IP网络标度的涌现与平抑PPT课件

1、IP网络标度的涌现与平抑网络标度的涌现与平抑Emergence and return of scaling in IP networks李幼平李幼平2010,7,26第六届全国网络科学论坛第六届全国网络科学论坛一个老年人一个老年人( (李院士李院士) )的感悟的感悟1. 焦尔是守恒的，但比特可以无限量(scale-free)复制2. 信息共享(copy)不应象物质共享(share)那样艰难3. 互联网的结构面临必要补充降低能量消耗的可行性降低能量消耗的可行性 信息共享与物质共享本质差异：信息共享与物质共享本质差异： 物质共享是在总量守恒下的物质共享是在总量守恒下的分享（分享（share），），

2、 信息共享是比特的非限量复制（信息共享是比特的非限量复制（copy） 能耗：能耗：1比特比特传输能耗传输能耗的理论极限的理论极限 Ebmin=0.693kT，k=1.38 10-23 焦耳焦耳/K 1TByte 6.4 10-15 度度（电能电能） 超过超过14 万亿年的新数据复制万亿年的新数据复制 耗费耗费1度电度电 发现：发现：IP网络网络带宽资源带宽资源的过度消耗的过度消耗 原因：互联网传输链接已演化为无标度网络原因：互联网传输链接已演化为无标度网络 发现：发现：IP网络网络计算资源计算资源的过度消耗的过度消耗 原因：原因：WinTel模式的错误引导模式的错误引导网站：呈现规模差异的技术

3、环境网站：呈现规模差异的技术环境 网站（网站（websitewebsite），存储内容的数据库），存储内容的数据库 内容一旦写入网站，就可供全球各地不限次数（内容一旦写入网站，就可供全球各地不限次数（scale scale freefree）地读出）地读出 规模不受限的规模不受限的“文件生产力文件生产力” “自我繁殖自我繁殖”或或“散度散度0” 的节点，的节点，“连接度连接度” 涌现涌现规模效应，最终形成规模效应，最终形成scale-free的热门节点的热门节点 少数热门节点蚕食了网络的绝大多数带宽资源少数热门节点蚕食了网络的绝大多数带宽资源 1999年年10月，月，Barabasi和和Alb

4、ert在在SCEIENCE发表发表随随机网络中标度涌现机网络中标度涌现著名论文著名论文互联网正在逐步演互联网正在逐步演化为服从幂律的无尺度网络化为服从幂律的无尺度网络 Top1000网站网站 80%的带宽资源的带宽资源网库：平抑规模差异的技术环境网库：平抑规模差异的技术环境 CDNCDNP2P-PPcacheP2P-PPcacheTVcacheTVcacheMYcacheMYcache，一步步演化，一步步演化，中国正在创造中国正在创造分布式网库分布式网库技术技术 网库（网库（web cacheweb cache）：汇聚热门网站内容的数据库）：汇聚热门网站内容的数据库 三网融合，三网融合，NGB

5、NGB可以在许多城市营造各式各样的网库可以在许多城市营造各式各样的网库 绕开绕开IPIP核心网，核心网，在最靠近用户的地方吸纳最常用的访问在最靠近用户的地方吸纳最常用的访问，大比例分流对热门网站的直接访问大比例分流对热门网站的直接访问 平抑平抑网站连接规模，引导网站连接规模，引导IPIP核心网向核心网向随机网络随机网络方向回归方向回归 当前，只是在中心城市营造当前，只是在中心城市营造TVcacheTVcache和和PPcachePPcache 几年后，通过广播在每一个人身边营造几年后，通过广播在每一个人身边营造MYcacheMYcache 顺应低碳：节约路由，节约带宽顺应低碳：节约路由，节约带

6、宽 顺应全民：人人都有快捷地获得信息服务的平等权力顺应全民：人人都有快捷地获得信息服务的平等权力演化与回归演化与回归 历史总是合久必分，分久必合历史总是合久必分，分久必合 2020年前，出现网站年前，出现网站web-siteweb-site，存储共享文件的数据库，文件，存储共享文件的数据库，文件实现不限规模的时间复制（实现不限规模的时间复制（scale-free copy on timescale-free copy on time），），为全球广泛服务，为全球广泛服务，IPIP网逐步演化为无尺度网络网逐步演化为无尺度网络 当前，出现网库当前，出现网库web-cacheweb-cache，在网

7、络边缘汇聚常用热门内容，在网络边缘汇聚常用热门内容，Top1000Top1000实现不限规模的空间复制（实现不限规模的空间复制（ scale-free copy on scale-free copy on spacespace），避免无尺度流量进入核心层，），避免无尺度流量进入核心层，IPIP网核心层逐步向网核心层逐步向随机网络访问的方向回归随机网络访问的方向回归 不是回到原点，而是螺旋式上了一个台阶不是回到原点，而是螺旋式上了一个台阶 网站提供网站提供“各献所知各献所知”，网库提供，网库提供“各取所需各取所需”，两种都用，两种都用上，实现信息共享意义的共产主义理想上，实现信息共享意义的共产主

8、义理想NGBNGB的历史贡献的历史贡献 NGB的提法，好像全球无先例的提法，好像全球无先例 NGB的科学技术价值在于的科学技术价值在于Web cache Website + Webcache：完整的：完整的Web服务服务 Websites实现内容规模实现内容规模scale-free，各献所知，各献所知 Webcache实现用户规模实现用户规模scale-free，各取所需，各取所需 Website发明后发明后30年，中国人发明年，中国人发明Web cache 最终体现信息共享的基本科学道理最终体现信息共享的基本科学道理1.焦尔守恒，但比特可以无限量(scale-free)复制2. 信息共享不该

9、象物质共享那样艰难3. 互联网结构面临必要的补充时代似乎遇到麻烦时代似乎遇到麻烦 后摩尔：比特速度不再每一年半增长一倍后摩尔：比特速度不再每一年半增长一倍 后摩尔遇上超摩尔：后摩尔遇上超摩尔：IPIP流量十三年增长千倍流量十三年增长千倍峰回路转：后摩尔催生后峰回路转：后摩尔催生后IP 摩尔定律失效，速度虽可贵，节约价更高摩尔定律失效，速度虽可贵，节约价更高 低碳时代来临，高冗余、高耗费问题急待破解低碳时代来临，高冗余、高耗费问题急待破解 互联网信息共享已成为无尺度访问：互联网信息共享已成为无尺度访问：90%流量源流量源于有限的节点的有限内容，大量内容相同的数据包于有限的节点的有限内容，大量内容

10、相同的数据包在相同核心节点之间千遍万遍冗余传输在相同核心节点之间千遍万遍冗余传输 互联网耗全球电量互联网耗全球电量5.4%，且每年，且每年810%的增长的增长 边界网关协议边界网关协议BGP更新频率达到平均更新频率达到平均6次次/s，域间，域间路由收敛变慢，网络稳定性下降路由收敛变慢，网络稳定性下降 互联网架构委员会在阿姆斯特丹会议正式认定：路互联网架构委员会在阿姆斯特丹会议正式认定：路由需求增长速度已超过硬件性能的提升速度由需求增长速度已超过硬件性能的提升速度 告别告别Win-Tel两大巨头带来的耗费资源的发展模式两大巨头带来的耗费资源的发展模式后后IPIP：破解：破解TCP/IPTCP/I

11、P带宽冲突带宽冲突 李德毅在李德毅在NSFC规划草稿中对后规划草稿中对后IP的希望是：的希望是： 突破突破TCP/IP协议的局限，实现泛在联接协议的局限，实现泛在联接 泛在：泛在：Ubiquitous，空间无处不在，时间无时不有，空间无处不在，时间无时不有 TCP/IP 已是无缝联接，急需突破的重点是：已是无缝联接，急需突破的重点是：从原理上破解从原理上破解信息共享的结构冲突信息共享的结构冲突 TCP/IP 最适用于端到端（对流或传导）有线环境，局限于最适用于端到端（对流或传导）有线环境，局限于“点对点点对点”的的“信息搬迁信息搬迁”，没有体现，没有体现“点对面点对面”的无线的无线辐射环境辐射

12、环境 来实现来实现“信息在空间上的无限量再生信息在空间上的无限量再生” 对流、传导和辐射三大运动形式，为什么唯缺辐射？对流、传导和辐射三大运动形式，为什么唯缺辐射？ 解决方案：存储解脱解决方案：存储解脱时间时间冲突，辐射解脱冲突，辐射解脱带宽带宽冲突冲突 存储加广播，时间再生加空间再生，构成存储加广播，时间再生加空间再生，构成“播存结构播存结构”，帮助帮助TCP/IP 摆脱共享冲突摆脱共享冲突后后IPIP：帮助：帮助TCP/IPTCP/IP内容认证内容认证 网络安全是后网络安全是后IPIP急需突破的另一重点急需突破的另一重点 TCP/IPTCP/IP环境自身，原理上很难解决安全问题环境自身，原

13、理上很难解决安全问题 你可联通全世界，又不让全世界联通你，难以办到你可联通全世界，又不让全世界联通你，难以办到 安全要靠法律，科学技术只是为执法提供认证手段安全要靠法律，科学技术只是为执法提供认证手段 凡希望在凡希望在TCP/IPTCP/IP传输中获得安全保证的文件，应通过传输中获得安全保证的文件，应通过泛在全国的播存结构上提供一个公开的数字签名泛在全国的播存结构上提供一个公开的数字签名 广播是法律授权的、物理上与外界隔离的唯一性环境广播是法律授权的、物理上与外界隔离的唯一性环境 经公开密阴认证的内容才是法律意义安全的内容经公开密阴认证的内容才是法律意义安全的内容 总之，解决未来网络的性能与低

14、碳问题，安全与管理总之，解决未来网络的性能与低碳问题，安全与管理问题，播存结构都是后问题，播存结构都是后IPIP的一种可行的选择的一种可行的选择现有工作之一：城市网库现有工作之一：城市网库 互联网内容缓存（互联网内容缓存（IPCache） 目的：网络边缘汇聚常用热门内容，避免无尺度流目的：网络边缘汇聚常用热门内容，避免无尺度流量进入核心层量进入核心层 如东方网信的如东方网信的PPCache：用数十：用数十TB容量缓存容量缓存P2P和和HTTH文件，本地化满足网民需求文件，本地化满足网民需求 有线电视内容缓存（有线电视内容缓存（TVCache） 目的：实现数字电视的非实时按需服务目的：实现数字电

15、视的非实时按需服务 如歌华有线高清交互服务：通过缓存提供如歌华有线高清交互服务：通过缓存提供7天内天内25个电视频道每天个电视频道每天24小时（合计小时（合计4200小时）的节目回小时）的节目回看，以及看，以及10,000 小时影视小时影视VOD点播点播现有工作之二：个人网库现有工作之二：个人网库 2009年，北京市花园路和复兴路的两个实验室分年，北京市花园路和复兴路的两个实验室分别做了别做了“MYcache”的台面的台面仿真实验仿真实验 38Mbps的广播推送的广播推送Top1000网站，采用网站，采用“礼让并播礼让并播”软件，每软件，每24小时可以三遍推送小时可以三遍推送130GB的内容（含的内容（含2百万百万个标准网页和个标准网页和2万分钟标清视频