CN103597785A - 为实现高效内容路由而在基于内容识别符的半径范围内进行缓存泛洪的方法以及装置 - Google Patents

为实现高效内容路由而在基于内容识别符的半径范围内进行缓存泛洪的方法以及装置 Download PDF

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CN103597785A CN201280027928.8A CN201280027928A CN103597785A CN 103597785 A CN103597785 A CN 103597785A CN 201280027928 A CN201280027928 A CN 201280027928A CN 103597785 A CN103597785 A CN 103597785A
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瑞维享卡·瑞维达冉
王国强
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Abstract

一种网络系统包含多个内容路由器，所述多个内容路由器彼此间耦接并且耦接到多个提供者，并且所述多个内容路由器用于对内容数据进行路由及缓存，其中所述内容路由器进一步用于将被请求的内容定位及路由到耦接到所述内容路由器的使用者节点，其中所述提供者用于发布内容，并且所述内容路由器进一步用于响应于针对内容的关注信息请求来接收并缓存所述内容数据，并用于将关于所述内容数据的内容识别符泛洪到在指定半径范围内的多个邻近内容路由器，其中所述内容识别符使得所述多个邻近内容路由器能够确定可获得所述内容数据的最近位置，进而实现高效的内容路由。

Description

为实现高效内容路由而在基于内容识别符的半径范围内进行缓存泛洪的方法以及装置
本发明要求2011年6月7日由Ravi Ravindran等人递交的发明名称为“为实现高效内容路由而在基于前缀的半径范围内进行缓存泛洪的方法以及装置（Method and Apparatus for Prefix Based Radius Constrained CacheFlooding to Enable Efficient Content Routing）”的美国临时专利申请案第US 614,942,53号的在先申请优先权，以及2011年12月6日由RaviRavindran等人递交的发明名称为“为实现高效内容路由而在基于内容识别符的半径范围内进行缓存泛洪的方法以及装置（Method and Apparatusfor Content Identifier Based Radius Constrained Cache Floodingto EnableEfficient Content Routing）”的美国专利申请案第US 133,117,82号的在先申请优先权，该两案在先申请的内容以引用的方式全文并入本文本中。
技术领域
本发明涉及通信网络，更确切地说，涉及内容路由技术。
背景技术
在内容导向网络（content oriented network,CON），本文也称其为内容中心网络（Content Centric Network,CCN）中，内容路由器负责将使用者请求及内容路由给合适的接收者。在CON中，在内容传递框架中的每个实体都被分配了独一的域级别的名称。这些实体可以包括视频片段或网页等数据内容和/或路由路由器、交换机或服务器等基础设施元件。内容路由器会使用名称前缀来在内容网络中路由内容数据包，这些名称前缀可以是完整的内容名称或合适的内容名称前缀，而并非一定是网络地址。
发明内容
在一个实施例中，本发明包括一种网络系统，该网络系统中包含多个内容路由器，该多个内容路由器彼此间耦接并耦接到多个提供者，该多个内容路由器经配置以路由并缓存内容数据，其中该等内容路由器进一步经配置以将所请求的内容定位并路由到与该等内容路由器耦接的使用者节点，其中该等提供者经配置以发布内容，而该等内容路由器进一步经配置以响应于针对内容的关注信息请求而接收并缓存内容数据，并将该内容数据的内容识别符泛洪（flood）给在指定半径范围内的多个邻近内容路由器，其中该内容识别符使得该多个邻近内容路由器能够确定获取该内容数据的最近位置，从而提高内容路由的效率。
在另一实施例中，本发明包括一种内容路由器，该内容路由器包含：接收器，该接收器经配置以响应于关注信息请求而在网络中接收某一内容部分；内容存储器，该内容存储器经配置以存储该内容部分；以及传输器，该传输器经配置以将该内容部分转发给在该网络中的下一跳跳（next-hop），该下一跳跳通过匹配在转发信息库（FIB）中的内容的内容识别符来指示，并将该内容识别符泛洪给在该内容路由器的指定半径范围内的一个或多个邻近内容路由器，以使得该等邻近内容路由器能够有效率地确定相距该内容的最近位置。
在第三方面中，本发明包括一种由在网络中的至少一个内容路由器所实施的方法，该方法包含：响应于关注信息请求而从某一来源接收至少一部分内容；在一内容存储器中缓存该部分内容；将该部分内容转发给下一跳跳，该下一跳跳通过匹配在FIB中的内容的内容识别符来指示；以及以高于在该FIB中的该内容识别符的粒度来将内容识别符通告（advertising）给沿某一区域分布的多个邻近内容路由器，该区域根据选定的半径参数来确定，该选定的半径参数被编码为生存时间（TTL）参数。
通过阅读结合附图和所附权利要求书完成的以下详细描述，将更清楚地理解这些和其他特征。
附图说明
为便于更完整地理解本发明，现将会参考以下附图说明，以及附图及具体实施方式，其中相同参考数字表示相同部分。
图1是CCN的一项实施例的示意图。
图2是路由路由器架构的一项实施例的示意图。
图3是用于建立前缀可达性（prefix reachability）的方案的实施例的示意图。
图4是用于关注信息路由（interest routing）的方案的实施例的示意图。
图5是用于数据响应和缓存的方案的实施例的示意图。
图6是用于关注信息路由的方案的另一实施例的示意图。
图7是用于建立前缀可达性的改善方案的实施例的示意图。
图8是用于关注信息路由的方案的另一实施例的示意图。
图9是用于建立前缀可达性的改善方案的另一实施例的示意图。
图10是缓存方法的另一实施例的流程图。
图11是网络单元的一项实施例的示意图。
图12是通用计算机系统的一项实施例的示意图。
具体实施方式
应理解，在开始时，尽管下文会提供一项或多项实施例的说明性实施方案，但实际上可以使用任何种类的技术，包括当前已知或已经存在的技术，来实施所揭示的系统和/或方法。本发明决不应限于下文所说明的所述说明性实施方案、图式和技术，包含本文所说明并描述的示例性设计和实施方案，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。
可使用CCN（或CON）来作为建立信息中心网络（Information CentricNetwork,ICN）的基础设施。该ICN的目标可包含在分布式网络基础设施（例如，CCN）上来高效、安全、可靠地传播使用者所请求的内容，以满足使用者和ICN服务提供者的要求。在ICN中转发的信息可以包括多媒体内容（例如，语音、视频、文本），这些多媒体内容涉及人际对话（humanconversation）、多媒体串流、游戏、多点对多点（M2M）通信等，以及/或者其他所交流的信息及数据。ICN基础设施的构建模块之一可以是路由路由器。内容路由器可执行的基本功能性包括接收针对内容对象（项目）的请求，解析这些请求并将这些功能性引导到ICN中可能的最近位置来进行撷取。针对内容对象的请求可以名称为依据，这些名称在网络中独一地识别这些内容对象。可以使用集中式的字典方法来解析这些名称，也可以使用分布式方法来解析这些名称，分布式方法是通过例如使用内嵌于ICN的转发平面（forwarding plane）中的逻辑元件来在网络上路由请求。在分布式方法中，FIB可以通过路由路由协议来管理，该路由路由协议实现了针对所通知的前缀的可达性，这些所通知的前缀可以在网络中的不同的点处被发布。
该ICN可以为以两种特性为基础的高效平台。其中一个ICN特性是在有线连接（或链接）上进行的内容数据包的透明缓存能力，这样就可以使得未来的请求能够再次使用所缓存的内容。再一个ICN特性是通过允许沿多个方向转发受关注的（所请求的）数据包来在网络中搜寻所请求的资源的能力。一些路由路由方案可以基于可用来在CCN中进行互联网协议（IP）路由路由的泛洪或路由路由算法。用于转发受关注的数据包的路由路由算法可以包括最短路径第一算法（shortest path first algorithm）及其他变体，诸如K最短路径第一算法（K-Shortest path first algorithm）。此类路由路由技术对于IP而言可谓高效的，因为使用的目的可能是在任何两点之间沿最短路径转运数据包。但是，在CCN环境中关注信息数据包的意图可能是（在网络内或从其他来源中）尽可能快地找到所请求的内容信息块（也就是内容部分），以使得能够以最小的时延或减小的时延来将内容返送回到发出请求的使用者那里。
本文所揭示的是一种用于在网络中建立内容前缀可达性的改进的转发或路由路由技术的系统和方法。该等系统和方法可以使得受到关注的数据包能够基本上很快地被引导到最为接近的内容路由器，如果该内容已在此前曾在网络中被缓存的话。该等系统和方法可以实现ICN实施方案，并实现ICN目标，本文在CCN框架的环境中所描述的系统和方法为实施方案的一种可能的情形或实例。但是，该等系统和方法也可以在其他架构或网络中来实施，这些架构或网络可以具有以下特性的任何组合：
1)在网络中进行的信息传播可以基于对于信息资源的使用者请求以及对于信息资源的响应。
2)该网络可以使用内容路由器来作为数据包交换平台，该数据包交换平台可以实现透明的缓存。
3)在网络中进行的转发可以按照在每跳上进行的基于所请求内容的名称的转发模式来进行。
4)在网络中可以使用动态路由路由协议来管理FIB的实体，在内容路由器中的转发逻辑元件可以使用FIB的这些实体来转发受到关注的数据包。
图1所示为CCN100的实施例，其中可以按照内容识别符或名称，诸如名称前缀等来路由内容，并依据请求将该内容传递给使用者或客户，这些前缀可以是例如肉眼可读的名称，也就是平面id（flat-id）。CCN100可包括具有多个节点的网络域110，例如IP域、多协议标签交换（MPLS）域或以太网域。网络域110可包括多个内部节点112和多个内容路由器114，这些部件可通过固定连接等网络链接而彼此耦接。内容路由器114可经由多个接入网络140耦接到多个客户节点120，并耦接到多个客户站点150，如图1所示。CON100还可包括管理平面160，管理平面160可与内部节点112和/或内容路由器114进行通信。
内部节点112可以是对通过CCN100来转运例如帧和/或数据包等流量进行支持的任何节点、器件或部件。内部节点112可以在同一网络域110中将该流量传送到其他节点或从其他节点来接收该流量。例如，内部节点112可为路由路由器、交换机或网桥，例如骨干核心网桥（BCB）、提供者核心网桥（PCB），或标签交换路由路由器（LSR）。内部节点112也可包含根据内容名称前缀转发内容的内容路由器114。前缀是一种将内容项目的名称映射到内容信息块的识别符，其中在内容信息块与名称之间的联系由内容提供者（content producer）来产生。前缀可以是肉眼可读的识别符，或者可以是平面id。内容信息块/对象为能够自我维持（self-sustaining）的基本数据单元，该基本数据单元可以从该网络的任何部分中获取并被验证其来源、真实性等。
内容路由器114可以是对在网络域110与外部部件之间转运流量进行支持的任何节点、器件或部件。内容路由器114可以包含边缘节点以及内部网络节点（例如，内部节点112中的至少一些内部节点）。内容路由器114可以是例如根据客户请求或要求等将内容流量从内部节点110转发到客户节点120和/或客户站点150的边缘节点。内容路由器114也可从客户节点120接收内容请求。例如，该等内容路由器可以为根据内容名称前缀转发内容的骨干网边缘网桥（BEB）、提供者边缘网桥（PEB）或标签边缘路由路由器（LER）等路由路由器或网桥。在一些实施例中，基于CCN等架构的内容路由器可以是应用层（即第三层（L3））器件，这些应用层器件居于IP层（即第二层（L2））之上，从而可引入MPLS系统的技术。内部节点112和/或内容路由器114可包括或者可耦接到存储或缓存内容的多个内容服务器，所述内容可例如根据需要等提供给客户或订阅方。此外，内容路由器114可包括内容存储器，该等内容存储器可用于缓存在CCN100中所转发的内容中的至少一些内容。
客户节点120可以是用于将内容传递给用户或客户，并从用户或客户处接收内容请求的节点、器件或部件。例如，客户节点120可以是固定或移动的面向用户器件，例如台式计算机、笔记本计算机、个人数字助理（PDA）或者移动电话。或者，客户节点120可以是客户端上的连接器件，例如调制解调器或机顶盒。客户节点120还可包括客户设备（未图示），这些客户设备用于经由接入网络140从内容路由器114接收内容并将内容散布给多个客户。例如，客户节点120可包括光网络终端（optical networkterminal,ONU）和/或甚高位速率数字用户线路（VDSL）所用的居民用收发器单元（transceiver units at residential locations）（VTU-R）。
接入网络140可以是用于对CON 100中内容进行访问的任何网络，例如虚拟专用网（VPN）。客户站点150可以是用于从内容路由器114接收内容的任何站点或办公环境，并且客户站点150可通过接入网络140将该内容发送到相应客户节点120。客户站点150也可从客户节点120接收内容请求，并将该等内容请求发送到内容路由器114。
图2所示为路由路由器架构200的实施例，该路由路由器架构200可在内容路由器114和/或内部节点112中的任一者中使用。路由路由器架构200可包含在路由路由控制平面中操作的多个第一元件210以及在数据转发平面中操作的多个第二元件220。第一元件210可包含路由路由协议211、前缀总结引擎（prefix summarization engine）212以及策略引擎（policyengine）213。第二元件220可包含内容存储器（CS）221、待定受关注项目表（pending interest table,PIT）222以及FIB223。
在路由路由控制平面上，路由路由协议211可以例如在CCN中与其他内容路由器和/或网络节点交流通告（例如，链接状态通告,LSA），包含受限缓存泛洪通告。路由路由协议211可从前缀总结引擎212接收前缀信息，并使用该前缀信息来路由该等通告。路由路由协议211可将从前缀总结引擎212接收的前缀信息以被转发的通告的形式发出，并将所接收的通告中的前缀信息发送给FIB223。策略引擎213可以从可能想要使用服务的发布者和/或内容散布者相关的管理层接收策略信息，并将该策略信息转发给前缀总结引擎212，前缀总结引擎212可以使用该策略信息来从该等通告中选择出要发出和/或要接收的前缀。前缀总结引擎212还可以与CS221交流前缀信息。
在转发平面上，CS221、PIT222和/或FIB223可以接收、发送以及转发关注信息数据包（interest packet）（例如，内容对象请求），这些关注信息数据包指示了发自和/或发往内容路由器和/或网络节点的前缀。作为发送关注信息数据包的回应，CS221、PIT222和/或FIB223还可从其他内容路由器和/或网络节点接收数据响应（例如，根据请求所转发的内容对象）。该等关注信息数据包和数据响应可在耦接到多个下一跳节点/路由路由器的多个链接上进行交流（例如，由端口f0、f1、f2、f3…所指示）。CS221、PIT222和/或FIB223还可存储关注信息及数据响应信息中的至少一些信息。举例来说，FIB223还可维护前缀表格，该前缀表格包括多个由于缓存而被精细划分的前缀以及多个默认的可达性前缀，FIB223还可将该等前缀与下一跳节点/路由路由器进行关联。CS221还可将作为对所发送的关注信息的数据响应而接收到的内容中的至少一些内容缓存（暂时性地）或存储（较长期地）。
图3所示为用于在CCN中建立前缀可达性或前缀信息泛洪的方案300的实施例。方案300可以使用可在CCN上实现的链接状态协议（例如，使用LSA）。方案300可以使用基础水平（basic level）的可达性来计算该FIB，该基础水平的可达性通过内容路由协议（例如，链接状态协议）以及路由路由算法来实现。在方案300中，发布者350可以通过边缘内容路由器314（例如，CR1以及CR2）来通知内容的可用性。发布者350在边缘内容路由器314处进行的发布动作可以触发该路由路由协议，使得将所发布的内容可达性遍及该网络来泛洪，例如沿多个内容路由器312来泛洪。可将有关内容可达性的通知以相对高的聚合前缀水平来发出（在不同的内容路由器312处），以限制FIB的大小，来实现高效的查找。该FIB可以指示多个前缀（这些前缀具有高的聚结水平）以及相关的下一跳节点/路由路由器（f0、f1...）。
举例来说，被标记为CR3的边缘内容路由器314所具有的FIB可以包括前缀{P1...Pn}的名称前缀项，而这些前缀由被标记为CR1的另一边缘内容路由器314所通知。在CCN网络的环境中，可使用该等FIB项来达成针对所指示的前缀的可达性，这些前缀是根据用于计算在每个内容路由器312和314中的FIB表的路由路由算法来指示的。该FIB可使用多路径路由路由算法来构建。因此，CR3可以使用其FIB来与和在该FIB中的前缀相关的前跳进行通信，以获取相关内容。该内容可由耦接到CR3的使用者320来请求。接下来的下一跳又可使用其FIB来与下一批下一跳进行通信，直到到达第一次通告该等前缀的初始内容路由器314（CR1）为止，或者直到到达缓存该内容的内部内容路由器312为止。图3中的虚线箭头根据在内容路由器312中的FIB来指示出可从CR1跨越到CR3的两条可能路径，来到达与前缀P1至PN（N为整数）相关的内容。
图4所示为用于在CCN中进行关注信息路由以获取由使用者420所请求的内容的方案400的实施例。该关注信息（标记为i）可由耦接到使用者420的边缘内容路由器414（CR3）通过网络来发送，以到达在另一内容路由器414（CR1）处被缓存的内容。该关注信息可以指示关于所请求内容的前缀（例如，p1/xx/xx/xx）。该关注信息可使用在内容路由器412/414中的FIB（如上文所描述来建立）来路由以到达CR1，该内容初始时先由发布者450来发布，然后，使用者的动作使得该内容通过该网络在内容路由器412上得到缓存。可将在该关注信息中所指示的前缀与在每个内容路由器412/414处的FIB中的高度聚合的前缀（例如P1）进行匹配，以确定用于路由该关注信息的下一跳。因此，用于在网络上路由该关注信息的路径可以匹配用于通告前缀可达性的路径。
在CCN的引导阶段（初始建立）期间，在网络中对内容可不缓存。因此，任何对于内容的请求可以被解析并从最初的服务点那里得到服务，例如发布内容的初始内容路由器。随后，随着使用者请求更多的内容，所发布的内容可以缓存在内容路由器中，例如以满足未来的需求或请求。图5所示为用于在CCN中进行数据响应及缓存的方案500的实施例。可例如使用方案400响应于内容请求及相关的关注信息路由来实施方案500。可在引导阶段期间先实施方案500（在网络中进行内容快取之前）以对内容请求作出响应，并在该网络中的多个内容路由器512处快取该内容中的至少一部分。例如，边缘内容路由器514（CR1）可沿由该FIB指示的内容路由器512来接收由另一边缘内容路由器514（CR3）所发送的关注信息数据包。该内容可由在CR1处的发布者550来发布，接着，在CR3处的使用者520可以请求该内容。然后，可将匹配该关注信息前缀的被请求内容从CR1转发（数据响应）到CR3，并且沿着该转发路径在内容路由器512处将该内容缓存（标记为C{i}）。因此，用于在该网络上路由及缓存该内容的路径仅限于用于路由该关注信息的路径。
如果能够对内容路由进行改善，使得可对使用者内容请求进行解析以使其到达网络中最接近的缓存点（例如，内容路由器），则将是有利的。而使用无法感知缓存（cache unaware）的路由路由技术可能是效率不高的，例如直接应用用于IP路由路由的传统路由路由算法但不考虑在网络上内部缓存的内容的路由路由技术。举例来说，诸如用于通告前缀及建立内容可达性的方案300等默认的无法感知缓存的技术可能是不适合的，因为随后基于所通告的前缀进行的关注信息路由可能会错过在网络中可能缓存有所需内容的内容路由器。实际上，该关注信息可能会被一路路由到最初的服务点，例如发布内容的初始内容路由器。这样可能会在网络上造成内容传播效率不高，而且端到端内容传递时延增加。
图6所示为用于在CCN中进行关注信息路由以获取使用者620所请求的内容的方案600的另一实施例。方案600可以对应于方案500可能效率不高或不适用的情形，方案500根据无法感知缓存的路由路由技术来进行数据响应及缓存。该关注信息（标记为i）可由耦接到使用者620的边缘内容路由器614（CR5）通过网络来发送，以到达被缓存的内容。该关注信息可以指示有关所请求内容的前缀（例如，p1/xx/xx/xx），并且可使用在内容路由器612/614中的FIB来路由。所缓存的内容可以通过发布者650来发布，发布者650耦接到内容路由器614（CR3）。
作为对由另一内容路由器614（CR1）此前进行的关注信息路由（例如，如在方案500中所描述）的数据响应，该内容已被缓存于在该网络上的路径中。但是，在情形600中，可沿着包含不同的内容路由器612的不同路径来路由该关注信息，这些不同的内容路由器612不同于此前缓存该内容的内容路由器612（标记为C{i}）。因此，方案600中的关注信息路由可能错过此前曾缓存该内容的内容路由器612，并且可将该关注信息一路路由到源内容路由器CR1。此类情形中可能不会使用内部内容缓存，内部内容缓存可能会降低在网络中的内容传播效率，并增加端到端内容路由时延。能够避免此类情形的一种解决方法可以是在该FIB中所指示的内容路由器612的所有接口上将该关注信息泛洪出去。但是，此方法可能会产生由于关注信息路由所造成的相当量的开销，并且效率相当不高。
图7所示为用于在CCN中建立前缀可达性或前缀信息泛洪的改善的内容路由方案700的实施例。方案700可以使用可在CCN上实现的链接状态协议（例如，使用LSA）。方案700可以提供针对所通知的前缀的改善的可达性，以避免在方案600中错过此前在网络中所缓存的内容的情形。可以在回应于内容请求的数据响应以及内容缓存（例如，使用方案500）之后来实施方案700。
初始时，该内容可由耦接到边缘内容路由器714（CR1）的发布者750来发布，并在该网络中被通告，例如使用方案300。然后，可在该网络中的多个内容路由器712处将该内容中的一部分缓存。举例来说，CR1可以根据发自CR3处的使用者720的请求来接收由另一边缘内容路由器714（CR3）所发送的关注信息数据包，例如方案400中所描述。然后，可使用该FIB，将匹配该关注信息前缀的被请求内容从CR1转发（数据响应）到CR3。因此，可在沿着例如与方案500相似的转发路径（标记为C{i}）的内容路由器712处将该内容中的至少一部分缓存。
在方案700中，缓存内容的内容路由器712中的一些内容路由器712也可用于将前缀泛洪或通告给其他的邻近内容路由器712。邻近内容路由器712可以是通过相应的网络链接直接耦接到通告内容路由器712的下一跳节点。这样就可以增加带有所通告的前缀的内容路由器712的数目或带有所通告前缀的网络面积，因此能够更好地实现内容可达性，以满足将来不同的使用者720在该网络上进行关注信息路由（内容请求）的要求，改善效率，降低时延。确切地说，可使用路由或链接状态协议（例如，使用LSA）来将该等前缀泛洪到邻近内容路由器712，该路由或链接状态协议可能会受到用于选择前缀的策略、TTL标准或两者的约束或限制。在该网络中散布前缀可达性的范围可能会受到限制，以维持效率及可扩展性。
图7中示出了包含一组内容路由器712的区域（由虚线轮廓所指示），该组内容路由器712由邻近内容路由器712来泛洪并受到TTL和/或策略的限制。该区域可以包含这样的内容路由器712，这些内容路由器712可以对在通过例如方案400进行的初始关注信息路由所确定的路径上的内容路由器712中所缓存的内容的前缀中的至少一些前缀进行维护。在初始路径上的内容路由器712（标记为C{i}）可以将所选的前缀通告到邻近内容路由器712（同样标记为C{i}），这些所选的前缀的粒度细于在通过初始关注信息路由所确定的路径上所缓存的内容的前缀。粒度越细，所提供的被缓存内容的位置解析就越准确。举例来说，在从CR3开始的通过初始关注信息路由所确定的路径上的内容路由器712（CR6）可以（例如，使用LSA）将粒度（P1*）较细的所选前缀通告给通过TTL所确定的一组邻近内容路由器712（诸如CR7）。结合该前缀所使用的符号“*”指示的是对于前缀较细的粒度。粒度较细的所选前缀（例如，P1*）可以在内容路由器712的FIB的项中被指示出来，包括具有高度聚合前缀的前缀（P1...PN）。所选前缀的粒度可以根据策略来确定，例如用于优化网络中的内容缓存及散布的策略。举例来说，可将内容的不同部分散布在内容路由器712中间，来改善内容可达性，以满足获取被缓存内容的使用者需求以及路由效率。
图8所示为用于在CCN中进行关注信息路由以获取使用者820所请求的内容的方案800的另一实施例。方案800可以利用改善的方案700来到达最接近的缓存点（例如，内容路由器）。该关注信息（标记为i）可由耦接到使用者820的边缘内容路由器814（CR5）通过网络来发送，以到达被缓存的内容。该关注信息可以指示有关所请求内容的前缀（例如，p1/xx/xx/xx），并且可使用在内容路由器812/814中的FIB来路由。该被缓存的内容可由耦接到内容路由器814（CR3）的发布者850来发布，在多个内容路由器812（标记为C{i}）处缓存，并使用方案700来通告。因此，在内容路由器812中的FIB可以包含有关细粒度前缀和粗粒度前缀的项（如上文所描述），并且可以指示出将内容缓存的内容路由器812以及根据方案700所通告的其他邻近内容路由器812。
在方案800中，可沿多个内容路由器812，使用该多个内容路由器812的FIB来路由来自CR5的关注信息，这些FIB包含通过方案700所通告的前缀。因此，可以通过内容路由路由器812（CR7）来路由该关注信息，来到达在该网络中缓存所请求内容的内容路由器812（CR6）中的一者，而不是错过所有缓存该内容的内部内容路由器812而到达源内容路由器CR1（如方案600所示）。在图8中使用虚线箭头来指示出使用包含由方案700所通告的前缀的FIB来到达CR6的路径。
图9所示为用于在CCN中建立前缀可达性或前缀信息泛洪的改善的方案900的另一实施例。方案900可与方案700相似，并且可以使用可在CCN上实现的链接状态协议（例如，使用LSA）来提供针对所通知的前缀的改善的可达性。可以在回应于内容请求的数据响应以及内容缓存（例如，使用方案500）之后来实施方案900。初始时，该内容可由耦接到边缘内容路由器914（CR1）的发布者950来发布，并在该网络中被通告，例如使用方案300。然后，可在该网络中的多个内容路由器912处将该内容中的一部分缓存，例如在CR1接收到由来自使用者920另一边缘内容路由器914（CR3）所发送的关注信息数据包之后。
方案900可以按照与方案700相似的方式来实施，以进一步将来自缓存该内容的内容路由器912的前缀泛洪或通告到邻近内容路由器912。前缀泛洪或通告可能会受到TTL和/或用于选择前缀来维持效率和可扩展性的策略的约束。图9中示出包含两个对应组的内容路由器912的两个区域（由两个虚线轮廓所指示），这两个区域可由内容路由器912来泛洪。这些区域的范围还会受到TTL参数和/或策略执行情况的限制。该等区域还可包含这样的内容路由器912，该类内容路由器被泛洪而获得关于被缓存内容的前缀，但是这些内容路由器却不会缓存相关内容。举例来说，该两个区域中的每一区域被泛洪而获得粒度较细的对应前缀（P1*或P2*），例如由于指示该前缀的对应的关注信息转发事件。该两个区域可以不相同，因为所路由的关注信息可以由来自不同的使用者920的不同的内容路由器912来发送，并且该两个区域可以具有用于向邻近内容路由器912泛洪的不同的策略和/或TTL。确切地说，在初始路径上的内容路由器912（标记为C{i}）可以将P1*通告到第一组邻近内容路由器912（标记为C{P1*}），这些P1*的粒度细于在通过初始关注信息路由所确定的路径上所缓存的内容的前缀。相似地，在初始路径上的内容路由器912可以将P2*通告到第二组邻近内容路由器912（标记为C{P2*}），这些P2*粒度较细。所选前缀P1*和P2*可以在内容路由器912的FIB的项中被指示出来，包括粒度较粗的前缀（P1...PN）。P1*和P2*的粒度可以根据策略来确定，例如用于优化网络中的内容缓存及散布的策略。
在方案700和900中，当在内容路由器中缓存内容时，该等内容路由器可用于选择性地选择出可使用该路由协议来泛洪的前缀集合。这些前缀名称的粒度可以与在内容路由器中的内容存储器中的项中的前缀的粒度相同。每一前缀可以对应于在该内容存储器中所存储的内容信息块或内容部分。内容路由器的内容存储器可能未必包含了该内容中的所有部分或所有信息块。但是，如果该内容路由器确定有关内容的所有信息块在其缓存中均为可存取的，则该内容路由器就可将该内容的前缀设置为该内容的名称。该内容路由器还可在该等项中包括其他元素，诸如有关通知的版本细节，这样可节省相当量的控制开销。
用于向邻近内容路由器通告或通知前缀的LSA可以不同于用于通知聚合度更高的前缀的LSA。可使用与不透明类型LSA相关的信息来通知粒度较细的前缀，以便于进行恰当处理。本文中会将不透明类型LSA可互换地称作客户标签交换数据包（C-LSP）或客户LSA。该等C-LSA可以承载有对应于在该内容路由器的内容存储器中的项的多个前缀。从该内容存储器中选择哪些前缀的决策可以依据在内容路由器中可以本地实施的策略。举例来说，可以选择所有对应于内容提供者hulu.com的前缀来进行此类处理。
为了调节此类前缀的泛洪及控制开销，该等C-LSA可以具有某个生命周期（或TTL），该生命周期为C-LSA在泛洪时可能涉及到的跳数目。该生命周期或TTL可以确定围绕该泛洪内容路由器的泛洪半径。TTL场可用来控制该开销。基于较高TTL值的前缀通知可以在网络中抵达更深入的节点（也就是说，能够到达更广泛的区域），这样可以实现效率更高的内容或前缀解析，但是也可能会增加控制开销，因为可能使用了较多的前缀通知（LSA）。该TTL也可用作引入服务差异化（service differentiation）的参数，该参数可以由ICN服务提供者作为策略考虑因素来进行变更。
接收这些C-LSA的邻近内容路由器可用于恰当地处理该等C-LSA。其他内容路由器可能为不透明路由器并且不用于处理该等C-LSA，这些路由器可能会根据路由协议的泛洪逻辑来存储及转发（不加处理）这些C-LSA。能够处理该等C-LSA的内容路由器可以提取在该等C-LSA中所通知的前缀，根据所实施的关注信息路由算法来确定下一跳，并将提取出的前缀添加在该等FIB中。为改善性能，可以启用所有的该等内容路由器来处理并利用该等C-LSA。在启用内容路由器的选定子集来处理该等C-LSA的一类网络中，可确定恰当的TTL设置来确保前缀通告抵达这些被启用来处理该等C-LSA的选定内容路由器。但是，即使这些选定的内容路由器可以做出智慧的路由决策，这些决策也可能会在随后的跳跃中被推翻。因此，可以将网络拓扑结构纳入考虑中来确定恰当的TTL值，保证前缀通告性能的改善。举例来说，可以将选定的内容路由器中的任何两者之间的跳跃的数目考虑在内。具体来说，可以将在该网络中选定的内容路由器的密度考虑在内，使得即使存在可能不会处理C-LSA的中间节点，节点设置或节点布局可不否定由该等路由器根据这些C-LSA所采取的路由决策的有效性。
在一些情形中，接收该等C-LSA的内容路由器中的一些内容路由器可能已经在其内容存储器中包含相关内容。在此类情形中，这些接收到的通告可能不需要处理，因为对这些内容路由器的任何请求可以在本地从其内容存储器中得到解析。但是，根据本地策略，这些内容路由器仍可产生C-LSA。在此情况中，已存储有该内容的信息区域可以扩展以使得关注信息可以被具有被缓存内容的内容路由器通过关注信息路由逻辑来解析。
在所接收的C-LSA中的前缀可以存储在新的FIB项中，该等前缀可以匹配到传入的请求（关注信息请求）。较之于为进行关注信息路由而默认应用的最长路径前缀匹配，从该等C-LSA导出的FIB项可以被指配以较高的优先级，因为相对于根据高度聚合的前缀项进行的路由，来自该等C-LSA的路由项可以产生更为改善的关注信息路由，进而改善内容传播。初始时，可从发出请求的节点开始，根据最长前缀匹配来路由该关注信息请求，但是当被路由的关注信息抵达由该前缀泛洪界定的内容路由器岛（island）时，关注信息请求的前缀解析度可以变得更加准确。举例来说，在上文中的方案700中，在关于前缀P1*的C-LSA被CR6泛洪之后，CR7可以产生新的关于前缀P1*的路由项，该路由项指向面f1，面f1指向关于内容P1*的最接近缓存点。因此，当CR5使用其默认的路由来转发关于前缀P1*的关注信息时，该关注信息可由CR7解析到最接近的点，即CR6。对于这些项不生成任何匹配的情况，可以使用基于聚合前缀的默认路由，例如根据最长前缀匹配（LPM）。
不同于标准LSA（用于通知更为聚合的前缀），该等C-LSA可以用于适应缓存的动态性质。因此，可以设置该等C-LSA的生命周期，以满足在初始化过程中或源内容路由器中缓存的到期时间。可将此信息编码到该C-LSA中，或者在内容路由器中可通过默认方式来配置基于经验分析的到期时间。该C-LSA可以按软状态（soft-state）来处理，也就是说，如果该C-LSA并未被最初将其启动的内容路由器所刷新，它就会作废。
发起启动的内容路由器可以控制C-LSA通告泛洪时所涉及的跳数目，来控制泛洪范围。在一些例子中，接收该C-LSA的内容路由器还可接收并缓存该内容的拷贝，但是该内容路由器的策略可能仍需要该内容路由器来泛洪该信息，进而启动具有与被缓存内容相同的前缀的C-LSA。此情况可能会导致相对于具有相同前缀的网络的相对大范围的泛洪，这可能不是客户所想要的。为了控制或限制泛洪，该内容路由逻辑可经配置以检查该内容路由器的邻近内容路由器中的任一者是否已通知了该前缀。如果邻近内容路由器已通知了该前缀，那么该内容路由器可以不产生具有该前缀的C-LSA。如果该前缀尚未被该等邻近内容路由器中的任一者所通知，那么该内容路由器可通告该前缀。可以在该前缀到期后的已确定时间之后来通告该前缀，这样可以指示出该内容已被从此前发起启动的内容路由器中清除。
在一些情形（例如，在ICN中）中，发布者可以位于在该网络中的已确定的边缘点（内容路由器）处，如上文所描述。此外，使用者可以连接到位于下游上的ICN服务提供者，例如通过接入网络。在这些情形中，方案700和900可以通过使用该等C-LSA以及在该ICN上实现的路由逻辑来使得由内容提供者（发布者）所发布的内容的解析度相对接近于终端使用者。举例来说，在方案900中，可根据耦接到发布者的两个边缘点处的发布动作以及使用者存取相关内容的动作，通过对前缀P1*和P2*进行路由，来产生内容路由器912的两个子集，该两个子集形成两个组或两个岛。
在一个实施例中，如果将对内容路由器处的相对长的前缀进行的泛洪看做过度开销，那么可使用诸如使用布隆过滤器（Bloom Filter,BF）等技术来实质地减少开销。在这些情况中，该内容路由器可用于将作为BF存储在内容存储器中的前缀通知出去，而在将该BF作为更新内容来接收的内容路由器中，该BF可能会被查询。此技术可能需要在转发逻辑中作出改变，因为该BF技术可能依据的并不是关注信息前缀与FIB中的前缀的精确匹配或实质匹配，例如对于在BF中总结的前缀集合而言。在此情况中针对匹配的误报率（false positive rate）可以通过选择恰当的参数设置来解决，需要这些恰当的参数设置来使得所产生的BF在泛洪过程中的开销是可容受的。
或者，可以使用另一种技术，利用命名来总结由内容路由器所通知的前缀的范围或大小。举例来说，根据一些预定的命名模式，如果该总结逻辑发现许多内容信息块属于同一发布者并且指代相同内容，那么可以在具有较多元数据字段的单一前缀下总结该通告。此类具有元数据信息的前缀可用于使得进行接收的内容路由器能够正确地解释该前缀以在其FIB中生成预期的前缀项。为总结该等前缀通知而实施的布隆过滤器技术或命名规则可以实现对所通知的前缀进行编码及解码而且其中没有信息损失或误差。
图10所示为可用于方案700与900的前缀泛洪方法1000的实施例。可在该网络（例如，CCN或ICN）中的某一内容路由器处实施方法1000。方法1000可以从块1010起开始，其中可以响应于一个关注信息请求来接收从某一来源转发的至少一部分内容。该来源可以是耦接到发布者的边缘内容路由器，而该关注信息请求可以由耦接到使用者的另一边缘内容路由器来发送。在块1020处，可将该部分内容缓存在该内容路由器的内容存储器中。在块1030处，可将该部分内容转发给下一跳，该下一跳通过匹配在该内容路由器处的FIB中的内容的前缀来指示。可将该部分内容转发给在一路径上的第二内容路由器，该路径通过此前从该来源起泛洪聚合内容前缀的方式来通告。在块1040处，可将比在该FIB中的内容前缀粒度更细的内容前缀泛洪到多个邻近内容路由器，该多个邻近内容路由器分布在根据选定的TTL确定的区域上。该等邻近内容路由器中的至少一些邻近内容路由器可以不缓存该内容。方法1000随后可结束。
图11所示为网络单元1100的一项实施例，该网络单元可为通过网络传输和处理数据的任何器件。例如，网络单元1100可位于内容路由器或CCN100中的任何节点中，或者位于上述方案中的任何节点中。该内容路由器也可用于实施或支持上述CON系统和方法。网络单元1100可包含一个或多个入口端口或单元1110，该一个或多个入口端口或单元1110耦接到接收器（R8）1112，用于从其他网络部件接收信号和帧/数据。网络单元1100可包含内容感知单元1120，用于确定将内容发送到哪些网络部件。内容感知单元1120可以使用硬件、软件或这两者来实施。网络单元1100还可包含耦接到发射器（T8）1132的一个或多个出口端口或单元1130，该一个或多个出口端口或单元1130用于将信号和帧/数据传输到其他网络部件。接收器1112、内容感知单元1120和发射器1132还可用于实施所揭示方法中的至少一些方法，这些方法可以基于硬件、软件或这两者。网络单元1100的部件可以如图11所示进行布置。
内容感知单元1120还可包含可编程内容转发平面块1128以及可耦接到该可编程内容转发平面块1128的一个或多个存储块1122。该可编程内容转发平面块1128可用于实施内容转发及处理功能，诸如在应用层或L3处实施，可以根据内容名称或前缀以及将该内容映射到网络流量的其他可能的内容相关信息来转发该内容。此类映射信息可以保存在内容感知单元1120或网络单元1100中的内容表中。可编程内容转发平面块1128可以解释用户的内容请求，并相应地例如根据元数据和/或内容名称从网络或其他网络路由器获取内容，并且可以例如暂时地将该内容存储在存储块1122中。可编程内容转发平面块1128随后可以将所缓存的内容转发给使用者。可编程内容转发平面块1128可以使用软件、硬件或这两者实施，并且可以在IP层或L2以上的层级中操作。存储块1122可以包含缓冲存储器1124，缓冲存储器1124用于暂时地存储内容，诸如订户所请求的内容。另外，存储块1122可以包含长期存储器件1126，长期存储器件1126用于相对持久地存储内容，诸如发布者所提交的内容。例如，缓冲存储器1124和长期存储器件1126可以包括动态随机存取存储器（DRAM）、固态硬盘（SSD）、硬盘，或这些器件的组合。
上文所描述的网络部件可以在任何通用网络部件上实施，诸如计算机或网络部件，只要这些计算机或网络部件具有足够的处理能力、存储资源和网络吞吐能力，能够处理加于其上的必要工作负载。图12所示为典型的通用网络部件1200，其适用于实施本文本所揭示的部件的一项或多项实施例。网络部件1200包括处理器1202（可以称为中央处理器单元或CPU），其与包括以下项的存储器件通信：辅助存储器件1204、只读存储器（ROM）1206、随机存取存储器（RAM）1208、输入/输出（I/O）器件1210，以及网络连接器件1212。处理器1202可以作为一个或多个CPU芯片实施，或者可以为一个或多个专用集成电路（ASIC）中的一部分。
辅助存储器件1204通常由一个或多个磁盘驱动器或磁带驱动器组成，用于数据的非易失性存储，并且，如果RAM1208的大小不足以保存所有工作数据，辅助存储器件1204还可用作溢流数据存储器件。辅助存储器件1204可以用于存储程序，当选择执行这些程序时，这些程序被加载到RAM1208中。ROM1206用于存储在程序执行期间所读取的指令以及可能的数据。ROM1206为非易失性存储器件，其存储容量相对于辅助存储器件1204的较大存储容量而言通常较小。RAM1208用于存储易失性数据，还可能用于存储指令。对ROM1206和RAM1208两者的存取通常比对辅助存储器件1204的存取快。
揭示了至少一个实施例，且所属领域的一般技术人员对所述实施例和/或所述实施例的特征的变化、组合和/或修改在本发明的范围内。因组合、整合和/或省略所述实施例的特征而产生的替代实施例也在本发明的范围内。在明确陈述数值范围或界限的情况下，应将此类表述范围或界限理解为包含属于明确陈述的范围或界限内的幅度相似的重复范围或界限（例如，从约1到约11包含2、3、4等；大于0.10包含0.11、0.12、0.13等）。举例来说，每当揭示具有下限Rl和上限Ru的数值范围时，确切地说是揭示属于所述范围内的任何数字。具体而言，具体揭示所述范围内的以下数字：R=Rl+k*(Ru-Rl)，其中k为从1%到110%范围内以1%递增的变量，也就是说，k为1%、2%、3%、4%、7%、......、70%、71%、72%、......、97%、96%、97%、98%、99%或110%。此外，还特定揭示由如上文所定义的两个R数字界定的任何数值范围。对于权利要求的任一元素使用术语“任选地”意味着所述元素是必需的，或者所述元素不是必需的，两种替代方案均在所述权利要求的范围内。使用例如包括、包含和具有等较广术语应被理解为包含对例如由......组成、基本上由......组成以及大体上由......组成等较窄术语的支持。因此，保护范围不受上文所陈述的描述限制，而是由所附权利要求书界定，所述范围包含所附权利要求书的标的物的所有等效物。每一和每个权利要求作为进一步揭示内容并入说明书中，且所附权利要求书为本发明的实施例。所述揭示内容中的参考文献的论述并不是承认其为现有技术，尤其是具有在本申请案的在先申请优先权日期之后的公开日期的任何参考文献。本发明中所引用的所有专利、专利申请案和公开案的揭示内容在此以引用的方式并入本文中，其提供补充本发明的示范性、程序性或其他细节。
虽然本发明中已提供若干实施例，但应理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，所揭示的系统和方法可以许多其他特定形式来体现。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一系统中组合或整合，或者某些特征可以省略或不实施。
另外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可与其他系统、模块、技术或方法组合或整合。展示或论述为彼此耦接或直接耦接或通信的其他项目也可以电方式、机械方式或其他方式通过某一接口、器件或中间部件来间接地耦接或通信。改变、替代和更改的其他实例可由所属领域的技术人员确定，且可在不脱离本文所揭示的精神和范围的情况下作出。

Claims (20)

1.一种网络系统，包含：
多个内容路由器，所述多个内容路由器彼此间耦接并耦接到多个提供者，并且用于对内容数据进行路由及缓存，其中所述内容路由器进一步用于将被请求的内容定位及路由到耦接到所述内容路由器的使用者节点；
其中所述提供者用于发布内容，并且所述内容路由器进一步用于响应于针对内容的关注信息请求而接收及缓存所述内容数据，并且用于将关于所述内容数据的内容识别符泛洪到在指定半径范围内的多个邻近内容路由器，其中所述内容识别符使得所述多个邻近内容路由器能够确定可获得所述内容数据的最近位置，进而实现高效的内容路由。
2.根据权利要求1所述的网络系统，其中所述内容路由器是基于内容中心网络（CCN）基础设施来连接，并且所述内容路由器用于建立适用于服务提供者的信息中心网络（ICN）。
3.根据权利要求2所述的网络系统，其中以可控方式将所述内容识别符泛洪到在所述CCN中的有界区域以达成服务差异化以及改善的内容传播。
4.根据权利要求3所述的网络系统，其中所述内容识别符泛洪是使用生存时间（TTL）值以及用于选择内容识别符的策略中的至少一者来进行控制。
5.根据权利要求4所述的网络系统，其中所述TTL值指示的是从某一来源起准许内容识别符通知能够跨越的下一跳跳的数目。
6.根据权利要求5所述的网络系统，其中所述内容识别符通知包含元数据信息，所述元数据信息被所述接收邻近内容路由器用来在对应的转发信息库（FIB）中建立匹配内容识别符项。
7.根据权利要求4所述的网络系统，其中所述内容识别符通知建立关于所述内容识别符的可达性岛，所述可达性岛准许相关的关注信息请求被解析到相距请求节点最接近的缓存位置。
8.根据权利要求4所述的网络系统，其中使用布隆过滤器技术或命名规则来总结所述内容识别符通知，所述布隆过滤器技术或命名规则准许对所通知的内容识别符进行编码及解码并且没有信息损失。
9.根据权利要求3所述的网络系统，其中增加所述TTL值使得被请求的关注信息能够更高效地解析到相距请求节点最接近的缓存点。
10.根据权利要求1所述的网络系统，其中所述邻近内容路由器中的至少一些邻近内容路由器并不缓存与被泛洪的内容识别符相关的内容。
11.一种内容路由器，包含：
接收器，所述接收器用于响应于关注信息请求而在网络中接收一个内容部分；
内容存储器，所述内容存储器用于存储所述内容部分；以及
发射器，所述发射器用于将所述内容部分转发到在所述网络中的一个下一跳跳，在所述网络中的所述下一跳跳通过匹配在转发信息库（FIB）中的内容的内容识别符来指示，所述发射器将所述内容识别符泛洪到处于所述内容路由器的指定半径范围内的一个或多个邻近内容路由器，以使得所述邻近内容路由器能够高效地确定针对所述内容的最近位置。
12.根据权利要求11所述的内容路由器，其中被泛洪的内容识别符的粒度细于在所述FIB中的匹配内容识别符，所述匹配内容识别符通过从所述内容的来源泛洪的初始内容识别符来获得，并且其中所述被泛洪的内容识别符的粒度越细，相关的被缓存的内容的位置解析也就越准确。
13.根据权利要求12所述的内容路由器，其中所述被泛洪的内容识别符通过第一链接状态通告（LSA）来发送，并且在所述FIB中的所述内容识别符使用一个第二LSA来通告，所述第二LSA的格式不同于所述第一LSA的格式，并且其中所述第一LSA包含来自发出通告的内容路由器的内容存储器的一个或多个被通告的内容识别符，所述一个或多个被通告的内容识别符的粒度细于在所述第二LSA中所通告的内容识别符。
14.根据权利要求13所述的内容路由器，其中在所述第一LSA中被通告的内容识别符是根据在所述发出通告的内容路由器处的一项或多项本地策略来进行选择。
15.根据权利要求11所述的内容路由器，其中根据最长内容识别符匹配来路由所述关注信息请求，并且其中当被路由的关注信息抵达由泛洪中的内容识别符所定义的内容路由器岛时，所述关注信息请求的内容识别符解析变得更加准确。
16.根据权利要求11所述的内容路由器，其中所述内容识别符被泛洪到所述邻近内容路由器，以扩展在所述网络中的内容可达性并减少端到端内容传递时延。
17.一种由在网络中的至少一个内容路由器来实施的方法，包含：响应于一个关注信息请求而接收从某一来源转发的至少一部分内容；
将所述部分内容缓存在内容存储器中；
将所述部分内容转发到下一跳跳，所述下一跳跳通过匹配在转发信息库（FIB）中的内容的内容识别符来指示；以及
将粒度细于在所述FIB中的所述内容识别符的一个内容识别符通告到在某一区域上分布的多个邻近内容路由器，所述区域根据一个选定的特定半径参数来确定，所述选定的特定半径参数被编码为生存时间（TTL）参数。
18.根据权利要求17所述的由在网络中的至少一个内容路由器实施的方法，其中根据网络拓扑结构来确定所述TTL参数值，以保证改善的性能以及内容识别符通告的内容可达性。
19.根据权利要求17所述的由在网络中的至少一个内容路由器实施的方法，其中在一个软状态链接状态通告（LSA）中来通告所述内容识别符，所述LSA被设置为：当通告所述内容识别符的内容路由器的缓存生存时间到期时，所述LSA到期。
20.根据权利要求17所述的由在网络中的至少一个内容路由器来实施的方法，进一步包含：
从内容路由器接收关于第二内容识别符的通告；
确定是否有邻近内容路由器已通告了所述第二内容识别符；
如果所述邻近内容路由器尚未通告所述内容识别符，通告所述第二内容识别符；以及
如果所述邻近内容路由器已通告所述第二内容识别符，放弃所述通告。
CN201280027928.8A 2011-06-07 2012-06-06 为实现高效内容路由而在基于内容识别符的半径范围内进行缓存泛洪的方法以及装置 Pending CN103597785A (zh)

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