CN103118013B - 内容中心网络中数据包捎带反向兴趣包的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内容中心网络中数据包捎带反向兴趣包的方法，包括以下步骤：步骤1，用户甲向网络发出一个对该内容的兴趣包；步骤2，网络中的中间结点收到兴趣包时，由中间结点对该兴趣包包含的请求进行处理；步骤3，用户乙如果要向用户甲发送的数据请求，用户乙将响应的数据包和要向用户甲请求的兴趣包组合成一个混合数据包；步骤4，网络中的中间结点接收到混合数据包后，将混合数据包拆分为数据包和反向兴趣包，分别进行处理；步骤5，用户甲在接收到混合数据包时会将其拆开，然后接收到数据包并传递给原始请求的程序，同时用户甲对兴趣包进行响应并产生对应的数据包。本发明减少了包的传输次数，提高了单次传输的信息量和效率。

Description

内容中心网络中数据包捎带反向兴趣包的方法

技术领域

本发明属于网络技术领域，涉及在内容中心网络中数据包捎带反向兴趣包，可用于内容中心网络中双向通信数据的传输。

背景技术

相对于现有的互联网，内容中心网络是一种革命性的演进。当今的互联网结构是以主机为中心的，当用户想要获得某一内容时，需明确指出该内容存储在哪台主机上面，然后由用户访问该主机去获得内容。而在内容中心网络中，当用户想获得某一内容时，只需要向网络发送出对于该内容的请求，不需要指明该内容的存储位置，网络就可以寻找到该内容并将其返回给用户。

在内容中心网络架构中，实现了依据名字来路由的方式。当用户想获取内容时，用户只需向网络提交一个兴趣包来请求该内容，兴趣包中包含了该内容的名字。网络结点在收到兴趣包请求时，会首先在本结点的缓存中对该内容进行查找；当该内容已存在于本结点的缓存中时，网络结点会直接将数据沿原路返回给用户；当该内容并不存在于本结点的缓存中时，网络结点则依据所请求的名字向网络中的其它结点转发该兴趣包，直到该兴趣包被响应。内容中心网络响应兴趣包的方式是沿兴趣包发送的原路返回数据包；同时网络结点在接收到返回的数据包时，会根据缓存替换策略来将其保存在本结点的缓存中，以备以后其他用户请求同样的数据时使用。

内容中心网络的传输机制可以支持高度动态的移动连接和无处不在的泛在计算。为了提供可靠的、适应力强的投递服务，内容中心网络中发送端是无状态的，当兴趣没有被满足时，终端用户需要重新发送兴趣包，而接收者的策略层负责某个特定接口上的重传，同时选择可用的通信接口、不同兴趣的相对优先级等来发送兴趣，从而保障数据包传输的高可靠性和端到端之间流的平衡。

内容中心网络的传输机制可以支持高度动态的移动连接和无处不在的泛计算，为了提供可靠的、适应力强的投递服务，内容中心网络中发送端是无状态的，当兴趣没有被满足时，终端用户需要重新表示兴趣，发请重传，而接收者的策略层负责某个特定接口上的重传，同时选择可用的通信接口、不同兴趣的相对优先级等来发送兴趣，从而保障数据包传输的高效可靠性和端到端之间流的平衡。

内容中心网络有两个包类型：兴趣包和数据包。为了请求所需内容，请求者向网络中广播兴趣包，由网络结点来进行处理和转发。网络结点靠三个关键数据结构完成转发，分别是：转发信息库(ForwardingInformationBase，FIB)、内容缓存(ContentStore，CS)、待定兴趣表(PendingInterestingTable，PIT)。结点的内容缓存可以根据不同的策略来缓存已经转发的数据包，以供其他请求者使用。待定兴趣表记录了已经转发但还未被响应的兴趣包以及到达的接口，作用是让响应的数据包能够依据待定兴趣表记录的端口准确地返回给请求者，当响应的数据包依据某条待定兴趣表条目转发以后，或者某待定兴趣表条目超出时间阈值，该条目被擦除。通信过程由数据接收端，也就是数据请求者发起。请求者发送名字标识的兴趣包，收到请求的路由器记录请求来自的接口，查找转发信息表转发兴趣包。兴趣包到达有请求资源的节点后，包含名字和内容以及发布者签名的数据包沿着兴趣包的反向路径传送给请求者。通信过程中，兴趣包和数据包都不带任何主机或接口地址。兴趣包是基于包中的名字路由到数据提供者的，而数据包是根据兴趣包在每一跳建立的状态信息传递回来的。

标准的内容中心网络传输模型如下：当一个兴趣包到达时，路由器根据兴趣中的内容名称(ContentName)，首先查找内容缓存，如果缓存中有被请求的内容，则响应该请求，并丢弃该兴趣包；如果内容缓存中没有被请求的内容，则查找待定兴趣表，如果待定兴趣表中有该内容名称条目，则在该内容名称条目中增加接口(Face)，并丢弃该兴趣包；如果待定兴趣表中没有该内容名称条目，则查找转发信息表，如果在转发信息表中找到，则按照查找到的所有Face口转发兴趣包，并在待定兴趣表中记录。如果转发信息表中也没有该内容名称条目，则丢弃该兴趣包。路由器对数据包的处理相对简单，当数据包到达时，根据数据包的内容名称字段，首先在内容缓存中查找，如果有，则丢弃该数据包；如果没找到，则在待定兴趣表中查找，如果有，则根据查找的Face口转发出去，然后缓存在内容缓存中；如果在待定兴趣表中查找失败，则丢弃该数据包。

双向通信是一种常见的通信模式，比如端到端的文字聊天应用，以及VoIP等。在内容中心网络模型里，当两个结点进行双向通信时，由一个结点A发出对另外一个结点B的内容的兴趣包，在B接收到了该兴趣包后会向A返回相应的数据包，如果此时B也需要向A请求内容，则B只能再向A发送一个兴趣包，而兴趣包在传输过程中可能需要查询缓存、待定兴趣表和转发信息表，这样就导致了B向A返回的数据包比B向A请求的兴趣包早到达A的结果。反向兴趣包不能有效利用数据包返回的路径进行传输而需要多次查询转发信息表转发表，增大了兴趣包的发送延迟。同时对内容中心网络的分析发现，网络中大量的报文都是兴趣包，兴趣包占用了大量的网络带宽和处理能力，兴趣包的大量发送也降低了链路的利用效率。因此需要针对内容中心网络中的双向通信传输设计一种全新的包格式以及传输策略。

发明内容

本发明的目的在于提出一种全新的内容中心网络中同时传输数据包和反向兴趣包的方法，以解决内容中心网络中双向通信时传输效率低、传输次数多和延迟大的问题。

实现本发明目的技术方案包括如下步骤：

一种内容中心网络中数据包捎带反向兴趣包的方法，包括以下步骤：

步骤1，当用户甲要获取某个内容时，先向网络发出一个对该内容的兴趣包，该兴趣包包含了对用户乙内容的请求；

步骤2，网络中的中间结点收到兴趣包时，由中间结点对该兴趣包包含的请求进行处理；中间结点先查找内容缓存，如果查找成功则返回数据包并丢弃该兴趣包；如果内容缓存未查找到则查找待定兴趣表，如果已经有了对同样内容名称的请求则将接收到端口加入待定兴趣表中的条目下并丢弃该兴趣包；如果内容缓存和待定兴趣表均未查找到，则查找转发信息表中是否有对应的条目，如果有的话则沿相应端口进行转发，否则丢弃该兴趣包；

步骤3，用户乙接收到兴趣包时对兴趣包进行响应，在双向通信的情况下，用户乙在要返回数据的同时，如果要向用户甲发送兴趣包请求数据，则用户乙将响应的数据包和要向用户甲请求的兴趣包组合成一个混合数据包发送；

所述的混合数据包，其中包括报文长度、报文类型、数据包和兴趣包；报文长度字段长32位，报文类型字段长2位，偏移量16位，数据包和兴趣包字段长度不定；

步骤4，网络中的中间结点接收到数据包后，根据报文类型的数值来判断该包是否为单纯的数据包还是混合数据包，并将混合数据包拆分为数据包和反向兴趣包，分别进行处理；

步骤5，用户甲在接收到混合数据包时会将其拆开，然后接收到数据包并传递给原始请求的程序，同时用户甲对兴趣包进行响应并产生对应的数据包；如果在响应的同时有对用户乙的新的兴趣包的请求，则继续将数据包和兴趣包合并成混合数据包来行传输；如果没有新的兴趣包，则用户甲只需将要发往用户乙的数据包发送出去即可。

所述的方法，所述步骤4具体包括以下步骤：

1)如果包为单纯的数据包则先查找内容缓存，如果查找成功则丢弃该数据包；当内容缓存查找失败时则查找待定兴趣表，根据其中提供的端口进行发送并根据缓存替换策略来决定是否放入内容缓存中，如果待定兴趣表中没有该条目则丢弃该数据包；

2)如果包为混合数据包，则中间结点把混合数据包拆开变成数据包和反向兴趣包，并对其分别处理；具体包括以下步骤：

2.1)对其中的数据包部分，先查找内容缓存，如果查找成功则丢弃数据包，只对拆分出的反向兴趣包进行处理；

2.2)对其中的数据包部分，当在内容缓存中查找失败时则查找待定兴趣表，如果待定兴趣表中有对应的条目则保留数据包，并记录其转发端口，再根据缓存替换策略来决定是否将数据包放入内容缓存中，然后处理反向兴趣包；

2.3)对其中的数据包部分，如果待定兴趣表中没有对应的条目则将数据包丢弃，只对拆分出的反向兴趣包进行处理；

2.4)对其中的反向兴趣包进行处理时，先查找内容缓存，如果查找成功则返回相应的数据包，并将反向兴趣包丢弃，此时若从混合数据包中拆出的数据包仍存在，则只继续传输从混合数据包中拆出的数据包，将该数据包按2.2)中查待定兴趣表得到的转发端口进行转发；

2.5)对其中的反向兴趣包进行处理时，如果内容缓存未查找到则查找待定兴趣表，如果已经有了对同样内容名称的请求，则将接收到的端口加入待定兴趣表中的条目中，并将反向兴趣包丢弃，此时若从混合数据包中拆出的数据包仍存在，则只继续传输从混合数据包中拆出的数据包，将该数据包按2.2)中查待定兴趣表得到的转发端口进行转发；

2.6)对其中的反向兴趣包进行处理时，如果内容缓存和待定兴趣表均未查找到，此时若从混合数据包中拆出的数据包仍存在，则将反向兴趣包的名字加入到待定兴趣表中，并继续传输混合数据包，将混合数据包按2.2)中查待定兴趣表得到的转发端口进行转发；

2.7)对其中的反向兴趣包进行处理时，如果内容缓存和待定兴趣表均未查找到，并且从混合数据包中拆出的数据包已被丢弃，则根据反向兴趣包的名字查找转发信息表；若转发信息表查找成功，则将反向兴趣包的名字加入到待定兴趣表中，并沿相应端口转发反向兴趣包；若转发信息表查找失败，则丢弃反向兴趣包。

本发明具有如下优点：

1)减少了包的传输次数，提高了单次传输的信息量和效率；

2)用报文类型表示数据包为单纯的数据包或兴趣包的情况，可向中间结点快速反馈该数据包的类型而不必进行多余的处理；

3)中间结点可根据策略决定是否保存混合数据包的内容到缓存中，灵活方便。

4)利用数据包的反向追踪功能减少了兴趣包的寻找目的内容的时间，提高了处理速度、降低了网络延迟。

5)数据包捎带兴趣包可根据用户需要随时开始或结束，自由性较强。

6)理论分析证明，本发明可有效改善内容中心网络中双向通信的网络质量和性能。

附图说明

图1是本发明的总流程图；

图2是本发明中兴趣包的格式图；

图3是本发明中混合数据包的格式图；

图4是本发明中兴趣包和混合数据包被用户响应的示意图。

图5是本发明中混合数据包被中间结点响应的示意图。

图6是本发明中混合数据包被中间结点丢弃，仅继续传输反向兴趣包的示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

参照图1，本发明为内容中心网络中在数据包中捎带反向兴趣包的方法。本发明需要修改报文的类型，增加一种新的报文类型——混合数据包。混合数据包中包含了完整的数据包和兴趣包。

例如，将报文类型设置为2位，偏移量设置为16位，报文类型如果是00则该包是单纯的兴趣包，如果是10则该包是单纯的数据包，如果是11则该包是混合数据包，其中包括了数据包和反向的兴趣包。在报文类型是00或者10的情况下，报文没有16位的偏移量；在报文类型为11的情况下，报文类型后有16位数字的偏移量，代表混合数据包中数据包和兴趣包的间隔点。例如可以用这16位字节来表示一个数字，从混合数据包的第一个字节开始计数，从这个数字所代表的字节开始的数据即是捎带的反向兴趣包，而之前的部分则是数据包部分。

本发明包括了以下步骤：

步骤1，当用户要获取某个内容时，先向网络发出一个对该内容的兴趣包，如图4中用户甲向网络结点A发出一个兴趣包。该兴趣包包含了对用户乙内容的请求。

所述的兴趣包，其格式如图2所示，其中包括报文长度、报文类型及所要查询的内容的名字等。报文长度字段长32位，报文类型2位，内容名字字段长度不定。

步骤2，网络中的中间结点收到兴趣包时，由中间结点对该兴趣包包含的请求进行处理。如图4中的网络中间结点A、B、C、D在收到兴趣包时根据兴趣包的处理规则进行处理。中间结点先查找内容缓存，如果查找成功则返回数据包并丢弃该兴趣包；如果内容缓存未查找到则查找待定兴趣表，如果已经有了对同样内容名称的请求则将接收到端口加入待定兴趣表中的条目下并丢弃该兴趣包；如果内容缓存和待定兴趣表均未查找到，则查找转发信息表中是否有对应的条目，如果有的话则沿相应端口进行转发，否则丢弃该兴趣包。

在图4中即向相邻的其他结点的方向转发兴趣包，即A将兴趣包转发给B，B将兴趣包转发给C，C将兴趣包转发给D，D再将兴趣包转发给用户乙。

步骤3，用户乙响应接收到的兴趣包，会对兴趣包进行响应。同时在双向通信的情况下，用户乙在要返回数据的同时可能也有要向用户甲发送的数据请求。此时用户乙将响应的数据包和要向用户甲请求的兴趣包组合成一个混合数据包，图3中兴趣包位于数据包的后面。

所述的混合数据包，其格式如图3所示，其中包括报文长度、报文类型、数据包和兴趣包。报文长度字段长32位，报文类型字段长2位，偏移量16位，数据包和兴趣包字段长度不定。该混合数据包中包含了数据包和反向兴趣包。

步骤4，网络中的中间结点接收到数据包后，根据报文类型的数值来判断该包是否为单纯的数据包还是混合数据包，并将混合数据包拆分为数据包和反向兴趣包，分别进行处理。

本步骤的具体实施包括：

1)如果包为单纯的数据包则先查找内容缓存，如果查找成功则丢弃该数据包；当在内容缓存中查找失败时则查找待定兴趣表，根据其中提供的端口进行发送并根据缓存替换策略来决定是否放入内容缓存中，如果待定兴趣表中没有该条目则丢弃该数据包；

2)如果包为混合数据包，则中间结点把混合数据包拆开变成数据包和反向兴趣包，并对其分别处理；具体包括以下步骤：

2.1)对其中的数据包部分，先查找内容缓存，如果查找成功则丢弃数据包，只对拆分出的反向兴趣包进行处理；

2.2)对其中的数据包部分，当在内容缓存中查找失败时则查找待定兴趣表，如果待定兴趣表中有对应的条目则保留数据包，并记录其转发端口，再根据缓存替换策略来决定是否将数据包放入内容缓存中，然后处理反向兴趣包；

2.3)对其中的数据包部分，如果待定兴趣表中没有对应的条目则将数据包丢弃，只对拆分出的反向兴趣包进行处理；

2.4)对其中的反向兴趣包进行处理时，先查找内容缓存，如果查找成功则返回相应的数据包，并将反向兴趣包丢弃，此时若从混合数据包中拆出的数据包仍存在，则只继续传输从混合数据包中拆出的数据包，将该数据包按2.2)中查待定兴趣表得到的转发端口进行转发；

2.5)对其中的反向兴趣包进行处理时，如果内容缓存未查找到则查找待定兴趣表，如果已经有了对同样内容名称的请求，则将接收到的端口加入待定兴趣表中的条目中，并将反向兴趣包丢弃，此时若从混合数据包中拆出的数据包仍存在，则只继续传输从混合数据包中拆出的数据包，将该数据包按2.2)中查待定兴趣表得到的转发端口进行转发；

2.6)对其中的反向兴趣包进行处理时，如果内容缓存和待定兴趣表均未查找到，此时若从混合数据包中拆出的数据包仍存在，则将反向兴趣包的名字加入到待定兴趣表中，并继续传输混合数据包，将混合数据包按2.2)中查待定兴趣表得到的转发端口进行转发；

2.7)对其中的反向兴趣包进行处理时，如果内容缓存和待定兴趣表均未查找到，并且从混合数据包中拆出的数据包已被丢弃，则根据反向兴趣包的名字查找转发信息表；若转发信息表查找成功，则将反向兴趣包的名字加入到待定兴趣表中，并沿相应端口转发反向兴趣包；若转发信息表查找失败，则丢弃反向兴趣包。

图4中混合数据包经过网络结点D、C、B、A时均未被满足，最终传输给用户甲。图5中混合数据包经过网络结点B时，混合数据包中的兴趣包被满足，对应的数据包经过网络结点C和网络结点D被传输回用户乙，而混合数据包中的数据包则被拆出继续传输给用户甲。图6中混合数据包经过网络结点B时，混合数据包中的数据包在网络结点B中的内容缓存中查找成功，该数据包被丢弃，而从混合数据包中拆出的反向兴趣包被继续传输。

步骤5，用户甲在接收到混合数据包时会将其拆开，然后接收到数据包并传递给原始请求的程序，同时用户甲对兴趣包进行响应并产生对应的数据包。如果在响应的同时有对用户乙的新的兴趣包的请求，则继续将数据包和兴趣包合并成混合数据包来行传输；如果没有了新的兴趣包，则用户甲只需将要发往用户乙的数据包发送出去即可。在双向通信过程中，终端结点可根据自身需要随时开始或者结束这种数据包捎带兴趣包模式。

术语解释

内容中心网络：ContentCentricNetwork

兴趣包：InterestingPacket

数据包：DataPacket

转发信息表：ForwardingInformationBase，FIB

内容缓存：ContentStore，CS

待定兴趣表：PendingInterestingTable，PIT

内容名称：ContentName

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种内容中心网络中数据包捎带反向兴趣包的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，当用户甲要获取某个内容时，先向网络发出一个对该内容的兴趣包，该兴趣包包含了对用户乙内容的请求；

步骤2，网络中的中间结点收到兴趣包时，由中间结点对该兴趣包包含的请求进行处理；中间结点先查找内容缓存，如果查找成功则返回数据包并丢弃该兴趣包；如果内容缓存未查找到则查找待定兴趣表，如果已经有了对同样内容名称的请求则将接收到端口加入待定兴趣表中的条目下并丢弃该兴趣包；如果内容缓存和待定兴趣表均未查找到，则查找转发信息表中是否有对应的条目，如果有的话则沿相应端口进行转发，否则丢弃该兴趣包；

步骤3，用户乙接收到兴趣包时对兴趣包进行响应，在双向通信的情况下，用户乙在要返回数据的同时，如果要向用户甲发送兴趣包请求数据，则用户乙将响应的数据包和要向用户甲请求的兴趣包组合成一个混合数据包发送；

所述的混合数据包，其中包括报文长度、报文类型、数据包和兴趣包；报文长度字段长32位，报文类型字段长2位，偏移量16位，数据包和兴趣包字段长度不定；

步骤4，网络中的中间结点接收到数据包后，根据报文类型的数值来判断该包是否为单纯的数据包还是混合数据包，并将混合数据包拆分为数据包和反向兴趣包，分别进行处理；

步骤5，用户甲在接收到混合数据包时会将其拆开，然后接收到数据包并传递给原始请求的程序，同时用户甲对兴趣包进行响应并产生对应的数据包；如果在响应的同时有对用户乙的新的兴趣包的请求，则继续将数据包和兴趣包合并成混合数据包来行传输；如果没有新的兴趣包，则用户甲只需将要发往用户乙的数据包发送出去即可。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4具体包括以下步骤：

1)如果包为单纯的数据包则先查找内容缓存，如果查找成功则丢弃该数据包；当内容缓存查找失败时则查找待定兴趣表，根据其中提供的端口进行发送并根据缓存替换策略来决定是否放入内容缓存中，如果待定兴趣表中没有该条目则丢弃该数据包；

2)如果包为混合数据包，则中间结点把混合数据包拆开变成数据包和反向兴趣包，并对其分别处理；具体包括以下步骤：

2.1)对其中的数据包部分，先查找内容缓存，如果查找成功则丢弃数据包，只对拆分出的反向兴趣包进行处理；

2.2)对其中的数据包部分，当在内容缓存中查找失败时则查找待定兴趣表，如果待定兴趣表中有对应的条目则保留数据包，并记录其转发端口，再根据缓存替换策略来决定是否将数据包放入内容缓存中，然后处理反向兴趣包；

2.3)对其中的数据包部分，如果待定兴趣表中没有对应的条目则将数据包丢弃，只对拆分出的反向兴趣包进行处理；

2.4)对其中的反向兴趣包进行处理时，先查找内容缓存，如果查找成功则返回相应的数据包，并将反向兴趣包丢弃，此时若从混合数据包中拆出的数据包仍存在，则只继续传输从混合数据包中拆出的数据包，将该数据包按2.2)中查待定兴趣表得到的转发端口进行转发；

2.5)对其中的反向兴趣包进行处理时，如果内容缓存未查找到则查找待定兴趣表，如果已经有了对同样内容名称的请求，则将接收到的端口加入待定兴趣表中的条目中，并将反向兴趣包丢弃，此时若从混合数据包中拆出的数据包仍存在，则只继续传输从混合数据包中拆出的数据包，将该数据包按2.2)中查待定兴趣表得到的转发端口进行转发；

2.6)对其中的反向兴趣包进行处理时，如果内容缓存和待定兴趣表均未查找到，此时若从混合数据包中拆出的数据包仍存在，则将反向兴趣包的名字加入到待定兴趣表中，并继续传输混合数据包，将混合数据包按2.2)中查待定兴趣表得到的转发端口进行转发；

2.7)对其中的反向兴趣包进行处理时，如果内容缓存和待定兴趣表均未查找到，并且从混合数据包中拆出的数据包已被丢弃，则根据反向兴趣包的名字查找转发信息表；若转发信息表查找成功，则将反向兴趣包的名字加入到待定兴趣表中，并沿相应端口转发反向兴趣包；若转发信息表查找失败，则丢弃反向兴趣包。