内容感知网络架构

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1、内容感知网络架构ContentAwareNetworkArchitecture林涛/LINTao唐晖/TANGHui侯自强/HOUZiqiang(中科院声学所高性能网络实验室，北京100190)(HighPerformanceNetworkLaboratoryInstituteofAcoustics,ChineseAcademyofSciencesBeijing100190,China)中图分类号：TP393.4文献标志码：A文章编号：1009-6868(2011)02-0000-00基金项目：摘要：文章提出一种内容感知的未来网络架构。该网络架构通过新型的主机

2、/内容命名机制，能够在网络层支持对内容和主机的统一标识，从而在实现内容高效分发的同时，有效地支持端到端通信；同时，该网络架构还具备良好的扩展性、移动性、安全性。关键词：未来网络；内容感知；路由可扩展；标识/位置分离Abstract:Thispaperproposesacontent-awarenetworkarchitecture.Throughanovelhost/contentnamingmechanism,thearchitecturesupportsunifiedidentificationofhostandcontentatthenetworklay

3、erandhasefficientcontentdistributionandefficientendtoendcommunication.Routingscalability,mobility,andsecurityarealsowellsupported.Keywords:futurenetwork;contentaware;routescalability;identifier/locationsplit随着互联网网络规模的迅猛增长，以及新型应用的飞速增加，原来主要面向科学研究设计的互联网在可扩展、安全、能耗等方面面临重大挑战。互联网流量的快速增长是造成

4、上述问题的重要原因之一。据Cisco预测[1]，IP流量将以年复合增长率34%的速度增长，2014年全球的IP流量将达到每个月64EB，而互联网上内容相关的流量将超过97.5%的份额。同时，互联网在内容热度方面呈现无尺度分布特征[2]，大量相同内容在网络中低效、重复传输是互联网流量剧增的根本原因。针对上述问题，目前主要存在两种解决方案：增量式演进方案和革命式解决方案。增量式演进的方案主要通过应用层技术，如对等网络(P2P)、缓存、内容传送网络(CDN)等技术来实现。虽然这些技术在一定程度上可以改进内容分发效率，但是由于难以对网络状态进行有效感知以及缺乏统一的内

5、容标识，因此存在路由效率低、实施难度大等问题。革命式解决方案，包括NDN(NamedDataNetworking)[3]、DONA(DateOrientedNetworkArchitecture)[4]、PSIRP[5]等未来网络架构，其中NDN最具代表性。NDN提出一个基于内容的命名/路由的网络体系结构，实现通信方式由“Where”到“What”的根本转变。但是基于内容的命名和路由方式，使得NDN面临路由可扩展性以及对端到端通信类应用有效支持等挑战。本文提出一种内容感知的网络架构，通过新型的主机/内容命名机制，能够在网络层支持对内容和主机的统一标识，从而在实

6、现内容高效分发的同时，有效地支持端到端通信。同时，该架构还具备良好的扩展性、移动性、安全性。1总体架构图1内容感知网络总体架构众所周知，IP地址的双重属性(同时包含标识和位置信息)是导致目前互联网路由可扩展性、移动性差的根本原因。因此，标识和位置分离的命名机制，如LISP[6]、GLI-split[7]、SHIM6[8]等方案应运而生。本文在标识和位置分离思想的基础上，将标识进一步分为主机标识和内容标识，使得网络具备内容感知的能力；同时主机标识和内容标识采用一种逻辑可汇聚的路由前缀，实现标识和位置的高效映射。另外，随着通用处理器计算能力的提高和存储设备成本的降

7、低，通信设备日益呈现IT化趋势，其计算能力和存储能力将极大提高。内容感知网络架构的另一个重要特点就是存储网络化，即路由设备具备大容量存储能力。结合本文提出的内容标识机制，具备存储能力的路由设备在支持传统路由转发功能的基础上，还可实现内容缓存和高效分发。内容感知网络总体架构如图1所示。在内容感知网络架构中，主要包括边缘网络、核心网络、标识/位置映射系统3部分。在边缘网络，主机和边缘路由器之间通过数据报文包含的标识信息进行通信；在核心网络，核心路由器根据数据报文包含的位置信息进行路由、转发。边缘路由器作为边缘网络和核心网络之间的功能实体，实现标识到位置的解析以及数

8、据报文封装/解封装操作。同时，边缘路由