面向缓存的数据名查找加速机制研究

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1、学校代号１０５３２学号Ｓ１５１０Ｗ０６９３分类号ＴＰ３９３密级ＨＵＮＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ工程硕士学位论文面向缓存的数据名查找加速机制研究学位申请人姓名岳ｍ培养单位信息科学与工稈学院导师姓名及职称张大方教授曾彬高级工稈师学科专业软件工稈研究方向计算机网络２０５１５１８年月日论文提交日期学校代号：１〇５３２学号：Ｓ１５１０Ｗ０６９３密级：湖南大学工程硕士学位论文面向缓存的数据名查找加速机制研究学位由请

2、人姓名：ｉｍ导师姓名及职称：张太方教授曾栳高级工稈师培养单位：信息科学与工程学院专业名称：软件工稈．论玄揋交日期：２０１８年５月１５日论女答辩日期：２０１８年５月２６日答辩委昂会主席：彭飞教授－ｏｒｔａＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｃａｃｈｅｉｅｎｔｅｄｄａｎａｍｅｌｏｏｋｕａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｐｍｅｃｈａｎｉｓｍｂｙＹｕｅＫａｉＢ．Ｅ．ＨｕｎａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔ２０１５（ｇｙｙ

3、）ＡｔｈｅｓｉｓｓｕｂｍｉｔｔｅｄｉｎａｒｔｉａｌｓａｔｉｓｆａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎＳｏｆｔｗａｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎｔｈｅＧｒａｄｕａｔｅｓｃｈｏｏｌｏｆ．ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＳｕｅｒｖｉｓｏｒｐＰｒｏｆｅｓｓｏｒＺｈａｎＤａｆａｎｇｇＳｅｎｉｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒＺｅｎｇＢｉｎＭａｙ２０１８，湖

4、南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研宂所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：ｊｑｋｊ日期：年上月鸠日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允

5、许论文被查阅和借阋。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１、保密□。，在密后适用本授权书年解２、不保密０。“”（请在以上相应方框内打Ｖ）、冲：作者签名：＾日期Ｓ年上月４日导师签名＾／Ｔ面向缓存的数据名查找加速机制研究摘要近几年，随着网络技术的飞速发展，互联网应用已经渗透到人们工作生活的方？ＴＣＰ方面面。人们越来越关注网络中传输的数据内

6、容，而现有的／ＩＰ架构却是以地址为核心，在可扩展性、动态性和安全性等方面己难以满足应用的需求。鉴于此，命名数据网络（ＮａｍｅｄＤａｔａＮｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，ＮＤＮ）提出将网络关注的焦点从地址转移到数据内容，颠覆了传统ＴＣＰ／ＩＰ网络的通信模型。在ＮＤＮ的数据平面，数据名查一找是项关键技术，直接决定了数据平面转发数据包的性能以及资源开销。相比于ＩＰ地址，ＮＤＮ数据名结构复杂、不定长且无理论上限，这给数据名查找带来了更大的挑战。基于前缀树的数据名查找方案在不考虑专用硬件加速的情况下

7、查找速度难以满足性能需求；哈希表和布鲁姆过滤器虽然操作简单、平均查找速度快１但不能直接应用于前缀查找，且需小心处理哈希冲突和假阳性问题。前缀布鲁姆过滤器（ＰｒｅｆｉｘＢｌｏｏｍＦｉｌｔｅｒ，ＰＢＦ）根据前缀长度分布，结合哈希表和布鲁姆过滤器来实现查找加速，同时降低假阳性率。然而，其存储利用率较低，浪费了大部分存储空间一。鉴于此，本文基于前缀布鲁姆过滤器，设计了种更紧凑的结构及相应的查找算法，在保障查找速度、假阳性率和准确率的前提下压缩存储开销。实验表明，该方案能节省近５４％的

8、存储空间，而且查找速度也有提升。在数据集为全匹配模式和．５％和７．５％。全不匹配模式的情况下，平均查找延时分别下降了１１可见，该方案既能压缩存储空间，又能提升查找性能。一方面一另，常规ＮＤＮ的包转发过程中需要查多张表在些特定场景下，；而比如流媒体传输，短时间内需要处理大量数据名相同或相近的包。因此，本文在对一ＮＤＮ转发流水线进行深入分析后，设计了种包缓存（ＰａｃｋｅｔＣａｃｈ