內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)研究與進(jìn)展

1、精品文檔內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)研究與進(jìn)展作者：馬琳琳 張建偉 蔡增玉 尚志會 袁臣 胡春暉來源：計算機(jī)時代2016年第08期摘 要： 與互聯(lián)網(wǎng)不同 ,內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)（CCN）是一種面向內(nèi)容共享的通信架構(gòu) ,支持高效的內(nèi)容分發(fā) ,在網(wǎng)絡(luò)安全和部署方面具有顯著的優(yōu)勢。文章綜述了內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究 ,主要介紹了CCN的工作機(jī)制 ,分析了CCN的比較優(yōu)勢與特點(diǎn) ,對CCN的熱點(diǎn)問題進(jìn)行了調(diào)研 ,并對CCN進(jìn)一步的設(shè)計研究和發(fā)展進(jìn)行了展望。CCN網(wǎng)絡(luò)是信息中心網(wǎng)絡(luò)（ICN）的主要架構(gòu)之一 ,在未來網(wǎng)絡(luò)的演化中將發(fā)揮更大的作用。關(guān)鍵詞： 內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)； 內(nèi)容分發(fā)； 網(wǎng)絡(luò)安全； 信息中心網(wǎng)絡(luò)中圖分類號：TP393

2、文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）08-25-03Abstract： Different from the Internet , content center network （CCN） is a kind of communication architecture for content sharing , supports efficient content distribution , and has significant advantages in network security and deployment. This paper reviews the r

3、elated research of CCN , mainly introduces the working mechanism of CCN , analyzes the comparative superiority and characteristics of CCN , carries on the investigation and study on the hot issues of CCN , and prospects the further research and development of CCN. CCN is one of the main frameworks o

4、f the information center network （ICN） , and will play an even greater role in the evolution of network in the future.Key words： content center network； content distribution； network security； information center network0 引言隨著科技的不斷創(chuàng)新和發(fā)展 ,互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)從傳統(tǒng)的客戶端-服務(wù)器（client-server）通信模式轉(zhuǎn)變成現(xiàn)在廣泛使用的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（content dis

5、tribution network）。同時 ,互聯(lián)網(wǎng)的用戶行為也在發(fā)生變化1 ,從傳統(tǒng)關(guān)注服務(wù)器和主機(jī)IP地址 ,轉(zhuǎn)變?yōu)橹魂P(guān)心數(shù)據(jù)的內(nèi)容是否符合要求。因此 ,傳統(tǒng)的基于TCP/IP協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)面臨的挑戰(zhàn)主要有：高效可擴(kuò)展內(nèi)容分發(fā)、海量普適計算設(shè)備、多宿主和多鏈接、移動性支持。為了解決上述問題 ,對未來網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改進(jìn)和設(shè)計 ,提出了內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)（content-centric networking ,CCN）2。國外學(xué)術(shù)界關(guān)于內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)的研究項(xiàng)目很多 ,主要包括美國伯克利大學(xué)RAD實(shí)驗(yàn)室提出的“面向數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)”（DONA）、美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的“面型數(shù)據(jù)傳輸”（DOT）、芬蘭赫爾辛基

6、科技大學(xué)和赫爾辛基信息技術(shù)研究所的“發(fā)布、訂閱式互聯(lián)網(wǎng)路由示范”（PSIRP）、美國帕洛阿爾托研究中心提出的“內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)”（CCN）、歐盟FP7的4WARD和美國斯坦福大學(xué)的TRIAD等項(xiàng)目8。另外 ,歐洲的CONNET項(xiàng)目6-7也在為完善CCN做出貢獻(xiàn) ,CONNECT主要研究CCN的流量控制、命名、路由和轉(zhuǎn)發(fā) ,并思考CCN的部署策略。1 內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)原理介紹1.1 體系結(jié)構(gòu)內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)保持了傳統(tǒng)TCP/IP結(jié)構(gòu)沙漏模型 ,不同之處在于中間層的協(xié)議（見圖1） ,用命名數(shù)據(jù)取代IP ,直接以內(nèi)容名字進(jìn)行路由 ,實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)的高效內(nèi)容分發(fā)。這種命名方式只與其傳輸?shù)男畔⒂嘘P(guān) ,給網(wǎng)絡(luò)節(jié)

7、點(diǎn)的可移動性帶來了方便。另外 ,CCN內(nèi)建了存儲功能 ,中間節(jié)點(diǎn)可以暫態(tài)緩存數(shù)據(jù) ,提高了數(shù)據(jù)的高效利用率。最后 ,CCN體系結(jié)構(gòu)中還設(shè)計了安全層 ,對核心網(wǎng)絡(luò)包進(jìn)行封裝保護(hù)。1.2 工作機(jī)制CCN包含了兩種報文類型 ,即興趣包（Interest Packet）和數(shù)據(jù)包（Data Packet）（見圖2） ,三類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如：內(nèi)容存儲器（Content Store ,CS）、未決請求表（Pending Interest Table ,PIT）和轉(zhuǎn)發(fā)信息庫（Forwarding Information Base ,FIB）。CCN采用請求者驅(qū)動的模式 ,依次查詢CS、PIT、FIB進(jìn)行Intere

8、st的轉(zhuǎn)發(fā)過程。以內(nèi)容為中心的網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)模型如圖3所示。當(dāng)興趣包到達(dá)一個接口時 ,首先需要對名字進(jìn)行最長前綴來相應(yīng)查找 ,先在CS中匹配 ,如果響應(yīng)請求就丟棄興趣包 ,如果沒有就查找PIT ,如果PIT中有該Content Name條目 ,則在該條目中增加該興趣包到來的Face ,并丟棄興趣包；如果沒有就查找FIB ,如果在FIB中找到 ,則按照查找到的所有Face口轉(zhuǎn)發(fā)興趣包 ,并在PIT中記錄 ,如果沒有就丟棄興趣包。PIT表記錄了已經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)的興趣包 ,當(dāng)響應(yīng)請求的數(shù)據(jù)包借助PIT表的某條目轉(zhuǎn)發(fā)后 ,該條目應(yīng)被刪除 ,以保證數(shù)據(jù)包能順利傳輸?shù)秸埱笳吣抢?。?dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)一個接口時 ,首先需要對數(shù)

9、據(jù)包的內(nèi)容名字進(jìn)行最長前綴來相應(yīng)查找 ,先在CS中匹配 ,如果響應(yīng)請求就丟棄興趣包 ,再在PIT表中匹配條目 ,如果PIT中有該Content Name條目 ,則發(fā)送到請求者那里 ,同時緩存在CS中 ,如果沒有匹配 ,則丟棄該數(shù)據(jù)包。1.3 內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)分析 安全。安全是CCN體系結(jié)構(gòu)的一部分 ,其中數(shù)據(jù)簽名為未來互聯(lián)網(wǎng)提供了必不可少的安全性。另外 ,CCN網(wǎng)絡(luò)不存在數(shù)據(jù)通道的安全 ,因?yàn)閿?shù)據(jù)沒有固定的通道 ,可以存儲在任意的緩存節(jié)點(diǎn)。最后 ,CCN對許多DOS攻擊有天生的防御能力4。 性能。CCN天生支持內(nèi)容分發(fā)和多播功能 ,相對于當(dāng)今IP網(wǎng)絡(luò)具有明顯的優(yōu)勢。另外 ,CCN在動態(tài)內(nèi)容、點(diǎn)

10、對點(diǎn)通信上也具有和IP網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)?shù)男阅?,并具有比IP更高的靈活性、安全性和魯棒性3。 流量調(diào)節(jié)。流量均衡調(diào)節(jié)功能是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備的功能之一 ,CCN具有自然的流量調(diào)節(jié)能力 ,在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)市 ,可以根據(jù)鏈路狀況 ,選擇轉(zhuǎn)發(fā)策略 ,從而均衡整個網(wǎng)絡(luò)流量。另外 ,CCN的中間節(jié)點(diǎn)可以緩存經(jīng)過的數(shù)據(jù) ,這種設(shè)計可以節(jié)省用戶訪問同一數(shù)據(jù)的響應(yīng)時間 ,進(jìn)而從整體上減少了整個網(wǎng)絡(luò)的流量。 簡化應(yīng)用部署?；ヂ?lián)網(wǎng)上的很多應(yīng)用都需要復(fù)雜的中間件 ,進(jìn)行IP地址和應(yīng)用關(guān)心的內(nèi)容之間的映射 ,而CCN可以大大簡化應(yīng)用的部署和開發(fā)。2 內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn) 路由機(jī)制CCN結(jié)構(gòu)采用了層次化的命名體系 ,使用前綴最長匹配的方式

11、對內(nèi)容名字進(jìn)行解析。如果節(jié)點(diǎn)路由器存有請求的內(nèi)容 ,則立即返回 ,若沒有相應(yīng)內(nèi)容 ,則通過匹配將請求繼續(xù)發(fā)到下一個路由器節(jié)點(diǎn) ,直到請求被滿足。在CCN系統(tǒng)中 ,名字路由和內(nèi)容傳輸?shù)倪^程是合二為一的 ,而且這一設(shè)計完全拋開了IP網(wǎng)絡(luò)的概念。但層次化的命名方式與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錈o關(guān) ,同樣也會導(dǎo)致路由表膨脹。因此 ,為了顯示CCN能夠?qū)崿F(xiàn)全球規(guī)模的部署 ,首先要解決的問題是可擴(kuò)展的路由和線速的轉(zhuǎn)發(fā)引擎。 隱私保護(hù)機(jī)制針對內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò) ,內(nèi)容對象的命名方式和內(nèi)容安全機(jī)制的結(jié)合是一個很大的挑戰(zhàn)。內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制直接從路徑保護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦騼?nèi)容的保護(hù)。內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)采用層次化的命名機(jī)制 ,從而可利用前綴匯聚方式

12、更好支持路由。內(nèi)容名稱對于所有發(fā)布者都是全局惟一的。在隱私保護(hù)方面 ,CCN包含可訪問和不可訪問兩部分。在不可訪問部分使用公共密鑰進(jìn)行加密和身份驗(yàn)證。 緩存機(jī)制對于CCN網(wǎng)絡(luò) ,采用了分布式的內(nèi)容緩存機(jī)制 ,允許節(jié)點(diǎn)對傳輸?shù)膬?nèi)容進(jìn)行緩存。如何在合理的代價開銷下 ,增大節(jié)點(diǎn)臨時緩存內(nèi)容的可用性 ,提升緩存資源利用率 ,是發(fā)揮CCN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容普遍緩存優(yōu)勢的關(guān)鍵。但是 ,CCN沒有考慮局部節(jié)點(diǎn)的暫態(tài)緩存內(nèi)容 ,只針對穩(wěn)定持久的內(nèi)容源建立了路由條目。目前 ,已內(nèi)容為中心的網(wǎng)絡(luò)緩存技術(shù)的研究主要涉及緩存的分配策略、緩存替換策略、緩存利用策略和緩存放置策略5。3 結(jié)束語隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的爆炸式增長、新型業(yè)務(wù)的多

13、樣化發(fā)展、智能終端的不斷升級 ,網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計又要改變 ,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)要增加更常用的信息處理功能 ,使用最近的計算資源來更有效的滿足逐漸增多的終端的計算要求。當(dāng)前 ,情景感知在追求個性化的今天得到了越來越多學(xué)者的關(guān)注 ,其研究價值都是不容小覷的。因此 ,為了使情景感知技術(shù)在內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)中得到更加合理、高效的應(yīng)用 ,可以通過設(shè)計具備情景感知能力的內(nèi)容路由算法 ,增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)智能 ,在內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)框架下解決用戶位置移動、興趣變化等動態(tài)情景下內(nèi)容的高效獲取問題。這就需要在接下來的研究中 ,設(shè)計宏觀情景擬合的內(nèi)容路由算法以及緩存機(jī)制 ,實(shí)現(xiàn)宏觀情景轉(zhuǎn)移時的內(nèi)容高效獲取 ,規(guī)劃好路由算法、緩存策略同宏觀情景之間存在

14、的匹配問題 ,解決匹配帶來適應(yīng)性和穩(wěn)定性之間的矛盾。參考文獻(xiàn)（References）：1 Greenemeier L.Content is king： can researchers design an information-centric internet？http：/ ,2012.2 Jacobson V , Smetters D K , Thornton J D , et al.Networking named content. Proceedings of CoNEXT , Rome , Italy , 2009.3 Z. Zhu , S. Wang , X. Yang , V. Jacobson , and L. Zhang.Act： An audio conference tool over named data networkingC. ACM Sigcomm workshop ICN11 , August 2011.4 閔二龍 ,陳震 ,徐宏峰等.內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)CCN研究進(jìn)展探析J.信息網(wǎng)絡(luò)安全 ,2012.2：