icn网络中缓存放置策略研究与实现方案

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1、ICN网络中缓存放置策略研究与实现方案摘要经过50多年的发展，互联网的使用已发生了巨大的变化，现在互联网的主要使用需求是内容的获取和分发，信息共享已经成为中心。与此同时，基于TCP/IP的现代互联网也暴露出越来越多的不适应。为了解决这些问题，信息中心网络ICN（InformationCentricNetwork）被提了出来。ICN中最具有代表性的就是加州大学洛杉矶分校团队提出的命名数据网络NDN（NamedDataNetworking）。本文首先介绍了NDN网络的产生背景，然后从NDN总体架构、协议包类型、节点结构以及运行过程等几个方面详细介绍了ND

2、N。缓存是NDN中很重要的部分，是不同于IP网络的核心。本文主要关注NDN的缓存放置策略问题，根据NDN现有的路由缓存放置策略存在的问题，从缓存命中率和网络负载两个性能指标出发，提出改进的缓存放置策略。NDN默认的缓存放置策略是LCE（LeaveCacheEverywhere）策略。LCE策略是指在数据包返回到数据请求者的过程中，在该路径上的每一点进行该数据内容的缓存。LCE策略本身没有什么协同机制，会造成缓存的冗余和缓存多样性的降低。本文通过考虑距离和节点缓存能力两个因素提出了一种新型的加权缓存放置策略ProbCache。仿真结果表明，改进后的缓存

3、放置策略相对于LCE策略来说，能提升70%左右的缓存命中率，减少10%左右的网络负载流量，对NDN网络的性能进行了提升。关键词命名数据网络（NDN）缓存放置策略缓存命中率网络负载流量目录第一章绪论11.1设计背景11.2研究的主要问题21.3设计结构2第二章命名数据网络架构研究32.1NDN总体架构32.2NDN协议包类型52.3NDN节点结构52.4NDN运行过程62.5NDN研究重点72.5.1NDN命名机制72.5.2NDN安全机制82.5.3NDN路由转发机制82.5.4NDN内容缓存机制92.6本章小结9第三章NDN缓存技术研究103.1N

4、DN缓存新特征及挑战103.1.1缓存透明化103.1.2缓存泛在化113.1.3缓存细粒度化113.2NDN缓存性能优化研究123.2.1缓存大小规划123.2.2缓存空间共享优化133.2.3缓存放置策略优化143.2.4缓存替换策略优化153.2.5缓存内容可用性优化153.3本章小结16第四章命名数据网络缓存放置策略优化174.1LCE策略174.2Hash-Routing策略184.3CL4M策略19294.4改进策略ProbCache204.5本章小结21第五章仿真分析225.1仿真环境及参数设置225.2仿真结果及分析225.2.1缓存

5、命中率结果225.2.2网络负载流量结果245.2.3仿真结果分析255.3本章小结26第六章总结与展望276.1设计总结276.2未来展望2729第一章绪论291.1设计背景经过50多年的发展，互联网的使用已发生了巨大的变化，现在互联网的主要使用需求是内容的获取和分发，信息共享已经成为中心。与此同时，基于TCP/IP的现代互联网也暴露出越来越多的不适应。在可扩展性方面，由于信息技术的飞速发展，导致IP地址的不够用，互联网流量激增，路由表超线性增长。为了适应这些变化，国内外提出了“改良型”和“革命型”两种主要的改革方案。而以不改变IP网络主机中心地位

6、的“改良型”方案由于并未触及到互联网的核心问题以及利益冲突等各方面原因并不能彻底地解决现在互联网的问题。所以“革命型”方案越来越受到重视。“革命型”方案提出了“面向数据的网络体系架构”DONA[1]，“内容中心网络”CCN[2]，“信息网络”NetInf[3]，“发布/订阅式互联网路由范例”PSIRP[4]等网络架构。这些方案都主张改变IP主机中心的地位。近些年来国内外学术界提出了一种新的以信息为中心的网络体系架构，即ICN（InformationCentricNetwork），得到了大部分科学家的重视和认同。其中最具有代表性的是加州大学洛杉矶分校团

7、队提出的面向内容的网络体系架构，即NDN（NamedDataNetworking）。NDN与IP网络很是相似，仍然延续了常用的七层沙漏模型。区别在于，NDN改变当前互联网主机-主机通信模式，使用数据名字而不是IP地址进行数据传递，让数据本身成为因特网架构中的核心要素。相比IP网络，NDN有两个突出的特点：一是NDN路由器可以缓存数据包，即NDN路由器能够重复使用数据，方便请求相同数据的用户；二是NDN自身就能保证它所传送的信息内容的安全，确保内容的完整性和可靠性。在未来以内容分发为主的互联网中，NDN的提出将具有很大的研究意义。NDN网络的构建包含诸

8、多关键性技术，例如命名技术、路由技术、缓存技术、安全技术等等。在这篇设计里我们将重点讨论缓存技术。缓存是临时