[发明专利]一种基于选择性缓存的内容中心网络动态路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机网络，特别是涉及一种基于选择性缓存的内容中心网络动态路由方法。

背景技术

当今的网络架构是上世纪六七十年代建立的。在互联网建立之初，互联网主要用于主要科研机构和政府机构之间的联系，因此互联网的各台主机之间是相互信任的。而且互联网最初主要用于大型机器之间数据和服务的共享，网络拓扑比较简单，服务类型也很单一，因此，局限于当时互联网的用途，互联网中各个主机之间的通信采用了点对点通信的方式。

随着科技和社会的发展，在当今社会，硬件设备生产成本不断降低，终端设备在日常生活中不断得到普及，使互联网逐渐渗透到社会生活的方方面面。在互联网广泛应用于生产生活的同时，它的功能和用途也发生了深刻的变化。在当今的互联网中，随着YouTube，P2P等内容分享应用的逐渐流行，内容分享应用所产生的流量在网络总流量中所占的比例越来越大。一方面，对于内容分享应用而言，用户关心的只是数据本身，而并不关心数据存放的具体位置；另一方面，当今的互联网架构依然是基于点对点通信的，所以尽管我们并不关心数据存放的位置，但是我们必须首先将数据映射成它们的存放位置，然后再去相应的位置去获取数据。这造成了目标和方法的分离，增加了我们获取数据的复杂度。同时，随着网络的规模的不断扩大，网络中的可能发生的状况变得越来越复杂，新的网络安全问题层出不穷。为了保证网络的正常运转，在原来的系统的基础上，我们给网络引入了各种各样的机制，使得网络变得越来越复杂，网络的管理也变得越来越困难。

为了从根本上解决上述问题，针对当前网络的特点，人们提出了一种新的网络体系结构，称为命名数据网络(Named Data Networking)。与传统的IP网络不同，在命名数据网络中，数据而非主机是最基本的路由对象。命名数据网络最基本的特点是，当我们在请求某一个数据的时候，我们直接请求这个数据本身，而不再是通过访问这个数据存放的位置来获取这个数据。此外，重新构造网络也允许我们结合当今网络的具体特性，引入一些新的机制以简化网络的架构，建立更加简单有效的网络安全模型。从这个意义上讲，命名数据网络的提出蕴含了诸多的机会和希望。

命名数据网络的特点如下：

1)每一个数据包都有一个唯一的名字。当我们要获取某个数据包的时候，我们根据这个数据包的名字请求这个数据包，而不是将这个数据包映射成它的存放位置，然后通过访问它的存放位置来获取这个数据包。此外，命名数据网络采用了层次化的命名结构，比如ndn/video/transformer这样的形式，这样可以通过聚合来有效减小路由表的规模。

2)每一个路由器的都有缓存数据的功能。当一个数据经过一个路由器的时候，这个路由器可以选择对这个数据进行缓存。当用户发出一个请求的时候，这个请求会在网络中进行传播。如果这个请求到达一个路由器，这个路由器发现它缓存了所请求的数据，那这个路由器就会返回这个数据，因此这个请求就得到了满足。

命名数据网络中有两种不同的数据类型，分别是数据包(Data packet)和兴趣包(Interest packet)。当一个用户要请求一个数据的时候，他首先需要知道这个数据的名字，然后这个用户根据这个名字生成一个兴趣包，并将这个兴趣包发送给它的代理路由器。当这个代理路由器收到这个兴趣包的时候，代理路由器会根据它本身的路由策略对这个兴趣包进行路由。如果这个兴趣包到达一个路由器并且这个路由器存放了这个兴趣包所请求的数据包的话，这个数据包就会被返回，否则这个兴趣包最终将会被传送给所请求的数据包的源服务器，并从源服务器取回所请求的数据包。一个兴趣包在网络中进行传输的过程中，网络中的路由器会为这个兴趣包维护相应的信息；当这个兴趣包最终到达了所请求的数据包的存放位置的时候，这个数据包就会沿着原来兴趣包到达的路径返回。

命名数据网络的路由器主要有三种数据结构，分别是数据仓库(Data Store)，等待兴趣表(Pending Interest Table)和路由表(Routing Table)。其中，数据仓库主要用于缓存数据包，等待兴趣表用于记录转发的兴趣包以及聚合兴趣包，路由表则用于转发兴趣包。兴趣包在网络中的转发过程如下：

1)当一个路由器收到一个兴趣包的时候，它首先在它的数据仓库中查找有没有和这个兴趣包匹配的数据包。如果有和这个兴趣包匹配的数据包，它就从这个兴趣包到达的端口返回这个数据包，并终止这个兴趣包的传播。