内容与地址双驱动网络研究.docx

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1、一、前言网络空间是继陆权、海权、空权、天权之后的第五大主权领域空间，与国家安全、社会稳定、信息主权休戚相关。作为网络空间的主要载体，互联网已经广泛渗透到人类社会的政治、经济、国防、外交、教育、医疗、社交等方方面面，成为人类活动不可或缺的重要基础设施。然而，以支持端到端通信为设计初衷的互联网传输控制协议/网际协议（TCP/IP）协议体系，因互联网半个世纪以来不间断持续演化的成功，以其强大的惯性力在人们意识里续写“IP之上，万物皆能的神话。人们对网络空间有多少期待，对互联网的TCP/IP体系结构就有多少冀望。但是，在互联网的通信与传输功能退而为其次的今天，互联网所承载的内容受到人们的空前关注，才发

2、现本质上基于地址驱动的互联网体系结构，与“以内容为中心的网络空间应用需求正背向而行。今天的互联网己经变成内容大数据的露天堆放场，网络空间日益涌现的内容大数据多源异构、体量庞大、复杂多样，难以治理的碎片化内容使互联网越来越混乱失序，为互联网的可持续发展带来严峻挑战。研究界对未来互联网的发展深切关注，互联网之父VintCerf倡导互联网应该普惠全民的普惠发展理念，国际互联网协会主张把互联网接入作为一项基本的人权，万维网之父TimBerners-1.ee则强调互联网应该秉执为全民免费提供内容服务的福利性宗旨。近年来，我国政府高度重视网络安全和互联网的可持续发展，为了营造良好的网络生态，保障人民的合法

3、权益和维护国家安全，构建天朗气清的网络空间，国家互联网信息办公室在2020年发布实施了网络信息内容生态治理规定。互联网中不断发生的各种网络攻击事件，正在直接威胁社会稳定和国家安全。然而互联网体系结构在设计之初对安全重视不够，各种安全问题愈演愈烈。近年来，国内外学术界也开始积极探索更加安全可信的新型安全架构：如基于生物拟态现象提出的拟态防御网络架构，类生物免疫机制的网络安全架构，基于主动免疫计算模式的可信网络架构，地址驱动的互联网安全架构，此外还有基于区块链的互联网内生安全架构和多边共治的多标识未来网络架构等。另一方面，采取以内容为中心研究思路的内容驱动新型网络也受到越来越多的重视，主要研究方案

4、包括TRlAD、DONA、CBCB.PSIRPNetInf、CCN、SoFlA、NDN和XIA等。互联网本质上采用的是一种单纯地址驱动的网络体系结构，它所面临的挑战主要来自于它与网络空间以内容为中心的新应用范式间的不匹配。为此，我们受自然界中不同物种间互利共栖现象的启发，提出一种内容与地址双驱动网络,它在内容智能治理方面的设计初衷及实现机制在文献中己有阐释，本文更多地从网络体系结构顶层视角审视双驱动网络的内容驱动与地址驱动二元本质，系统性介绍该项研究的创新理念及最新进展。本文所提出的内容与地址双驱动网络，通过整合地址驱动互联网主结构和内容驱动播存次结构，希望为破解互联网发展困局提供一种合理可行

5、的解决方案。二、内容与地址双驱动网络发展需求厘清互联网体系结构的现状，分析新形势下的互联网发展需求，对于研究新型网络体系结构至关重要。回顾互联网的发展历程，它显著地推动了人类文明进步，但同时也带来了许多问题和挑战。这些问题和挑战，主要发端于20世纪末。从20世纪90年代初开始，随着互联网商业应用的解禁，以及Web的出现和飞速发展，互联网的主要应用范式，已经从关注端到端数据传输，转变为重点关注网络所承载的内容。随着论坛、微博、微信、社交网络、短视频、直播平台等自媒体的兴起及大数据时代的来临，使得互联网用户由之前的单纯消费者逐渐转变为内容的生产者，而互联网体系结构在内容治理基础方面的先天不足，导致

6、互联网也成为网络谣言和虚假信息等肆意散播的混乱空间，互联网作为人类共同精神家园的公信力正在被极大削弱。深入分析身处发展困境中的互联网，究其本质，其体系结构虽然仍基于地址驱动的TCP/IP协议，但其主要职能却已经背离早期互联网以端到端数据通信为目标的“地址中心设计初衷，转变为向海量网络用户提供以内容为中心的内容共享服务。端到端原则是传统互联网体系结构的重要设计原则，在其指导下设计的互联网体系结构，是一种以数据传输可达性为目标的地址驱动网络体系结构。然而，由于互联网主流应用范式已经向内容共享发生深刻改变，从而使互联网内容的大数据趋势不断加剧，因而呈现出这样的格局：规模无上限(scale-free)

7、的用户，在网络资源及其使用方式(网络协议等)都受限(scale-limited)的互联网环境，通过多跳转接的方式对规模无上限(scale-free)的内容进行共享。这无疑会加剧互联网流量的爆炸性增长。学术界己经注意到单一地址驱动的传统互联网体系结构与“以内容为中心的主流应用泛型之间的不匹配，PSIRP和NDN等近年来广受关注的内容驱动新型网络相关研究，反映出网络体系结构所关注的重心从面向地址向着面向内容的重大转变。但是，这些研究方案多数奉行的是完全重构（clean-slate）的激进路线，往往容易从一个极端（地址驱动唯一论）走向另一个极端（内容驱动唯一论）。然而，今天的互联网已经发展成为一个复

8、杂的生态系统，包含构成极其复杂、利益诉求彼此各异的为数众多的建设者和使用者，因此对互联网体系结构的任何变革都将牵一发而动全身。综上所述，研究新型网络体系结构的合理研究思路是：“以内容为中心只是未来互联网的发展目标，它并不唯一对应于网络体系结构的“推倒重建，任何新型网络体系结构都必须协调好新网络（内容驱动）和现有互联网（地址驱动）之间的关系。对于端到端对流交互型应用而言，面向地址的互联网体系结构仍然是目前己知的最佳网络体系结构；而且，在可预见的时间内，互联网体系结构的这种优势，依然难以被取代。因此，不能在短期内动摇互联网的主体地位。要破解当前互联网所面临的发展困局，一种高效的可行出路就是摒弃非此

9、即彼的一元论思维束缚，采取主结构+次结构的二元结构，以地址驱动的互联网体系结构为主结构，在此基础上设计一种可应对内容中心主流应用泛型挑战的内容驱动次结构网络（secondarystructure）,形成内容与地址双驱动的新型互联网。按此思路，接下来对互联网的地址驱动特性及其面临的挑战进行分析。三、互联网地址驱动特性及其挑战尽管难以为互联网下一个确切的定义，但它的特征非常鲜明，它采用TCP/IP协议和分组交换机制，可运行于各种下层通信基础设施之上，是全球范围内最大的“网络之网络(networkofnetworks)。作为核心的IP协议,位于“沙漏(hourglass)结构TCP/IP协议模型的腰

10、部，使互联网可以独立于任何具体的技术构建虚拟的全球分组网络，不但能为上层网络屏蔽各种异构下层承载网络，而且能带给互联网更多的开放性、包容性和可扩展能力。从互联网设计之初就强调的端到端数据传输可达性，使得面向地址的设计理念自始至终都贯穿在整个互联网体系结构中。这种在先天基因里对面向地址特性的优先重视，促使互联网成为单一地址驱动的网络。(一)地址驱动的互联网体系结构从互联网体系结构的命名空间来看，主要由位于应用层的统一资源定位符(UR1.)、位于网络层的IP地址和位于链路层的媒体存取控制(MAC)地址构成。从作用域的范围来分,UR1.和IP地址属于全局范围，而MAC地址属于局域范围，具体作用域与传

11、输媒介有关。IP地址对网络底层通信实体进行统一标识，它是一串二进制序列的物理设备全球唯一标识。IP地址在互联网TCP/IP协议的上下层间起到桥梁作用，正是借助IP地址，IP协议才能成功将每一个IP分组从信源逐跳转发至信宿。每个IP分组的头部都带有源地址和目的地址，网元设备可以通过目的IP地址快速查找路由表，将IP分组向信宿转发；而分组所请求的信息能够借助源IP地址被逆向返回至信源。这种基于IP地址的分组路由方式，使得传输信道能够被IP分组高效地复用，并能实现灵活的逐跳转发。统一资源定位符UR1.最初由TimBerners-1.ee发明，并被万维网联盟（W3C）采纳，用来作为可以从互联网上获得的

12、内容资源的位置和访问方法的标准描述方式。互联网中所有内容资源均按照UR1.来进行组织，并由域名解析系统DNS负责UR1.与IP地址间的解析。虽然UR1.因为简洁易用极大地推动了互联网主流应用范式从“以地址为中心的端到端通信，转向“以内容为中心的内容共享，但是,UR1.作为一种定位符，仍然是互联网体系结构面向地址特性的产物，它侧重描述的是内容资源在互联网中的位置。过度简单的有限内容标识能力，使UR1.难以胜任对内容资源丰富语义的描述，也由此加剧了互联网中不断涌现的内容大数据的异构化、碎片化和混乱失序等弊端。由此可见，“以地址为中心作为一种优先设计原则，贯穿于整个互联网体系结构之中。正是由于采用以

13、IP地址为中心的驱动模式，面向无连接的IP协议不仅可以向上支持各种丰富应用，而且还能向下复用各种网络资源，进而推动互联网应用的蓬勃发展。而UR1.出现之时，正值Web初生，虽然有不甚明朗的内容共享需求，但UR1.仍然无法超越以地址为中心的设计理念，这为互联网因内容剧增出现资源难找、难管、失序埋下了伏笔。（二）内容共享应用范式带来的挑战以端到端数据传输为目标、以地址驱动为实现手段的互联网基本应用范式，已经被以内容共享为特征的复杂应用范式所取代。这种转变，已经促使互联网从服从泊松分布的随机网络，演化成为服从累律的无尺度网络。互联网新的应用范式所表现出的“以内容为中心特征,使互联网正面临“非线性拥堵

14、”内容冗余传输和“内容混乱失序等结构性难题。据思科系统公司(CiScO)和互联网数据中心(IDC)的预测报告，全球互联网IP流量九成以上都和内容共享类应用有关，到2025年全球数据总量将高达05ZB。尽管分析结果因统计口径和方法的不同而存在差异，但不争的事实是全球数据总量正在以摩尔定律甚至超摩尔定律呈现指数级剧增。互联网主流应用范式向内容共享的转变，与地址驱动、逐跳转发的互联网核心技术体系越来越不适应。首先，基于被动拉取的内容请求访问机制难以保障内容传输的及时性，容易受到互联网服务质量的影响。从内容请求发出到内容的响应回传，极易因为骨干网传输时延不稳定而造成内容获取不及时。尽管可以采用边缘缓存

15、机制将内容主动推送至近终端的用户侧，但是热门信息容易在短期内产生群聚和冗余现象，加剧传输时延。而且，当前互联网主要采取客户端/服务器端(C/S)或浏览器/服务器(B/S)模式的内容请求响应机制，通常包括端到端请求和响应两次交互，其正确性依赖于互联网基础设施的可用性，当任何一个网元、网端以及应用等基础设施不可用时，内容获取的时效性也可能变得难以预测。由于互联网的开放性和便捷性，内容生产的专业化壁垒正在消失，互联网用户和各种自媒体等都在源源不断地产生内容，网络空间充斥以海量化、异构化、碎片化、无结构或半结构为特征的内容大数据。在互联网中，内容生产者负责生成和制作内容，并将内容发布到虚拟网络空间，而

16、内容消费者负责消费内容，他们将消费体验和个性化需求反馈至内容生产者。这在一定程度上使内容生产的主导权变成了消费者，迎合消费者可能成为内容生产者的趋利选择。互联网中内容大数据的无序涌现，极易陷入先发布后治理、发布易治理难的困局，当内容生产者为个人、小团体等自媒体时，内容的价值取向往往由个人私利或圈层认知局限所控，导致互联网存在欺诈、谣言、虚假和片面信息等乱象，而混乱的网络空间为公众舆论导向和内容生态治理带来挑战。（三）内容驱动网络相关研究分析为了应对互联网主流应用范式向内容共享转变所带来的挑战，学界和业界提出了多种与内容驱动相关的解决方案，典型代表主要可分为遵循dirtyslate路线的内容分发网络（CDN）和遵循cleanslate路线的信息中心网络（ICN）o其中，CDN是覆盖在TCP/IP栈模型上的一层以内容为中心的逻辑网络，强调利用互联网主动往边缘侧推送内容以优化内容共享应用的性能；而ICN则将内容视为网络体系结构设计的第