CN104468396A - 一种内容中心网络ccn的流量管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种内容中心网络CCN的流量管理系统，所述系统包括：控制装置、转发装置；控制装置包括CCN协议解析配置模块、CCN队列资源管理模块以及CCN流量管理模块；转发装置包括通信模块、SDN交换模块以及CCN交换模块；CCN协议解析配置模块对CCN数据包进行协议解析；CCN队列资源管理模块根据解析结果，配置转发装置的接口队列信息；CCN流量管理模块根据接口队列信息，生成CCN流量控制信息；SDN交换模块根据CCN流量控制信息，配置输出队列；CCN交换模块根据CCN流量控制信息，更新映射表单，并根据预设的CS、PIT、FIB以及更新后的映射表单，得到CCN数据包的业务类型以及输出队列号，并将CCN数据包发送到输出队列。

Description

一种内容中心网络CCN的流量管理系统

技术领域

本发明涉及内容中心网络技术领域，具体涉及一种内容中心网络CCN的流量管理系统。

背景技术

互联网用户关注的是信息，而不是信息的存储位置，为了适应对海量信息的访问需求，信息中心网络(Information-Centric Networking，ICN)摒弃了传统的以IP为细腰的协议栈结构，采用以信息名字为核心的协议栈结构。ICN采用信息名字为网络传输的标识，IP地址不被考虑或者只作为一种底层的本地化的传输标识。传统体系结构的通信模式是主机之间的通信，通过源主机地址和目的主机地址获取通信路径，ICN则采用主机到网络的通信模式，通过信息名字获取源主机到网络信息的通信路径。IP网络体系结构的传输模式是“推”模式，由服务器主导传输。无论用户是否感兴趣，服务器的信息都可能传到用户的主机上。ICN则采用“拉”模式，用户实时向网络发送请求信息，由于网络可能已经缓存了该信息，网络可以把信息回应给用户。“拉”模式更适合海量信息的情况。传统的网络安全机制建立在主机上，信息的安全与主机是否可信密切相关，若主机不可信，则主机上的信息也不可信，ICN转发机制由传统的存储转发演进为缓存转发，体系结构支持主机移动。

内容中心网络(Content-Centric Network，CCN)是现有最相关的ICN解决方案。CCN的基本通信模式是以命名内容(Named Data)为中心，用户请求命名内容、内容发布者(服务器)发布和传输命名内容、CCN路由器缓存和传输命名内容。CCN提出了一种全新的网络体系结构，细腰处采用信息名字作为路由标识，IP作为底层网络，取消TCP层的概念，增加了策略层和安全层。策略层作为网络层的下一层，为路由提供决策。安全层作为网络层的上一层，为网络提供安全性。

由于内容中心网络的核心已经不再是网络中结点标识，而是内容的传输，存在以下问题：

内容的分发是不可控的。在目前内容中心网络的研究中，在内容分发时，只考虑了内容的可达性，没有考虑内容的可控性；

内容路由过程实现复杂。在目前内容中心网络的研究中，大部分是按照内容名字进行路由，导致在路由表中要能够存储内容的名字，实现和内容路由査找时较复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题如何提供一种内容中心网络CCN的流量管理系统，以增强CCN流量管理性能。

为此目的，本发明提出一种内容中心网络CCN的流量管理系统，所述系统包括：控制装置、转发装置；

所述控制装置包括CCN协议解析配置模块、CCN队列资源管理模块以及CCN流量管理模块；所述转发装置包括通信模块、软件定义网络SDN交换模块、CCN交换模块；

所述CCN协议解析配置模块，用于对CCN数据包进行协议解析，并将解析结果发送到CCN队列资源管理模块；

所述CCN队列资源管理模块，用于根据所述解析结果，配置所述转发装置的接口队列信息，并将所述接口队列信息发送到CCN流量管理模块；

所述CCN流量管理模块，用于根据所述接口队列信息，生成CCN流量控制信息，并将所述CCN流量控制信息发送到所述通信模块；

所述通信模块将所述CCN流量控制信息发送到所述SDN交换模块以及CCN交换模块；

所述SDN交换模块，用于根据所述CCN流量控制信息，配置输出队列；

所述CCN交换模块，用于根据所述CCN流量控制信息，更新映射表单，并根据预设的内容存储库CS、待定兴趣表PIT、转发信息库FIB以及更新后的映射表单，得到CCN数据包的业务类型以及输出队列号，并将所述CCN数据包发送到输出队列。

可选的，所述CCN流量管理模块，包括：

知识单元，用于存储业务类型及业务类型优先级的历史数据；

服务优先级管理单元，用于根据所述历史数据、当前网络的流量大小以及预设的用户类型，对业务类型优先级进行划分，得到当前网络的业务类型优先级；

CCN配置生成单元，用于根据所述当前网络的业务类型优先级以及所述接口队列信息，生成CCN流量控制信息，并将所述CCN流量控制信息发送到所述通信模块。

可选的，所述服务优先级管理单元，具体用于：

根据所述历史数据，得到业务类型及业务类型优先级；

在确定当前网络的流量大于预设流量之后，将用户类型为付费用户的业务类型优先级提高到第一预设级别，将用户类型为非付费用户的业务类型优先级降低到第二预设级别，得到当前网络的业务类型优先级。

可选的，所述CCN配置生成单元，具体用于：

根据所述接口队列信息，得到用于配置输出队列的控制信息，并将所述用于配置输出队列的控制信息进行通信协议封装之后发送到所述通信模块；

根据所述当前网络的业务类型优先级，得到用于配置映射表单的控制信息，并将所述用于配置映射表单的控制信息进行通信协议封装之后发送到所述通信；

相应地，所述SDN交换模块，用于根据所述用于配置输出队列的控制信息，配置输出队列；

所述CCN交换模块，用于根据所述用于配置映射表单的控制信息，更新映射表单，并根据预设的内容存储库CS、待定兴趣表PIT、转发信息库FIB以及更新后的映射表单，得到CCN数据包的业务类型以及输出队列号，并将所述CCN数据包发送到输出队列。

可选的，所述SDN交换模块，包括：

CCN数据包过滤单元，用于将CCN数据包发送到所述CCN交换模块，并且将非CCN数据包根据预设的流表进行处理；

输出队列资源配置单元，用于根据所述用于配置映射表单的控制信息，配置输出队列的参数。

可选的，所述参数包括：队列标识queue_id、父队列标识parent_id、队列类型、队列长度、最大处理单元、最小带宽、最大带宽和队列优先级。

可选的，所述CCN交换模块，具体用于：

根据所述用于配置映射表单的控制信息，更新映射表单；

根据预设的内容存储库CS、待定兴趣表PIT、转发信息库FIB，得到CCN数据包的名称前缀和转发装置的接口的映射值；

根据所述映射值以及更新后的映射表单，得到CCN数据包的业务类型以及输出队列号，并将所述CCN数据包发送到输出队列。

可选的，所述映射值为通过对CCN数据包的名称前缀和转发装置的接口进行哈希映射得到的哈希映射值；

相应地，所述映射表单为一个或多个哈希表，所述哈希表记录CCN数据包与业务类型的映射关系、业务类型与输出队列的映射关系。

可选的，所述控制装置还包括：CCN数据包接收模块，用于接收所述通信模块上传的CCN数据包，并将CCN数据包发送到所述CCN协议解析配置模块；

相应地，所述通信模块将所述SDN交换模块得到的CCN数据包上传至所述CCN数据包接收模块。

可选的，所述通信模块将所述CCN数据包过滤单元得到的CCN数据包进行通信协议封装之后发送到所述CCN数据包接收模块。

相比于现有技术，本发明的内容中心网络CCN的流量管理系统基于SDN优化CCN并增强CCN流量管理，达到了优化CCN网络流量效果；并且将SDN交换模块和CCN交换模块结合为转发装置，节省了SDN承载CCN网络所需扩展的开销，提高了CCN网络流量管理性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明内容中心网络CCN的流量管理系统结构图；

图2是本发明内容中心网络CCN的流量管理系统与现网的组网示意图；

图3是本发明CCN协议的TLV结构示意图；

图4是本发明CCN流量管理模块的结构图；

图5是本发明CCN交换模块的工作示意图；

图6是本发明SDN交换模块的结构图；

图7是本发明控制装置与转发装置的信息交互的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

软件定义网络(Software-Defined Networking，下文均以SDN代替)，是一种新兴的网络范例。它实现了控制平面与转发平面的分离，不再将转发策略固定于路由器中,而是单独由中心控制器进行策略控制,进而使网络的转发及处理系统能够进行开放式架构的处理，使得网络的灵活性与可扩展性大大地提升。通过实现一个网络开发者与网络之间的接口(Operator-Network Interface)，SDN极大地降低了网络与业务的管控难度，它可以在不改变任何网络底层环境的前提下实现广泛而又深入的网络开发者的需求，使网络真正做到用软件可配置与定义。

OpenFlow是一个较为成熟的SDN解决方案。OpenFlow主要由三部分组成:OpenFlow交换机，OpenFlow控制器及OpenFlow协议。交换机主要由数据平面和控制平面组成，数据平面按照流表的信息对经过的数据流进行操作，控制平面负责与控制器进行安全通信以获得流表处理信息。一个中央的控制器则按照上层的要求控制全网的交换机进行数据转发与处理。OpenFlow协议则是控制器与交换机交互所遵循的协议。

支持多协议的SDN可支持CCN协议。对多协议的支持主要表现为通过控制器动态配置新的未知协议，即在SDN网络运行过程中，若有一个新的未知协议要加入这个SDN网络进行传输，则它只需要在SDN集中控制的控制器中注册自己的具体格式，然后控制器再把这些注册信息下发给所有的交换机，随后交换机便能识别出这个新协议了。支持多协议的SDN的一整套系统应包括：支持多协议SDN的控制器，支持多协议SDN的交换机。其中交换机进行数据层的转发与接收并处理控制器的控制消息，而控制器实现了所有控制层的功能并下发控制消息给交换机。控制器通过一种控制协议(比如OpenFlow协议)对交换机中的流表进行控制，从而实现对整个网络进行集中控制。另外，支持多协议的SDN的交换机又应包括数据平面与控制平面两大部分。数据平面为东西向，接收并处理多种协议的数据包并为其提供转发以及各种更深层次的处理等操作。而控制平面为南北向，接收上方控制器下发的控制消息，对其进行解析后再根据解析后的内容对下方的交换机处理机制做出修改。

以信息为中心的网络(ICN)已经提出了作为一种新的网络范式的网络为用户提供内容，而不是主机之间的沟通渠道。软件定义网络(SDN)的方法有望成为一个解决方案，使网络架构的不断演变。

在CCN中，信息名字采用URL表示，提供两类分组Interest和Data。Interest分组为需求分组，Data分组为返回的信息分组。在CCN流量管理中的优势有：SDN集中化的控制器利于细粒度的网络控制，分析并决策出CCN网络某状态下最合适的队列规则(队列调度，队列管理)，灵活对转发装置进行队列配置。

本实施例公开了一个基于SDN承载CCN网络的方案，设计出将SDN与CCN结合的CCN转发装置以及用于CCN流量管理的控制装置。位于上层的用于CCN流量管理的控制装置决策出最优流量管理策略并交由底层CCN转发装置执行策略。

如图1所示，本实施例公开一种内容中心网络CCN的流量管理系统，所述系统包括：控制装置、转发装置；在具体应用中，一个控制装置可与多个转发装置采用OpenFlow协议或类似OpenFlow功能的协议进行通信(如图2所示)，通信时可进行加密，可与其他现网组网。

控制装置包括CCN协议解析配置模块、CCN队列资源管理模块以及CCN流量管理模块；转发装置包括通信模块、软件定义网络SDN交换模块、CCN交换模块；

CCN协议解析配置模块，用于对CCN数据包进行协议解析，并将解析结果发送到CCN队列资源管理模块，CCN数据包采用的CCN协议可以为类型Type、长度Len、值Value的结构即TLV结构或其他结构，图3示出了本实施例中CCN数据包的CCN协议的TLV结构；

CCN队列资源管理模块，用于根据解析结果，配置转发装置的接口队列信息，并将接口队列信息发送到CCN流量管理模块；

CCN流量管理模块，用于根据接口队列信息，生成CCN流量控制信息，并将CCN流量控制信息发送到通信模块；

通信模块将CCN流量控制信息发送到所述SDN交换模块以及CCN交换模块；

SDN交换模块，用于根据CCN流量控制信息，配置输出队列；

CCN交换模块，用于根据CCN流量控制信息，更新映射表单，并根据预设的内容存储库CS、待定兴趣表PIT、转发信息库FIB以及更新后的映射表单，得到CCN数据包的业务类型以及输出队列号，并将所述CCN数据包发送到输出队列。

如图4所示，CCN流量管理模块可包括以下单元：知识单元、服务优先级管理单元以及CCN配置生成单元，其中：

知识单元，用于存储业务类型及业务类型优先级的历史数据，在具体应用中，可以扩展知识单元的功能，比如集成数据库，为更多的网络元提供智能支持。

服务优先级管理单元，用于根据历史数据、当前网络的流量大小以及预设的用户类型，对业务类型优先级进行划分，得到当前网络的业务类型优先级；具体地：根据所述历史数据，得到业务类型及业务类型优先级；在确定当前网络的流量大于预设流量之后，将用户类型为付费用户的业务类型优先级提高到第一预设级别，将用户类型为非付费用户的业务类型优先级降低到第二预设级别，得到当前网络的业务类型优先级。

CCN配置生成单元根据当前网络的业务类型优先级以及所述接口队列信息，生成CCN流量控制信息，并将CCN流量控制信息发送到通信模块，具体地：

CCN配置生成单元根据所述接口队列信息，得到用于配置输出队列的控制信息，并将所述用于配置输出队列的控制信息进行OpenFlow协议封装之后发送到所述通信模块；

CCN配置生成单元根据当前网络的业务类型优先级，得到用于配置映射表单的控制信息，并将所述用于配置映射表单的控制信息进行OpenFlow协议封装之后发送到所述通信；

相应地，SDN交换模块根据用于配置输出队列的控制信息，配置输出队列；

CCN交换模块根据用于配置映射表单的控制信息，更新映射表单，并根据预设的内容存储库CS、待定兴趣表PIT、转发信息库FIB以及更新后的映射表单，得到CCN数据包的业务类型以及输出队列号，并将CCN数据包发送到输出队列，具体地：

CCN交换模块根据用于配置映射表单的控制信息，更新映射表单；

如图5所示，CCN交换模块根据预设的内容存储库CS、待定兴趣表PIT、转发信息库FIB，得到CCN数据包的名称前缀和转发装置的接口的映射值；其中，映射值为通过对CCN数据包的名称前缀和转发装置的接口进行哈希映射得到的哈希映射值；映射表单为一个或多个哈希表，哈希表记录CCN数据包与业务类型的映射关系、业务类型与输出队列的映射关系。

CCN交换模块根据映射值以及更新后的映射表单，得到CCN数据包的业务类型以及输出队列号，并将CCN数据包发送到输出队列。

如图6所示，SDN交换模块可包括以下单元：

CCN数据包过滤单元，用于将CCN数据包发送到CCN交换模块，并且将非CCN数据包根据预设的流表进行处理；

输出队列资源配置单元根据用于配置映射表单的控制信息，配置输出队列的参数，为网络中的数据流提供QoS保障，所述参数包括：队列标识queue_id、父队列标识parent_id、队列类型、队列长度、最大处理单元、最小带宽、最大带宽和队列优先级。

图7示出了本实施例中控制装置与转发装置的信息交互的示意图，包含有CCN数据包的数据流由西向东方向流经转发装置，转发装置中的SDN交换模块中的CCN数据包过滤单元将数据流中的CCN数据包发送到CCN交换模块，将非CCN数据包根据预设的流表进行处理；CCN交换模块在接收到CCN数据包之后，根据预设的内容存储库CS、待定兴趣表PIT、转发信息库FIB，得到CCN数据包的名称前缀和转发装置的接口的映射值；CCN交换模块根据映射值以及映射表单，得到CCN数据包的业务类型以及输出队列号，并将CCN数据包发送到输出队列。

通信模块将CCN数据包过滤单元得到的CCN数据包进行OpenFlow协议封装之后上传到控制装置，控制装置生成的控制信息由北向南方向流经转发装置，控制装置将用于配置输出队列的控制信息以及用于配置映射表单的控制信息进行OpenFlow协议封装之后发送到所述通信模块；

通信模块将上述控制信息解封之后分别发送到输出队列资源配置单元以及CCN交换模块；输出队列资源配置单元根据用于配置映射表单的控制信息，配置输出队列的参数；CCN交换模块根据用于配置映射表单的控制信息，更新映射表单。

通过图7所示的转发装置，可以确保数据流中的CCN数据包以及非CCN数据包从合理的转发装置接口转发出去，从而实现CCN网络流量的平衡。

相比于现有技术，实施例中的内容中心网络CCN的流量管理系统中的转发装置一方面接收来自上层的控制装置的控制消息，更新映射表单以及输出队列参数；一方面从各自的接口接收数据包，经由SDN交换模块判断是CCN协议数据包则交由CCN交换模块处理，然后CCN交换模块根据映射表单指示，将CCN数据包从指定的输出队列转发出去。实施例中的内容中心网络CCN的流量管理系统基于SDN优化CCN并增强CCN流量管理，达到了优化CCN网络流量效果；并且将SDN交换模块和CCN交换模块结合为转发装置，节省了SDN承载CCN网络所需扩展的开销，提高了CCN网络流量管理性能。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种内容中心网络CCN的流量管理系统，其特征在于，所述系统包括：控制装置、转发装置；

所述控制装置包括CCN协议解析配置模块、CCN队列资源管理模块以及CCN流量管理模块；所述转发装置包括通信模块、软件定义网络SDN交换模块、CCN交换模块；

所述CCN协议解析配置模块，用于对CCN数据包进行协议解析，并将解析结果发送到CCN队列资源管理模块；

所述CCN队列资源管理模块，用于根据所述解析结果，配置所述转发装置的接口队列信息，并将所述接口队列信息发送到CCN流量管理模块；

所述CCN流量管理模块，用于根据所述接口队列信息，生成CCN流量控制信息，并将所述CCN流量控制信息发送到所述通信模块；

所述通信模块将所述CCN流量控制信息发送到所述SDN交换模块以及CCN交换模块；

所述SDN交换模块，用于根据所述CCN流量控制信息，配置输出队列；

所述CCN交换模块，用于根据所述CCN流量控制信息，更新映射表单，并根据预设的内容存储库CS、待定兴趣表PIT、转发信息库FIB以及更新后的映射表单，得到CCN数据包的业务类型以及输出队列号，并将所述CCN数据包发送到输出队列。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述CCN流量管理模块，包括：

知识单元，用于存储业务类型及业务类型优先级的历史数据；

服务优先级管理单元，用于根据所述历史数据、当前网络的流量大小以及预设的用户类型，对业务类型优先级进行划分，得到当前网络的业务类型优先级；

CCN配置生成单元，用于根据所述当前网络的业务类型优先级以及所述接口队列信息，生成CCN流量控制信息，并将所述CCN流量控制信息发送到所述通信模块。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述服务优先级管理单元，具体用于：

根据所述历史数据，得到业务类型及业务类型优先级；

在确定当前网络的流量大于预设流量之后，将用户类型为付费用户的业务类型优先级提高到第一预设级别，将用户类型为非付费用户的业务类型优先级降低到第二预设级别，得到当前网络的业务类型优先级。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述CCN配置生成单元，具体用于：

根据所述接口队列信息，得到用于配置输出队列的控制信息，并将所述用于配置输出队列的控制信息进行通信协议封装之后发送到所述通信模块；

根据所述当前网络的业务类型优先级，得到用于配置映射表单的控制信息，并将所述用于配置映射表单的控制信息进行通信协议封装之后发送到所述通信模块；

相应地，所述SDN交换模块，用于根据所述用于配置输出队列的控制信息，配置输出队列；

所述CCN交换模块，用于根据所述用于配置映射表单的控制信息，更新映射表单，并根据预设的内容存储库CS、待定兴趣表PIT、转发信息库FIB以及更新后的映射表单，得到CCN数据包的业务类型以及输出队列号，并将所述CCN数据包发送到输出队列。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述SDN交换模块，包括：

CCN数据包过滤单元，用于将CCN数据包发送到所述CCN交换模块，并且将非CCN数据包根据预设的流表进行处理；

输出队列资源配置单元，用于根据所述用于配置映射表单的控制信息，配置输出队列的参数。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述参数包括：队列标识queue_id、父队列标识parent_id、队列类型、队列长度、最大处理单元、最小带宽、最大带宽和队列优先级。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述CCN交换模块，具体用于：

根据所述用于配置映射表单的控制信息，更新映射表单；

根据预设的内容存储库CS、待定兴趣表PIT、转发信息库FIB，得到CCN数据包的名称前缀和转发装置的接口的映射值；

根据所述映射值以及更新后的映射表单，得到CCN数据包的业务类型以及输出队列号，并将所述CCN数据包发送到输出队列。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述映射值为通过对CCN数据包的名称前缀和转发装置的接口进行哈希映射得到的哈希映射值；

相应地，所述映射表单为一个或多个哈希表，所述哈希表记录CCN数据包与业务类型的映射关系、业务类型与输出队列的映射关系。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征还在于，所述控制装置还包括：CCN数据包接收模块，用于接收所述通信模块上传的CCN数据包，并将CCN数据包发送到所述CCN协议解析配置模块；

相应地，所述通信模块将所述SDN交换模块得到的CCN数据包上传至所述CCN数据包接收模块。

10.根据权利要求5或9所述的系统，其特征在于，所述通信模块将所述CCN数据包过滤单元得到的CCN数据包进行通信协议封装之后发送到所述CCN数据包接收模块。