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IP 网络标度的涌现与平抑 Emergence and return of scaling in IP networks

IP 网络标度的涌现与平抑 Emergence and return of scaling in IP networks. 李幼平 2010,7,26 第六届全国网络科学论坛. 一个老年人 ( 李院士 ) 的感悟. 焦尔是守恒的，但 比特可以无限量 (scale-free) 复制 信息共享 (copy) 不应象物质共享 (share) 那样艰难 互联网的结构面临必要补充. 降低能量消耗的可行性. 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 分享（ share ）， 信息共享是比特的非限量复制（ copy ）

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IP 网络标度的涌现与平抑 Emergence and return of scaling in IP networks

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Presentation Transcript

  1. IP网络标度的涌现与平抑Emergence and return of scaling in IP networks 李幼平 2010,7,26 第六届全国网络科学论坛

  2. 一个老年人(李院士)的感悟 • 焦尔是守恒的，但比特可以无限量(scale-free)复制 • 信息共享(copy)不应象物质共享(share)那样艰难 • 互联网的结构面临必要补充

  3. 降低能量消耗的可行性 • 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分享（share）， 信息共享是比特的非限量复制（copy） • 能耗：1比特传输能耗的理论极限 Ebmin=0.693kT，k=1.3810^-23 焦耳/K 1TByte  6.4 10^-15 度（电能） 超过14 万亿年的新数据复制  耗费1度电 • 发现：IP网络带宽资源的过度消耗 原因：互联网传输链接已演化为无标度网络 • 发现：IP网络计算资源的过度消耗 原因：WinTel模式的错误引导

  4. 网站：呈现规模差异的技术环境 • 网站（website），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（scale free）地读出 • 规模不受限的“文件生产力” • “自我繁殖”或“散度>0” 的节点，“连接度” 涌现规模效应，最终形成scale-free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 • 1999年10月，Barabasi和Albert在SCEIENCE发表《随机网络中标度涌现》著名论文——互联网正在逐步演化为服从幂律的无尺度网络 • Top1000网站 > 80%的带宽资源

  5. 网库：平抑规模差异的技术环境 • CDN—P2P--PPcache—TVcache—MYcache，一步步演化，中国正在创造分布式网库技术 • 网库（web cache）：汇聚热门网站内容的数据库 • 三网融合，NGB可以在许多城市营造各式各样的网库 • 绕开IP核心网，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 • 平抑网站连接规模，引导IP核心网向随机网络方向回归 • 当前，只是在中心城市营造TVcache和PPcache • 几年后，通过广播在每一个人身边营造MYcache • 顺应低碳：节约路由，节约带宽 • 顺应全民：人人都有快捷地获得信息服务的平等权力

  6. 演化与回归 • 历史总是合久必分，分久必合 • 20年前，出现网站web-site，存储共享文件的数据库，文件实现不限规模的时间复制（scale-free copy on time），为全球广泛服务，IP网逐步演化为无尺度网络 • 当前，出现网库web-cache，在网络边缘汇聚常用热门内容，Top1000实现不限规模的空间复制（ scale-free copy on space），避免无尺度流量进入核心层，IP网核心层逐步向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 • 网站提供“各献所知”，网库提供“各取所需”，两种都用上，实现信息共享意义的共产主义理想

  7. NGB的历史贡献 • NGB的提法，好像全球无先例 • NGB的科学技术价值在于Web cache • Website + Webcache：完整的Web服务 • Websites实现内容规模scale-free，各献所知 • Webcache实现用户规模scale-free，各取所需 • Website发明后30年，中国人发明Web cache • 最终体现信息共享的基本科学道理 • 焦尔守恒，但比特可以无限量(scale-free)复制 • 信息共享不该象物质共享那样艰难 • 互联网结构面临必要的补充

  8. 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 • 后摩尔遇上超摩尔：IP流量十三年增长千倍

  9. 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 • 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：>90%流量源于有限的节点的有限内容，大量内容相同的数据包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5.4%，且每年8~10%的增长 • 边界网关协议BGP更新频率达到平均6次/s，域间路由收敛变慢，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：路由需求增长速度已超过硬件性能的提升速度 • 告别Win-Tel两大巨头带来的耗费资源的发展模式

  10. 后IP：破解TCP/IP带宽冲突 • 李德毅在NSFC规划草稿中对后IP的希望是： 突破TCP/IP协议的局限，实现泛在联接 • 泛在：Ubiquitous，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：从原理上破解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“点对点”的“信息搬迁”，没有体现“点对面”的无线辐射环境 来实现“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？ • 解决方案：存储解脱时间冲突，辐射解脱带宽冲突 • 存储加广播，时间再生加空间再生，构成“播存结构”，帮助TCP/IP 摆脱共享冲突

  11. 后IP：帮助TCP/IP内容认证 • 网络安全是后IP急需突破的另一重点 • TCP/IP环境自身，原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 • 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TCP/IP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 • 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 • 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IP的一种可行的选择

  12. 现有工作之一：城市网库 • 互联网内容缓存（IPCache） • 目的：网络边缘汇聚常用热门内容，避免无尺度流量进入核心层 • 如东方网信的PPCache：用数十TB容量缓存P2P和HTTH文件，本地化满足网民需求 • 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 • 如歌华有线高清交互服务：通过缓存提供7天内25个电视频道每天24小时（合计4200小时）的节目回看，以及10,000 小时影视VOD点播

  13. 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别做了“MYcache”的台面仿真实验 • 38Mbps的广播推送Top1000网站，采用“礼让并播”软件，每24小时可以三遍推送>130GB的内容（含2百万个标准网页和2万分钟标清视频） • 数千种媒体的图文、视频内容随时投入 • 分级礼让、有序播出 • 紧急图文，优先插播，存入Mycache“急诊”区 • 卫星广播 + 地面有线、无线转播，个人存储，8GB的个人网库 • 关键：统一内容定位（UCL），根据个人URL访问，选择存储Top1000中符合个人兴趣的内容

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