CN116010397A - 数据读取方法、存储方法、电子设备和计算机程序产品 - Google Patents

数据读取方法、存储方法、电子设备和计算机程序产品 Download PDF

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CN116010397A CN202111251576.1A CN202111251576A CN116010397A CN 116010397 A CN116010397 A CN 116010397A CN 202111251576 A CN202111251576 A CN 202111251576A CN 116010397 A CN116010397 A CN 116010397A
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Abstract

本公开的实施例涉及数据读取方法、数据存储方法、电子设备和计算机程序产品。该数据读取方法包括：接收数据读取请求，数据读取请求包括与目标数据相关联的数据标识；基于数据标识确定目标数据的存储设备；以及基于数据标识从存储设备获取目标数据。使用本公开的技术方案，可以实现性能良好、运行高效的命名数据网络。

Description

数据读取方法、存储方法、电子设备和计算机程序产品
技术领域
本公开的实施例总体上涉及计算机技术，具体地涉及数据读取方法、数据存储方法、电子设备和计算机程序产品，可用于数据网络、尤其是命名数据网络。
背景技术
命名数据网络(命名数据网络)是一种重要的技术，尤其适用于分布式边缘网络应用。具体而言，命名数据网络与以内容为中心的网络(CCN)、基于内容的网络、面向数据的网络或信息以信息为中心的网络(ICN)有关，是一个拟议的未来因特网架构。在例对如因特网协议这样当代因特网架构的网络使用过程中，在逐渐意识到网络使用的未解决问题时，产生了命名数据网络。命名数据网络在早期的项目中以内容为中心的网络(CCN)为基础。如今相关领域中公认的是，这种概念简单的转变将对人们设计、开发、部署和使用网络和应用的方式具有深远的影响。在命名数据网络中，主要的构成块为命名内容数据块，其与因特网协议的通信中基本单元形成对照。在因特网协议的通信中，通信可以是在由因特网协议地址标识的两个端点之间的端到端信道。
然而，目前行业中并没有性能良好、运行高效的命名数据网络实现方式。
发明内容
本公开的实施例提供了数据读取方法、数据存储方法、电子设备和计算机程序产品。
在本公开的第一方面中，提供了一种数据读取方法。该方法包括：接收数据读取请求，数据读取请求包括与目标数据相关联的数据标识；基于数据标识确定目标数据的存储设备；以及基于数据标识从存储设备获取目标数据。
在本公开的第二方面中，提供了一种数据存储方法。该方法包括：接收数据存储请求，数据存储请求包括与待存储数据相关联的数据标识；基于数据标识确定待存储数据的目标存储设备；以及基于数据标识向目标存储设备存储待存储数据。
在本公开的第三方面中，提供了一种电子设备。该电子设备包括：至少一个处理单元；以及至少一个存储器，至少一个存储器被耦合到至少一个处理单元并且存储用于由至少一个处理单元执行的指令，指令当由至少一个处理单元执行时，使得设备执行动作，动作包括：接收数据读取请求，数据读取请求包括与目标数据相关联的数据标识；基于数据标识确定目标数据的存储设备；以及基于数据标识从存储设备获取目标数据。
在本公开的第四方面中，提供了一种电子设备。该电子设备包括：至少一个处理单元；以及至少一个存储器，至少一个存储器被耦合到至少一个处理单元并且存储用于由至少一个处理单元执行的指令，指令当由至少一个处理单元执行时，使得设备执行动作，动作包括：接收数据存储请求，数据存储请求包括与待存储数据相关联的数据标识；基于数据标识确定待存储数据的目标存储设备；以及基于数据标识向目标存储设备存储待存储数据。
在本公开的第五方面中，提供了一种计算机程序产品。该计算机程序产品被有形地存储在非瞬态计算机可读介质上并且包括机器可执行指令，机器可执行指令在被执行使得机器执行根据本公开的第一方面所描述的方法的任意步骤。
在本公开的第六方面中，提供了一种计算机程序产品。该计算机程序产品被有形地存储在非瞬态计算机可读介质上并且包括机器可执行指令，机器可执行指令在被执行使得机器执行根据本公开的第一方面所描述的方法的任意步骤。
提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的实施例的关键特征或必要特征，也无意限制本公开的实施例的范围。
附图说明
通过结合附图对本公开的示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开的示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本公开的实施例的设备和/或方法可以在其中被实施的命名数据网络100的示意图；
图2示出了根据本公开的实施例的数据读取方法200的流程图；
图3示出了根据本公开的实施例的数据存储方法300的流程图；
图4示出了根据本公开的实施例的数据读取方法400的流程图；
图5示出了根据本公开的实施例的数据存储方法500的流程图；以及
图6示出了可以用来实施本公开的实施例的示例设备600的示意性框图。
在各个附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以按照各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，例如，“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
如以上在背景技术中所描述的，目前行业中并没有性能良好、运行高效的命名数据网络实现方式。具体而言，在基于因特网协议的架构中，边缘计算客户端应用依赖于例如代理和/或软件定义的网络的控制器的集中式实体，或与所有边缘计算设备直接通信，以便做出明智的任务卸载决策。然而，这些解决方案需要在网络中创建额外的基础结构，引入被路由到代理或控制器的开销请求，并且来自计算资源的所有信息也被路由到这些实体。因此连接到这些实体的链接成为瓶颈。该网络仅以转发器的形式运作，其中所有抉择在应用层并且尤其是利用代理做出。
除此之外，命名数据网络的内容分布遇到了命名数据网络部署的限制，这是因为尽管命名数据网络的旨在替换因特网协议网络，但命名数据网络协议与因特网协议网络协议并不是100％兼容。进一步地，命名数据网络基于命名内容的分布，因此需要大量的计算和存储资源来处理和缓存内容，其中不仅对内容的高速缓存会消耗大量的存储空间，搜索名称和路由分组也将使用大量的计算资源。再次，当前的命名数据网络网关或者路由器的解决方案基于中央处理单元基础架构从而导致效率低下，这是因为与因特网协议网络不通，命名数据网络的专用硬件目前无法获得，并且大多数命名数据网络的测试网络都在服务器上被构建以用于功能开发，并且大多数现有的实现是基于软件的，从而限制了它们的性能。
为了至少部分地解决上述问题以及其他潜在问题中的一个或者多个问题，本公开的实施例提出了一种使命名数据网络中的内容分发加速的框架，并且支持负载平衡和复制。这一框架可以在本机集群中工作以构建分布式存储。此外，它可以帮助构建和加速因特网网络上的覆盖命名数据网络，以提供命名数据网络的分布式内容递送服务。为了实现这一目标，本公开的实施例提出了利用可编程交换机的流水线框架，该交换机被部署以在数据中心网络中的边缘网络和存储服务器中连接物联网设备或分布式存储。关于可编程交换机上，本公开的实施例创建了一些新颖的方法来启用哈希算法以网络内哈希计算，例如可以支持在可编程交换机上运行的SHA1，SHA2和SHA3算法。此外，通过利用一致哈希，本公开的实施例在可编程交换机上构建路由表，以帮助命名数据网络分组路由到相应的数据存储设备。通过在可编程交换机上引入高级加密标准(AED)算法，本公开的实施例在还支持安全的命名数据网络网关。此外，本公开的实施例在可以基于框架来建立加速的命名数据网络虚拟专用网络(VPN)。
在本公开的实施例中，涉及命名数据网络路由器的转发行为。在可以被称为兴趣(interest)的请求或数据的分组接收中，第一步是提取分组的名称或者标识符。之后，如果分组是兴趣，则命名数据网络路由器检查针对命名的内容检查内容存储库。如果本地副本可用，则该数据将直接被向下游转发。否则，路由器查找未决兴趣表(PIT)以查找是否有针对相同内容的任何未决兴趣。如果已经存在PIT条目，则更新该条目并且删除兴趣。如果不是，则会创建一个PIT条目，不抱命名数据网络路由器查找转发信息库(FIB)以确定所接收的兴趣的下一跳。在接收到分组时，命名数据网络路由器查找PIT以检查数据是否被征求，如果针对这一名称不存在PIT条目，则将数据视为未被征求的，并且因此丢弃。否则，如果存在PIT条目，则分组将被多路复用到所有列出的接口。命名数据网络路由器还可以决定缓存数据的副本，这具体取决于其缓存策略。处理未答复兴趣的典型方式，例如，由于条目到期，PIT已满或分组丢失，包括重新发布请求的消费者。
图1示出了可以在其中实现本公开的某些实施例中的数据读取方法和数据写入方法的命名数据网络100的示意性框图。根据本公开的实施例，命名数据网络100可以是云环境。
如图1中所示，命名数据网络100包括多个计算设备110-1、110-2……110-N(以下被统称为计算设备110)，多个客户端120-1、120-2……120-N(以下被统称为客户端120)，以及网络130。计算设备110-1包括多个存储设备111-1、111-2……111-N(以下被统称为存储设备111)，并且可以包括未示出的高速缓存。根据本公开的实施例，存储设备111相对于计算设备110-1在本地，并且可以被设置在计算设备110-1内部。计算设备110-2和计算设备110-N也具有连接的客户端以及相关联的存储设备，出于简洁的愿意而未在图1中示出。
客户端120由用户使用以用于在命名数据网络100存储数据以及读取数据。在命名数据网络100中，数据可以被存储在链接到计算设备110的存储设备111中，也可以被存储在计算设备110所具有的高速缓存中。计算设备110使用网络130来相互连接。根据本公开的实施例，网络130可以包括虚拟专用网络或者因特网协议安全(IPSec)连接等任何网络连接形式，本公开的保护范围并不限于此。
根据本公开的实施例，计算设备110可以是命名数据网络中的路由器，其例如可以通过可编程交换机来实现，其中可编程交换机可以包括可编程解析器、可编程匹配动作流水线以及可编程逆分析器。可编程交换机例如可以按照12.8TB/秒的速度运行，可以支持400GE接口，可以完全支持P4语言，并且可以按照具有灵活可编程性的线速率运行，从而可以同时提供性能和可编程性。
根据本公开的实施例，客户端120可以包括物联网设备，例如空调控制器、智能锁、交通灯、网络摄像头等，它们被连接到边缘交换机。根据本公开的实施例而被定义的框架可以用于利用针对物联网设备和云或服务器之间的边缘交换机的可编程交换机。
与传统交换机不同，可编程交换机可以被灵活地重新编程以具有并不限于网络相关功能的新特征和功能。可编程交换机中的程序可以按照P4语言而被编写，并且可以被在线更新。利用根据本公开的实施例的框架，能够提供使针对命名数据网络的虚拟专用网络能够支持命名数据网络中的分布式内容操作的功能，这同时还有助于加速具有可编程交换机上的内置功能的命名数据网络协议。
通过利用可编程交换机的益处，可以实现前述命名数据网络网关。边缘物联网设备可以利用命名数据网络协议通过具有硬件加速和复制能力的虚拟专用网络连接到数据中心中的命名数据网络。
根据本公开的实施例，通过利用可编程交换机的可编程性，能够成功地实现可编程交换机上的AES加密和解密算法的计算。通过启用AES算法，可以使用IPSec网关的组件并，并且可以在可编程交换机上的命名数据网络网关之间建立虚拟专用网络。可以使用因特网协议安全性协议来封装命名数据网络分组。
根据本公开的实施例，可以通过使用一致哈希算法，可以将针对数据的读取或者存储请求分布到不同的存储设备111以获得更高的性能。在命名数据网络100中可以定义针对同一份数据可以保存的数据副本的数量，从而可以实现冗余和负载均衡。
根据本公开的实施例，在作为命名数据网络路由器的计算设备110中实现的示例负载均衡设计如下所示：有n个存储设备111连接到计算设备110，每个存储设备111都以其介质访问控制(MAC)发送联合请求，计算设备110计算存储装置的键Node_Key＝Hash(MAC)[0～2m)，计算设备110在其哈希环表中存储存储装置的键Node_key，客户端120利用数据名称来请求数据，计算设备110计算名称键Name_Key＝Hash(Name)[0～2m)，计算设备110查找其键范围覆盖名称键Name_Key的存储设备111，计算设备110利用名称键Name_Key向存储设备111发送请求，存储设备111使用名称键Name_Key查找数据，并且利用数据响应计算设备110，计算设备110将数据发送到客户端120。
根据本公开的实施例，以6个存储设备111的哈希环表为例，其中Nn是存储设备n的存储设备键Node_Key。如果副本数是2。则键范围可以是：存储设备1存储键Key[N1～N3)的数据，存储设备2存储键Key[N2～N4)的数据，存储设备3存储键Key[N3～N5)的数据，存储设备4存储键Key[N4～N6)的数据，存储设备5存储键Key[N5～N1)的数据，存储设备6存储键Key[N6～N2)的数据。
当新存储设备通过连接到命名数据网络路由器加入命名数据网络时，命名数据网络路由器将计算哈希(存储设备MAC)并将其广播到路由器表中的命名数据网络路由器。每个命名数据网络路由器接收到广播的存储设备连接，然后通过插入存储设备信息来更新其路由表。
当检测到存储设备通过断开到命名数据网络路由器的连接而离开命名数据网络时，命名数据网络路由器将将该存储设备的存储设备广播到路由表中的命名数据网络路由器。每个命名数据网络路由器接收到广播的存储设备离开分组，然后通过移除存储设备信息来更新它的路由表。
图2示出了根据本公开的实施例的数据读取方法200的流程图。方法200可以由图1中所示的计算设备110来实现，也可以由其他适当的设备来实现。应当理解，数据读取方法200还可以包括未示出的附加步骤和/或可以省略所示出的步骤，本公开的实施例的范围在此方面不受限制。
在框202，计算设备110从客户端120接收数据读取请求。根据本公开的实施例，数据读取请求包括与目标数据相关联的数据标识，并且数据标识可以包括目标数据的名称或者与目标数据相关联的哈希值，例如，与目标数据的名称相关联的哈希值。
在框204，计算设备110基于在框202接收的数据读取请求中的数据标识确定目标数据的存储设备。根据本公开的实施例，存储设备可以是接收到数据读取请求的计算设备高速缓存，与接收到数据读取请求的计算设备相关联的存储设备，或者是可以通过网络130而与接收到数据读取请求的计算设备连接、属于同一命名数据网络100的另一计算设备的相关联的高速缓存或者存储设备。
在框206，计算设备110基于数据标识从存储设备获取目标数据。根据本公开的一些实施例，当计算设备110在框204确定目标数据的存储设备为计算设备110的高速缓存，与接收到数据读取请求的计算设备相关联的存储设备时，可以直接从存储设备获取目标设备。根据本公开的另一些实施例，当计算设备110在框204确定目标数据的存储设备为网络130而与接收到数据读取请求的计算设备连接、属于同一命名数据网络100的另一计算设备的相关联的存储设备时，计算设备110可以向作为远程计算设备的这一另一计算设备发送数据读取请求，并且而后从这一远程计算设备获取目标数据。而后，计算设备110可以将所获取的目标数据发送给发送了对应的数据读取请求的客户端110。
图3示出了根据本公开的实施例的数据存储方法300的流程图。方法300可以由图1中所示的计算设备110来实现，也可以由其他适当的设备来实现。应当理解，数据存储方法300还可以包括未示出的附加步骤和/或可以省略所示出的步骤，本公开的实施例的范围在此方面不受限制。
在框302，计算设备110从客户端120接收数据存储请求。根据本公开的实施例，数据存储请求包括与待存储数据相关联的数据标识，并且数据标识可以包括待存储数据的名称或者与待存储数据相关联的哈希值，例如，与目标数据的名称相关联的哈希值。
在框304，计算设备110基于数据标识确定待存储数据的目标存储设备。根据本公开的实施例，目标存储设备可以是与接收到数据存储请求的计算设备相关联的存储设备，或者是可以通过网络130而与接收到数据存储请求的计算设备连接、属于同一命名数据网络100的另一计算设备的相关联的存储设备。
在框306，计算设备110基于数据标识向目标存储设备存储待存储数据。根据本公开的一些实施例，当目标存储设备是与接收到数据存储请求的计算设备相关联的存储设备，计算设备110可以直接向目标存储设备存储待存储数据。
根据本公开的另一些实施例，当目标存储设备是可以通过网络130而与接收到数据存储请求的计算设备连接、属于同一命名数据网络100的另一计算设备的相关联的存储设备时，计算设备110可以向作为远程计算设备的这一另一计算设备发送数据存储请求，并且而后从远程计算设备接收针对待存储数据的数据读取请求，其中数据读取请求包括数据标识。最后，计算设备110可以响应于数据读取请求，向远程计算设备发送待存储数据。在一些实施例中，计算设备110还可以从远程计算设备接收存储成功指示。
图4示出了根据本公开的实施例的数据读取方法400的流程图。方法400可以由图1中所示的计算设备110来实现，也可以由其他适当的设备来实现。应当理解，数据读取方法400还可以包括未示出的附加步骤和/或可以省略所示出的步骤，本公开的实施例的范围在此方面不受限制。
在框402，计算设备110从客户端120接收数据读取请求。框402所涉及的内容与框202所涉及的内容相同，在此不再赘述。
在框404，计算设备110基于数据标识确定目标数据的存储设备是否为本地高速缓存。如果目标数据的存储设备是本地高速缓存，则方法400前进到框406，否则方法400前进到框408。
在框406，计算设备110从本地高速缓存获取目标数据。
在框408，计算设备110基于数据标识确定目标数据的存储设备是否为本地连接的存储设备。如果目标数据的存储设备是本地连接的存储设备，则方法400前进到框410，否则方法400前进到框412。
在框410，计算设备110从本地连接的存储设备获取目标数据。
在框412，计算设备110基于数据标识确定目标数据的存储设备是否与远程存储设备相关联。如果目标数据的存储设备与远程存储设备相关联，则方法400前进到框414，否则方法400可以报错退出，或者返回无法读取数据的指示。
在框414，计算设备110向远程计算设备发送数据读取请求。
在框416，计算设备110从远程计算设备接收目标数据。
图5示出了根据本公开的实施例的数据存储方法500的流程图。方法500可以由图1中所示的计算设备110来实现，也可以由其他适当的设备来实现。应当理解，数据存储方法500还可以包括未示出的附加步骤和/或可以省略所示出的步骤，本公开的实施例的范围在此方面不受限制。
在框502，计算设备110、从客户端120接收数据存储请求。框502所涉及的内容与框302所涉及的内容相同，在此不再赘述。
在框504，计算设备110基于数据标识确定目标存储设备是否为本地连接的存储设备。如果目标存储设备是否为本地连接的存储设备，则方法500前进到框506，否则方法500前进到框508。
在框506，计算设备110向本地连接的存储设备存储待存储数据。
在框508，计算设备110基于数据标识确定目标存储设备是否与远程存储设备相关联。如果目标存储设备与远程存储设备相关联，则方法500前进到框510，否则方法400可以报错退出，或者返回无法存储数据的指示。
在框510，计算设备110向远程计算设备发送数据存储请求。
在框512，计算设备110从远程计算设备接收针对待存储数据的数据读取请求，其中数据读取请求包括数据标识。
在框514，计算设备110响应于数据读取请求，向远程计算设备发送待存储数据。
在框516，计算设备110从远程计算设备接收存储成功指示。
以下以一个具体示例来说明根据本公开实施例的命名数据网络中数据读取和数据存储过程。
在定义的命名数据网络中，命名数据网络路由器的目标因特网协议地址存储在路由表中，路由表包含<键，值>。键是哈希(存储设备MAC)，值是存储设备的路由。该路线表独立于命名数据网络路由器的FIB。键被存储在搜索树中，这使得可以轻松找到根据一致哈希存储数据的存储设备。可选地，客户端可以向命名数据网络路由器发送名称或哈希(名称)的兴趣数据包。命名数据网络路由器能够在本身上计算哈希(名称)。
假设网络中具有路由器1、路由器2和路由器3，路由器2连接有存储设备1和存储设备2，路由器3连接有存储设备3和存储设备4，客户端1直接连接到路由器1。
当处理来自客户端1的数据读取请求时，客户端1向哈希(名称)和元数据(type_read_request)发送兴趣数据包；命名数据网络路由器1将哈希(名称)搜索其高速缓存中；如果在高速缓存中发现直接响应数据包到客户端1；如果在命名数据网络路由器1的高速缓存中找不到，请在其FIB中搜索，以查找路由兴趣数据包的位置；如果发现目标路由器是命名数据网络路由器3，则命名数据网络路由器1封装了兴趣分组，并通过IPSec VPN将其发送到命名数据网络路由器3；命名数据网络路由器1将哈希(名称)放入其PIT中；命名数据网络路由器3解封兴趣数据包并在其高速缓存中搜索；如果在高速缓存中找到，命名数据网络路由器3直接响应数据包到命名数据网络路由器1；如果未在命名数据网络路由器3的高速缓存中找到，请在其FIB中搜索，以查找路由兴趣数据包的位置；如果发现目标是存储设备4，则命名数据网络路由器3将兴趣数据包发送到存储设备4并将哈希(名称)放入其PIT中。
对应的，来自存储设备4的读取响应如下所示：存储设备4向哈希(名称)，元数据读取响应(Type_Read_Respond)和数据发送数据包；命名数据网络路由器3将数据包放入其高速缓存中，并在其PIT中搜索哈希(名称)；如果发现目标路由器是命名数据网络路由器1，则命名数据网络路由器3封装数据包并通过IPSec VPN将其发送到命名数据网络路由器1；命名数据网络路由器1解封兴趣数据包，将数据包放入其高速缓存中并在其PIT中搜索哈希(名称)；如果发现目标是客户端1，则命名数据网络路由器1将数据包发送到客户端1；当处理来自客户端1的数据写入请求时，客户端1向哈希(名称)和元数据(Type_Write_Request)发送兴趣数据包，指示写入操作；命名数据网络路由器1在其高速缓存中搜索哈希(名称)；如果在高速缓存中找到，命名数据网络路由器1直接响应数据包到客户端1；如果在命名数据网络路由器1的高速缓存中找不到，请在其FIB中搜索，以查找路由兴趣数据包的位置；如果发现目标路由器是命名数据网络路由器3，则命名数据网络路由器1封装了兴趣分组，并通过IPSecVPN将其发送到命名数据网络路由器3；命名数据网络路由器3解封兴趣数据包并在其高速缓存中搜索；如果在高速缓存中找到，命名数据网络路由器3直接响应数据包到命名数据网络路由器1；如果在命名数据网络路由器3的高速缓存中找不到，请在其FIB中搜索，以查找路由兴趣数据包的位置；如果发现目标是存储设备4，则命名数据网络路由器3将兴趣分组发送到存储设备4。
此时，来自存储设备4的对应的数据读取请求流程为：当存储设备4接收具有元数据(Type_Write_Request)的兴趣分组时，存储设备4将使用哈希(名称)和元数据(type_read_request)发送兴趣包；命名数据网络路由器3在其高速缓存中搜索哈希(名称)；如果在高速缓存中找到，命名数据网络路由器3直接响应数据包到存储设备4；如果未在命名数据网络路由器3的高速缓存中找到，请在其FIB中搜索，以查找路由兴趣数据包的位置；如果发现目标路由器是命名数据网络路由器1，则命名数据网络路由器3封装了兴趣分组，并通过IPSec VPN将其发送到命名数据网络路由器1；命名数据网络路由器3将哈希(名称)放入其PIT中；命名数据网络路由器1解封兴趣数据包并在其高速缓存中搜索；如果在高速缓存中找到，命名数据网络路由器1直接响应数据包到命名数据网络路由器3；如果在命名数据网络路由器1的高速缓存中找不到，请在其FIB中搜索，以查找路由兴趣数据包的位置；如果发现目标是客户端1，命名数据网络路由器1将兴趣包发送到客户端1并将哈希(名称)放入其PIT中。
这时，会从客户端1发送对于读取的响应：客户端1向哈希(名称)，元数据读取响应(Type_Read_respond)和数据发送数据包；命名数据网络路由器1将数据包放入其高速缓存中，并在其PIT中搜索哈希(名称)；如果发现目标路由器是命名数据网络路由器3，则命名数据网络路由器1封装了数据包，并通过IPSec VPN将其发送到命名数据网络路由器3；命名数据网络路由器3解封兴趣数据包，将数据包放入其高速缓存中，并在其PIT中搜索哈希(名称)；如果发现目标是存储设备4，则命名数据网络路由器3将数据包发送到存储设备4。
最后，如果需要的话，可以从存储设备4向客户端1发送写入成功响应：存储设备4使用哈希(名称)和元数据(type_write_success)发送兴趣包，该数据指示写入操作是成功的；命名数据网络路由器3在其FIB中搜索它以查找路由兴趣数据包的位置；如果发现目标路由器是命名数据网络路由器1，则命名数据网络路由器3封装了兴趣分组，并通过IPSecVPN将其发送到命名数据网络路由器1；命名数据网络路由器1解封兴趣数据包并在其哈希环路由表中搜索它以查找路由兴趣数据包的位置；如果发现目标是客户端1，则命名数据网络路由器1将兴趣数据包发送到客户端1。
以上参考图1至图5描述了根据本公开的实施例的设备和/或方法可以在其中被实施的命名数据网络100、根据本公开的实施例的数据读取方法200、根据本公开的实施例的数据存储方法300、根据本公开的实施例的数据读取方法400以及根据本公开的实施例的数据存储方法500的相关内容。应当理解，上述描述是为了更好地展示本公开的实施例中所记载的内容，而不是以任何方式进行限制。
应当理解，本公开的实施例以及各个附图中所采用的各种元件的数目和物理量的大小仅为举例，而并不是对本公开的实施例的保护范围的限制。上述数目和大小可以根据需要而被任意设置，而不会对本公开的实施例的正常实施产生影响。
通过以上参考图1到图5的描述，根据本公开的实施例的技术方案，所提出的框架不仅丰富了网络内计算，可以实现更高效的命名数据网络功能，还可以减少边缘设备、边缘服务器和云端的计算资源使用情况。此外，为了支持交换机上的命名数据网络网关，可以首先降低命名数据网络延迟，从而进一步提高了命名数据网络协议的适用性。通过在可编程交换机上工作的增强安全框架，可以轻松地在命名数据网络中建立安全的分布式内容传送系统。
此外，在可编程交换机上运行的命名数据网络网关的创新框架是对当前基于软件的解决方案的精细替代。通过利用P4语言，高效的命名数据网络网关在可编程交换机上成功运行。同时，通过提供因特网协议安全功能，可以以使命名数据网络重叠在因特网协议网络上。
再次，通过利用一致哈希方法，负载平衡系统形式的命名数据网络被构建为具有灵活性和冗余。通过创新地放置存储设备介质访问控制的哈希结果和一致哈希环中的命名数据网络数据包的名称，成功完成了负载平衡函数和副本支持。
最后，通过重新设计命名数据网络覆盖网络上的读写操作进程，分布命名数据网络网络可以在行业中完全运行，而不涉及骨干网络的支持。以这种方式，边缘物联网设备可以容易地使用强大的命名数据网络网络。
图6图示出了可以用来实施本公开的实施例的示例设备600的示意性框图。根据本公开的实施例，图1中的计算设备110可以由设备600来实施。如图所示，设备600包括中央处理单元(CPU)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的计算机程序指令或者从存储单元608加载到随机访问存储器(RAM)603中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 603中，还可以存储设备600操作所需的各种程序和数据。CPU 601、ROM 602以及RAM 603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。
设备600中的多个部件连接至I/O接口605，包括：输入单元606，例如键盘、鼠标等；输出单元607，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元608，例如磁盘、光盘等；以及通信单元609，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元609允许设备600通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
上文所描述的例如方法200、300、400和500的各个过程和处理可由处理单元601执行。例如，在一些实施例中，方法200、300、400和500可以被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于例如存储单元608的机器可读介质中。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 602和/或通信单元609而被载入和/或安装到设备600上。当计算机程序被加载到RAM 603并由CPU 601执行时，可以执行上文描述的方法200、300、400和500的一个或多个动作。
本公开的实施例可以涉及方法、设备、系统和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本公开的实施例的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是、但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的作为非穷举的列表的更具体的示例包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、例如通过光纤电缆的光脉冲的通过波导或其他传输媒介传播的电磁波、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开的实施例的操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以例如利用因特网服务提供方来通过因特网连接连接到外部计算机。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的实施例的各个方面。
这里参照根据本公开的实施例的方法、设备/系统和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的实施例的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理单元，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理单元执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (16)

1.一种数据读取方法，包括：
接收数据读取请求，所述数据读取请求包括与目标数据相关联的数据标识；
基于所述数据标识确定所述目标数据的存储设备；以及
基于所述数据标识从所述存储设备获取所述目标数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据标识包括与所述目标数据相关联的哈希值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中获取所述目标数据包括：
如果确定所述存储设备与远程计算设备相关联，向所述远程计算设备发送所述数据读取请求；以及
从所述远程计算设备接收所述目标数据。
4.一种数据存储方法，包括：
接收数据存储请求，所述数据存储请求包括与待存储数据相关联的数据标识；
基于所述数据标识确定所述待存储数据的目标存储设备；以及
基于所述数据标识向所述目标存储设备存储所述待存储数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述数据标识包括与所述待存储数据相关联的哈希值。
6.根据权利要求4所述的方法，其中存储所述待存储数据包括：
如果确定所述目标存储设备与远程计算设备相关联，向所述远程计算设备发送所述数据存储请求；
从所述远程计算设备接收针对所述待存储数据的数据读取请求，所述数据读取请求包括所述数据标识；以及
响应于所述数据读取请求，向所述远程计算设备发送所述待存储数据。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
从所述远程计算设备接收存储成功指示。
8.一种电子设备，包括：
至少一个处理单元；以及
至少一个存储器，所述至少一个存储器被耦合到所述至少一个处理单元并且存储用于由所述至少一个处理单元执行的指令，所述指令当由所述至少一个处理单元执行时，使得所述设备执行动作，所述动作包括：
接收数据读取请求，所述数据读取请求包括与目标数据相关联的数据标识；
基于所述数据标识确定所述目标数据的存储设备；以及
基于所述数据标识从所述存储设备获取所述目标数据。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述数据标识包括与所述目标数据相关联的哈希值。
10.根据权利要求8所述的电子设备，其中获取所述目标数据包括：
如果确定所述存储设备与远程计算设备相关联，向所述远程计算设备发送所述数据读取请求；以及
从所述远程计算设备接收所述目标数据。
11.一种电子设备，包括：
至少一个处理单元；以及
至少一个存储器，所述至少一个存储器被耦合到所述至少一个处理单元并且存储用于由所述至少一个处理单元执行的指令，所述指令当由所述至少一个处理单元执行时，使得所述设备执行动作，所述动作包括：
接收数据存储请求，所述数据存储请求包括与待存储数据相关联的数据标识；
基于所述数据标识确定所述待存储数据的目标存储设备；以及
基于所述数据标识向所述目标存储设备存储所述待存储数据。
12.根据权利要求11所述的电子设备，其中所述数据标识包括与所述待存储数据相关联的哈希值。
13.根据权利要求11所述的电子设备，其中存储所述待存储数据包括：
如果确定所述目标存储设备与远程计算设备相关联，向所述远程计算设备发送所述数据存储请求；
从所述远程计算设备接收针对所述待存储数据的数据读取请求，所述数据读取请求包括所述数据标识；以及
响应于所述数据读取请求，向所述远程计算设备发送所述待存储数据。
14.根据权利要求13所述的电子设备，所述操作还包括：
从所述远程计算设备接收存储成功指示。
15.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品被有形地存储在非瞬态计算机可读介质上并且包括机器可执行指令，所述机器可执行指令在被执行使得机器执行根据权利要求1至3中的任一项所述的方法的步骤。
16.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品被有形地存储在非瞬态计算机可读介质上并且包括机器可执行指令，所述机器可执行指令在被执行使得机器执行根据权利要求4至7中的任一项所述的方法的步骤。
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