CN103237024B

CN103237024B - Tcp/ip协议与ndn协议之间的数据转换传输方法

Info

Publication number: CN103237024B
Application number: CN201310137990.9A
Authority: CN
Inventors: 雷凯; 宋伟伟; 于倩
Original assignee: Peking University Shenzhen Graduate School
Current assignee: Peking University Shenzhen Graduate School
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2033-04-19
Also published as: CN103237024A

Abstract

本申请公开了一种TCP/IP协议与NDN协议之间的数据转换传输方法，包括：数据端获取TCP/IP协议下的IP数据报，并生成NDN协议下的请求包和数据包；数据端将所述数据包发布到缓存单元中，将请求包发布到NDN网络中通过NDN网络传输到目的端；目的端获取到所述请求包后构造新的请求包，通过新的请求包获取缓存单元中相应的数据包；目的端根据数据端发送过来的请求包和获取到的数据包再重新转换成TCP/IP协议下的IP数据报。该方法实现了TCP/IP协议格式与NDN协议格式之间的数据转换传输，使得原本基于TCP/IP协议网络的应用可以在无需任何修改的前提下直接利用NDN协议网络进行数据通信。

Description

TCP/IP协议与NDN协议之间的数据转换传输方法

技术领域

本申请涉及通信领域，具体涉及一种TCP/IP协议与NDN协议之间的数据转换传输方法。

背景技术

当前广泛使用的计算机网络传输协议为TCP/IP协议，其核心思想是在上世纪六七十年代提出来的，当时计算机网络主要被设计用来解决资源共享问题，例如远程使用巨型计算机，因而设计出来的是一种点对点(Point-to-Point)的通信模型，通常是一方提出使用资源，另一方则提供授权。但在经过半个世纪的发展后，计算机硬件设备已经变得非常廉价，同时整个互联网的发展速度超乎人们的想象，网络中的数据内容不断呈爆炸趋势增长，人们也逐渐将重点转移到想要获取的数据内容上，而不再是共享使用远程硬件资源。然而，网络通信模型却仍在沿用上个世纪六七十年代的设计理念，如果要获取数据，首先必须获知数据所在主机的IP地址信息，并通过建立端到端的连接来传输所需要的数据。这种设计给数据的传输带来了很多问题，比如数据信道的安全问题、网络拥塞问题、WIFI传输中的断开与重连问题等。在这种背景下，以数据内容为核心的命名数据网络传输机制（NDN，NamedData Networking）应运而生。NDN协议框架以网络中传播的数据为核心元素，依靠数据本身的信息通过构建合理有效的命名来完成数据传输，而不再需要关注数据的物理位置，这一特点更加符合当前互联网中大部分数据驱动应用的工作模式。

在互联网数据爆炸的今天，人们使用互联网时关注于网络中包含的内容（是什么），而通信方式仍然是基于位置（在哪里）的，这种不一致带来了有效性和安全性等问题，解决的办法就是引入命名数据（Named Data），用“是什么”取代“在哪里”，而NDN协议就是构建于这种命名数据的基础上的。

NDN为了兼容当前已有的网络协议，采用了一种“universal overlay”的设计，使得NDN可以运行在任何网络之上，当然也包括传统的IP网络。目前，要一个基于TCP/IP协议的网络应用程序运行在NDN协议的网络之上，必需要对应用程序本身必须做出一些改变以适应NDN协议下的数据传输，让现有的基于点到点模式的应用程序转变成为以数据为中心的应用。国内外很多研究机构在这方面进行了一些探索和尝试，也成功地将传统TCP/IP下的特定应用移植到NDN平台上，并取得了一些成果，例如去中心化的设计，其具有更好的扩展性和安全性。然而，这些方法都是通过针对特定应用进行编写以兼容NDN协议，这可能不是一种很好的做法，因为当前有成千上万的使用TCP/IP协议的应用，短时间内不可能把它们一个一个地按照NDN协议的设计理念进行移植。

发明内容

本申请提供一种TCP/IP协议与NDN协议之间的数据转换传输方法，能够实现TCP/IP协议格式与NDN协议格式之间的数据转换传输。

本申请提供的TCP/IP协议与NDN协议之间的数据转换传输方法，包括：

数据端获取TCP/IP协议下的IP数据报，根据所述IP数据报生成NDN协议下的请求包和数据包。

数据端将所述数据包发布到缓存单元中，将请求包发布到NDN网络中通过NDN网络传输到目的端。

目的端获取到所述请求包后根据所述请求包构造新的请求包，通过所述新的请求包获取缓单元相应的数据包。

目的端根据数据端发送过来的请求包和获取到的数据包生成TCP/IP协议下的IP数据报。

进一步，所述数据端获取TCP/IP协议下的IP数据报，根据所述IP数据报生成NDN协议下的请求包和数据包，包括：

数据端获取TCP/IP协议下的IP数据报，得到IP数据报首部及数据的目的IP地址、TCP报文起始地址。

根据TCP报文起始地址获取TCP数据报首部及TCP数据报所负载的应用数据。

根据IP数据报首部、数据的目的IP地址、TCP数据报首部和TCP数据报所负载的应用数据生成NDN协议下的请求包和数据包。

所述将请求包发布到NDN网络中通过NDN网络传输到目的端，为：将请求包发布到NDN网络中根据所述目的IP地址通过NDN网络传输到目的端。

在一实施例中，所述根据TCP报文起始地址获取TCP数据报首部及TCP数据报所负载的应用数据，包括：

根据IP数据报中的IP数据报首部长度和TCP数据报上的数据偏移量得到应用数据起始地址。

根据IP数据报中的总长度信息，得到应用数据结束地址。

根据应用数据起始地址和应用数据结束地址得到TCP数据报所负载的应用数据。

在一实施例中，目的端获取到所述请求包后,根据所述请求包构造新的请求包之前，还包括：对所述请求包进行正确性验证，验证通过后再根据所述请求包构造新的请求包。

具体的，所述根据IP数据报首部、数据的目的IP地址、TCP数据报首部和TCP数据报所负载的应用数据生成NDN协议下的请求包和数据包，为：

以从头部到尾部依次为NDN协议标识、应用数据标识、目的IP地址、当前时间戳、应用数据的MD5值、对IP数据报首部及TCP数据报首部的编码的长度、对IP数据报首部及TCP数据报首部的编码的格式生成NDN协议下的请求包；以从头部到尾部依次为NDN协议标识、应用数据标识、应用数据的MD5值的格式生成NDN协议下的数据包。

所述对所述请求包进行正确性验证，为：将所述请求包中的IP数据报首部、TCP数据报首部的编码与其编码长度进行验证。

具体的，在目的端获取到所述请求包后，还包括对IP数据报首部及TCP数据报首部的编码进行解码后得到IP数据报首部及TCP数据报首部。

具体的，所述目的端根据数据端发送过来的请求包和获取到的数据包生成TCP/IP协议下的IP数据报，为：所述目的端根据数据端发送过来的请求包中对IP数据报首部及TCP数据报首部的编码进行解码后得到IP数据报首部及TCP数据报首部和获取到的数据包生成TCP/IP协议下的IP数据报。

本申请提供的TCP/IP协议与NDN协议之间的数据转换传输方法，实现了TCP/IP协议格式与NDN协议格式之间的数据转换传输，使得原本基于TCP/IP协议网络的应用可以在无需任何修改的前提下直接利用NDN协议网络进行数据通信。

附图说明

图1为本申请一种实施例中NDN网络的部署示意图；

图2为本申请一种实施例中客户端内部的协议转换部署示意图。

具体实施方式

TCP/IP协议：Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP协议定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。TCP/IP协议不是TCP协议和IP协议的合称，而是指因特网整个TCP/IP协议族。对应的，使用TCP/IP协议进行数据传输的网络称为TCP/IP网络。

NDN协议：Named Data Networking，命名数据网络传输协议，NDN亦称为Content-Centric Networking(CCN)，NDN协议框架以网络中传播的数据为核心元素，依靠数据本身的信息通过构建合理有效的命名来完成数据传输，而不再需要关注数据的物理位置。对应的，使用NDN协议进行数据传输的网络称为NDN网络。

本申请提供的TCP/IP协议与NDN协议之间的数据转换传输方法，通过数据端捕获TCP/IP协议下的IP数据报，将其转换为符合NDN协议格式的数据，通过NDN网络传输给目的端，目的端再把NDN网络传输过来的数据转换回TCP/IP协议格式的IP数据报，从而实现TCP/IP协议格式与NDN协议格式之间的数据转换传输，使得原本基于TCP/IP协议网络的应用可以在无需任何修改的前提下直接利用NDN协议网络进行数据通信。

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本实施例提供了一种TCP/IP协议与NDN协议之间的数据转换传输方法，包括下面步骤：

步骤10，数据端获取TCP/IP协议下的IP数据报，根据IP数据报生成NDN协议下的请求包和数据包，其中，IP数据报包括IP数据报首部和负载的应用数据，负载的应用数据即为TCP数据报。

步骤20，数据端将数据包发布到缓存单元中，将请求包发布到NDN网络中通过NDN网络传输到目的端。缓存单元为NDN网络中用于缓存数据报的一个存储位置，可以设置在本地存储上。

步骤30，目的端获取到请求包后构造新的请求包，通过新的请求包获取缓存单元中相应的数据包。

步骤40，目的端根据数据端发送过来的请求包和获取到的数据包生成TCP/IP协议下的IP数据报。

在一具体实例中，步骤10包括：

步骤101，数据端获取TCP/IP协议下的IP数据报，得到IP数据报首部及数据的目的IP地址、TCP报文起始地址。

步骤102，根据TCP报文起始地址获取TCP数据报首部及TCP数据报所负载的应用数据。

步骤103，根据IP数据报首部、数据的目的IP地址、TCP数据报首部和TCP数据报所负载的应用数据生成NDN协议下的请求包和数据包。

步骤20中，数据端将请求包发布到NDN网络中通过NDN网络传输到目的端，为：数据端将请求包发布到NDN网络中根据步骤101中获得的目的IP地址通过NDN网络传输到目的端。

在一实施例中，步骤102可以通过下面方法获取TCP数据报所负载的应用数据：

根据IP数据报中的IP数据报首部长度和TCP数据报上的数据偏移量得到应用数据起始地址。IP数据报首部长度和TCP数据报上的数据偏移量都记载在IP数据报中，对IP数据报进行分析即可得到。

根据IP数据报中的总长度信息，得到应用数据结束地址。该总长度信息为IP数据报首部中的一个字段，其代表整个IP数据报的长度(包括首部和应用数据)。

根据应用数据起始地址和应用数据结束地址得到TCP数据报所负载的应用数据。在获取到应用数据的起始地址后，结合总长度信息，便可以得出应用数据的结束地址。从而可取得应用数据

具体的，步骤103中，根据IP数据报首部、数据的目的IP地址、TCP数据报首部和TCP数据报所负载的应用数据生成NDN协议下的请求包和数据包，可以采用下面方式：

根据下面格式命名NDN协议下的请求包，

ccnx:/<APP ID>/<Dest IP>/TIMESTAMP/<APP ID>/MD5(payload)/LEN/encode(Header)/，

根据下面格式命名NDN协议下的数据包，

ccnx:/<APP ID>/MD5(payload)/，

其中，ccnx:/为NDN协议标识，<APP ID>为应用数据标识，<Dest IP>为所述目的IP地址，TIMESTAMP为当前时间戳，MD5(payload)为应用数据的MD5值，encode(Header)为对IP数据报首部及TCP数据报首部的编码，LEN是encode(Header)的编码长度。

采用上述格式生成的NDN协议下的请求包和数据包能够很好地保证数据的完整性和简洁性。应当理解，在其它实施例中，也可以采用其它格式生成NDN协议下的请求包和数据包。

本实施例中，为了保证数据传输的准确性和安全性，步骤30中，目的端获取到请求包后，构造新的请求包之前，目的端还对请求包进行正确性验证，验证通过后再构造新的请求包，如果验证不通过，可以放弃当前数据，或者返回要求数据端重新发送数据的消息。

本实施例中，可以将请求包中的IP数据报首部、TCP数据报首部的编码与其编码长度进行验证。

相应的，由于生成NDN协议下的请求包的格式为对IP数据报首部及TCP数据报首部的编码，因此，在步骤30中，目的端获取到请求包后，还需要对IP数据报首部及TCP数据报首部的编码进行解码后得到IP数据报首部及TCP数据报首部。

当目的端获取到解码后的IP数据报首部、TCP数据报首部和缓存单元中有效的应用数据后，再将这两部分数据重新组装成TCP/IP协议下的IP数据报。步骤10中，数据端获取TCP/IP协议下的IP数据报，根据IP数据报生成NDN协议下的请求包和数据包。步骤40中，目的端根据数据端发送过来的请求包和获取到的数据包生成TCP/IP协议下的IP数据报。因此，应当理解为步骤40为步骤10的一个逆向过程。

为便于理解本申请，本实施例以典型的TCP/IP应用FTP服务为例，在Linux平台上，对TCP/IP协议与NDN协议之间的数据转换传输方法进行详细说明。

请参考图1，其中的R代表NDN网络中的路由器，在网络边缘部署有FTP服务器和客户端，由于数据的传输是双向的，因此，FTP服务器和客户端既可以作为数据端也可以作为目的端，具体根据数据的传输方向确定。在实际应用过程中，需要先对NDN网络中的路由器进行配置。

请参考图2，服务器与客户端之间通过TCP/IP网络和NDN网络连接，由于服务器与客户端均采用TCP/IP协议，因此，需要在服务器或客户端发送TCP/IP协议格式的IP数据报时，将其转换成NDN协议下的请求包和数据包，通过NDN网络进行传输。

在具体应用过程中，可以通过TUN设备来捕捉客户端发出的IP数据报，具体的，可通过下面命令启用TUN设备。

mkdir/dev/net

mknod/dev/net/tun c10200

chmod0666/dev/net/tun

modprobe tun

ip tuntap add dev tun0mode tun

ip link set tun0up

在客户端和服务器端启用TUN设备，然后在客户端和服务器分别将通信的目的IP地址添加到TUN网络中，客户端的目的IP地址指向服务器，服务器的目的IP地址指向客户端。具体的，可通过下面命令将目的IP地址添加到TUN网络。

route add a.b.c.d dev tun0

其中，a.b.c.d代表真实的目的IP地址。

在服务器上通过ccndstart命令启动ccnd进程，该ccnd进程为当前对NDN协议的实现程序，然后在客户端和服务器端运行TCP/IP协议与NDN协议的转换程序，该转换程序的转换方法采用本实施例中TCP/IP协议与NDN协议之间的数据转换传输方法。

图2所示为客户端内部的部署，应当理解，由于数据的双向传输，服务器内部也具有同样的部署。

本实施例提供的TCP/IP协议与NDN协议之间的数据转换传输方法，数据端获取TCP/IP协议下的IP数据报，根据IP数据报生成NDN协议下的请求包和数据包；数据端再将数据包发布到缓存单元中，将请求包发布到NDN网络中通过NDN网络传输到目的端；目的端获取到请求包后构造新的请求包，通过新的请求包获取缓存单元中相应的数据包；目的端根据数据端发送过来的请求包和获取到的数据包生成TCP/IP协议下的IP数据报。该方法实现了TCP/IP协议格式与NDN协议格式之间的数据转换传输，使得原本基于TCP/IP协议网络的应用可以在无需任何修改的前提下直接利用NDN协议网络进行数据通信。采用NDN协议网络进行数据通信后，具有比TCP/IP协议网络更高的安全性与更快的传输速度。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关硬件完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘或光盘等。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims

1.一种TCP/IP协议与NDN协议之间的数据转换传输方法，其特征在于，包括：

数据端获取TCP/IP协议下的IP数据报，根据所述IP数据报生成NDN协议下的请求包和数据包；

数据端将所述数据包发布到缓存单元中，将请求包发布到NDN网络中通过NDN网络传输到目的端；

目的端获取到所述请求包后根据所述请求包构造新的请求包，通过所述新的请求包获取缓存单元中所述数据包；

所述数据端获取TCP/IP协议下的IP数据报，根据所述IP数据报生成NDN协议下的请求包和数据包，包括：

数据端获取TCP/IP协议下的IP数据报，得到IP数据报首部及数据的目的IP地址、TCP报文起始地址；

根据TCP报文起始地址获取TCP数据报首部及TCP数据报所负载的应用数据；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据TCP报文起始地址获取TCP数据报首部及TCP数据报所负载的应用数据，包括：

根据IP数据报中的IP数据报首部长度和TCP数据报上的数据偏移量得到应用数据起始地址；

根据IP数据报中的总长度信息，得到应用数据结束地址；

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，目的端获取到所述请求包后，根据所述请求包构造新的请求包之前，还包括：对所述请求包进行正确性验证，验证通过后再根据所述请求包构造新的请求包。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据IP数据报首部、数据的目的IP地址、TCP数据报首部和TCP数据报所负载的应用数据生成NDN协议下的请求包和数据包，为：

以从头部到尾部依次为NDN协议标识、应用数据标识、目的IP地址、当前时间戳、应用数据的MD5值、对IP数据报首部及TCP数据报首部的编码的长度、对IP数据报首部及TCP数据报首部的编码的格式生成NDN协议下的请求包；

以从头部到尾部依次为NDN协议标识、应用数据标识、应用数据的MD5值的格式生成NDN协议下的数据包。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述请求包进行正确性验证，为：将所述请求包中的IP数据报首部、TCP数据报首部的编码与其编码长度进行验证。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在目的端获取到所述请求包后，还包括对IP数据报首部及TCP数据报首部的编码进行解码后得到IP数据报首部及TCP数据报首部。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述目的端根据数据端发送过来的请求包和获取到的数据包生成TCP/IP协议下的IP数据报，为：所述目的端根据数据端发送过来的请求包中对IP数据报首部及TCP数据报首部的编码进行解码后得到IP数据报首部及TCP数据报首部和获取到的数据包生成TCP/IP协议下的IP数据报。