有移动IP技术进行研究,现有的移动IP技术是对已有IP网络协议的补充与改进,但由于IP网络的一些先天不足,导致出现三角路由,安全性差等问题。在此基础上提出身份标识、位置标识、路径标识、三标识分离的移动IP解决方案,从根本上解决现有移动IP技术的问题。

一种基于位置与身份标识分离协议的映射查询方法

互联网面临的主要挑战之一就是路由系统的可扩展性。针对如何减少核心路由表规模,如何减小路径查询长度,如何避免IP语义过载等是亟待解决的问题。基于位置与身份标识分离(locator/ID separation protocol,LISP)协议和Chord算法提出了一种新的映射方法 LISP-Chord。LISP-Chord映射查询机制采用Chord算法,将端标识—路由位置(endpoint identifiers-to-routing locators,EID-to-RLOC)映射关系分布式的存储在映射服务器(MapServ-er)上进行资源查询。仿真结果表明,相比LISP-MAP,LISP-Chord协议具有更低的路由表复杂度,更低的节点加入退出开销以及更低的查询跳数。

位置与标识分离的网络访问控制机制

在位置与标识分离的体系结构(LISA)的基础上,提出位置与标识分离的体系结构的网络访问控制机制(LISA-NAC).该机制包括基于标识的访问控制(IBAC)模型和自验证标识.IBAC模型提供了更加精确和高效的网络访问控制,并能适应移动节点的访问控制.自验证标识使得报文接收方可以不依赖第三方认证,直接根据报文携带的信息来验证报文源归属,从而减少标识欺骗的可能性.基于原型系统的实验结果表明,LISA-NAC带来的传输性能下降和系统开销较小,具有可行性.

一种基于标识分离映射网络的子网移动性管理方案

标识分离映射网络成功实现了身份与位置分离,解决了单点移动性问题,但是没有考虑子网移动性管理的问题。在此基础上提出一种基于分级多层映射机制的子网移动性支持方案,通过子网多身份标识到唯一路由标识的多对一映射机制,在实现子网整体移动性支持的同时,又降低了网络整体信令开销和切换时延开销,优化了网络性能。仿真结果说明,在子网移动过程中,与普通节点单独注册相比,采用基于分级多层映射机制的块注册方式,可以有效降低网络整体信令开销和切换时延开销,尤其是核心网的信令开销,从而避免核心网资源的浪费,提高网络的整体性能。

基于可编程平台的标识网络移动性管理机制

标识网络的提出解决了传统TCP/IP网络中IP地址“二义性”带来的移动性问题,然而标识网络的颠覆式创新在现网中部署存在困难。随着协议无关的可编程平台技术不断发展,为解决标识网络部署困难带来可能,为标识网络的大规模推广带来便利条件。该文提出一种基于可编程平台的标识网络移动性管理机制,结合可编程平台数据与控制分离的特点,在数据平面设计一套报文处理与转发逻辑实现数据报的解析与转发,在控制平面设计包含四个模块的控制系统实现设备身份认证与映射注册、跨接入域通信的映射查询、移动终端跨接入域移动切换等网络功能。基于可编程平台搭建了标识网络原型实验系统,对基于可编程平台的标识网络移动性管理机制的功能和性能进行实验测试评估。结果表明,该机制能够支持标识分离映射、标识发布与查询、设备移动切换等功能,性能满足大部分实时应用需求。

基于标识/位置分离的新型移动性管理机制研究

标识/位置分离是未来网络的重要设计原则之一,LISP基于标识/位置分离提出了一种有效解决互联网路由可扩展性问题的机制,但其在移动性支持方面仍存在诸多问题。为此,本文提出了一种基于LISP架构的新型移动性管理方案,通过引入三种命名机制和两种映射系统,可以在保持映射系统可聚合的前提下,避免现有LISP移动性方案存在的双重映射、双重封装等问题,提供高效、灵活的移动性支持。同时,该方案还提出了一种快速切换机制来进一步优化切换性能。

标识路由关键技术

现有路由系统面临来自可扩展性、移动性、多宿主以及流量工程等方面的挑战,已经不能满足客观需求.基于位置与标识分离的思想,提出了标识路由的概念并对其研究范围进行了精确的界定.根据标识路由的设计目标,还详细介绍和比较了国内外相关的研究工作.最后提出标识路由研究的若干关键问题,并对未来的研究方向做出展望.

智慧标识网络的未来互联网体系

现有信息网络的原创模式是相对"静态"和"僵化"的,网络不能自动感知服务的需求变化,网络资源无法按照需求动态适配,无法满足未来网络"高速"、"海量"、"泛在"、"绿色"的通信需求。要从根本上解决现有信息网络原始设计的严重弊端,必须创建全新的智慧型未来网络体系与机制,建立相应的基础理论体系。为此,一体化标识网络提出了"4种标识,3类映射"体系模型,突破了传统的一种网络支撑一种主要服务的原创模式。在其成功经验和丰硕成果的基础上,结合服务的"资源和位置分离"、网络的"控制和数据分离"及"身份与位置分离"思想,进一步提出了未来智慧型网络体系结构,在有效解决网络可扩展性、移动性、安全性等问题的基础上,实现了智慧型网络更高效、更优化、更节能等目标。

网络状态感知的标识映射系统研究

可扩展性是当今路由系统面临的最主要的问题之一;学术界一致认为位置与标识分离的思想是解决路由可扩展性问题的最有效的方法;然而,在位置与标识分离的网络中,如何设计一个高效的映射服务系统仍是一个难题;文中提出了影响映射服务系统性能的三个主要因素,并基于对这三个主要因素的分析,提出了一个网络状态感知的标识映射系统NAMS;NAMS包含两个关键元素:网络感知Agent和服务节点;我们认为,NAMS是解决高效映射服务系统设计实现问题的有效途径。

LISP-HIMS:一种基于LISP的层次化标识映射系统

针对目前全球路由表规模高速增长的问题,IETF提出可以通过分离主机的身份标识和路由标识地址空间来重新考量互联网寻址体系结构。思科公司提出的LISP(Locator Identity Separation Protocol)是基于该思想提出的主流方案之一。首先提出一种新的基于LISP的层次化标识映射系统,以克服目前其他LISP映射系统的不足,然后详细阐述该系统的模型、工作模式以及主机身份标识的分配方案;最后与其他LISP映射系统进行了分析与比较,结果表明,该系统具有良好的可扩展性以及更低的映射信息查询时延。

新一代互联网移动管理机制研究

传统互联网以'固定、有线'为主的连通方式,难以适应新的无线/移动网络的发展需求.本文提出了一种新一代互联网移动管理机制——标识分离映射机制ISMS,详细介绍了ISMS的基本理论和协议流程,并与移动IPv6协议进行了性能分析和对比.ISMS是一种基于网络的移动管理机制,其切换管理和位置管理均由网络完成,能够满足新一代互联网移动管理机制在快速切换、路由优化、可扩展、可控可管、保护位置隐私、安全性和降低无线链路开销等方面的需求.理论分析表明ISMS的网络层面平均切换时延远小于移动IPv6的平均切换时延,能够有效支持绝大部分实时应用.原型系统的实现和验证进一步说明了ISMS的可行性和有效性.

未来网络的研究进展和发展趋势

日益增长的网络规模和用户需求给互联网带来了诸多挑战,其中WWW、P2P等信息(内容)共享业务更给网络造成了巨大的压力,同时也降低了用户上网体验(如网速下降),服务提供商对此亦束手无策。如何从网络结构、协议体系和服务模式等方面应对这些挑战,将成为未来网络研究的一个重要方向。从互联网的发展历史和主流应用出发,对未来网络的"渐进式"与"革命式"两大类研究进行了综述,揭示了内容共享业务占据网络绝大部分带宽的原因在于相同信息的大量重复(冗余)传输,指出未来网络应该以内容作为网络设计和服务模式的核心,并以内容的高效获取和带宽的节约(降低数据包重复传输率)为双重优化目标。通过对一种新的网络结构和信息服务模式"非对称广域覆盖信息共享网络"的分析,提出了未来网络将以"低带宽、均负载"的需求提供"高智能、高效率"的内容共享信息服务为主要研究方向的新思路。

基于蚁群优化算法的Chord模型

提出一种具有物理拓扑匹配能力的Chord模型(Ant-Chord),用以存储网络标识间的映射信息。该模型将整个Chord环中的存储节点看成一个旅行商问题(TSP),利用蚁群优化算法对TSP问题进行快速求解,用得到的解构建Chord环,并通过洛阳铲法对Chord环的路由跳数进行优化。Ant-Chord模型实现简单,对原始Chord模型改动不大,路由表的额外存储开销也较小。仿真结果表明,与同类Chord模型相比,Ant-Chord在资源发现的平均路由跳数、时延方面均有明显优势。

边缘网关负载分析

为定性地描述核心-边缘分离网络中的网关负载,根据映射表项索引方式和映射表覆盖范围,将位置标识与身份标识分离协议和网络地址翻译的网关细分为5类,从映射表项数和处理复杂度方面对网关负载进行分析比较,从而为设计新的核心-边缘分离体系结构或网关映射系统提供参考。

一种改进的下一代无线通信网络移动切换方案

针对移动IPv6和HIP的移动性管理方案在双方同时移动时无法实现无缝切换的不足,提出了一种改进的无缝切换方案SH-HIP。该方案利用RVS服务器作为锚点,维持主机标识与当前IP地址的映射关系,并且转发更新数据包,有效地解决双方同时移动时连接丢失的问题.仿真结果表明,该方案不仅在双方同时移动时可大大减小切换延时和丢包率,而且保持了HIP的安全性,能有效抵御拒绝服务攻击以及中间人攻击.