CN106254117A - 一种集中控制可编程的信息中心网络设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集中控制可编程的信息中心网络设计方法，将信息中心网络的控制平面和数据平面解耦合，控制平面和数据平面通过开放的接口实现连接。数据平面由物理网络设备组成，提供数据流的识别和转发、数据信息的监测和统计以及网内缓存。控制平面由具有可编程和逻辑中心化的控制器组成，控制器具有信息中心网络的控制平面的功能，实现对内容的命名、路由、数据安全以及缓存管理。本发明所述集中控制可编程的信息中心网络具有数据平面的抽象化和控制平面的可编程的特点。

Description

一种集中控制可编程的信息中心网络设计方法

技术领域

本发明属于计算机网络架构领域，涉及一种将软件定义网络集中控制的优势和信息中心网络的加快内容分发的优势相结合的集中控制可编程的信息中心网络(Centralized Control Programmable Information Centric Network,CPICN)设计方法。

背景技术

随着社交网络、云存储、视频网站和数据类应用等的流行，使得网络呈现出以内容为中心的发展趋势。根据思科虚拟网络指数的预测，到2018年各种形式的多媒体流量会达到网络流量的90％，网络的使用已经严重偏离了现有网络设计原则和设想，因此，现有网络在安全性、移动性、可靠性、可用性、可扩展性等方面面临着极大的挑战。

信息中心网络(Information Centric Network,ICN)是一种能够满足用户信息传递需求的新型体系架构，信息中心网络采用以信息为中心的通信方式。用户不再关注信息的位置，而只关注信息本身，提高了内容获取的传输效率和网络内容资源的利用率。研究界在最近几年来在信息中心网络实现方面取得了很多成果，如信息命名、路由、数据转发、数据缓存等等。但是ICN仍然存在很多问题，例如由于ICN与现有网络很难兼容导致ICN发展缓慢，ICN的分布式网络布局导致网络设备利用率较低等等。

软件定义网络(Software Defined Network，SDN)是一种当下热门的网络架构，在软件定义网络中将网络控制和数据转发进行解耦，数据层由网络基础设备组成，仅提供简单的数据转发功能，可以快速处理匹配的数据包；控制层具有逻辑中心化和可编程的控制器，掌握全局网络信息，因此软件定义网络有动态管理和编程控制网络的能力。

ICN网络的提出颠覆了传统网络以位置为中心的网络架构，人们不再关心内容位置，而关心内容本身，只需要通过内容名字就可以获取内容。ICN加速了内容的分发，提高了网络资源的利用率。SDN将数据平面和控制平面解耦合，降低了只具有数据平面的交换机的制造成本，在控制平面具有可编程和逻辑中心化的控制器，对网络具有强大的控制能力和动态管理的能力，不仅减少了网络维护人员的工作量，而且极大提高了网络设备的利用率。因此，如果可以将SDN的网络框架引入ICN中，不仅可以加速内容的分发，而且有望提高网络资源的利用率。已有文献中，通过在SDN中实现信息中心网络的功能，提出了改进的软件定义网络，但是，该软件定义网络只是从Openflow协议和Openflow交换机两个方面进行了改进，对Openflow交换机进行改进，能够对字符字段进行解析和匹配，从而能够对以名字为标识的兴趣包和数据包进行匹配和转发。同时对Openflow协议进行扩展，使其能够完成与内容传送相关的操作。其具有以下缺点：不能够发挥信息中心网络的所有的优势，信息中心网络路由器是针对以内容为中心的目标设计实现的，而Openflow交换机以位置为中心设计实现；不能实现信息中心网络数据平面和控制平面的彻底的解耦合，以上方案只是站在软件定义网络的角度实现信息中心网络的功能，不能完全实现将信息中心网络的控制平面的独立。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集中控制可编程的信息中心网络设计方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

将信息中心网络的控制平面和数据平面解耦合，控制平面和数据平面通过开放的接口实现连接；数据平面由网络设备组成，所述网络设备包括用于实现信息中心网络数据平面功能的可控制的信息中心网络交换机，数据平面负责识别和转发数据流，数据信息的监测和统计以及网内缓存；控制平面由具有可编程和逻辑中心化的控制器组成，控制器具有信息中心网络中的控制平面的功能，实现对内容的命名、路由、数据安全以及缓存管理。

所述集中控制可编程的信息中心网络的设计中，网络架构包括三层：应用层、控制层、数据层；最上层是应用层，具有用户应用或者软件；数据层由底层网络设备组成，数据层实现了信息中心网络的数据平面的功能：识别和转发数据流、数据信息的监测和统计以及网内缓存；控制层由控制器组成，控制层实现了信息中心网络的控制平面的功能：数据平面的管理、数据转发策略的制定以及缓存的管理；所述集中控制可编程的信息中心网络的网络架构中包括三种开放的接口：位于控制层和数据层的数据面接口，位于应用层和控制器之间的应用面接口以及位于控制器之间的横向接口。

所述数据层中的可控制的信息中心网络交换机包括三个数据结构：可控制待定请求表、可控制前向转发表、可控制内容存储器；所述可控制的信息中心网络交换机根据三个数据结构对数据进行转发、按照控制器的控制消息维护三个数据结构、监测和统计转发数据和自身状态的信息以及与控制器进行信息的交互。

所述可控制待定请求表记录兴趣包的入口，数据包按照可控制待定请求表记录的兴趣包入口逐级向内容请求者转发，可控制待定请求表是在兴趣包转发过程中由可控制的信息中心网络交换机填写完成的，控制器仍可通过控制消息对可控制待定请求表进行维护；可控制前向转发表是内容的路由表，可控制前向转发表将兴趣包转发至内容的位置，可控制前向转发表的表项由控制器根据网络拓扑以及内容名进行路由后形成，并且通过控制消息下发给可控制的信息中心网络交换机，可控制的信息中心网络交换机收到兴趣包后，若可控制内容存储器、可控制待定请求表、可控制前向转发表中都没有请求内容名的相关表项，则将兴趣包传递给控制器，控制器收到兴趣包后则根据内容名字段进行路由，并将路由信息通过控制消息下发给路由路径上的可控制的信息中心网络交换机；可控制内容存储器具有IP路由器的缓存，在通信结束后保留可控制内容存储器数据包的内容供下次请求使用，可控制的信息中心网络交换机只需要根据控制器的控制消息对可控制内容存储器进行操作，控制器收到要缓存的数据包后，根据缓存策略对数据包存在哪个节点进行决策，以及控制器周期性的进行缓存冗余消除时，对数据层的网内缓存进行管理，由此生成可控制内容存储器要填充的内容。

所述可控制的信息中心网络交换机根据可控制内容存储器、可控制待定请求表、可控制前向转发表对兴趣包进行转发；当可控制的信息中心网络交换机接收到兴趣包后会根据包内的内容名字段在可控制内容存储器中搜索该内容，若有该内容则直接回复，若没有该内容，则在可控制待定请求表中搜索，若在可控制待定请求表中有相关表项，则只需在该表项后增加兴趣包的入口，若可控制待定请求表中没有相关表项，则在可控制前向转发表中搜索，若可控制前向转发表中有相关表项，直接转发该兴趣包，并且在可控制待定请求表中增加兴趣包的表项，若没有则将兴趣包传递给控制器，等待控制器的下发消息后，再根据可控制前向转发表进行转发。

所述可控制的信息中心网络交换机根据可控制待定请求表对数据包进行转发，可控制的信息中心网络交换机收到数据包后会根据数据包内的内容名字段在可控制待定请求表中搜索相关表项，若有相关表项则依据表项中记录的入口转发数据包，若没有则将数据包传递给控制器，控制器根据网络拓扑信息和相关内容路由信息形成回传路径信息，并通过控制消息改变回传路径上交换机上的可控制待定请求表的表项，然后数据包根据改变后的待定请求表转发。

所述数据包到达一个控制器控制下的第一个可控制的信息中心网络交换机的时候，若数据包没有被缓存过，则交换机将数据包复制一份并传送给控制器，控制器根据缓存策略决定是否要缓存该数据包中的内容，如果要缓存则决策要缓存在哪个缓存上，控制器将数据包发送给该缓存，同时下发消息让所述第一个交换机转发该数据包。

所述控制器中包括以下管理模块：缓存管理模块、路由管理模块、命名模块、网络拓扑管理模块；

所述缓存管理模块在收集其他模块的关于缓存信息的基础上完成缓存管理：缓存替换管理、缓存决策管理、缓存冗余管理，所述缓存信息包括缓存拓扑信息、要缓存的内容的信息；

所述命名模块实现对内容发布者发布的内容统一命名；

所述路由管理模块根据内容名对内容进行路由，并实现对路由信息的管理；

所述网络拓扑管理模块实现交换机以及交换机之间链接的拓扑的抽象，以及网络中网内缓存拓扑的抽象。

所述应用面接口是控制器向应用层提供用于实现网络服务的可编程接口，控制器掌握整个网络拓扑，因此应用层可以根据应用面接口灵活编写多种网络应用程序；所述横向接口是控制器之间的连接接口，使得控制平面的控制器成为一个逻辑的整体，通过横向接口，控制器之间交换所辖可控制的信息中心网络交换机状态的信息，由此每个控制器可以掌握网络的全局信息；所述数据面接口使得数据平面的物理设备抽象化，控制器通过数据面接口只需了解到抽象化的网络设备。

控制层与数据层之间由数据面接口实现的消息交互包括：控制层和数据层需要通过发送消息建立连接，并且通过消息的发送测试连接的状态；当数据层中发生网络事件的时候，需要向控制层发送事件消息，由控制层来进行决策；当可控制的信息中心网络交换机状态发生变化时需要向控制层发送交换机的状态消息；控制层需要向数据层的可控制的信息中心网络交换机发送控制消息修改数据的转发规则，发送修改可控制的信息中心网络交换机中的数据结构的消息以及管理网内缓存；数据层根据控制层的控制消息完成操作的时候，需要向控制层发送确认消息；控制层在动态管理时实时的对数据层进行的查询操作；控制层发送查询消息后数据层发送相应的应答消息。

本发明的有益效果体现在：

本发明在引入软件定义网络概念的基础上，提出集中控制可编程的信息中心网络设计方法。数据层由物理网络设备组成，控制层具有逻辑中心化和可编程的控制器，能够获取数据层的缓存信息和其他全局的物理网络信息，并依据这些信息进行分析和决策，对网络进行智能化的管理。本发明设计得到的信息中心网络实现了数据平面的抽象化和控制平面的可编程，网络架构具有全局可控、可编程、动态管理、易扩展的优势，同时具有加速内容分发，减少网络物理资源占用，提高网络资源利用率的特点。

附图说明

图1是集中控制可编程的信息中心网络实例示意图；

图2是可控制的信息中心网络交换机结构示意图；

图3是集中控制可编程的信息中心网络结构示意图(含接口)；

图4是控制器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明提供一种集中控制可编程的信息中心网络设计方法，该方法对现有的信息中心网络进行控制平面和数据平面的解耦合，可控制的信息中心网络交换机只保留数据平面的功能，而控制平面的功能上移到具有可编程和逻辑中心化的控制器，控制器具有了信息中心网络中的控制平面的功能，实现对内容的路由、内容命名、数据安全以及缓存管理。

1.网络架构设计

集中控制可编程的信息中心网络的设计中，网络架构包括三层：应用层、控制层、数据层。最上层是应用层，包含了用户应用或者软件；控制层为控制器，负责数据平面的管理以及数据转发策略的制定以及缓存的管理；数据层为网络设备，负责识别和转发数据流，数据信息的监测和统计以及与控制器信息的交互。

本发明所述基于集中控制可编程的信息中心网络实例如图1所示：控制层101由控制器103组成，控制层101实现了信息中心网络中的控制平面的功能，具有逻辑中心化的特性，实时掌握数据层102的网络视图以及网络物理设备的状态信息，能够动态管理和控制数据层102，并且由于具有可编程的特性，使得控制器103能够对数据层102进行灵活的管理，根据不同的网络情况做出不同的动作。数据层102由网络物理设备组成，如可控制的信息中心网络交换机104、防火墙、网关、中继器，可控制的信息中心网络交换机数据层保留了信息中心网络的数据平面的功能，将控制平面的功能上移到控制层101来实现，数据层102根据控制层101下发的转发规则对兴趣包和数据包进行转发，根据控制层101的缓存消息进行网内缓存，控制层101要实时的获得可控制的信息中心网络交换机104的状态信息以及转发数据的信息，因此数据层102的另一个任务是信息的统计。

2.网络功能设计

2.1数据层的功能设计

数据层由底层的物理网络设备组成，数据层实现了信息中心网络的数据平面的功能：兴趣包和数据包的解析和转发、网内缓存以及信息的监测和统计。数据层将繁琐的控制策略交由控制层负责，数据层只需要根据控制层下发的转发规则对数据进行解析和转发。数据层的另一个重要功能为网内缓存，控制层负责缓存决策，数据层仅根据控制层下发的缓存控制消息对缓存进行管理。控制层在决策过程中需要数据层的信息作为判断依据，需要数据层监测和统计数据层的物理网络设备的状态信息以及转发的数据信息，因此数据层的一个重要功能为信息的监测和统计。

2.1.1数据层交换机的功能定义

数据层中的主要网络设备是仅实现了信息中心网络路由器数据平面的可控制的信息中心网络交换机，可控制的信息中心网络交换机中有三个数据结构：可控制待定请求表、可控制前向转发表、可控制内容存储器。可控制的信息中心网络交换机的功能主要包括根据三个数据结构对数据进行转发、按照控制器的控制消息维护三个数据结构、监测和统计转发数据的信息和自身状态的信息以及在实现以上功能时与控制器的信息的交互。

如图2所示，可控制的信息中心网络交换机中：控制消息处理模块401负责处理控制层101传来的管理和控制消息，并且根据这些消息对可控制内容存储器402、可控制待定请求表403、可控制前向转发表404进行操作，根据下发的路由消息对可控制前向转发表404和可控制待定请求表403进行操作，根据缓存管理消息对可控制内容存储器402进行操作。可控制内容存储器402负责对要缓存的数据进行缓存，可控制待定请求表403记录兴趣包的入口，可控制前向转发表404则记录根据名字的路由信息，每个表内的内容名对应一个出口。

2.1.2可控制的信息中心网络交换机中三大数据结构的构建

可控制待定请求表记录经过兴趣包的入口，数据包按照可控制待定请求表的提示逐级向内容请求者转发，可控制待定请求表是在兴趣包转发过程中由可控制的信息中心网络交换机填写完成的，控制器仍可通过控制消息对可控制待定请求表进行维护。可控制前向转发表是对内容的路由表，利用可控制前向转发表可将兴趣包转发至有此内容的缓存或者服务器，可控制前向转发表的表项由控制器通过控制消息下发给可控制的信息中心网络交换机，可控制的信息中心网络交换机收到兴趣包后若可控制内容存储器、可控制待定请求表、可控制前向转发表中都没有兴趣包中内容名的相关表项，则将兴趣包传递给控制器，控制器收到兴趣包后则根据内容名字段和网络拓扑信息进行路由，并将路由信息通过控制消息下发给相关的可控制的信息中心网络交换机。可控制内容存储器除了具有IP路由器的缓存外，在通信结束后会保留可控制内容存储器数据包的内容供下次请求使用，控制器会根据内容流行度、拓扑信息来进行缓存决策，可控制的信息中心网络交换机只需要根据控制器的控制消息对可控制内容存储器进行操作。控制器收到要缓存的数据包后，根据缓存策略对数据包存在哪个节点进行决策，以及控制器周期性的进行缓存冗余消除时，对数据层的网内缓存进行管理，由此生成可控制内容存储器要填充的内容

2.1.3可控制信息中心网络交换机数据处理过程

可控制的信息中心网络交换机根据可控制内容存储器402、可控制待定请求表403、可控制前向转发表404对兴趣包进行转发。图2中兴趣包的转发过程405展示了可控制的信息中心网络交换机接收兴趣包后对兴趣包的处理过程：当可控制的信息中心网络交换机接收到兴趣包后会根据该兴趣包内的内容名字段在可控制内容存储器402中搜索该内容，若有该内容(即有匹配结果)则直接回复。若缓存中没有该内容，则在可控制待定请求表403中搜索(即进行匹配)，若在可控制待定请求表403中有相关表项(即匹配成功)，则说明已经有请求相同信息的兴趣包到达该节点并且已经转发，只需在该表项后增加该兴趣包的入口即可。若可控制待定请求表403中没有相关表项(即匹配不成功)，则在可控制前向转发表404搜索，若可控制前向转发表404中有相关表项，则在相应出口直接转发该兴趣包，并且在可控制前向转发表404中增加兴趣包的表项，若没有，则将兴趣包直接传递给控制器103，由控制器处理。

图2中展示的数据包的处理过程406为：当可控制的信息中心网络交换机接收到回复的数据包后，会根据数据包内的内容名字段在可控制待定请求表403中搜索相关表项，若有相关表项，则依据表项后记录的入口转发数据包，若没有，则将数据包传递给控制器103，由控制器进行处理，控制器根据网络拓扑下发回传路径信息给路径上的可控制的信息中心网络交换机，交换机根据控制器下发的消息修改可控制待定请求表，数据包根据修改后的可控制待定请求表继续传输。

所述数据包到达一个控制器控制下的第一个可控制的信息中心网络交换机的时候，若数据包没有被缓存过，则交换机将数据包复制一份并传送给控制器，控制器根据缓存策略决定是否要缓存该数据包中的内容，如果要缓存则决策要缓存在哪个缓存上，控制器将数据包发送给该缓存，同时下发消息让所述第一个可控制的信息中心网络交换机转发该数据包。

2.2开放接口的设计

如图3所示，本发明所述集中控制可编程的信息中心网络中，控制层具有三个开放的接口：位于控制平面和数据平面的数据面接口203、位于应用层和控制器之间的应用面接口201以及控制器之间的横向接口202。

所述应用面接口201是控制器向应用层提供用于实现网络服务的可编程接口，控制器掌握整个网络拓扑以及其他网络信息，因此应用层可以根据应用面接口201灵活编写多种网络应用程序，包括提供实时服务的网络应用、传输可靠性较高的网络应用、安全性较高的网络应用。

所述横向接口202是控制器之间的连接接口，使得控制平面的控制器成为一个逻辑的整体。每一个控制器管理和控制一定区域的可控制的信息中心网络交换机，并且能够实时掌握所辖交换机的信息，通过横向接口202，控制器之间交换所辖交换机的信息，由此每个控制器可以掌握网络的全局信息，并且通过网络全局信息进行相关的决策，包括路由、命名以及缓存决策。横向接口202也可以使得控制器之间进行工作协同，促进全局网络的使用效率，包括域间负载均衡、交换机的迁移、网络故障处理等。总之，通过控制器的横向接口，使得网络的控制器之间实现自组织管理的功能，提升控制器之间的协同配合，完成全局网络的集中控制管理。

所述数据面接口203可以使得数据平面的物理设备抽象化，控制器通过数据面接口203只需了解到抽象化的网络设备，从而忽略网络设备的差异化，使得网络的重心从硬件转移到软件。控制层要完成对于数据层的控制和管理，需要接收数据层的消息并根据这些消息对数据层102下发控制消息，消息的交互方式主要由数据面接口203实现。控制层和数据层需要通过发送消息建立连接，并且通过消息的发送测试连接的状态。由于数据层只保留了最基本的数据平面的功能而不具备决策功能，因此当数据层中发生网络事件的时候，需要向控制层发送事件消息，由控制层来进行决策，当交换机状态发生变化时同样需要向控制层发送交换机的状态消息。控制层作为对于数据平面的控制和管理实体，需要向数据层的交换机发送控制消息修改数据的转发规则，向数据层的交换机发送修改可控制待定请求表和可控制前向转发表的消息，管理网内缓存，发送修改可控制内容存储器的消息，数据层根据控制层的控制消息完成操作的时候，需要向控制层发送确认消息。控制层在动态管理时需要实时的对数据层进行查询操作，包括数据流的统计信息、可控制的信息中心网络交换机上的配置信息，控制层发送查询消息后数据层发送相应的应答消息。

2.3控制层的功能设计

控制层实现了信息中心网络的控制平面的功能：完成对以内容名为导向的内容的路由决策、对数据平面可控制的信息中心网络交换机中可控制内容存储器、可控制待定请求表和可控制前向转发表的管理、完成对发布者发布的内容的统一命名以及数据安全、接收和处理来自可控制的信息中心网络交换机的消息，并且能够对可控制的信息中心网络交换机发送控制消息。

如图4所示，控制器除了实现了应用面接口、数据面接口、横向接口外，控制器中还包括以下管理模块：对数据层102进行动态管理和控制的资源切片管理模块301、网络拓扑管理模块302、流量管理模块303、实现缓存管理的缓存管理模块304、完成路由的路由管理模块305、对发布者发布的内容统一命名的命名模块306、对可控制的信息中心网络交换机进行实时监测的信息监测模块307。

所述网络拓扑管理模块302根据物理网络信息，为控制器的其他模块提供抽象化的网络拓扑。

所述流量管理模块303负责对数据流的动态管理。

所述缓存管理模块304负责网内缓存的管理，基于网络信息以及数据信息对数据做出缓存决策。数据平面的可控制的信息中心网络交换机中的一个重要功能是网内缓存，网内缓存需要亟待解决的问题就是如何提高缓存的效率，提升缓存命中率。缓存管理模块304在收集网络拓扑管理模块302、流量管理模块303的信息的基础上完成缓存冗余消除、缓存策略、缓存替换的操作。

所述路由管理模块305根据网络拓扑管理模块提供的网络拓扑基于内容的名字字段进行路由，并将路由结果下发给相关的交换机。

所述命名模块306实现对内容发布者发布的内容的统一命名，通过内容的统一命名，内容请求者不再关心内容的位置，而只需要关心内容本身，通过内容名即可请求到内容。

所述信息监测模块307负责实时的获得数据层102的物理网络信息，并且为资源切片管理模块301、网络拓扑管理模块302、缓存管理模块304、流量管理模块303提供信息。

由于控制层和数据层的解耦合以及控制层的可编程特性使得控制器中的管理模块具有扩展性，因此控制器中的管理模块具有上述模块且不限于以上所述模块。例如，还包括通信模块，通信模块负责控制平面的控制器和数据平面的可控制的信息中心网络交换机进行信息的交互以及控制层中各个管理模块之间的信息交流。

本发明设计的集中控制可编程的信息中心网络的有效性体现在：

1.自治性，集中控制可编程的信息中心网络的网络管理中控制层具有可编程和逻辑中心化的控制器，能够根据不同的网络突发情况做出相应的动作，完成网络的自我管理，会有效地降低网络管理的复杂性，减少人工操作的负担。

2.可编程性，集中控制可编程的信息中心网络的数据平面和控制平面解耦合，使得网络具有了可编程的特性。网络的操作和控制像软件一样容易、有效，减少了数据平面对于网络管理研究的制约。网络内可能存在不同的网络设备，可编程的特性使得网络控制器能够对不同的网络设备进行统一的管理。

3.虚拟化，网络虚拟化可以让一个物理网络分为多个逻辑虚拟网络，不同的逻辑虚拟网络可以分别支持不同的网络服务。在集中控制可编程的信息中心网络中，特定的逻辑虚拟网络可以支持相应的应用服务，对于网内缓存可以支持不同的逻辑虚拟网络，支持不同的缓存要求。

本发明所述集中控制可编程的信息中心网络的设计方法将信息中心网络的数据平面和控制平面彻底解耦合，在控制平面独立出来组成控制层的同时，保留了信息中心网络的数据平面。既可以充分发挥软件定义网络集中控制和动态管理的优势，又能够保留信息中心网络以内容为中心，充分发挥了信息中心网络的高效利用网络资源的优势。

Claims (10)

1.一种集中控制可编程的信息中心网络设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

将信息中心网络的控制平面和数据平面解耦合，控制平面和数据平面通过开放的接口实现连接；数据平面由网络设备组成，所述网络设备包括用于实现信息中心网络数据平面功能的可控制的信息中心网络交换机；控制平面由具有可编程和逻辑中心化的控制器组成，控制器具有信息中心网络中的控制平面的功能。

2.根据权利要求1所述一种集中控制可编程的信息中心网络设计方法，其特征在于：所述集中控制可编程的信息中心网络的设计中，网络架构包括三层：应用层、控制层、数据层；最上层是应用层，具有用户应用或者软件；数据层由底层网络设备组成，数据层实现了信息中心网络的数据平面的功能：识别和转发数据流、数据信息的监测和统计以及网内缓存；控制层由控制器组成，控制层实现了信息中心网络的控制平面的功能：数据平面的管理、数据转发策略的制定以及缓存的管理；所述集中控制可编程的信息中心网络的网络架构中包括三种开放的接口：位于控制层和数据层的数据面接口，位于应用层和控制器之间的应用面接口以及位于控制器之间的横向接口。

3.根据权利要求2所述一种集中控制可编程的信息中心网络设计方法，其特征在于：所述数据层中的可控制的信息中心网络交换机包括三个数据结构：可控制待定请求表、可控制前向转发表、可控制内容存储器；所述可控制的信息中心网络交换机根据三个数据结构对数据进行转发、按照控制器的控制消息维护三个数据结构、监测和统计转发数据和自身状态的信息以及与控制器进行信息的交互。

4.根据权利要求3所述一种集中控制可编程的信息中心网络设计方法，其特征在于：所述可控制待定请求表记录兴趣包的入口，数据包按照可控制待定请求表记录的兴趣包入口逐级向内容请求者转发，可控制待定请求表是在兴趣包转发过程中由可控制的信息中心网络交换机填写完成的，控制器可通过控制消息对可控制待定请求表进行维护；可控制前向转发表是内容的路由表，可控制前向转发表将兴趣包转发至内容的位置，可控制前向转发表的表项由控制器根据网络拓扑以及内容名进行路由后形成，并且通过控制消息下发给可控制的信息中心网络交换机，可控制的信息中心网络交换机收到兴趣包后，若可控制内容存储器、可控制待定请求表、可控制前向转发表中都没有请求内容名的相关表项，则将兴趣包传递给控制器，控制器收到兴趣包后则根据内容名字段进行路由，并将路由信息通过控制消息下发给路由路径上的可控制的信息中心网络交换机；可控制内容存储器具有IP路由器的缓存，在通信结束后保留可控制内容存储器数据包的内容供下次请求使用，可控制的信息中心网络交换机根据控制器的控制消息对可控制内容存储器进行操作，控制器收到要缓存的数据包后，根据缓存策略对数据包存在哪个节点进行决策，以及控制器周期性的进行缓存冗余消除时，对数据层的网内缓存进行管理，由此生成可控制内容存储器要填充的内容。

5.根据权利要求4所述一种集中控制可编程的信息中心网络设计方法，其特征在于：所述可控制的信息中心网络交换机根据可控制内容存储器、可控制待定请求表、可控制前向转发表对兴趣包进行转发；当可控制的信息中心网络交换机接收到兴趣包后会根据兴趣包内的内容名字段在可控制内容存储器中搜索该内容，若有该内容则直接回复，若没有该内容，则在可控制待定请求表中搜索，若在可控制待定请求表中有相关表项，则只需在该表项后增加兴趣包的入口，若可控制待定请求表中没有相关表项，则在可控制前向转发表中搜索，若可控制前向转发表中有相关表项，直接转发该兴趣包，并且在可控制待定请求表中增加兴趣包的表项，若没有则将兴趣包传递给控制器，等待控制器下发消息后，再根据可控制前向转发表进行转发。

6.根据权利要求4所述一种集中控制可编程的信息中心网络设计方法，其特征在于：所述可控制的信息中心网络交换机根据可控制待定请求表对数据包进行转发，可控制的信息中心网络交换机收到数据包后根据数据包内的内容名字段在可控制待定请求表中搜索相关表项，若有相关表项则依据表项中记录的入口转发数据包，若没有则将数据包传递给控制器，控制器根据网络拓扑信息和相关内容路由信息形成回传路径信息，并通过控制消息改变回传路径上可控制的信息中心网络交换机的可控制待定请求表的表项，然后数据包根据改变后的可控制待定请求表转发。

7.根据权利要求6所述一种集中控制可编程的信息中心网络设计方法，其特征在于：所述数据包到达一个控制器控制下的第一个可控制的信息中心网络交换机的时候，若数据包没有被缓存过，则该交换机将数据包复制一份并传送给控制器，控制器根据缓存策略决定是否要缓存该数据包中的内容，如果要缓存则决策要缓存在哪个缓存上，控制器将数据包发送给该缓存，同时下发消息让所述第一个可控制的信息中心网络交换机转发该数据包。

8.根据权利要求1或2所述一种集中控制可编程的信息中心网络设计方法，其特征在于：所述控制器中包括以下管理模块：缓存管理模块、路由管理模块、命名模块、网络拓扑管理模块；

所述缓存管理模块在收集其他模块的关于缓存信息的基础上完成缓存管理：缓存替换管理、缓存决策管理、缓存冗余管理，所述缓存信息包括缓存拓扑信息、要缓存的内容的信息；

所述命名模块实现对内容发布者发布的内容统一命名；

所述路由管理模块根据内容名对内容进行路由，并实现对路由信息的管理；

所述网络拓扑管理模块实现交换机以及交换机之间链接的拓扑的抽象，以及网络中网内缓存拓扑的抽象。

9.根据权利要求2所述一种集中控制可编程的信息中心网络设计方法，其特征在于：所述应用面接口是控制器向应用层提供用于实现网络服务的可编程接口；所述横向接口是控制器之间的连接接口，使得控制平面的控制器成为一个逻辑的整体，通过横向接口，控制器之间交换所辖可控制的信息中心网络交换机状态的信息，使每个控制器可以掌握网络的全局信息；所述数据面接口使得数据平面的物理设备抽象化。

10.根据权利要求2所述一种集中控制可编程的信息中心网络设计方法，其特征在于：控制层与数据层之间由数据面接口实现的消息交互包括：控制层和数据层通过发送消息建立连接，并且通过消息的发送测试连接的状态；当数据层中发生网络事件的时候，向控制层发送事件消息，由控制层来进行决策；当可控制的信息中心网络交换机状态发生变化时向控制层发送交换机的状态消息；控制层向数据层的可控制的信息中心网络交换机发送控制消息修改数据的转发规则，发送修改可控制的信息中心网络交换机中的数据结构的消息以及管理网内缓存；数据层根据控制层的控制消息完成操作的时候，向控制层发送确认消息；控制层在动态管理时实时的对数据层进行的查询操作；控制层发送查询消息后数据层发送相应的应答消息。