1.1.2 当前网络面临的挑战

从网络的发展历程中我们可以看到，当前人们对网络的需求是随着互联网的广泛应用产生的。这些新需求的产生为当前网络的运营带来了诸多挑战。概括来说，主要有以下几个方面。

1.网络规模快速扩大

网络规模的扩大是指网络连接数的增加和网络流量的激增，这主要是物联网、虚拟现实、4K/8K视频等技术的应用带来的。未来十年，将有海量的设备接入网络，届时，万物互联可能就不是一句口号了。大家在憧憬这些技术可能带来的种种美好愿景时，却也满怀担忧；现有的互联网体系架构是构建在TCP/IP之上的，每台接入设备都必须有一个IP地址才能实现和其他设备的通信；连接数的增加意味着IP地址数量的增加，但IP地址数量有限，地址空间可能面临枯竭，流量的剧增增加了网络带宽的压力；一些新业务，如4K/8K视频、虚拟现实游戏等，更是对网络吞吐量、丢包率、时延等性能指标有更严格的要求。

2.用户需求动态变化

互联网发展至今，早已不仅仅是为了实现资源的共享，而是逐渐演变成社会和经济发展高度依赖的全球信息基础设施，承载着各种商业化的业务和应用。网络要满足用户需求，需要变得更加智能、弹性，能够及时洞察和响应用户需求。这就要求网络在灵活性、可扩展性等方面有新的突破；同时，企业还要能合理高效地利用网络资源，降低运营成本。

3.专用设备日趋庞杂

网络架构中还有一类专用设备——网络中间件。网络中间件的作用是处理数据包以实现特定的网络功能，如防火墙、深度包检测、负载均衡器等。这类设备有一个显著的特点是和业务的紧耦合。该特点带来的好处是性能高，符合运营商业务对电信级的要求；但缺点也很多，如功能单一、封闭、不灵活、价格高昂等。这会带来什么问题呢？假设，运营商要引入一项新业务，就需要新建一张承载网，购置和开发一批新的专用设备。用户需求一旦发生变化，重新配置和更改这类设备会比较困难。传统的电信网络业务单一，以语音为主，用户需求变更不频繁，网络规模较小，因而这种业务部署方式的弊端不明显。如今，这种软硬件一体化的封闭式架构出现了通信设备日益臃肿、扩展受限、功耗大、功能提升空间小、业务上线时间长、资源利用率低、运维难度大、成本高、厂商的技术锁定等一系列问题。

4.流量模型难预测

通信技术和信息技术的深度融合，使得人们可以随时随地上网。打电话、发短信等传统电话业务正逐渐被数据业务取代。用户对宽带的要求从基于覆盖的连接转向基于内容和社交体验的连接。传统的业务流量主要是指端到端的模式，较为稳定，符合泊松分布；而互联网流量受热点内容牵引，流量流向和流量规模很难预测。随着数据中心和云计算技术的发展，企业的部分业务被托管在数据中心，这使得数据中心成为主要的流量生产基地和分发中心。

为解决互联网在不断发展中出现的新问题，人们采用的传统做法是不断向现有网络添加各种协议。例如，为解决IPv4地址短缺问题提出的网络地址转换（Network Address Translation，NAT），为解决不同租户网络间的隔离性问题提出的虚拟局域网（Virtual LAN，VLAN）、虚拟可扩展局域网（Virtual eXtensible LAN，VXLAN）等。这些方法在解决问题的同时，进一步加剧了互联网体系结构的复杂度和网络的管理难度；同时，受限于厂商设备的封闭性，新协议的设计实现和推动落成非常漫长。此外，封闭的网络体系架构不利于产业链的开放和技术业务的创新。总体来说，这样的解决方案只治标，但不治本。后来，部分研究者意识到，这些问题产生的根源在于当前互联网自身的体系结构，特别是IP层作为一种网络体系结构的“窄腰”，其所承载的重任导致对其进行重大修改是十分困难的。所以，支持网络进行革新的研究者摒弃了上述“打补丁”式的解决思路，转而寻求新型的网络体系结构来解决当前网络存在的问题。