内容中心网络研究与进展

龙源期刊网内容中心网络研究与进展作者：马琳琳张建伟蔡增玉尚志会袁臣胡春晖来源：《计算机时代》2016年第08期摘要：与互联网不同，内容中心网络（CCN）是一种面向内容共享的通信架构，支持高效的内容分发，在网络安全和部署方面具有显著的优势。文章综述了内容中心网络的相关研究，主要介绍了CCN的工作机制，分析了CCN的比较优势与特点，对CCN的热点问题进行了调研，并对CCN进一步的设计研究和发展进行了展望。CCN网络是信息中心网络（ICN）的主要架构之一，在未来网络的演化中将发挥更大的作用。关键词：内容中心网络；内容分发；网络安全；信息中心网络中图分类号：TP393文献标志码：A文章编号：1006-8228（2016）08-25-03Abstract：DifferentfromtheInternet，contentcenternetwork（CCN）isakindofcommunicationarchitectureforcontentsharing，supportsefficientcontentdistribution，andhassignificantadvantagesinnetworksecurityanddeployment.ThispaperreviewstherelatedresearchofCCN，mainlyintroducestheworkingmechanismofCCN，analyzesthecomparativesuperiorityandcharacteristicsofCCN，carriesontheinvestigationandstudyonthehotissuesofCCN，andprospectsthefurtherresearchanddevelopmentofCCN.CCNisoneofthemainframeworksoftheinformationcenternetwork（ICN），andwillplayanevengreaterroleintheevolutionofnetworkinthefuture.Keywords：contentcenternetwork；contentdistribution；networksecurity；informationcenternetwork0引言随着科技的不断创新和发展，互联网已经从传统的客户端-服务器（client-server）通信模式转变成现在广泛使用的内容分发网络（contentdistributionnetwork）。同时，互联网的用户行为也在发生变化[1]，从传统关注服务器和主机IP地址，转变为只关心数据的内容是否符合要求。因此，传统的基于TCP/IP协议的互联网架构面临的挑战主要有：高效可扩展内容分发、海量普适计算设备、多宿主和多链接、移动性支持。为了解决上述问题，对未来网络进行改进和设计，提出了内容中心网络（content-centricnetworking，CCN）[2]。国外学术界关于内容中心网络的研究项目很多，主要包括美国伯克利大学RAD实验室提出的“面向数据的网络体系架构”（DONA）、美国卡内基梅隆大学的“面型数据传输”（DOT）、芬兰赫尔辛基科技大学和赫尔辛基信息技术研究所的“发布、订阅式互联网路由示范”（PSIRP）、美国帕洛阿尔托研究中心提出的“内容中心网络”（CCN）、欧盟FP7的4WARD和美国斯坦福大学的TRIAD等项目[8]。另外，欧洲的CONNET项目[6-7]也在为完善CCN做出贡献，CONNECT主要研究CCN的流量控制、命名、路由和转发，并思考CCN的部署策略。龙源期刊网结构沙漏模型，不同之处在于中间层的协议（见图1），用命名数据取代IP，直接以内容名字进行路由，实现点到多点的高效内容分发。这种命名方式只与其传输的信息有关，给网络节点的可移动性带来了方便。另外，CCN内建了存储功能，中间节点可以暂态缓存数据，提高了数据的高效利用率。最后，CCN体系结构中还设计了安全层，对核心网络包进行封装保护。1.2工作机制CCN包含了两种报文类型，即兴趣包（InterestPacket）和数据包（DataPacket）（见图2），三类数据结构如：内容存储器（ContentStore，CS）、未决请求表（PendingInterestTable，PIT）和转发信息库（ForwardingInformationBase，FIB）。CCN采用请求者驱动的模式，依次查询CS、PIT、FIB进行Interest的转发过程。以内容为中心的网络的节点模型如图3所示。当兴趣包到达一个接口时，首先需要对名字进行最长前缀来相应查找，先在CS中匹配，如果响应请求就丢弃兴趣包，如果没有就查找PIT，如果PIT中有该ContentName条目，则在该条目中增加该兴趣包到来的Face，并丢弃兴趣包；如果没有就查找FIB，如果在FIB中找到，则按照查找到的所有Face口转发兴趣包，并在PIT中记录，如果没有就丢弃兴趣包。PIT表记录了已经转发的兴趣包，当响应请求的数据包借助PIT表的某条目转发后，该条目应被删除，以保证数据包能顺利传输到请求者那里。当数据包到达一个接口时，首先需要对数据包的内容名字进行最长前缀来相应查找，先在CS中匹配，如果响应请求就丢弃兴趣包，再在PIT表中匹配条目，如果PIT中有该ContentName条目，则发送到请求者那里，同时缓存在CS中，如果没有匹配，则丢弃该数据包。1.3内容中心网络特点分析⑴安全。安全是CCN体系结构的一部分，其中数据签名为未来互联网提供了必不可少的安全性。另外，CCN网络不存在数据通道的安全，因为数据没有固定的通道，可以存储在任意的缓存节点。最后，CCN对许多DOS攻击有天生的防御能力[4]。⑵性能。CCN天生支持内容分发和多播功能，相对于当今IP网络具有明显的优势。另外，CCN在动态内容、点对点通信上也具有和IP网络相当的性能，并具有比IP更高的灵活性、安全性和鲁棒性[3]。龙源期刊网⑶流量调节。流量均衡调节功能是网络应具备的功能之一，CCN具有自然的流量调节能力，在数据转发市，可以根据链路状况，选择转发策略，从而均衡整个网络流量。另外，CCN的中间节点可以缓存经过的数据，这种设计可以节省用户访问同一数据的响应时间，进而从整体上减少了整个网络的流量。⑷简化应用部署。互联网上的很多应用都需要复杂的中间件，进行IP地址和应用关心的内容之间的映射，而CCN可以大大简化应用的部署和开发。2内容中心网络的研究热点⑴路由机制CCN结构采用了层次化的命名体系，使用前缀最长匹配的方式对内容名字进行解析。如果节点路由器存有请求的内容，则立即返回，若没有相应内容，则通过匹配将请求继续发到下一个路由器节点，直到请求被满足。在CCN系统中，名字路由和内容传输的过程是合二为一的，而且这一设计完全抛开了IP网络的概念。但层次化的命名方式与网络拓扑无关，同样也会导致路由表膨胀。因此，为了显示CCN能够实现全球规模的部署，首先要解决的问题是可扩展的路由和线速的转发引擎。⑵隐私保护机制针对内容中心网络，内容对象的命名方式和内容安全机制的结合是一个很大的挑战。内容中心网络安全机制直接从路径保护转变为面向内容的保护。内容中心网络采用层次化的命名机制，从而可利用前缀汇聚方式更好支持路由。内容名称对于所有发布者都是全局惟一的。在隐私保护方面，CCN包含可访问和不可访问两部分。在不可访问部分使用公共密钥进行加密和身份验证。⑶缓存机制对于CCN网络，采用了分布式的内容缓存机制，允许节点对传输的内容进行缓存。如何在合理的代价开销下，增大节点临时缓存内容的可用性，提升缓存资源利用率，是发挥CCN网络内容普遍缓存优势的关键。但是，CCN没有考虑局部节点的暂态缓存内容，只针对稳定持久的内容源建立了路由条目。目前，已内容为中心的网络缓存技术的研究主要涉及缓存的分配策略、缓存替换策略、缓存利用策略和缓存放置策略[5]。3结束语随着网络规模的爆炸式增长、新型业务的多样化发展、智能终端的不断升级，网络的设计又要改变，网络节点要增加更常用的信息处理功能，使用最近的计算资源来更有效的满足逐渐增多的终端的计算要求。当前，情景感知在追求个性化的今天得到了越来越多学者的关注，其研究价值都是不容小觑的。因此，为了使情景感知技术在内容中心网络中得到更加合理、高效龙源期刊网的应用，可以通过设计具备情景感知能力的内容路由算法，增强网络智能，在内容中心网络框架下解决用户位置移动、兴趣变化等动态情景下内容的高效获取问题。这就需要在接下来的研究中，设计宏观情景拟合的内容路由算法以及缓存机制，实现宏观情景转移时的内容高效获取，规划好路由算法、缓存策略同宏观情景之间存在的匹配问题，解决匹配带来适应性和稳定性之间的矛盾。参考文献（References）：[1]GreenemeierL.Contentisking：canresearchersdesignaninformation-centricinternet？http：//？id=internet-infrastructure-information-redesign，2012.[2]JacobsonV，SmettersDK，ThorntonJD，etal.Networkingnamedcontent.ProceedingsofCoNEXT，Rome，Italy，2009.[3]Z.Zhu，S.Wang，X.Yang，V.Jacobson，andL.Zhang.Act：Anaudioconferencetoolovernameddatanetworking[C].ACMSigcommworkshopICN'11，August2011.[4]闵二龙，陈震，徐宏峰等.内容中心网络CCN研究进展探析[J].信息网络安全，2012.2：6-10[5]ZhangG，LiY.CachinginInformationCentricNetworking：aSurvery[J].ComputerNetworks，2014.57（16）：3128-3141[6]CONNECTproject.http：//anr-connect.org[7]ANRproject.http：//anr-connect.org[8]林啸.以内容为中心的新一代互联网体系架构研究[J].电信科学，2010.5.龙源期刊网