网络设计的科学理解

随着互联网因指数级增长的流量需求而严重过载，人们普遍认为当今迫切需要新一代数据网络。然而，站在这个十字路口，我们发现我们处于一种缺乏网络设计理论的状态。随着近期网络测量和建模的进展挑战了过去几十年网络研究的基础，这个问题变得更加严重。本文试图通过将网络设计形式化为一个多目标优化过程，并量化不同设计选择独立和集体影响这些目标的方式，为网络设计建立科学基础。引入笛卡尔坐标系将每个设计方案的效果映射到一个坐标。我们研究了网络设计空间的可达区域，并证明了一些边界条件。结果表明，不同类型的网络在笛卡尔坐标系中显示出不同形状的可达区域，并表现出不同的实现成本效益和可扩展设计的能力。特别地，我们发现当前经验性网络设计和工程背后的哲学未能满足网络设计的成本效益和可演化性要求。我们证明，对于BA类无标度网络，高效路由结合有效的基于介数的链路带宽分配方案是一种成本效益高且可扩展的设计，而如果其他设计选择无法事先确定，ER网络是成本效益高且可扩展设计的显著良好候选。