多媒体网络_从内容分发网络到未来互联网

多媒体网络_从内容分发网络到未来互联网

第３５卷　第６期

２０１２年６月计　　算　　机　　学　　报ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＯＭＰＵＴＥＲＳ　　　Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．６Ｊｕｎｅ２０１２　

多媒体网络：从内容分发网络到未来互联网

尹　浩，１）２）　詹同宇　林　闯１）１）

１）（清华大学计算机科学与技术系）０００８４　北京　１

）０００８４　北京　１２）（清华大学信息科学与技术国家实验室（筹）

摘　要　近年来，随着网络技术的飞速发展，互联网流量视频化的趋势日益明显，视频应用使互联网的可扩展性、可演进性、服务质量和网络安全面临诸多挑战．内容分发网络通过在应用与网络间构建覆盖网，为解决网络视频应

也成为当前网络视频产业中的关键技术．但是随着视频应用在移动性、交互用面临的分发难题提供了有力的支持，

性、异构性以及可扩展性方面需求的不断增长，现有内容分发网络技术面临重大挑战，学术界与工业界都试图从互联网体系架构入手解决网络视频应用中的问题．文中系统总结了内容分发技术面临的挑战以及现有互联网体系结

提出了面向未来网络的多媒体网络设计思路．构研究的思路与核心技术，

关键词　互联网体系架构；内容分发网络；多媒体网络；下一代互联网

／中图法分类号ＴＰ３９３　　　ＤＯＩ号：１０．３７２４ＳＰ．Ｊ．１０１６．２０１２．０１１２０

：ＭｕｌｔｉｍｅｄｉａＮｅｔｗｏｒｋｉｎＦｒｏｍＣｏｎｔｅｎｔＤｅｌｉｖｅｒＮｅｔｗｏｒｋｓｔｏＦｕｔｕｒｅＩｎｔｅｒｎｅｔ　　　　　　ｇｙ　

１ＹＩＮ　Ｈａｏ

１）（

２）（），２）１１ＨＡＮ　ＴｏｎｕＩＮＣｈｕａｎ　Ｚ－Ｙ　Ｌ　ｇｇ）））ＤｅａｒｔｍｅｎｔｏＣｏｍｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ　ＴｅｃｈｎｏｌｏＴｓｉｎｈｕａ　ＵｎｉｖｅｒｓｉｔＢｅｉｉｎ０００８４　　　ｐｆ　ｐｇｙ，ｇｙ，ｊｇ　１），）ＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｏｒＩｎｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ　ＴｅｃｈｎｏｌｏＴＮＬｉｓｔＴｓｉｎｈｕａ　ＵｎｉｖｅｒｓｉｔＢｅｉｉｎ０００８４　　　　ｙ　ｆｆｇｙ（ｇｙ，ｊｇ　１

，Ａｂｓｔｒａｃｔｓｎｅｔｗｏｒｋｔｅｃｈｎｏｌｏｉｅｓｄｅｖｅｌｏｒａｉｄｌｉｎｒｅｃｅｎｔｅａｒｓｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｎｅｔｗｏｒｋｔｒａｆ　Ａ　　　　　　　　　－ｇｐｐｙｙ　　

，ｗ，，ｆｉｃａｒｅｔａｋｅｎｂｖｉｄｅｏａｌｉｃａｔｉｏｎｓｈｉｃｈｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｃｈａｌｌｅｎｅｓｔｏｔｈｅｓｃａｌａｂｉｌｉｔｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒ　　　　　　　　　ｙｐｐｇｙｙ　

ＱｏＳａｎｄｓｅｃｕｒｉｔｏｆｅｘｉｓｔｉｎＩｎｔｅｒｎｅｔ．Ｂｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎａｎｏｖｅｒｌａｎｅｔｗｏｒｋｂｅｔｗｅｅｎａｌｉｃａｔｉｏｎｓ　　　　　　ｙｇｙｇｙｐｐ　　　　　

，ｒｏｖｉｄｅｓｒｏｂｌｅｍａｎｄｎｅｔｗｏｒｋｓＣＤＮａｓｔｒｏｎｓｕｏｒｔｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆａｃｅｄｂｖｉｄｅｏａ　　　　　　　　　　　　－ｐｐｇｐｐｙｐ　　

ａｎｄｂｅｃｏｍｅｓａｋｅｔｅｃｈｎｏｌｏｉｎｃｕｒｒｅｎｔｖｉｄｅｏｉｎｄｕｓｔｒ．Ｂｕｔｗｉｔｈｔｈｅｄｅｍａｎｄｌｉｃａｔｉｏｎ，ｒｏｗｉｎ　　　　　　　　　ｙｇｙｙｐｇｇ　　　

，，ｈ，ｅｏｆｖｉｄｅｏａｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｔｅｒｍｓｏｆｍｏｂｉｌｉｔｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｅｔｅｒｏｅｎｅｉｔａｎｄｓｃａｌａｂｉｌｉｔｘｉｓｔｉｎ　　　　　　　ｐｐｙｇｙｙｇ　

，ＣＤＮｆａｃｅｓｓｉｎｉｆｉｃａｎｔｃｈａｌｌｅｎｅｓａｎｄｂｏｔｈａｃａｄｅｍｉａａｎｄｉｎｄｕｓｔｒａｒｅｔｒｉｎｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｃｈａｌｌｅｎ　　　　　　　　　　　－ｇｇｙｙｇ　　

，ｅｓｂｒｅｄｅｓｉｎｉｎＩｎｔｅｒｎｅｔａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ．ＴｈｉｓａｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｃｈａｌｌｅｎｅｓｔｈａｔＣＤＮｆａｃｅｄ　　　　　　　　　ｇｐｐｙｇｇｇ　　

，ｔｈｅｉｄｅａｓａｎｄｃｏｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｉｅｓｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎＩｎｔｅｒｎｅｔａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｎｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｕｔｓ　　　　　　　　　　　　ｇｇｐ　

ｉｄｅａｓｏｆｍｕｌｔｉｍｅｄｉａｎｅｔｗｏｒｋｉｎｆｏｒｆｕｔｕｒｅｎｅｔｗｏｒｋｓ．ｄｅｓｉｎ　　　　　　ｇｇ　

；；ｍ；ｅｎＫｅｗｏｒｄｓｎｔｅｒｎｅｔａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｄｅｌｉｖｅｒｎｅｔｗｏｒｋｓｕｌｔｉｍｅｄｉａｎｅｔｗｏｒｋｉｎｎｅｘｔ　Ｉ　　　　－ｇｙｇｙ　

ｅｒａｔｉｏｎＩｎｔｅｒｎｅｔ　

；收稿日期：最终修改稿收到日期：本课题得到国家“九七三”重点基础研究发展规划项目基金（２０１２０３２１２０１２０５２３．２０１２ＣＢ３１５８００，－－－－

）、）国家自然科学基金（资助．尹　浩，男，博士，副研究员，主要研究方向为未来网络体系架２０１１ＣＢ３０２６０１６１１７０２９０，６０７３６０１２１９７４年生，

：构、内容分发网络与多媒体通信．詹同宇，男，硕士研究生，主要研究方向为服务节点部Ｅ－ｍａｉｌｈａｉｌ．ｔｓｉｎｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ．１９８６年生，ｉｎ＠ｍ－ｇｙ

署、未来网络体系架构．林　闯，男，博士，教授，博士生导师，主要研究领域为计算机网络、系统性能评价、安全分析和随机１９４８年生，

Ｐｅｔｒｉ网．

多媒体网络_从内容分发网络到未来互联网

６期尹　浩等：多媒体网络：从内容分发网络到未来互联网

１１２１

严重破坏了上层应用服务的传输路径频繁变换，

１　引　言

近年来，随着网络技术的飞速发展，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ服小图片为主转变为以视频务的内容从以静态网页、

等大文件为主．随着Ｍ２００５年，ｉｃｒｏｍｅｄｉａ公司被

互联网视频进入了网页视频阶段，Ａｄｏｂｅ公司收购，从而迎来了网络视频产业高速发展的黄金时期．电电视剧、各类视频日益增多地通过互联网播放．影、

同时，一些重要的事件也开始在互联网上进行直播．调查显示，互联网当中视频流量的增长速度是其它应用流量增长速度的１０倍以上．Ｃｉｓｃｏ的报告指出，到２互联网流量的９０１３年，０％以上都会被视频应另一方面，视频应用的发展越来越迅用所占据①②．

速，新的应用和服务不断涌现．从最初普通的标清视频，到逐渐兴起的高清视频、这些应３Ｄ视频等，用在带给用户更完美体验的同时，也对互联网的这些挑战可以归纳为如下体系架构提出了挑战，几点：

可扩展性．是指网络适应服务规模、视频质量以及用户服务体验等变化的能力．网络的视频化对网络的可扩展性提出了更高的要求．以广播电视系统在中国一个热播电视剧的收看人数是５为例，０００万人，按照Ｄ所需ＶＤ品质视频的码率１Ｍｂｓ来计算，ｐ，要的带宽就达到５而中国电信和联通刚刚将０Ｔｂ带宽扩容至１因此视频应用对互联网的服００Ｇｂ③．务规模和扩展能力提出了巨大的挑战．如何以成本可控的方式实现可扩展，就成为了视频应用面临的一大挑战．

可演进性．是指网络系统架构适应新应用与技术的能力．网络技术的不断发展以及新应用的不断涌现，使得网络架构与关键技术越来越复杂．复杂的网络会提高网络应用开发与升级的时间周期和成同时也对网络架构与核心技术的演进性提出了本，

更高的要求．互联网的体系架构设计应借鉴操作系统的设计思想，对底层和复杂技术利用抽象的方式隐藏复杂技术的细节，为上层应用与服务提供简单的应用接口，从而能够灵活地满足不同种类应用对网络服务的不同需求．

异构性．随着手机、平板电脑、无线传感器等设备以及物联网、移动网的发展，互联网的终端与网络本身发生了很大的变化，主要表现在网络动态性的显著增加．网络节点动态性的增强导致数据

连续性，影响了互联网用户享受视频应用的用户传统体系架构无法有效地适应网络的高动体验．

态性．首先，ＩＰ地址既表达身份又表征位置的特性其次，不能很好地支持移动ＩＰ的思想；ＴＣＰ端到端的通信模式将服务连接与流量管理交由终端完成，这对能量与能力都有较大局限的终端是个很大的挑战．

服务质量．多媒体应用对服务质量非常敏感．

［］

在一场９０ｍｉｎ的足球Ｄｏｂｒｉａｎ等人１的研究指出，

比赛的直播当中，如果缓冲比例提高１％，就将导致用户的平均观看时间缩短至少３ｍ现有的网络协ｉｎ．议在长距离传输、吞吐率、域间传输等方面存在不使得视频应用的服务质量无法得到保证，如足，

另一ＴＣＰ协议在远距离传输时吞吐率将严重下降．自治域多，传输过程中要方面，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的规模大，经过多个自治域，而域间传输效率却很低；此外网络中出现服务节点失效、链路故障、配置管理错误等都有可能造成网络的不可预测的错误，从而无法确保视频应用对服务质量的要求．

网络安全．互联网的前身ＡＲＰＡＮＥＴ是美国国防部为进行研究而建立的网络，其设计基于可信实体之间的通信，因此安全性并未作为一项重但随着互联网的普及，网络安全成要问题被考虑．

为发展过程当中非常重要的问题，涉及到访问安全、传输机密性和完整性等问题．如拒绝服务（Ｄｅ－，）攻击会导致网络的不可用或者ｎｉａｌｏｆＳｅｒｖｉｃｅＤｏＳ　　性能下降，而在目前的网络架构下无法有效防止

［］

急需在体系结构层面解决．ＤｏＳ攻击２，

，内容分发网络（ＣｏｎｔｅｎｔＤｅｌｉｖｅｒＮｅｔｗｏｒｋ　ｙ　

技术通过在应用与网络间构建覆盖网，弥补ＣＤＮ）了Ｉ为视频应用提供灵活高效的Ｐ网络的诸多缺陷，内容分发服务，被广泛应用于网络视频应用中．在本文中，将首先对内容分发网络的发展和面临的挑战进行分析，同时综述了国内外关于未来网络的研究，进而指出，面对视频应用不断发展的需要，内容分发网络技术将逐步发展为面向未来网络的多媒体网络；最后提出了该网络的设计思路．

：，ＣｉｓｃｏＶｉｓｕａｌＮｅｔｗｏｒｋｉｎＩｎｄｅｘＦｏｒｅｃａｓｔａｎｄＭｅｔｈｏｄｏｌｏ　　　　ｇｇｙ　

，２００９２０１４２０１０－

：ＢｃｈｏｎｆｅｌｄＥ．Ｃｉｓｃｏ２０１３ＶｉｄｅｏＷｉｌｌＢｅ９０Ｐｅｒｃｅｎｔｏｆ②Ｓ　　　　　ｙ　

，ＡｌｌＣｏｎｓｕｍｅｒＩＰＴｒａｆｆｉｃａｎｄ６４ＰｅｒｃｅｎｔｏｆＭｏｂｉｌｅ２００９　　　　　　　

：／／／／／ｔｔｗｗｗ．ｃ．ｘｉｎｈｕａｎｅｔ．ｃｏｍ２０１２０３１６ｃ＿１１１６６０４１３．③ｈ－ｐｑｈｔｍ

①

多媒体网络_从内容分发网络到未来互联网

１１２２

计　　算　　机　　学　　报２０１２年

技术，但大都租用或自建了Ｃ而ＤＮ来提供服务．

２　内容分发网络的兴起与挑战

为克服传统ＩＰ网络在服务视频应用当中的不内容分发网络Ｃ并迅速成为互联网体足，ＤＮ被提出，系架构中的重要组成部分．根据ＩＥＴＦＲＦＣ３４６６的定　　义，并利ＣＤＮ通过在传统ＩＰ网络上部署服务节点，用应用层协议将这些服务节点联结构成应用层覆盖网络，为用户提供内容分发服务．在过去的十年里，内容分发网络技术不断发展，并逐渐融入对等网络和云计算等技术，以满足新的技术和应用对内容分发提出的需求．现在，内容分发网络已经成为了视频内容分发的重要手段．表１给出了一些主要的视频网站所采用的传输协议、编码技术和Ｃ从表中可以ＤＮ供应商．看出，这些视频网站虽然采用了不同的协议和编码

表１编码技术和ＣＤＮ供应商　主要视频网站使用的传输协议、

传输协议

ＡＢＣ．ｏ．ｃｏｍ　ｇｗｗｗ．ＮＢＣ．ｃｏｍ　ｗｗｗ．ＮＦＬ．ｃｏｍ　ｗｗｗ．ｃｂｓ．ｃｏｍ　ＦＯＸ．ＶＯＤ　ｗｗｗ．ｈｕｌｕ．ｃｏｍ　ｗｗｗ．ｏｕｔｕｂｅ．ｃｏｍ　ｙｖｉｄｅｏ．ａｈｏｏ．ｃｏｍ　ｙｍｓａｃｅｔｖ．ｃｏｍ　ｙｐｗｗｗ．ｂｒｉｈｔｃｏｖｅ．ｃｏｍ　ｇ

ｗｗｗ．ｎｂａ．ｃｏｍ　ｗｗｗ．ｍｌｂ．ｃｏｍ　

Ｊｏｏｓｔ　ＰＰＬｉｖｅ　

Ｆｌａｓｈ　Ｆｌａｓｈ　Ｆｌａｓｈ　Ｆｌａｓｈ　Ｆｌａｓｈ　Ｆｌａｓｈ　Ｆｌａｓｈ　Ｆｌａｓｈ　ＲＴＳＰ　ＲＴＳＰ　Ｐ２ＰＰ２Ｐ

ＣＯＤＥＣＤＮ提供商　Ｃ

ＬｉｍｅｌｉｈｔｇＬｉｍｅｌｉｈｔｇｎｌａｅｒｐｙ

ＡｋａｍａｉＬｉｍｅｌｉｈｔｇＡｋａｍａｉＧｏｏｌｅｇＹａｈｏｏＬｉｍｅｌｉｈｔｇＬｉｍｅｌｉｈｔｇＡｋａｍａｉＡｋａｍａｉＬｅｖｅｌ３Ｐ２Ｐ

ＯＮ２ＶＰ６Ｈ．２６３ＯＮ２ＶＰ６ＯＮ２ＶＰ６Ｈ．２６３Ｈ．２６３Ｈ．２６３ＯＮ２ＶＰ６ＷＭＶ９ＷＭＶ９Ｈ．２６４Ｈ．２６３

ＭｏｖｅＮｅｔｗｏｒｋ２ＶＰ７　　ＯＮ

ＣＤＮ的大量部署也使得互联网的拓扑结构和网络协议模型发生了变化．

２．１　互联网拓扑结构变化

传统的互联网拓扑，呈现的是层次化的树状结构．但随着网络的发展，网间传输瓶颈问题日益突出．在中国，运营商之间的竞争所导致的域间传输延迟过大问题尤为明显．图１为２０１０年５月份对中国主要图中不同线省份各运营商之间的延迟状况测量结果，

段的颜色按照各省的不同运营商之间延迟累积分布从图中看出，各地区不同运营商之函数的８５％划分．间的平均延迟大都在９为了解决网间传输０ｍｓ以上．瓶颈等问题，同时提高网络的灵活性与可扩展性．近、、一些内容提供商如Ｇ年来，ｏｏｌｅＭｉｃｒｏｓｏｆｔＦａｃｅ－ｇ

都建立了自己的覆盖网．网络供应商开始ｂｏｏｋ等，如Ｇ提供ＣＤＮ或云存储服务与应用，ｏｏｌｅ在２００６ｇ年和２００７年分别投入了１９亿和２４亿资金用于部到２署数据中心，００８年为止在全球各地部署了３６个数据中心①．由此带来的是网络流量趋势的转移．近几年大部分跨区域网络流量的增长直接发生在大而不型内容供应商、ＣＤＮｓ以及用户接入网络之间，

［３］

是传统的几大网络供应商之间，如表２部分内容．

ＭｏｖｅＮｅｔｗｏｒｋ２ＶＰ７　　ＯＮ

提供商和ＣＤＮ所占据的流量已经与一级运营商相、当，同时许多Ｃ如Ａ和内ＤＮ（ｋａｍａｉＬｉｍｅＬｉｈｔ等）ｇ

、、如Ｇ的网络容提供商（ｏｏｌｅＭｉｃｒｏｓｏｆｔＦａｃｅｂｏｏｋ等）ｇ如图２所示，互联网的拓都直接与一级运营商互联，

扑结构开始由层次化向扁平化转变，内容提ＣＤＮ、供商与运营商之间的网络呈现彼此交织的状态

．

图１　中国互联网运营商之间的平均延迟（２０１０年５月）

①

：／／ＭａｏｆａｌｌＧｏｏｌｅｄａｔａｃｅｎｔｅｒｌｏｃａｔｉｏｎｓ．ｈｔｔｒｏａｌ．ｉｎｄｏｍ．　　　　　ｐｇｐｙｐｇ　

／／／／／ｃｏｍ２００８０４１１ｍａｏｆａｌｌｏｏｌｅ－ｄａｔａｃｅｎｔｅｒｌｏｃａｔｉｏｎｓ－－－－－ｐｇｇ

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６期尹　浩等：多媒体网络：从内容分发网络到未来互联网

３］

表２　网络流量分布［

１１２３

排名１２３４５６７８９１０

提供商Ｇｏｏｌｅ　ｇＡＩＳＰ　　Ｌｉｍｅｌｉｈｔ　ｇＡｋａｍａｉ　Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　ＣａｒａｔｈｉａＨｏｓｔｉｎ　ｇｐ　

ＩＳＰＧ　　ＬｅａｓｅＷｅｂ　　ＩＳＰＣ　　ＩＳＰＢ　　

百分比／％５．０３１．７８１．５２１．１６０．９４０．８２０．７７０．７４０．７３０．７

０

４］

图３　互联网协议栈沙漏结构各层宽度［

在过去的十年里，多项针对互联网结构的研究

］５８－

，并且能够有效表明［ＩＰ网络的结构简洁而清晰，

地支持上下层协议的发展，从而使得它在与其它协议的竞争中存活下来，成为了互联网协议栈的细腰．然而，随着Ｃ大量的技术着手在ＤＮ等技术的发展，这是由于现有的应用与应用层解决互联网的问题．

技术大都依赖状态相关的技术来解决问题，如构建而这些状态相关的技术Ｐ２Ｐ的应用层组播关系等，

将大大增加网络层的工作如果应用在网络层的话，

负载，使得相关技术无法大规模应用，ＩＰ层组播至今未得到大规模应用就是一个典型案例．因此在应用层解决某些问题比在网络层解决要更简单和有多项研究进一步指出，协议栈的“细腰”正在向上效，移动．

Ｃｉｓｃｏ的研究表明随着ＮＡＴ的广泛使用和防

火墙的设置，ＴＣＰ和ＵＤＰ正在成为互联网新的细腰．ＮＡＴ的出现使得原有互联网结构中ＩＰ地址不

３］

图２　网络拓扑变化趋势［

足的问题得到了缓解，但同时也使得网络传输更加依赖Ｔ而另一方面，大多数的防火墙也ＣＰ和ＵＤＰ．配置为仅仅允许Ｔ互联网逐渐ＣＰ和ＵＤＰ的传输．呈现出新的变化，如图４所示，从中可以看出，ＴＣＰ和ＵＤＰ正在成为协议栈沙漏结构中新的细腰

．

２．２　网络协议栈的变化

随着ＣＤＮ的兴起与互联网拓扑结构的变化，

［］

互联网的协议栈也在发生改变．Ａｋｈｓｈａｂｉ等人４对

互联网协议栈进行了深入的研究，指出网络内部协使得互联网协议栈呈现两端议之间的竞争关系，

粗、中间细的沙漏结构．论文通过对协议栈演化过研究协议栈各层的宽度，结果如图３所程的模拟，

示．可以看出，在一个具有１０层结构的协议栈中，沙漏的细腰往往出现在中间层，如第５、论文６层．同时对影响协议栈沙漏结构的因素进行了分析，并进一步指出，通过改变参数，可以使沙漏的腰向上移动，并且在腰的位置越往上就会变得越粗．另外，在某些情况下，沙漏甚至会出现两个或以上的腰

．

图４　互联网沙漏结构变化

［］

而加利福尼亚大学伯克利分校的Ｐｏａ等人９ｐ

的研究指出，随着ＣＤＮ、ＷｅｂＣａｃｈｅ等基于ＨＴＴＰ　的基础设施被广泛应用，ＨＴＴＰ已经成为了使用最广泛的互联网传输协议．同时，ＨＴＴＰ的使用也扩展到、了视频应用领域，目前大量的视频网站如ＹｏｕＴｕｂｅ

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１１２４

计　　算　　机　　学　　报２０１２年

优酷等，都使用ＨＴ相比于流式ＴＰ协议传输内容．协议，分段的ＨＴ可靠性ＴＰ协议具有可扩展性强、高、适用性强等特点，更适用于大文件传输．同时，由以及ＨＴ于ＨＴＴＰ服务器的广泛部署，ＴＰ协议具有更好的兼容性，因此以分段ＨＴＴＰ传输为主的视频分发方式已经成为了主流．ＭｏｖｅＮｅｔｗｏｒｋｓ和Ｓｗａｒｍｃａｓｔ等公司首先开始使用ＨＴＴＰＣｈｕｎｋｉｎ　ｇ技术，保证了ＨＴ研究ＴＰ协议适用于流媒体的传输．并成指出，ＨＴＴＰ在互联网协议中占据着主导地位，如图５所示

．为互联网协议栈新的腰，

一次定位，无法满足现有视频应用对服务质量的需求，未来网络需要更智能化的控制．同时，未来网络需要考虑多媒体应用的技术特点，如文献［就提１３］这出在多媒体应用中内容的自适应处理非常重要，要求面向视频的多媒体网络除了需具备通信与缓存功能之外，还需要加入多媒体处理的计算功能．（）抽象问题．现有的网络体系架构对底层细节的３

抽象不够，导致无法有效应对网络和终端异构与快未来网络应实现更好的抽象，屏蔽底速开发的需要，

为上层应用与服层的异构网络和复杂的技术细节，务提供简单的应用接口．

伴随着网络拓扑结构的改变，互联网协议栈本身也在发生改变，沙漏结构的细腰正在不断地向上细腰的上提使得沙漏上下层的技术与协议有移动．

机会进一步创新，为网络的发展带来了更多机遇．

总体来说，现有网络解决挑战性问题，基本都是采取打补丁的方式，即依靠增加复杂的机制来弥补但是这种方法的弊端也日益现有体系架构的不足．

使得网络结构更加臃肿，问题的解决与新应用凸显，

的开发愈发复杂．借鉴编程语言的设计思想，编程语从而使我们摆脱了机器语言、汇言通过不断的抽象，

编语言带来的对底层复杂系统的依赖性，让我们可以利用面向对象的方法去编写程序，更多地关注需要解决的实际问题，而不是花很多精力解决哪个数进而实现据应该存储在哪个寄存器上这些问题上，因此，网络设计应该遵循简单化了对复杂性的屏蔽．

的原则，通过抽象将复杂技术和实现屏蔽，提高网络的灵活性和可演进性．为了解决ＣＤＮ技术面临的问题，应从体系结构角度入手，对互联网进行反思与设计．

图５　协议栈的细腰从ＩＰ变为ＨＴＴＰ

作者认为，ＣＤＮ的广泛部署使得更多问题在应用层解决，而ＨＴ具有ＴＰ相比于其它应用层协议，

可扩展性强、可靠性高等特点．同时，部署成本低、

更加符合未来ＨＴＴＰ是一个以内容为中心的协议，

网络的发展趋势．因此，ＨＴＴＰ在网络中将发挥越来越重要的作用，也很有可能成为协议栈沙漏结构的细腰．

２．３　ＣＤＮ面临的挑战

从互联网的发展趋势来看，由于互联网的传输内容发生改变，视频正逐渐成为互联网流量的主导，未来的互联网将被视频流量占据，互联网需要新的技术与架构来支撑视频应用．ＣＤＮ通过在应用与网络之间构建覆盖网络，为网络应用提供灵活高效的服务．但随着互联网流量的视频化日趋明显，ＣＤＮ在面对大规模视频服务时也存在诸多缺陷．总结起（来有如下几点：可扩展问题．１）ＣＤＮ技术为视频应用提供了有高质量保证的服务，但ＣＤＮ部署成本的增长与服务规模和用户数量的增长呈线性关

１０］

，同时Ｃ这使得服务的系［ＤＮ之间很难有效合作，

３　互联网体系架构

从２国外主要发达国家都大力投入００５年开始，新一代网络体系架构的研究，如美国的ＧＥＮＩ和

欧洲的４ＷＡＲ日本的ＦＩＮＤ计划，Ｄ、ＦＩＲＥ计划，、、、在工业界，ＡＫＡＲＩＪＧＮ２＋计划等．ＣｉｓｃｏＪｕｎｉｅｒｐ、、及ＧｏｏｌｅＮＥＣ、ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＨＰ等国际一流设备商，ｇ法国电信等著名运营商都在该领域投入重ＡＴ＆Ｔ、

要力量加强创新研究．美国自然科学基金于２０１０年提出Ｆ希望在ＦＩＡ计划，ＩＮＤ计划的成果基础上，将网络架构研究汇聚成四大类架构进行深入研究．其中，是由加利福ＮＤＮ（ＮａｍｅｄＤａｔａＮｅｔｗｏｒｋｉｎ　　ｇ）

１４］

，尼亚大学洛杉矶分校主要负责的研究项目［该项

（）扩展能力受到很大限制．智能化问题．随着网络２技术的发展，用户对服务体验和服务质量的要求越来越高，同时用户环境与应用模式也在不断更新，传

［１］１２－

，统Ｃ只进行ＤＮ的关键技术如请求路由技术１