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可编程网络 Programmable Networks 因特网体系结构 基于TCP/IP协议栈，遵循“端到端原则”： 网络层只提供不可靠的传输服务，应用要求的可靠性和安全性等均由端系统实现。 优点： 降低因特网的复杂度 易于增加新的应用 30多年的实践证明这种结构是非常成功的。 因特网体系结构的问题 一些新兴应用需要的网络服务（如服务质量保证、多播支持、移动性支持等）无法由端系统提供。 要求中间节点（路由器/交换机）提供这些服务违背“端到端原则”，在实践上也面临巨大的困难，至今没有成功的先例。 目前的因特网体系结构已严重阻碍了因特网的发展，需要研究具有自适应、动态和智能化特性的新型网络体系结构。 1 主动网络（Active Networks） 主动网络允许用户对网络中间节点（如路由器、交换机等）进行编程，具有智能的中间节点通过对收到的报文进行定制处理来提供定制的服务。 通过向主动节点发送携带有移动代码的报文，用户可以按需创建自己的服务并分布到网络中。 主动网络的自适应性和动态特性 主动网络能引导数据报主动避开受到破坏的节点。 当节点尚未布署某种服务时，它能自动从相邻节点或指定节点获取服务代码并进行自动布署。 注入网络的移动代码能自动扩散和消失。 当节点受到攻击时能自动启动保护程序。 主动网络的主动性（智能性） 主动网络的主动性表现在两个方面： 用户可将程序注入网络来扩展节点功能。 路由器可对流经它的用户数据包的内容执行计算，甚至改变数据包的内容。 与传统节点的存储-转发模式不同，主动节点的工作模式是存储-计算-转发。 主动网络体系结构 主动网络由一群主动节点构成，主动节点通过执行主动包中的代码实现定制的服务。 主动节点和主动包是主动网络中最主要的两个功能实体： 主动节点：可编程的中间节点 主动包：携带了代码的分组 主动节点体系结构及主动包的定义构成了主动网络体系结构的基础。 主动节点体系结构 主动网络与传统网络的区别 主动网络并不规定网络节点应该如何协同工作来提供某种特定功能的服务，而是向网络提供了可自由增加新服务的能力。 主动网络需要解决的主要问题： 主动节点如何支持用不同的编程语言书写的应用程序在本地动态加载？ 主动节点如何隔离不同的应用程序？ 包处理过程 主动应用（1）：可靠组播 可靠组播： 所有组播包最终都被正确地传送给每个接收者 需要有丢失检测、反馈和数据重传等措施 目前主要有两种基本的确认模型： 基于ACK的模型：接收者对每个正确收到的包，向发送者发送ACK。 基于NACK的模型：接收者检测丢失的包，仅在发现包丢失时发送NACK。 这两种模型都会产生ACK/NACK风暴，且重传数据包都由源发出，增加发送方负担和增大重传延迟。 主动路由器参与的可靠组播 数据缓存： 组播树上的主动路由器缓存经过的数据包。 本地恢复： 当NACK到达路径上的一个主动路由器时，若路由器中有缓存的包，组播该包到NACK到达的接口链路，否则向上游转发NACK。 NACK抑制： 主动路由器对每个丢失包维护一个NACK记录和修复记录，抑制重复的NACK。 主动应用（2）：端到端拥塞控制 端到端的拥塞控制是因特网面临的主要难题之一： 算法的分布性：拥塞控制算法的实现分布在各个网络节点中，每个节点都不能得到完整的信息。 网络环境的复杂性：各节点的性能参数（带宽、延迟、丢失率等）差异很大。 算法的性能要求：拥塞控制算法需要在多个性能目标（如公平性、效率、稳定性和收敛性）之间进行权衡。 算法的开销：算法本身不能带来较多的附加网络流量，计算复杂度要低。 主动拥塞控制 传统的端到端拥塞控制方法： 端节点检测拥塞，并在检测到拥塞后降低发送速率。发生拥塞的路由器从发生拥塞到接收到速率调整后的分组，一直处于拥塞状态。 主动节点参与的端到端拥塞控制： 路由器检测到拥塞后，立即要求其上游路由器设置过滤器，过滤从导致拥塞的端节点来的分组。 路由器将拥塞情况直接报告给端节点。 收到端节点的反应后，撤销过滤器。 主动应用（3）：扩展的任意播 任意播（anycast）：发送方把分组发送给一组接收者中的任意一个。 组播：发送方把分组发送给一组接收者中的每一个。 任意播的推广：允许多于一个接收者收到分组。 可编程的任意播PAMcast PAMcast利用组播树的分支节点进行选择性拷贝来实现可编程的任意播: 组播树的每条链路维护一个group size属性，表示通过这条链路向下（远离核心节点）可以到达的组成员数量。 分组头中除记录组地址外，还记录度（分组的接收者数量）和拷贝模式（均匀分布接收者，或选择最近的k个接收者）。 分组首先被路由到组播树的核心节点，核心节点首先决定采取的拷贝模式，然后根据度信息确定向哪些下游节点转发分组。 这个过程在每个组播路由器上重复执行，直至消