CN110177098A - Ndn与ip网络边界网关转换方法和装置 - Google Patents

Ndn与ip网络边界网关转换方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种NDN与IP网络边界网关转换方法和装置，属于通信技术领域。该方法从IP网络接收IP数据包，存储IP数据包中的源IP地址，分析IP数据包中的HTTP请求报文，提取对应的NDN内容名；构造与IP数据包对应的NDN兴趣包；将NDN兴趣包发送到NDN中；接收从NDN中返回的NDN数据包，构造与NDN数据包对应的IP数据包；将IP数据包发送到IP网络中。本发明通过增加网络边界网关实现两种不同架构网络之间的通信，无需对网络结构或网络节点进行改动，在网关实现包的拆解和转换，最大程度地利用了边界网关在不同通信协议间充当翻译器的功能，具有高效简洁的特点；设置边界网关表，通过将IP地址与NDN内容名对应，实现IP网络与NDN路由核心的一一对应，保证可靠的数据传输。

Description

NDN与IP网络边界网关转换方法和装置
技术领域
本发明涉及一种NDN与IP网络边界网关转换方法和装置，属于通信技术领域。
背景技术
随着无线网络的快速发展和移动设备的普及化，数据应用以指数形式增长，TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)架构的固有缺陷日益突出，具体表现在：(1)网络中有多个内容提供者可以提供同一内容服务，用户无法判断哪个内容提供者距离最近、网络环境最优，容易舍近求远，造成不必要的开销；(2)在端到端的通信模式下，由于数据都从目的主机获取，无法避免相同链路上多次传输同一目标对象，浪费链路资源；(3)物联网等低智能终端的数量爆炸式增长，移动终端流量占网络流量的比重日益增加，IP地址既是唯一的身份标识符，又表示当前所处的子网范围，一旦IP地址发生改变，将中断原有的通信，重新建立连接，对移动性支持能力不强。
为了从根本上解决以上问题，一些研究者提出以信息为中心的网络架构，其中，NDN(Named Data Networking，命名数据网络)是一种典型的信息中心网络，以命名数据取代IP地址，直接以内容名进行路由。在网络中，内容的获取过程由数据接收端基于内容名发起，网络中路由器也基于内容名实现路由转发，网络中内容与位置的耦合关系完全分离。具体来说，源节点发送兴趣包，到达目的节点后，由数据包返回数据。
某些特定场景下，需要建立独立的NDN，为了实现NDN与外部IP网络的通信，如文件传输等，同时不改变IP主机的结构，需要设计网络边界网关。目前对于网关的设计缺乏切实可行的方案，尚未完全脱离以地址为核心的思想，主要不足在于：(1)现有的NDN只能覆盖在IP网络之上，被设计为IP网络的替代，而不是其扩展；(2)现有的基础设施无法在短期内从IP过渡到NDN；(3)没有可行的IP地址到内容名的映射。目前还无法做到IP与NDN独立网络间的信息传输。
发明内容
本发明的目的在于提供一种NDN(Named Data Networking，命名数据网络)与IP(Internet Protocol，互联网协议)网络边界网关转换方法和装置，要解决的技术问题是，与现有的HTTP(Hypertext Transfer Protocol)相结合，提供一种NDN-IP网络边界网关，进行IP数据包到NDN兴趣包、NDN数据包到IP数据包的转换，从而实现两种网络间的通信。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
一种NDN与IP网络边界网关转换方法，包括以下内容：从IP网络接收IP数据包，存储IP数据包中的源IP地址，分析IP数据包中的HTTP请求报文，提取对应的NDN内容名；构造与IP数据包对应的NDN兴趣包；将NDN兴趣包发送到NDN中；接收从NDN中返回的NDN数据包，构造与NDN数据包对应的IP数据包；将IP数据包发送到IP网络中。
优选的，所述从IP网络接收IP数据包，存储IP数据包中的源IP地址，分析IP数据包中的HTTP请求报文，提取对应的NDN内容名，包括以下内容：
在接收到IP数据包后，从IP数据包中提取源IP地址，进一步得到IP数据包中的HTTP请求报文，依据HTTP请求报文得到对应的NDN内容名；在所述网络边界网关维护源IP地址与NDN内容名的映射表，在表中存储提取出的源IP地址和NDN内容名。
优选的，所述构造与IP数据包对应的NDN兴趣包，包括以下内容：
以从IP数据包中提取出的NDN内容名作为NDN兴趣包的内容名，加入选择项、随机数字段，构成标准NDN兴趣包格式。
优选的，所述将NDN兴趣包发送到NDN中，包括以下内容：
将NDN兴趣包发送到NDN中，以NDN内容名进行路由转发，最终到达存有请求内容的NDN节点，该NDN节点返回包含请求内容的NDN数据包。
优选的，所述接收从NDN中返回的NDN数据包，构造与NDN数据包对应的IP数据包，包括以下内容：
接收从NDN中返回的NDN数据包，从NDN数据包提取NDN内容名，在网络边界网关中找到与NDN内容名对应的源IP地址，以源IP地址作为目的IP地址、网络边界网关的IP地址作为源IP地址、NDN数据包中的数据为数据，构造新的IP数据包。
优选的，所述接收从NDN中返回的NDN数据包，构造与NDN数据包对应的IP数据包，当在三倍NDN往返时间内未接收到返回的NDN数据包时，则进行NDN兴趣包的重传，若重传所述NDN兴趣包后，在三倍NDN往返时间内接收到返回的NDN数据包，则进行NDN数据包的处理；若重传所述NDN兴趣包后，在三倍NDN往返时间内仍未接收到返回的NDN数据包，则构造“请求内容不可达”的IP数据包。
优选的，所述将IP数据包发送到IP网络中，包括以下内容：
将IP数据包发送到IP网络中，依据IP数据包中的目的IP地址进行路由，最终到达源IP节点。
一种NDN与IP网络边界网关转换装置，包括：(1)IP网络接口，用于从IP网络监听和接收源IP节点发送的IP数据包并转发到IP包处理模块，以及从IP包处理模块接收IP数据包向IP网络发送；(2)IP包处理模块，用于从IP数据包中提取源IP地址，并分析得到NDN内容名，存储在边界网关表中；以及接收NDN包处理模块发来的数据和源IP地址，构造新的IP数据包后转发给IP网络接口；(3)边界网关表，用于存储源IP地址和NDN内容名；(4)NDN包处理模块，用于从边界网关表获取NDN内容名，构造新的NDN兴趣包并转发给NDN接口；以及从NDN接口接收的NDN数据包中提取NDN内容名并根据NDN内容名检索边界网关表找到对应的源IP地址，将源IP地址和NDN数据包中的数据传给IP包处理模块；(5)NDN接口，用于将从NDN包处理模块收到的NDN兴趣包发送到NDN；以及从NDN监听和接收返回的NDN数据包，并发送给NDN包处理模块。
优选的，所述源IP节点发送的IP数据包的发送过程为：用户发送HTTP请求，以所述源IP节点的IP地址为源IP地址，所述网络边界网关的IP地址为目的IP地址，构成IP数据包，将所述IP数据包发送到IP网络中，以所述目的IP地址进行路由转发，最终到达所述网络边界网关。
优选的，IP包处理模块所述分析得到NDN内容名过程为：先分析IP数据包得到HTTP请求报文，而后根据其中的URL(Uniform Resource Locator)字段，结合NDN的层次化命名法，得到对应的NDN内容名。
优选的，当所述NDN接口在三倍NDN往返时间内未接收到返回的NDN数据包时，则进行NDN兴趣包的重传，若重传所述NDN兴趣包后，在三倍NDN往返时间内接收到返回的NDN数据包，则进行NDN数据包的处理；若重传所述NDN兴趣包后，在三倍NDN往返时间内仍未接收到返回的NDN数据包，则通知IP包处理模块，向源IP节点返回“请求内容不可达”。
有益效果
对比现有技术，本发明具有以下特点：
(1)本发明公开的一种NDN与IP网络边界网关转换方法，通过增加网络边界网关实现两种不同架构网络之间的通信，无需对两种网络结构或网络节点进行改动。在边界网关实现包的拆解和转换，最大程度地利用了边界网关在不同通信协议间充当翻译器的功能，具有高效简洁的特点。
(2)本发明公开的一种NDN与IP网络边界网关转换装置，结构对称，各组件分工明确，呈现高度模块化。该装置同时兼具IP节点和NDN节点的功能，即对源IP节点来说，该装置是可返回请求数据目的IP节点；对目的NDN节点来说，该装置是发送NDN兴趣包的源NDN节点。其中一方不需要了解另一方网络的机制，所有转换都在该装置内完成，对用户友好。
(3)本发明公开的边界网关表，通过将IP地址与NDN内容名对应，实现了IP网络与NDN路由核心的一一对应，可保证可靠的数据传输。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明。
图1为NDN中兴趣包与数据包结构的示意图；
图2为本发明实施例中的一种NDN与IP网络边界网关转换装置框图结构示意图；
图3为本发明实施例中网络边界网关维护源IP地址与NDN内容名的映射表；
图4为本发明实施例中网络边界网关处理IP数据包，构造对应的NDN兴趣包的示意图；
图5为本发明实施例中网络边界网关处理NDN数据包，构造对应的IP数据包的示意图；
图6为本发明实施例中网络边界网关计时并重传NDN兴趣包的方法的流程示意图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例1：
NDN中兴趣包和数据包的结构如图1所示，兴趣包由内容名、选择项、随机数组成，其中，NDN依据内容名进行路由，选择项包括优选顺序、发布者过滤等，用来精准地缩小数据检索范围，随机数可以防止兴趣包循环；数据包由内容名、签名、签名信息、数据组成，其中，内容名是路由的依据，与之前兴趣包中的内容名相匹配，签名和签名信息验证了内容发布者的身份，还包括密钥、加密等，数据部分即返回的请求内容。
图2为本发明实施例中的一种NDN与IP网络边界网关转换装置框图结构示意图，本发明一些实施例中，NDN与IP网络边界网关转换装置1可以包括NDN包处理模块101、IP包处理模块102、NDN接口103、IP网络接口104和边界网关表105。其中，NDN接口103与NDN直接相连，IP网络接口102与IP网络直接相连。
NDN接口103与NDN包处理模块101间进行NDN包的传输，即NDN包处理模块101将NDN兴趣包发送给NDN接口103，或NDN接口103将NDN数据包发送给NDN包处理模块101。IP网络接口104与IP包处理模块102间进行IP包的传输，即IP网络接口104将IP数据包发送给IP包处理模块102，或IP包处理模块102将IP数据包发送给IP网络接口104。NDN包处理模块101将NDN数据包中提取的数据发送给IP包处理模块102。此外，边界网关表105分别与NDN包处理模块101和IP包处理模块102进行NDN内容名和IP地址的交换。
本发明实施例中，IP包处理模块102得到HTTP请求报文后，提取其中的URL字段，根据URL字段构建相应的NDN内容名。例如，若URL字段为“ftp://www.someschool.edu/video/4613566”，则依据层次化命名法，舍弃万维网标识“www”和服务器后缀“edu”，构造的NDN内容名为“someschool/video/4613566”。
图3为本发明实施例中网络边界网关维护源IP地址与NDN内容名的映射表，编号字段201表示每条表项在映射表中的索引，源IP地址字段202表示发送数据请求的源IP节点的IP地址，NDN内容名字段203表示源IP节点请求的内容名。
本发明公开的一种NDN与IP网络边界网关转换装置，主要完成以下两个步骤：第一，接收并处理IP数据包，构造对应的NDN兴趣包；第二，接收并处理NDN数据包，构造对应的IP数据包。下面将分别结合图4和图5进一步说明上述两个步骤。
图4为本发明实施例中，网络边界网关处理IP数据包，构造对应的NDN兴趣包的示意图。IP网络接口持续监听，接收到IP数据包后，将IP数据包交给IP包处理模块，IP包处理模块从IP数据包中提取首部长度和源IP地址，依据首部长度截取IP数据包，得到TCP数据报，依据TCP首部长度截取TCP数据报的头部，得到HTTP请求报文，进一步分析HTTP请求报文中的URL(Uniform Resource Locator)字段，根据URL字段，结合NDN的层次化命名法，得到对应的NDN内容名，之后将源IP地址和NDN内容名存入边界网关表。NDN包处理模块以边界网关表中存储的NDN内容名作为NDN兴趣包的内容名，加入选择项和随机数字段，构成标准NDN兴趣包，将其发送给NDN接口，最终，NDN接口把NDN兴趣包发送到NDN中。
此处，源IP节点发送IP数据包过程为：用户发送HTTP请求，以所述源IP节点的IP地址为源IP地址，所述网络边界网关的IP地址为目的IP地址，构成IP数据包，将所述IP数据包发送到IP网络中，以所述目的IP地址进行路由转发，最终到达所述网络边界网关。
图5为本发明实施例中，网络边界网关处理NDN数据包，构造对应的IP数据包的示意图。NDN接口持续监听，接收到包含请求内容的NDN数据包后，将NDN数据包交给NDN包处理模块，NDN包处理模块从NDN数据包提取NDN内容名，遍历边界网关表，找到与所述内容名对应的源IP地址，将源IP地址与NDN数据包中的数据一起发送给IP包处理模块，IP包处理模块将接收到的数据作为实体封装到HTTP响应报文，添加TCP头部，构造TCP数据报；以接收到的源IP地址为目的IP地址，以网络边界网关的IP地址为源IP地址，构造IP数据包，将其发送给IP网络接口，IP网络接口把IP数据包发送到IP网络中。最终，IP数据包返回到源IP节点，即发送内容请求的节点。
此处，将IP数据包发送到IP网络中，依据IP数据包中的目的IP地址进行路由，最终到达源IP节点。
图6为本发明实施例中，网络边界网关计时并重传NDN兴趣包的方法的流程示意图。如图6所示，在发送NDN兴趣包后，NDN接口启动计时器，开始计时，计时器初始设定为三倍NDN往返时间，若在三倍NDN往返时间内收到相应的NDN数据包，NDN接口将该NDN数据包交给NDN包处理模块进行下一步处理；若在三倍NDN往返时间内未收到相应的NDN数据包，NDN接口重传所述NDN兴趣包，并重新开始计时，等待三倍NDN往返时间，若在计时器结束前收到相应的NDN数据包，NDN接口将该NDN数据包交给NDN包处理模块进行下一步处理；若在计时器结束前未收到相应的NDN数据包，NDN接口放弃重传，通知IP包处理模块，向源IP节点返回“请求内容不可达”的消息。
为了说明本发明的内容及实施方法，本说明书给出了上述具体实施例。但是，本领域技术人员应理解，本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种NDN与IP网络边界网关转换方法，其特征在于：包括以下内容：从IP网络接收IP数据包，存储IP数据包中的源IP地址，分析IP数据包中的HTTP请求报文，提取对应的NDN内容名；构造与IP数据包对应的NDN兴趣包；将NDN兴趣包发送到NDN中；接收从NDN中返回的NDN数据包，构造与NDN数据包对应的IP数据包；将IP数据包发送到IP网络中。
2.根据权利要求1所述的一种NDN与IP网络边界网关转换方法，其特征在于：所述从IP网络接收IP数据包，存储IP数据包中的源IP地址，分析IP数据包中的HTTP请求报文，提取对应的NDN内容名，包括以下内容：
在接收到IP数据包后，从IP数据包中提取源IP地址，进一步得到IP数据包中的HTTP请求报文，依据HTTP请求报文得到对应的NDN内容名；在所述网络边界网关维护源IP地址与NDN内容名的映射表，在表中存储提取出的源IP地址和NDN内容名。
3.根据权利要求1所述的一种NDN与IP网络边界网关转换方法，其特征在于：所述构造与IP数据包对应的NDN兴趣包，包括以下内容：以从IP数据包中提取出的NDN内容名作为NDN兴趣包的内容名，加入选择项、随机数字段，构成标准NDN兴趣包格式。
4.根据权利要求1所述的一种NDN与IP网络边界网关转换方法，其特征在于：所述将NDN兴趣包发送到NDN中，包括以下内容：
将NDN兴趣包发送到NDN中，以NDN内容名进行路由转发，最终到达存有请求内容的NDN节点，该NDN节点返回包含请求内容的NDN数据包。
5.根据权利要求1所述的一种NDN与IP网络边界网关转换方法，其特征在于：所述接收从NDN中返回的NDN数据包，构造与NDN数据包对应的IP数据包，包括以下内容：
接收从NDN中返回的NDN数据包，从NDN数据包提取NDN内容名，在网络边界网关中找到与NDN内容名对应的源IP地址，以源IP地址作为目的IP地址、网络边界网关的IP地址作为源IP地址、NDN数据包中的数据为数据，构造新的IP数据包。
6.根据权利要求1所述的一种NDN与IP网络边界网关转换方法，其特征在于：所述接收从NDN中返回的NDN数据包，构造与NDN数据包对应的IP数据包，当在三倍NDN往返时间内未接收到返回的NDN数据包时，则进行NDN兴趣包的重传，若重传所述NDN兴趣包后，在三倍NDN往返时间内接收到返回的NDN数据包，则进行NDN数据包的处理；若重传所述NDN兴趣包后，在三倍NDN往返时间内仍未接收到返回的NDN数据包，则构造“请求内容不可达”的IP数据包。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种NDN与IP网络边界网关转换方法，其特征在于：所述将IP数据包发送到IP网络中，包括以下内容：将IP数据包发送到IP网络中，依据IP数据包中的目的IP地址进行路由，最终到达源IP节点。
8.一种NDN与IP网络边界网关转换装置，其特征在于：包括：(1)IP网络接口(104)，用于从IP网络监听和接收源IP节点发送的IP数据包并转发到IP包处理模块，以及从IP包处理模块接收IP数据包向IP网络发送；(2)IP包处理模块(102)，用于从IP数据包中提取源IP地址，并分析得到NDN内容名，存储在边界网关表中；以及接收NDN包处理模块发来的数据和源IP地址，构造新的IP数据包后转发给IP网络接口；(3)边界网关表(105)，用于存储源IP地址和NDN内容名；(4)NDN包处理模块(101)，用于从边界网关表获取NDN内容名，构造新的NDN兴趣包并转发给NDN接口；以及从NDN接口接收的NDN数据包中提取NDN内容名并根据NDN内容名检索边界网关表找到对应的源IP地址，将源IP地址和NDN数据包中的数据传给IP包处理模块；(5)NDN接口(103)，用于将从NDN包处理模块收到的NDN兴趣包发送到NDN；以及从NDN监听和接收返回的NDN数据包，并发送给NDN包处理模块。
9.根据权利要求8所述的一种NDN与IP网络边界网关转换装置，其特征在于：所述源IP节点发送的IP数据包的发送过程为：用户发送HTTP请求，以所述源IP节点的IP地址为源IP地址，所述网络边界网关的IP地址为目的IP地址，构成IP数据包，将所述IP数据包发送到IP网络中，以所述目的IP地址进行路由转发，最终到达所述网络边界网关。
10.根据权利要求8或9所述的一种NDN与IP网络边界网关转换装置，其特征在于：当所述NDN接口在三倍NDN往返时间内未接收到返回的NDN数据包时，则进行NDN兴趣包的重传，若重传所述NDN兴趣包后，在三倍NDN往返时间内接收到返回的NDN数据包，则进行NDN数据包的处理；若重传所述NDN兴趣包后，在三倍NDN往返时间内仍未接收到返回的NDN数据包，则通知IP包处理模块，向源IP节点返回“请求内容不可达”。
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