CN109561355A - 一种ccn/ndn内容注册、内容位置解析和内容路由的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种CCN/NDN的内容注册、内容位置解析和内容路由的系统，所述系统包括：内容发布方、内容请求方、内容路由器、边缘路由器和层次名字子系统；所述的CCN/NDN的内容注册、内容位置解析和内容路由的系统的方法，包括：步骤1)该内容发布方发布内容，注册内容到所述层次名字子系统中；步骤2)所述内容请求方发出内容的兴趣报文，如果在所属域内没有兴趣报文所对应的数据时，域边界路由器向所述层次名字子系统发出解析请求；步骤3)将步骤2)中的内容位置返回至内容请求方的域边界路由器，依据响应接收内容位置，建立隧道；步骤4)在隧道上，该内容请求方的域边界路由器转发兴趣报文，按照CCN/NDN反向路径，传递至该内容请求方；步骤5)监测隧道寿命。

Description

一种CCN/NDN内容注册、内容位置解析和内容路由的系统及 方法
技术领域
本发明涉及网络技术领域，特别涉及一种CCN/NDN内容注册、位置解析和内容路由的系统及方法。
背景技术
Jacobson和张丽霞等针对网络上90％以上的流量为视频流量的事实，提出网络应该向以内容为中心转变，即内容成为网络中的一等公民；所有的协议、机制等都要围绕这个实体进行设计和实现，项目分别命名为CCN(Content Centric Networking)/NDN(NamedData Networking)。对此种转变，互联网目前广泛采用的IP协议是不适合的，正如现有的多项研究和报告中提到的，IP协议存在安全、移动、能耗等方面的缺陷，使之不适合以内容为中心的网络。
除此之外，世界范围内，出现了类似研究，他们将内容做了进一步扩展，上升为信息，统称为信息中心网络。在这个研究领域，比较早的有EU FP7 4WARD项目的NetInf(Network of Information)、DONA(Data-Oriented Network Architecture)等，以及美国NSF资助的MobilityFirst等。
对内容的命名，这些项目采用两种截然不同的方法，一种是扁平式结构，一种是层次式结构，前者对机器是友好的，便于机器处理，而后者是人类友好的，便于人类识别。但都存在这样或那样的缺陷，就这方面，可参考相关文献。
CCN/NDN的具体节点实现中，有三种表，即PIT(Pending Interest Table，未应答兴趣表)、FIB(Forwarding Information Base，转发信息表)和CS(Content Store，内容存储)表，有两种报文，即兴趣报文和数据报文。从发布订阅的交付看，这两种报文仅涵盖订阅过程，即暗含数据过程，缺少内容发布过程；但在这两种协议的后续工作中，研究人员开发了OSPF-N协议，用于形成FIB表，这从一定程度弥补了域内的内容发布过程。为解决内容的大范围扩展，研究人员开发了类似BGP(Border Gateway Protocol，边界网关协议)的协议。从概念来看，这就解决了CCN/NDN中内容的全球发布过程。但从互联网BGP的表项爆炸问题，即IP地址数量约为4*109，我们可简单地推理得到，在面临1015-18的内容对象时，将面临更严重的问题。
发明内容
本发明针对BGP处理大量表项时的爆炸问题，即处理节点的性能降低，提供了一种CCN/NDN内容注册、内容位置解析和内容路由的系统及方法。在CCN/NDN域间查找内容时，继续沿用CCN/NDN的兴趣报文/数据报文的处理方法，方便系统实现。
本发明的目的在于，为解决目前内容中心网络中采用BGP进行内容发布时表项数量爆炸问题，本发明提供了一种CCN/NDN的内容注册、内容位置解析和内容路由的系统，所述系统包括：内容发布方、内容请求方、内容路由器、边界路由器和层次名字子系统；
所述内容发布方是指有内容/拷贝要发布的内容源/缓存，所述内容发布方位于每个CCN/NDN管理域内，通过OSPF-N(Open Shortest Path First—Name，基于名字的开放最短路径优先)协议发布内容；其中，所述内容发布方是带有存储空间的支持CCN/NDN协议的服务器、计算机等；
所述内容请求方是指对内容发出请求的一方，所述内容为内容名字对应的内容；所述内容请求方发出内容的兴趣报文；其中，所述内容请求方是支持CCN/NDN协议的服务器、计算机、PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)、机顶盒等；
所述内容路由器是指CCN/NDN网络中的路由器、交换机等，可通过有线或无线的方式相互连接，并可连接所述内容发布方和所述内容请求方；
所述边界路由器指隶属于一个CCN/NDN管理域，同时通过IP协议或拓扑相关协议，且与其他CCN/NDN管理域连接的路由交换设备。在所在CCN/NDN管理域内找不到时，由所述内容请求方发出的兴趣报文到达所在CCN/NDN管理域内的边界路由器，所述边界路由器请求所述层次名字子系统解析。例如，采用SDN(Software Defined Network，软件定义网络)架构实现的可编程网络设备，利用交换机名-端口的有序集表示路径。
所述层次名字子系统是指采用层次结构来维护内容名字所在位置，并将内容位置信息返回至所述边界路由器中，用于完成内容名字的注册和解析。
一种基于CCN/NDN的内容注册、内容位置解析和内容路由的系统的方法，该方法具体包括：
步骤1)所述内容发布方发布内容信息，所述内容信息包括内容名字、内容位置，形成在每个CCN/NDN管理域内各节点的FIB(Forwarding Information Base：转发信息表)；所述内容传递到CCN/NDN管理域的边界路由器时，所述边界路由器检查所述内容，并将所述内容注册到所述层次名字子系统中，注册时带有完整的内容名字和对应的所述边界路由器的拓扑地址；
步骤2)所述内容请求方发出内容的带有内容名字的兴趣报文，当传递到内容请求方的域边界路由器时；如果没有兴趣报文所对应的内容数据时，根据兴趣报文中携带的内容名字，向所述层次名字子系统发出解析请求，通过所述层次名字子系统搜索并找到所述内容名字对应的边界路由器的拓扑地址，即内容位置；
步骤3)将步骤2)中的内容位置返回至内容请求方的域边界路由器，所述内容请求方的域边界路由器依据响应获取所述内容位置，所述内容请求方的域边界路由器和内容所在域的边界路由器之间利用拓扑协议建立隧道；
步骤4)在隧道上，所述内容请求方的域界缘路由器转发步骤2)的兴趣报文，所述内容所在域的边界路由器接收到所述兴趣报文，根据CCN/NDN方式处理所述兴趣报文，并将兴趣报文传递给所述内容发布方，所述内容发布方按照CCN/NDN反向路径，将所述内容名字对应的数据报文传递至所述内容请求方；
步骤5)所述内容请求方的域边界路由器和内容所在域的边界路由器监测所述隧道寿命，超过隧道的寿命限制，则拆除隧道。
所述步骤1是CCN/NDN的内容注册方法，即所述内容发布方发布内容名字的方法。步骤1)中，所述内容注册到所述层次名字子系统中的具体过程如下：
步骤1-1)所述内容发布方位于每个CCN/NDN管理域内，通过所述内容发布方所连接的内容路由器发布内容，形成所述CCN/NDN管理域内各节点的FIB；
步骤1-2)利用OSPF-N协议，步骤1-1)中的内容路由器传播发布信息；
步骤1-3)在CCN/NDN管理域内，所述内容发布方的域边界路由器接收所述发布信息时，更新FIB；
步骤1-4)所述内容发布方的域边界路由器检查所述内容是否在FIB中；如果所述内容在FIB中，则再依据内容的位置是否变化，确定是否更新FIB；所述内容发布方的域边界路由器检查所述内容不在FIB中，除更新FIB外，所述边界路由器向所述层次名字子系统注册所述内容名字，注册时带有完整的内容名字和对应的边界路由器的拓扑地址。
所述步骤2)是CCN/NDN的内容位置解析方法，步骤2)中，找到所述内容名字对应的边界路由器的拓扑地址的具体过程如下：
步骤2-1)在CCN/NDN管理域中，所述内容请求方发出内容的兴趣报文，并传递到内容请求方的域边界路由器；
步骤2-2)如果所述内容请求方的域边界路由器里没有兴趣报文所对应的内数据时，根据兴趣报文中的内容名字，向所述层次名字子系统发出解析请求；
步骤2-3)通过所述层次名字子系统搜索并找到所述内容名字对应的边界路由器的拓扑地址，即内容位置。
所述步骤3)是CCN/NDN的内容路由的方法，所述内容请求方的域边界路由器和内容所在域的边界路由器之间利用拓扑协议建立隧道的具体过程如下：
步骤3-1)将步骤2)中的内容位置返回至内容请求方的域边界路由器，所述内容请求方的域边界路由器依据响应获取所述内容位置；
步骤3-2)所述内容请求方的域边界路由器和内容所在域的边界路由器之间利用拓扑协议建立隧道；通过所述内容请求方的域界缘路由器，将所述内容的兴趣报文到所述内容所在域的边界路由器；
步骤3-3)所述内容所在域的边界路由器接收到所述兴趣报文之后，在所对应的管理域内传播所述兴趣报文，并找到对应的数据报文后，按照CCN/NDN反向路径，将所述数据传回到所述内容请求方。
本发明的优点在于：本发明解决了CCN/NDN网络中利用BGP协议进行内容发布时表项数据爆炸问题，同时在域间查找内容时，继续沿用CCN/NDN的兴趣报文/数据报文对的处理方法，方便系统实现，在CCN/NDN域内不做任何改动。
附图说明
图1是本发明的一种CCN/NDN的内容注册、内容位置解析和内容路由的系统的结构示意图；
图2是本发明的一种CCN/NDN的内容注册、内容位置解析和内容路由的方法中步骤1的内容注册方法流程图；
图3是本发明的一种CCN/NDN的内容注册、内容位置解析和内容路由的方法中步骤2的内容位置解析方法流程图；
图4是本发明的一种CCN/NDN的内容注册、内容位置解析和内容路由的方法中步骤3的内容路由方法流程图；
图5是本发明的一种CCN/NDN的内容注册、内容位置解析和内容路由的方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种CCN/NDN内容注册、内容位置解析和内容路由的系统，所述系统包括：内容发布方、内容请求方、内容路由器、边缘路由器和层次名字子系统；
所述内容发布方是指有内容/拷贝要发布的内容源/缓存，所述内容发布方位于每个CCN/NDN管理域内，通过OSPF-N(Open Shortest Path First—Name，基于名字的开放最短路径优先)协议发布内容信息，所述内容信息包括内容名字、内容位置；其中，所述内容发布方是带有存储空间的支持CCN/NDN协议的服务器、计算机等；
所述内容请求方是指对内容发出请求的一方，所述内容为内容名字对应的内容；所述内容请求方发出内容的兴趣报文；其中，所述内容请求方是支持CCN/NDN协议的服务器、计算机、PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)、机顶盒等；
所述内容路由器是指CCN/NDN网络中的路由器、交换机等，可通过有线或无线的方式相互连接，并可连接所述内容发布方和所述内容请求方；
所述边界路由器指隶属于一个CCN/NDN管理域，同时通过IP协议或拓扑相关协议，且与其他CCN/NDN管理域连接的路由交换设备。当在CCN/NDN管理域内找不到内容时，由所述内容请求方发出的兴趣报文到达所在CCN/NDN管理域内的边界路由器，所述边界路由器请求所述层次名字子系统解析。例如，采用SDN(Software Defined Network，软件定义网络)架构实现的可编程网络设备，利用交换机名-端口的有序集表示路径。
所述层次名字子系统是指采用层次结构来维护内容名字所在位置，并将内容位置信息返回至所述边界路由器中，用于完成内容名字的注册和解析。
如图5所示，一种基于CCN/NDN的内容注册、内容位置解析和内容路由的系统的方法，该方法具体包括：
步骤1)所述内容发布方发布内容信息，所述内容信息包括内容名字、内容位置，形成在每个CCN/NDN管理域内各节点的FIB(Forwarding Information Base：转发信息表)；将所述内容到CCN/NDN管理域的边界路由器，所述边界路由器检查所述内容，并将所述内容注册到所述层次名字子系统中，注册时带有完整的内容名字和对应的所述边界路由器的拓扑地址；
步骤2)所述内容请求方发出内容的带有内容名字兴趣报文，并传递到内容请求方的域边界路由器；如果所述内容请求方的域边界路由器里没有兴趣报文所对应的数据时，根据兴趣报文中的内容名字，向所述层次名字子系统发出解析请求，通过所述层次名字子系统搜索并找到所述内容名字对应的边界路由器的拓扑地址，即内容位置；
步骤3)将步骤2)中的内容位置返回至内容请求方的域边界路由器，所述内容请求方的域边界路由器依据响应获取所述内容位置，所述内容请求方的域边界路由器和内容所在域的边界路由器之间利用拓扑协议建立隧道；
步骤4)在隧道上，所述内容请求方的域边界路由器转发步骤2)的兴趣报文，所述内容所在域的边界路由器接收到所述兴趣报文，根据CCN/NDN方式处理所述兴趣报文，并将兴趣报文传递给所述内容发布方，所述内容发布方按照CCN/NDN反向路径，将所述内容名字对应的数据报文传递至所述内容请求方；
步骤5)所述内容请求方的域边界路由器和内容所在域的边界路由器监测所述隧道寿命，超过隧道的寿命限制，则拆除隧道。
如图2所示，所述步骤1是CCN/NDN的内容注册方法，即所述内容发布方发布内容名字的方法。步骤1)中，所述内容注册到所述层次名字子系统中的具体过程如下：
步骤1-1)所述内容发布方位于每个CCN/NDN管理域内，通过所述内容发布方所连接的内容路由器发布内容，形成所述CCN/NDN管理域内各节点的FIB；
步骤1-2)利用OSPF-N协议，步骤1-1)中的内容路由器传播发布信息；
步骤1-3)在CCN/NDN管理域内，所述内容发布方的域边界路由器接收所述发布信息，更新FIB；
步骤1-4)所述内容发布方的域边界路由器检查所述内容是否在FIB中；如果所述内容在FIB中，则再依据内容的位置是否变化，确定是否更新FIB；所述内容发布方的域边界路由器检查所述内容不在FIB中，除更新FIB外，所述边界路由器向所述层次名字子系统注册所述内容名字，注册时带有完整的内容名字和对应的边界路由器的拓扑地址。
如图3所示，所述步骤2)是CCN/NDN的内容位置解析方法，步骤2)中，找到所述内容名字对应的边界路由器的拓扑地址的具体过程如下：
步骤2-1)在CCN/NDN管理域中，所述内容请求方发出内容的兴趣报文，并传输到内容请求方的域边界路由器；
步骤2-2)如果所述内容请求方的域边界路由器里没有兴趣报文所对应的内容数据时，根据步骤1)中注册的内容名字，向所述层次名字子系统发出解析请求；
步骤2-3)通过所述层次名字子系统，搜索并找到所述内容名字对应的边界路由器的拓扑地址，即内容位置。
如图4所示，所述步骤3)是CCN/NDN的内容路由的方法，所述内容请求方的域边界路由器和内容所在域的边界路由器之间利用拓扑协议建立隧道的具体过程如下：
步骤3-1)将步骤2)中的内容位置返回至内容请求方的域边界路由器，所述内容请求方的域边界路由器依据响应获取所述内容位置；
步骤3-2)所述内容请求方的域边界路由器和内容所在域的边界路由器之间利用拓扑协议建立隧道；通过所述内容请求方的域边界路由器，将所述内容的兴趣报文传输到所述内容所在域的边界路由器；
步骤3-3)所述内容所在域的边界路由器接收到所述兴趣报文之后，在所对应的管理域内传播所述兴趣报文，并找到对应的数据报文后，按照CCN/NDN反向路径，将所述数据传回到所述内容请求方。
下面结合图1、图2、图3和图4，进一步说明CCN/NDN的内容注册，内容位置解析和内容路由的系统的方法。
如图1所示，是CCN/NDN多域网络组成的场景。在本场景中，假定所述内容请求方位于CCN/NDN域1，以无线方式连接内容路由器CR11；所述内容发布方位于CCN/NDN域2，以有线方式连接到内容路由器CR21；其中BR1、BR2和BRn是边界路由器；拓扑相关网络采用IPv4协议，在这个网络中BR1和BR2分别分配IPv4地址192.168.1.1和192.168.2.1；所述层次名字子系统可采用诸如类似DNS的方式或其他方式加以实现，这里不做限定；边界路由器BR1看到所述层次名字子系统的入口IP地址为192.168.3.1，边界路由器BR2看到所述层次名字子系统的入口IP地址为192.168.4.1。
下面结合图1的这种场景，用具体实施例进一步说明CCN/NDN的内容注册，内容位置解析和内容路由的系统的方法。
假定内容发布方的目录结构为"/publisherA/content/video"，且有部影片“变形金刚5”要发布，则这部影片完成的层次名为"/publisherA/content/video/变形金刚5"。假定这部影片是新片，即以前没有发布过。依据图2的流程，内容发布方完成该部影片的内容注册，所述层次名字子系统中有条记录为"/publisherA/content/video/变形金刚5，192.168.2.1"。
假定所述内容请求方要看这部影片，但仅知道视频内容名“变形金刚5”。依据图3的流程，边界路由器BR1由层次名字系统得到边界路由器BR2的IP地址“192.168.2.1”，完成名字解析。
依据图4，边界路由器BR1与边界路由器BR2之间建立IP隧道，将对“变形金刚5”的兴趣报文发送到边界路由器BR2所在的域CCN/NDN域2，最终到达内容发布方，所述内容发布方将数据报文反向发回。这样就完成了内容数据路由过程。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种CCN/NDN的内容注册、内容位置解析和内容路由的系统，其特征在于，所述系统包括：内容发布方、内容请求方、内容路由器、边界路由器和层次名字子系统；
所述内容发布方是指有内容/拷贝要发布的内容源/缓存；
所述内容请求方是指对内容发出请求的一方，所述内容为内容名字对应的内容；所述内容请求方发出所述内容发布方发布内容的兴趣报文；
所述内容路由器通过有线或无线的方式相互连接，可连接所述内容发布方和所述内容请求方；
所述边界路由器指隶属于一个CCN/NDN管理域，同时通过IP协议或拓扑相关协议，且与其他CCN/NDN管理域连接的路由交换设备；
所述层次名字子系统是指采用层次结构来维护内容名字所在位置，并可将内容位置信息返回至所述边界路由器，用于完成内容名字的注册和解析。
2.一种基于权利要求1所述的CCN/NDN的内容注册、内容位置解析和内容路由的系统的方法，其特征在于，该方法具体包括：
步骤1)所述内容发布方发布内容信息，所述内容信息包括：内容名字、内容位置，将所述内容信息传递到CCN/NDN管理域的边界路由器，并注册到所述层次名字子系统中；
步骤2)所述内容请求方发出内容的兴趣报文，所述兴趣报文包括内容名字，当传递到内容请求方的域边界路由器；如果没有兴趣报文所对应的内容数据时，根据兴趣报文中携带的内容名字，向所述层次名字子系统发出解析请求，搜索并找到所述内容名字对应的边界路由器的拓扑地址，即内容位置；
步骤3)将步骤2)中的内容位置返回至内容请求方的域边界路由器，所述内容请求方的域边界路由器依据响应获取到所述内容位置，所述内容请求方的域边界路由器和内容所在域的边界路由器利用拓扑协议建立隧道；
步骤4)在隧道上，所述内容请求方的域边界路由器转发步骤2)的兴趣报文，所述内容所在域的边界路由器接收到所述兴趣报文，根据CCN/NDN方式处理所述兴趣报文，并将兴趣报文传递给所述内容发布方，按照CCN/NDN反向路径，将所述内容名字对应的数据报文传递至所述内容请求方；
步骤5)所述内容请求方的域边界路由器和内容所在域的边界路由器监测所述隧道寿命，超过隧道的寿命限制，则拆除隧道。
3.根据权利要求2所述的的方法，其特征在于，所述步骤1是CCN/NDN的内容注册方法，即所述内容发布方发布内容名字的方法；步骤1)中，所述内容注册到所述层次名字子系统中的具体过程如下：
步骤1-1)所述内容发布方位于每个CCN/NDN管理域内，通过与所述内容发布方连接的内容路由器发布内容，形成所述CCN/NDN管理域内各节点的FIB；
步骤1-2)利用OSPF-N协议，步骤1-1)中的内容路由器传播发布信息；
步骤1-3)在CCN/NDN管理域内，所述内容发布方的域边界路由器接收所述发布信息，更新FIB；
步骤1-4)所述内容发布方的域边界路由器检查所述内容是否在FIB中；如果所述内容在FIB中，则再依据内容的位置是否变化，确定是否更新FIB；所述内容发布方的域边界路由器检查所述内容不在FIB中，除更新FIB外，所述边缘路由器向所述层次名字子系统注册所述内容名字，注册时带有完整的内容名字和对应的边界路由器的拓扑地址。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2)是CCN/NDN的内容位置解析方法；所述步骤2)中，找到所述内容名字对应的边界路由器的拓扑地址的具体过程如下：
步骤2-1)在CCN/NDN管理域中，所述内容请求方发出内容的兴趣报文，当传输到内容请求方的域边界路由器时；
步骤2-2)如果所述内容请求方的域边界路由器里没有兴趣报文所对应的内容数据时，根据步骤1)中注册的内容名字，向所述层次名字子系统发出解析请求；
步骤2-3)通过所述层次名字子系统搜索并找到所述内容名字对应的边界路由器的拓扑地址，即内容位置。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤3)是CCN/NDN的内容路由的方法；所述内容请求方的域边界路由器和内容所在域的边界路由器之间利用拓扑协议建立隧道的具体过程如下：
步骤3-1)将所述步骤2)中的内容位置返回至内容请求方的域边界路由器，所述内容请求方的域边界路由器依据响应获取所述内容位置；
步骤3-2)所述内容请求方的域边界路由器和内容所在域的边界路由器之间利用拓扑协议建立隧道；通过所述内容请求方的域边界路由器，将所述内容的兴趣报文到所述内容所在域的边界路由器；
步骤3-3)所述内容所在域的边界路由器接收到所述兴趣报文之后，在所对应的管理域内传播所述兴趣报文，并找到对应的数据报文后，按照CCN/NDN反向路径，将所述数据返回到所述内容请求方。
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