JP5624331B2

JP5624331B2 - コンピュータ実施方法

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Publication number: JP5624331B2
Application number: JP2010019988A
Authority: JP
Inventors: エル．ジェイコブソンヴァン; ディー．ソーントンジェイムズ
Original assignee: Palo Alto Research Center Inc
Current assignee: Palo Alto Research Center Inc
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2030-02-01
Also published as: EP2214357B1; JP2010178343A; KR101511945B1; US20100195655A1; KR20100088562A; CN101820386A; US8204060B2; EP2214357A1; CN101820386B

Description

本発明は、一般に、通信ネットワークに係り、より詳しくは、本発明は、コンテンツ中枢（中心）ネットワークにおいてパケット転送するための方法及びそのシステムに関する。

現在のＩＰ（インタネットプロトコル）ベースのネイミング方法において、コンテンツを記憶するホストの識別が、対応するコンテンツを示すネームにおいて非明示的であることが多い。例えば、「“http：／／www.amazon.com/index.html”」は、マシン「www.amazon.com 」とコンタクトすることによって発見される。
なお、関連する技術が特許文献１に記載されている。

米国特許出願第１２／３３２５６０号

しかしながら、このコンタクトは、人間が読み取り可能なホストネームをＩＰアドレス（例えば、２０９．３４．１２３．１７８）へ変換するためにドメインネームサーバ（ＤＮＳ）を必要とする。（ＩＰルータ及びイーサネット（登録商標）（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））スイッチなどの）既存のネットワーキング装置において宛て先アドレスを知らずにパケットを転送する方法はいまだ提示されていない。

一実施態様は、パケット転送を容易にするシステムを提供する。動作中、システムは、階層的に構造化された可変長識別子（以下、階層構造化可変長識別子：ＨＳＶＬＩ）を有するパケットを受信する。システムは、次に、少なくともパケットのＨＳＶＬＩに基づいて転送エンジンでのルックアップ（検索）を実行する。転送エンジンは、ハードウェアベースの完全整合検索エンジン、ハードウェアベースの最長プリフィクス整合検索エンジン、又は、両方を用いて、実施される。検索の実行は、コンテンツ・ストア（記憶装置）、ペンディング・インタレスト・テーブル（保留関心表）、及び転送情報ベースの少なくとも一つに対する整合を検索することを含む。システムは、更に、検索に基づいて転送判断を行う。

他の実施態様において、ＨＳＶＬＩは、一つのコンテンツを示し、階層構造化され、そして、最も一般的なレベルから最も特殊なレベルまで順序付けされた隣接構成要素を含む。加えて、個々の識別子の長さは固定されない。

また、一実施態様において、転送エンジンは、コンテンツストア、保留関心表、及び転送情報ベースからのエントリを含むルックアップテーブル（対応表）を設けている。

他の実施態様において、システムは、パケットが関心又はＨＳＶＬＩに対応するコンテンツを含んでいるかどうかを判断する。

他の実施態様において、一つのコンテンツに対する関心を含むパケット、及びコンテンツストアにおいて整合が得られた検索に応答して、システムは、コンテンツストアに予め記憶されている一つのコンテンツをその関心のソース（出所）へ送信する。

他の実施態様において、一つのコンテンツに対する関心を含むパケット、及び保留関心表において整合が得られたが、コンテンツストアにおいて整合が得られなかった検索に応答して、システムは、対応する保留関心エントリを有するパケットの入力インタフェースを含むように、保留関心表を更新する。

他の実施態様において、一つのコンテンツに対する関心を含むパケット、及び転送情報ベースにおいて整合が得られたが、コンテンツストア又は保留関心表において整合が得られなかった検索に応答して、システムは、転送情報ベースにおける整合に対応する一つ以上のインタフェースへパケットを転送する。

他の実施態様において、一つのコンテンツを含むパケット、及び保留関心表において整合が得られた検索に応答して、システムは、保留関心表における整合に対応するインタフェースへパケットを転送する。システムは、また、パケットのコピーをコンテンツストアに記憶し、保留関心表の対応する保留関心を削除する。

本発明の一実施形態による、コンテンツ中枢ネットワーク（ＣＣＮ）の例示的なアーキテクチャを示す図である。本発明の一実施形態による、ＨＳＶＬＩを有するＣＣＮパケットを転送するための例示的なＣＣＮ転送器を示す図である。一実施形態による、一つのＨＳＶＬＩを有するパケット転送を容易にするプロセスを示すフローチャートである。一実施形態による、コンテンツストア、保留関心表、及び転送情報ベースの検索エントリが入っているＣＣＮ転送エンジンの動作を示すフローチャートである。一実施形態による、例示的なＣＣＮ転送器を示す図である。

図において、同一の構成要素には同様の参照番号が付される。

本発明の実施形態において、コンテンツ中枢（中心）ネットワーク（ＣＣＮ）における転送パケットの問題は、複数の対応表を組み合わせてコンテンツ又はその関心を転送する、検索エンジンを用いることによって、解決される。具体的には、コンテンツ中枢ルーチンエンジンは、いくつかの種類の対応表からの転送情報を組み合わせ、パケットの階層構造化可変長識別子に基づいて、相乗的な転送方式を提供する。以下は、コンテンツ中枢ネットワークとコンテンツネームについて説明されている。それ以降では、コンテンツ中枢ネットワークにおける転送機構がより詳細に説明されている。

以下の説明において、「コンテンツ消費者」又は「消費者」は、コンテンツを要求又は受信する実体（エンティティ）を指す。「コンテンツプロバイダ」又は「プロバイダ」は、コンテンツを提供するエンティティを指す。

用語「関心」又は「クエリ（照会）」は、いくらかのコンテンツに対する要求を指す。関心パケットは、（ネットワーク内に存在し得るコンテンツの集まりから、）どのコンテンツが所望されるか、及び、必要に応じて、所望されないコンテンツ（要求者が既に所有しているか又は前後の関係から無関係であると分かっているコンテンツ）を表現する特殊な形態の照会を符号化する。照会の重要部分は、所望されるコンテンツネームのプリフィクスである。以下に説明される階層構造化可変長識別子（ＨＳＶＬＳ（複数の場合もある））とも称されるコンテンツネームの階層構造によって、このようなプリフィクスがコンテンツの（潜在的な）集合が識別される。照会の他の部分は、その集合の中から、どのコンテンツが所望されているかを絞り込む。フォワーダ（転送器）は、関心を満たすコンテンツデータを送る役割を果たすか、又は、対応しているコンテンツのいくつかのソースにより近そうな一つ以上のネクストホップ宛先へ関心そのものを送信する役割を果たす。

用語「コンテンツ」、「コンテンツデータ」、「コンテンツパケット」、及び「データパケット」は、コンテンツのユニットを指す。ＣＣＮにおいて、コンテンツパケットは、自己識別性である：コンテンツパケットは、コンテンツネーム全体を運ぶが、コンテンツ自体のハッシュ（値）であるネームの部分は非明示的に扱われ得る。転送器は、一般に、対応する関心のソースへコンテンツデータを転送する一方、一般に今後発生する関心を満たすために使用され得るキャッシュコピーを保持する働きもする。

用語「フェース」は、アプリケーション又はネットワークをつなぐＣＣＮ転送器上のインタフェースを指す。フェースは、ハードウェア又はソフトウェアをベースにしてよい。このようなＣＣＮインタフェースは、「フェース」と呼ばれ、ルータ用語における物理的なネットワークインターフェースとしての「インタフェース」の一般的な意味とは区別される。関心とコンテンツパケットは、フェースを介して、受送信される。フェースは、単一のアプリケーション、二地点間ネットワーク接続を介する単一遠隔ノード、又は、ネットワークにおけるブロードキャスト又はマルチキャストグループなどのノードの集まりをつなぐ。

用語「転送情報ベース（ｆｏｒｗａｒｄｉｎｇｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｂａｓｅ）：ＦＩＢ」及び「転送表」は、関心をどこに送信すべきかをネームのプリフィクスの検索（ルックアップ）に判断させるデータ構造を指す。ＣＣＮのＦＩＢにおける検索は、一般に、関心パケット又はコンテンツパケットを複数のフェースへ転送することが許容されるので、基準値を一つ以上の出力フェースへ戻す。

用語「コンテンツストア（ｃｏｎｔｅｎｔｓｔｏｒｅ）とＣＳ」は、コンテンツパケットがこれから整合する関心に応答して分配されるようにこれらのコンテンツパケットを保持する、データ構造を指す。ＣＣＮにおいて名付けられるデータの使用は、その所在からコンテンツを切り離し、ネットワークのどんな所在地においても記憶装置（ストレージ）を容易にトレードすることができるように設計されている。ＣＣＮのコンテンツストア（ＣＳ）は、従来のＩＰルータにおける出力インタフェースに関連付けられる待ち行列（キュー）バッファメモリに代用される。通信が混雑している場合に外部インタフェースにパケットを記憶する（これはＩＰルータによって実行される）より、むしろ、ＣＣＮ転送器は、ＣＳにデータパケットを記憶する。ＣＳは、「分散メモリ階層」として実施され、この分散メモリ階層は、各パケットが自己識別性であり不変であるため、多数のコピーが調整なしで、存在し得るという事実によって単純化されている。

用語「保留関心表（ｐｅｎｄｉｎｇｉｎｔｅｒｅｓｔｔａｂｌｅ）とＰＩＴ」は、コンテンツパケットのＣＣＮネームのプリフィクスに基づいて対応する保留関心を検索に識別させる、データ構造を指す。検索の結果に基づいて、ＣＣＮ転送器は、コンテンツパケットをどこへ、そして、どのように転送するかを判断することができる。ＰＩＴは、関心を提供したことのある複数のフェースのリストへ、保留関心ごとに、基準値を記憶させる。換言すれば、ＰＩＴは、対応する関心をすでに生成したことのある関心のソース（出所）へどのようにしてコンテンツパケットを送るべきかを示す記録を維持し、対応する関心は、一つ以上のコンテンツパケットによって満たされるまで保留されたままである。

コンテンツ中枢ネットワークは、コンテンツ・トランスポートに対して新たな手法をもたらすことができる。コンテンツがその間にわたって移動する端末間会話としてのアプリケーションレベルにおいてネットワークトラフィックを見させる代わりに、コンテンツは、部分的であるが、コンテンツに付与されたネームに基づいて、要求されるか又は戻される。本実施形態は、コンテンツホストノードへ関心を転送し、コンテンツ消費者へ対応するコンテンツを戻す、ＣＣＮ転送器を提供する。ＣＣＮ転送エンジンは、転送情報ベース、コンテンツストア、及び保留関心表を組み合わせて、関心とコンテンツの両方の転送を容易にする。スパニング・ツリー・ベースの経路指定を要求する（ＩＰルータにおいて実施される機構などの）従来のトポロジーベースの転送機構とは異なり、ＣＣＮ転送エンジンは、複数の出力フェースへパケットを転送すると共に、ループなし転送を確実にすることができる。

ＣＣＮにおいて、コンテンツは、テキスト、画像、ビデオ及び／又はオーディオなどの任意の形態のデータを含む。コンテンツ消費者又はプロバイダは、コンピュータ利用者又はアプリケーションなどの自動プロセスであってよい。一つのコンテンツは、コンテンツ全体又はコンテンツのそれぞれの部分を指す。例えば、新聞記事は、データパケットとして具現化される多数のコンテンツによって表されてよい。一つのコンテンツは、認証データ、作成データ、コンテンツ所有者などの情報によってそのコンテンツを記述するか又はそのコンテンツを増大させる働きをする、メタデータに関連付けられる。

一般に、ＣＣＮパケットは、一つのコンテンツに対する関心又は関心に対応する一つのコンテンツに対応している。パケットペイロードが関心であるか又はコンテンツデータであるかにかかわらず、パケットは、階層構造化可変長識別子（ＨＳＶＬＩ）によって識別される。このＨＳＶＬＩもまた、対応するコンテンツネームである。例えば、ＨＳＶＬＩ「“ａｂｃｄ／ｂｏｂ／ｐａｐｅｒｓ／ＣＣＮ／ｎｅｗｓ”」は、コンテンツのネームを表すと共に、対応するパケット（複数の場合もある）を識別する。「コンテンツネーム」とも呼ばれるこのＨＳＶＬＩは、「“ＡＢＣＤ”」と名付けられた編成において「”Ｂｏｂ”（ボブ）」というユーザのための新聞の「“ＣＣＮ”」の集まりの中から、「ニュース」記事に言及する。

一つのコンテンツを要求するために、ノードはコンテンツのネ−ム（即ち、ＨＳＶＬＩ）によってそのコンテンツへの関心を表現する（例えば、同報通信（ブロードキャスト）する）。ＣＣＮ転送器は、そのコンテンツを有するノード（複数の場合もある）へ関心を転送し、そのコンテンツの要求元へ戻して受け渡す。理想的には、ＣＣＮ転送インフラストラクチャは、情報をもっていそうな有望ノードへ関心を知的伝播させ、次に、関心が横切った経路を逆戻りして、利用可能なコンテンツを運ぶ。

従来のパケット転送が、複数のノード（又は複数のノードのインタフェース）に割り当てられた「アドレス」に基づいていることに注目されたい。例えば、ＩＰアドレス指定において、ＩＰアドレスの最初の部分がネットワークを識別し、その後の部分がネットワーク内のサブネットワークを識別し、最後の部分がサブネットワーク内の特定のホストを識別するように、アドレスの階層分割が使用される。この構成によって、特殊なアドレスを割り当てるための責任を委託、分散することができるため、インターネットを世界的な規模へ基準化することができる。また、この構成は、出力ポートへパケットを転送する時にＩＰルータが処理する必要のある情報量を制約することによって基準化を可能とする。

対照的に、ＣＣＮにおいて、ＨＳＶＬＩの階層構造は、ＩＰアドレスの階層構造（又はイーサネット（登録商標）ＭＡＣアドレスなどの他の種類のアドレス）より、有利である。関心は、サブネットマスクを含むＩＰ経路指定の表エントリを介して非明示的ではなくむしろ、ネームを介して明示的に構造を記述することができる。このようにして、ＨＳＶＬＩを用いると、階層におけるネイミング誤りが検査によって検出されるが、ＩＰベースのサブネットマスク誤りは、間違ったアドレスへパケットを経路指定する可能性があり、検出がより困難になる。

関心パケットの一部であるＨＳＶＬＩは、プリフィクスとしてＨＳＶＬＩを有するいかなるコンテンツネームによっても整合され得る。例えば、「“／ｐａｒｃ．ｃｏｍ／ｖａｎ／ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ．ｐｄｆ”」と表示する関心は、コンテンツネーム：「“／ｐａｒｃ．ｃｏｍ／ｖａｎ／ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ．ｐｄｆ／ｐ１”」と「“／ｐａｒｃ．ｃｏｍ／ｖａｎ／ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ．ｐｄｆ／ｐ２.”」によって整合され得る。関心を受信しこの関心に整合しているコンテンツを有するノードであればどのノードでもコンテンツを伴って応答できる。関心に整合するコンテンツはその関心を「消費している」と表現される。これによって、コンテンツ消費者がコンテンツを続けて受信したい場合、更なるコンテンツパケットが消費者に分配されるように、対応している関心が再表現される。コンテンツは、異なる場合もあるが、多数の関心と整合され得る。

図１は、本発明の実施の形態による、ＣＣＮの例示的なアーキテクチャを示す。この例において、ＣＣＮ１８０は、構成要素１００〜１４５を含む。ネットワークにおける各ノードは、一つ以上の他のノードにつながっている。ネットワーク接続１８５は、このような接続の一例である。ネットワーク接続は、実線で示されているが、各線は、二つのノードをつなぐサブネットワーク又は超ネットワークも示すことができる。ネットワーク接続は、ブロードバンド、無線、電話、衛星、又は任意の種類の接続であってよい。ノードは、ホスト（コンピュータシステム）、ホストのクラスタ又はネットワーク、アプリケーション、及び／又は、関心を生成するか又はコンテンツを創出する装置などの任意のエンティティ（実体）であってよい。

消費者は、一つのコンテンツにおいて関心を生成し、次に、その関心をＣＣＮ１８０のノードへ送信することができる。対応するコンテンツは、ネットワーク内外に所在し得る出版元やコンテンツプロバイダによって、ＣＣＮ１８０のノードへ記憶され得る。例えば、図１において、一つのコンテンツにおける関心はノード１０５において創出される。ノード１０５においてそのコンテンツが使用できない場合、関心は、ノード１１５などのノード１０５につながっている一つ以上のノードへ転送される。ノード１１５が要求されたコンテンツのコピーを記憶していない場合、ノード１１５は、その関心をノード１２５へ送り、ノード１２５は更にその関心をノード１３０へ転送する。関心が横切った経路は、図１の関心流れ１５０、１５５及び１６０で示されている。ノード１３０は、そのコンテンツのコピーを記憶しているので、コンテンツは、次に、コンテンツが分配されるノード１０５へ関心が到着するまで、その関心が横切った経路を逆戻りする（コンテンツ流れ１６５、１７０及び１７５）。関心流れ又はコンテンツ流れに関わった各ノードは、関心又はコンテンツに対し、任意の認証オペレーションを実行することができる。

ＣＣＮ１８０において、コンテンツホルダ（ノード１３０）と関心生成ノード（ノード１０５）の間の通路における任意数の中間ノード（ノード１〜１４５）が、コンテンツがネットワークを横切る際、コンテンツの局所的コピーのキャッシュ（保存すること）に参加できる。コンテンツは、それぞれのノードのコンテンツストア（ＣＳ）に記憶され得る。キャッシングは、局所的にキャッシュされたコンテンツへのアクセスを非明示的に共有することによって、他の加入者たちに近接して所在する第２の加入者に対するネットワーク上の負荷を軽減する。

一実施形態において、ＣＣＮ転送エンジンには、ＣＳ、ＰＩＴ、及びＦＩＢへのエントリがロードされている。検索結果は、割り当てられた優先順位を受けて、所望される対応表から得られる整合が転送エンジンによって使用される。次に、更なる整合検査又は照会処理を含む適切な検索後処理が整合結果に対して実行される。

図２は、本発明の一実施形態によるＨＳＶＬＩを有するＣＣＮパケットを転送するための例示的なＣＣＮ転送器を示している。この例において、ＣＣＮ転送器２００は、フェース２１２及び２１４などの多数のフェースを含む。スイッチファブリック２１０は、これらのフェースと相互につながる。

ＣＣＮ転送エンジン２０２は、スイッチファブリック２１０を制御し、着信パケットをどのように処理又は転送するかを判断する。ＣＣＮ転送エンジン２０２内には、ＦＩＢ２０４、ＣＳ２０６、及びＰＩＴ２０８が入っている。

図１に関して上記されているように、コンテンツ消費者は、一般に、（消費者がコンテンツのコピーをすでに持っていないと仮定した場合、）関心を生成し、その関心をデフォルト・ネクストホップ・ノードへ送信する。ネクストホップ・ノードは、関心パケットを処理し、ノードがコンテンツのコピーを記憶しているか又は同様の関心を以前転送したことがあるかによって、ノードは、（一般的に、関心が到着する同じフェースを経て、）消費者へコンテンツを戻して、対応する入力フェースをＰＩＴに加算してもよいし、又は、ＦＩＢ検索に基づいて関心を転送してもよい。ＣＣＮ転送器２００などのそれぞれのＣＣＮ転送器の詳細な動作を以下に説明する。

パケットを入力フェースから受信すると、ＣＣＮ転送エンジン２０２は、まず、パケットが関心パケットであるか又はコンテンツパケットであるかを判断する。パケットが関心を含んでいる場合、ＣＣＮ転送エンジン２０２は、最初に、ＣＳ２０６を検索して、関心パケット内のＨＳＶＬＩに整合しているコンテンツがあるかどうかを判断する。一実施形態において、ＣＳ２０６は、関心パケットのＨＳＶＬＩに対応する、コンテンツネームによって索引付けされる。ＣＳにおいてヒットすれば（即ち、関心パケットに整合するコンテンツがあれば）、ＣＣＮ転送エンジン２０２は、ＣＳ２０６からコンテンツを取り出し、関心が到着する同じフェースへコンテンツを送る。ＣＳ２０６が要求されたコンテンツのコピーを記憶していない場合、転送エンジン２０２は、ＰＩＴ２０８を検索する。ＰＩＴ２０８においてヒットすれば、同一コンテンツにおける先の関心が既に転送されていることを意味する。従って、転送エンジン２０２は、関心が到着する入力フェースをＰＩＴ２０８へ追加し、これによって、ネットワークからコンテンツが戻された時、このコンテンツを関心の出所を辿って送信することができる。

ＰＩＴ２０８が、整合する関心を含んでいない場合、ＦＩＢ２０４は、関心パケットのＨＳＶＬＩプリフィクス（表記）によって検索される。一実施形態において、転送エンジン２０２は、関心パケットのＨＳＶＬＩのプリフィクスに基づき、ＦＩＢ２０４において最長プリフィクス検索を実行する。最長プリフィクス整合検索は、ＨＳＶＬＩ（複数の場合もある）を有する転送パケットにおいて重要である。例えば、「“／ｐａｒｃ／ｈｏｍｅ／ｓｍｅｔｔｅｒｓ”」において関心を示すＨＳＶＬＩは、「“／ｐａｒｃ／ｈｏｍｅ／ｓｍｅｔｔｅｒｓ／ｔｅｓｔ．ｔｘｔ”」と「“／ｐａｒｃ／ｈｏｍｅ／ｓｍｅｔｔｅｒｓ／ｂａｒ．ｔｘｔ．”」の両方に整合する。プリフィクスが、最も一般的なレベルの構成要素から開始されるＨＳＶＬＩにおいて一つ以上の隣接構成要素を示すことに注目されたい。例えば、「“／ａ／ｂ”」は、「“／ａ／ｂ／ｃ／ｄ”」のプリフィクスであり、ここで、「“／ａ”」が最も一般的なレベルであり、「“ａ”」、「“ｂ”」、「“ｃ”」、及び「“ｄ”」は、隣接構成要素である。ＨＳＶＬＩは、複数のプリフィクスを有してもよい。例えば、「“／ａ／ｂ／ｃ”」は、「“／ａ／ｂ／ｃ／ｄ”」のプリフィクスでもある。ネーム構成要素の数に関して、最長プリフィクス整合は、最も特殊だから最良である、と考えられる。

ＦＩＢ２０４において整合が見つかった場合、検索結果は、関心パケットが転送され得る一つ以上のフェースを識別する。したがって、関心パケットは、これらのフェース（複数の場合もある）へ転送される。更に、関心（即ち、そのＨＳＶＬＩ）及び対応する入力フェースは、ＰＩＴ２０８内に記憶される。

ＦＩＢ２０４において整合が見つからなかった場合、転送エンジン２０２は、関心パケットをデフォルト出力フェースへ転送してもよい。一実施形態において、ＦＩＢ２０４は、明示的な整合が全くない場合、デフォルト結果を生成することもあり、このデフォルト結果は、他の整合が全くない場合に最長プリフィクス整合を生成するであろうＦＩＢ２０４における実値ゼロ（０）のエントリによって、又は特別な処理を施すかのいずれかによって、生成される。このようなデフォルト結果は、ＦＩＢ２０４における整合として扱われる場合もある。必要に応じて、ＦＩＢ２０４において明示的な整合が見られなかった場合、転送エンジン２０２が、関心パケットを落とす場合もある。

着信パケットがコンテンツパケットである場合、転送エンジン２０２は、まず、ＰＩＴ２０８を検索して、コンテンツパケットによって満たされる保留関心があるかどうかを判断する。ＰＩＴ２０８に整合がなかった場合、これは、対応するコンテンツに対して今現在保留されている関心がないことを意味し、転送エンジン２０２は、コンテンツパケットを落とすことができる。一実施形態において、転送エンジン２０２は、必要に応じて、ＣＳ２０６内のコンテンツのコピーを任意に記憶することができ、今後発生する整合している関心を受信した場合、記憶されているコンテンツが消費者にタイムリーに供給され得る。

ＰＩＴ２０８において受信したコンテンツパケットの整合があった場合、転送エンジン２０２は、コンテンツパケットをＰＩＴ整合の対応するＨＳＶＬＩに関連付けられるフェースへ転送することができる。即ち、コンテンツは、保留関心が以前到着したことのあるフェース（複数の場合もある）へ送信される。このように、転送エンジン２０２は、コンテンツが保留関心の出所（ソース）へ遡ることを確実とする。加えて、コンテンツパケットのコピーは、ＣＳ２０６に記憶される。各コンテンツパケットが不変であり、自己識別性を有しているので、コンテンツパケットがＣＳ２０６に前々から記憶されることが可能であるし、この場合、記憶ステップは飛ばしてもよい（あるいは、ＣＳ２０６の状態に影響を与えない）。

コンテンツパケットが、ＰＩＴ２０８において識別された全てのフェースへ転送された後、対応している関心がＰＩＴ２０８から除去されるが、これは、関心がノードにおいて満たされ、もう保留状態でなくなったためである。一実施形態において、各関心コンテンツ対（ペア）が流れ制御機構として作用するが、その場合、コンテンツ消費者は、前もって送信された関心が満たされた後で、新しい関心を発信することができる。

図３は、本発明の一実施形態による、ＣＣＮにおいてパケットを転送するプロセスを示すフローチャートである。動作中、システムは、着信パケットを受信する（動作３０２）。次に、システムは、パケットのヘッダ又はペイロード情報に基づいて、パケットが関心パケット又はコンテンツパケットかどうかを判断する（動作３０４）。

受信したパケットが関心パケットである場合、システムは、更に、ＣＳにおいて検索を実行して、ＣＳにおいて関心に整合するコンテンツがあったかどうかを判断する（動作３０６）。整合があった場合、コンテンツのコピー（又は一つ以上のコンテンツパケットのコピー）を、関心が到着する同一フェースを介して関心のソースへ戻す（動作３０７）。ＣＳにおいて整合がなかった場合、転送エンジンは、ＰＩＴにおいて検索を更に実行し、ＰＩＴにおいて、同一コンテンツに対して保留されている関心が既に存在しているかどうかを判断する（動作３０８）。ＰＩＴにおいて整合があった場合、システムは、関心が到着するフェースを含むように、対応するＰＩＴエントリを更新し（動作３１０）、続けて、次の着信パケットを受信する。

関心パケットに対してＰＩＴにおいて整合がなかった場合、システムはＦＩＢにおいて検索を実行する（動作３１２）。整合があった場合、システムは、ＦＩＢ検索に基づいて整合されたフェース（複数の場合もある）へ関心パケットを転送する（動作３１４）。システムは、更に、次の着信パケットを受信する前に、関心パケットを含むＰＩＴを更新する（動作３１０）。ＦＩＢにおいて整合がなかった場合、システムは、必要に応じて、関心パケットをデフォルトフェースへ転送するか、又はパケットを落とすことができる（動作３１６）。

受信したパケットがコンテンツパケットである場合（動作３０４）、システムは、最初に、ＰＩＴにおいて検索を実行する（動作３１８）。ＰＩＴにおいて整合がなかった場合、これは、着信コンテンツパケットに対して保留関心がないことを意味するので、システムは、コンテンツパケットを落とす（動作３１９）。必要に応じて、システムは、今後発生する関心パケットを予想して、コンテンツパケットのコピーを記憶することもできる。

ＰＩＴにおいてコンテンツパケットの整合があった場合、システムは、ＰＩＴから戻されたフェース（複数の場合もある）へコンテンツパケットを転送する（動作３２０）。システムは、更に、コンテンツパケットのコピーをＣＳ内へ記憶する（動作３２２）。続いて、システムは、ＰＩＴ内の保留関心エントリを削除する（動作３２４）。

ＣＣＮ転送器の任意の実践的な実現において、内部データ構造の記憶容量は、データ構造が満杯になることを想定して、境界決定される。これらのシナリオ（筋書き）に対処すべく、様々な記憶管理方式を用いることができる。

ＣＳ（コンテンツ記憶装置）が満杯になった時、新着のコンテンツパケットに対して何をするべきかという方針が求められる。ＣＳにおいて最近の使用頻度が低かったコンテンツパケット（複数の場合もある）を新着コンテンツパケットに置き換えることも一つの方針である。また、例えば、特定のネームのプリフィクスを有する新着コンテンツパケットを破棄するか、又は、何らかのキーがサインされた古いパケットを破棄するかなどの、かなり複雑な方針を実施することもできる。一つのＣＣＮ転送モデルにおいて、メモリは、パケットキュー（待ち行列）よりもＣＳ向けに作られているため、ＣＳ到着時にコンテンツパケットがＣＳに記憶されないという方針であれば、そのコンテンツパケットはどこにも転送されない。コンテンツパケットは、ある期間を過ぎればそのデータはもう古いと予想する最大保留期間を表明する出版元からの注釈を含むこともある。ＣＳが満杯になった場合、古くなったパケットは定期的に破棄され又優先的に選択されて交換される。任意のデータをパケット待ち行列に記憶させるためにはあまり所望されない従来のＩＰ転送とは異なり、ＣＣＮアーキテクチャは、これから発生する要求が局所的に解決される機会を得ることができるように、ＣＳにできるだけ多くのデータを記憶させるために最良となるように設計されている。つまり、回線混雑の場合、転送器にもう既に存在しているメモリを用いることは、それを使用しない場合よりも好ましい。

システムは、ＰＩＴが満杯である時の状況に対応するために、さまざまな方針を実行することができる。ＣＳ内のコンテンツデータとは異なり、関心の寿命は、設計の一部として、境界付けされているので、古い関心はもう消え去った消費者のためにずっと保留されたままではない。対応するコンテンツを受信しない消費者は、関心が満たされないままであれば、関心を定期的に再送信することもできる。ＣＳと同様に、一実施形態において、ＰＩＴは、従来のパケット待ち行列に代わって、関心に対するバッファとして作用することもできる。整合されなかった関心をＰＩＴに記憶しない方針であれば、その関心はどこにも転送されないだろうし、たまたま着信した整合コンテンツデータも転送されることはない。

ＦＩＢ（転送情報ベース）は、転送動作中、自動的に更新されない転送データ構造である。ＦＩＢの更新は、手動的に構成するか又はいくらかの経路指定プロトコルの実施のいずれかによって、オフラインで実行される。ＦＩＢのメモリスペースが不足した場合、転送器の接続性が制約を受けることもある。しかしながら、ＣＣＮのＦＩＢの使用量については、関心の良好な結果が得られそうもない更なる宛て先に関心を送信するための帯域幅を犠牲にして、エントリを共通のプリフィクスによって強化することによって、（その使用量を）潜在的に安全に削減できることに注目されたい。

いくつかの実施形態において、ＣＣＮ転送エンジンは、ＣＣＮ転送器の動的な最適化を容易にする戦略的な層を用いる。例えば、システムは、性能ベースの転送を行うために、二つの別個のネットワークを介した接続性を有する転送器を使用することができる。基本的な経路指定（ルーチング）構成は、特定のＨＳＶＬＩプリフィクスを有するパケットが一つ以上のフェースへ転送されることを指定することができる。最初に、このようなパケットは複数のフェースへ転送され得る。戦略機能は、整合しているコンテンツが、他のコンテンツよりも速く、一つのフェースを介して、受信されることを観察するために使用される。続いて、システムは、より迅速なコンテンツの配信のために、同一のＨＳＶＬＩプリフィクスを有する関心パケットをこのフェースへ転送しようと決定する。これらの動的な最適化は、ＦＩＢを調整するために戦略層が使用する転送統計を収集する分離した機能として、非同期的に実施され得る。

先に述べたように、ＣＣＮ転送エンジンには、ＣＳ、ＰＩＴ、及びＦＩＢへのエントリがロードされている。検索結果は割り当てられた優先順位に従い、転送エンジンは所望の対応表からの整合を用いる。検索後の処理は、更なる整合検査又は照会処理を含み、これらの結果に対して実行される。

ＣＣＮ転送エンジンは二つの更なる固有の特徴を有している：
● 複数のエントリ：ＣＣＮ対応表は、所与のＨＳＶＬＩ（又はプリフィクス）に対して複数のエントリを有しており、この点が、ループ化を避けるためにアドレス（又はプリフィクス）ごとに単一エントリしかもたない従来の転送器とは異なる。従って、ＣＣＮ転送エンジンにおける整合結果は、ＣＳ、ＰＩＴ、又はＦＩＢにおいて検索が発生するかどうかに応じて、実際のコンテンツパケット、関心、又はフェースのリストへのポインタになり得る。
● 優先順位メカニズム：一実施形態において、ＣＣＮ転送エンジンは、複数の整合が得られそうな整合結果に対して、特定の優先順位を適用する。例えば、３進法のコンテンツ・アドレッサブル（対応可能）メモリ（ＴＣＡＭ）を使い、優先順位エンコーダは、複数の整合エントリの最初のエントリを選択するために用いられ、これによって、ロードする順番がそのまま優先順位を表すように用いられる。ツリーベース・ルックアップ（検索）を使い、システムは、同一ノードにおける優先順位を多数のエントリに対して明示的に付けることができる。ＣＣＮ転送エンジンは三つの対応表（ＣＳ、ＰＩＴ、及びＦＩＢ）を組み合わせると共にこれらの複数の整合は異なる表からエントリされるので、各表が上述したようなエントリのリストを有し得ることに注目されたい。

一実施形態において、ＣＣＮ転送エンジンは以下のように進行される：
１．パケットが入力フェースを介してネットワークから受信される。
２．検索（ルックアップ）は、適合された共通の検索エンジンを用い、パケットプリフィクスに実行される。この時点まで、二つのＣＣＮパケットタイプ（即ち、関心パケットとコンテンツパケット）の取扱いに違いはない。
３．検索結果は、ＣＳからのコンテンツパケット、ＰＩＴからの関心、又はＦＩＢからのフェースであり、ＣＣＮのパケットタイプに基づいてパケットの更なる処理を制御することができる。
４．パケットタイプ及び処理の後の結果次第では、着信パケットが一つ以上の出力フェースを介して送信され、ＣＳからのコンテンツパケットが入力フェースを介して送信され、又は、着信パケットが落される。

図４は、本発明の一実施形態による、複合ＣＣＮ転送エンジンの動作を示すフローチャートである。動作中、システムは、着信パケットを受信する（動作４０２）。次に、システムは、複合転送エンジンにおけるパケットのＨＳＶＬＩに基づいて検索を実行し、複合転送エンジンは、ＣＳ、ＰＩＴ、及びＦＩＢのためのエントリによる同時検索を含んでいる（動作４０３）。検索が終了して結果を得た後、システムは、パケットがパケットのヘッダ又はペイロード情報に基づいた関心パケット又はコンテンツパケットであるかどうかを判断する（動作４０４）。検索結果が、（ＣＳ整合に対応している）コンテンツパケット、（ＰＩＴ整合に対応している）保留関心、及び（ＦＩＢ整合に対応している）出力フェースを含んでよいことに注目されたい。

受信したパケットが関心パケットである場合、システムは、検索（ルックアップ）が、検索結果に基づいて、ＣＳ整合を得たかどうかを更に判断する（動作４０６）。ＣＳ整合があった場合、コンテンツのコピー（又は一つ以上のコンテンツパケットのコピー）が、関心が到着する同一フェースを介して、関心のソースへ戻される（動作４０７）。ＣＳ整合がなかった場合、転送エンジンは、対応しているＰＩＴ検索結果に基づいたＰＩＴの同じコンテンツに対する保留関心が既に存在しているかどうかを更に判断する（動作４０８）。ＰＩＴに整合があった場合、システムは、関心が到着するフェースを含むように対応するＰＩＴエントリを更新し（動作４１０）、次の着信パケットを続けて受信する。

ＰＩＴにおいて関心パケットの整合がなかった場合、システムはＦＩＢ整合があるかどうかを判断する（動作４１２）。ＦＩＢ整合があった場合、システムは、ＦＩＢ検索に基づいて整合したフェース（複数の場合もある）へ関心パケットを転送する（動作４１４）。システムは、また、次の着信パケットを受信する前に、関心パケットを有するＰＩＴを更に更新する（動作４１０）。ＦＩＢにおいて整合がなかった場合、システムは、必要に応じて、デフォルトフェースへ関心パケットを転送するか、又は、パケットを落とす（動作４１６）。

受信したパケットがコンテンツパケットであった場合（動作４０４参照）、システムはＰＩＴにおいて整合があったかどうかをまず判断する（動作４１８）。ＰＩＴにおいて整合がなかった場合、これは、着信コンテンツパケットに対して保留関心がないことを意味するので、システムはコンテンツパケットを落とす（動作４１９）。必要に応じて、システムは、これから発生する関心パケットを予想して、コンテンツパケットのコピーを記憶することができる。

ＰＩＴにおいてコンテンツパケットに対して整合があった場合、システムは、このＰＩＴ整合に基づいて、フェース（複数の場合もある）にコンテンツパケットを転送する（動作４２０）。システムは、コンテンツパケットのコピーをＣＳに更に記憶する（動作４２２）。続いて、システムは、ＰＩＴにおける保留関心エントリを削除する（動作４２４）。

ＣＳ、ＰＩＴ、及びＦＩＢにおける検索を組み合わせて一つの検索処理とする上記の転送処理が、ＣＣＮ転送エンジンを実施するための唯一の方法であることに注目されたい。図３に記載されている転送方法も、最適化が不十分なところはあるが、使用することができる。以下の説明は、各対応表からのエントリ（即ち、ＣＳ、ＰＩＴ、及びＦＩＢ）が共通の検索エンジンにどのようにロードされるかについてより詳細に示している。

ＦＩＢ：ＦＩＢにおいて、各転送プリフィクスをいったん共通のＣＣＮ検索エンジンへ入れる。ＦＩＢからのエントリは優先順位が最も低い。最長プリフィクス検索は、ＦＩＢに対して好ましいとされる検索方法である。ＦＩＢ検索の後の処理後は他のいかなる整合も要求されない。

ＰＩＴ：ＰＩＴは、ＦＩＢと同様に扱われる。各保留関心プリフィクスをいったん共通のＣＣＮ検索エンジンに入れる。ＰＩＴからのエントリは優先順位が最も高い。ＰＩＴの最長プリフィクス整合は、その後、処理後の照会（クエリ）項の残りと整合される。例えば、もしあれば、出版元を制約している任意の照会の項を考慮に入れる必要がある。

ＣＳ：ＣＳのコンテンツパケットごとに、一つのエントリが、すべての可能性のあるＣＣＮプリフィクスに対して共通の検索エンジンに追加される。このように、任意の利用可能なコンテンツパケットを得るために照会される全ての可能性のあるプリフィクスに含まれる検索エンジンエントリが提供される。ＣＳ内の多数のコンテンツパケットは、プリフィクスを共有でき、共通の検索エンジンにおける同一のＣＳエントリに対して複数のエントリとなる。ＰＩＴと同様、最長プリフィクス整合の後、引き続き、出版者などの他の項との整合が行われる。また、照会がコンテンツネームのツリーの特定のプリフィクスに相対するコンテンツを要求することもあり、これが適切な整合を見つける検索後に理想的に評価される。ＣＳからのエントリの優先順位は、中位であり、ＰＩＴエントリより低いが、ＦＩＢエントリより高い。

コンテンツパケット：コンテンツパケットのネームの初期検索によって以下の整合の一つが得られる（優先順位の降順）：
● ＰＩＴ：保留関心の整合があった場合、ＣＳにおいて局所的に利用可能なものではいまだに満たされたことがなかったこのコンテンツパケットの消費者が存在している。転送エンジンは、保留関心のソースである全てのフェースへコンテンツパケットを送信し、コンテンツパケットをＣＳへ入力し、保留関心を取り除くことができる。これらのステップは、共通の検索エンジンのコンテンツ（及び他のデータ構造）を変更することを含むが、これらのステップは、リアルタイムではなく、バックグラウンドにおいて実行されることに注目されたい。
● ＣＳ：ＣＳエントリの優先順位は低いので、ＣＳ整合はコンテンツパケットにおいて保留関心がないことを示唆する。一般に、このことが、所望されないコンテンツのためにＣＳ記憶装置を消費することを避けたいので、パケット処理を終了する。あるいは、転送器は、後処理が着信コンテンツパケットのコピーがＣＳ内に既に記憶されているか、記憶されていない場合、関心の欠如とは無関係にそのコピーをＣＳに追加すべきかどうか、を判断するより融通の利いた方針を実施することができる。
● ＦＩＢ：ＦＩＢ整合は、コンテンツパケットに保留関心がないことを示唆し、転送器の動作はＣＳ整合と同じである。
● 整合なし：整合なしは、コンテンツパケットに保留関心がないことを意味し、転送器の動作はＣＳ整合と同じである。

関心パケット：関心パケット内のプリフィクスの初期検索によって以下の整合の一つの整合が得られる（優先順序の降順）：
● ＰＩＴ：ＰＩＴ整合は、この照会が既に転送されたことを示す。着信フェースが保留関心のためのフェースリストに加算され、終了時期が更新される。
● ＣＳ：ＣＳ整合は、既に処理されている保留関心は存在しないが、着信照会を満たす局所的データがあることを示す。整合しているコンテンツパケットは、着信フェースを介して、送信される。
● ＦＩＢ：ＦＩＢ整合は、保留関心も局所的コンテンツもないので、着信関心は、要求されたコンテンツの可能性のあるソースへ向けて転送されることを示す。関心パケットは、ＦＩＢ整合に関連付けられる各フェースを介して送られ、入力フェースに関連してＰＩＴへ入れられる。この最終ステップは、共通の検索エンジンのコンテンツを変更することを含むが、主要パケット転送経路ではなく、バックグラウンドで行われることに注目されたい。

不正整合：各対応表の不正整合は、検索処理後に以下のように処理される：
● ＰＩＴ：ＰＩＴエントリに対する不正整合は、（コンテンツパケットのネーム又は関心のプリフィクスからの）関連しているプリフィクスを有する保留関心が存在している場合が考えられるが、関心は他の照会項があるため、実際の整合ではない。この場合、より短いプリフィクス長に対して新しい検索が実行され、処理を繰り返すとともに不正整合を回避することができる。或いは、低速経路が、概念上の転送アルゴリズムを直接実施するために、他のデータ構造を使用することができる。ＰＩＴエントリに対する不正整合がハッシュ衝突である場合もあり、その場合、低速経路が、共通の検索エンジンがロードされたＣＳ及びＦＩＢのデータ構造を使用するために起動される。
● ＣＳ：ＣＳエントリに対する不正整合は、関心の全ての照会項に整合しないか又はコンテンツパケットに符合しないコンテンツストアにコンテンツが存在している場合がある。着信関心パケットの場合、照会は、発見されたコンテンツパケットに関するコンテンツに対して成された可能性があるので、不正整合の結果が、他のＣＳデータ構造の走査への入力となっている場合もある。着信コンテンツパケットの場合、ＣＳからの整合が既に保留関心の不在を示すので、パケットは、そこに存在していなかったので、破棄されるか又はＣＳへ挿入される。ここでも、不正整合がハッシュ衝突による場合が考えられ、その場合、共通の検索エンジンがロードされたＦＩＢデータ構造を使用するために、低速経路を起動させる必要がある。
● ＦＩＢ：ＦＩＢは、プリフィクス整合に対してのみ動作するので、照会用語に基づいたＦＩＢエントリにおいて不正整合の発生はあり得ない。ただし、ハッシュ衝突の発生はあり得る。ＣＣＮについては、ＩＰとは異なり、いくらかの無駄な帯域幅のコストを除いて、満たすとは思われないようなフェースを介して不必要に関心パケットを転送することで問題を生じることはない。重要なのは、正しい宛て先がリストにエントリされていることである。このため、ＦＩＢエントリで起こり得るハッシュ衝突を無視することは許容範囲である。ここでも、共通の検索エンジンがロードされたＦＩＢデータ構造を用いて低速経路を検査し起動させることが可能である。

図５は、一実施形態による、例示的なＣＣＮ転送器を示している。この例において、ＣＣＮ（コンテンツ中枢ネットワーク）転送器５００は、プロセッサ５０２、メモリ５０４、及び記憶装置５０６を含む。ＣＣＮ転送器５００は、ネットワーク５２２につなげられ、必要に応じて、ディスプレイ５２０、キーボード５２４、及びポインティングデバイス１２４につなげられる。記憶装置５０６は、ＣＣＮ転送エンジン５０８のみならず、アプリケーション５１６及び５１８に対して、コンピュータ命令を記憶する。ＣＣＮ転送エンジン５０８は、ＣＳ（コンテンツストア）５１０、ＰＩＴ（保留関心表）５１２、及びＦＩＢ（転送情報ベース）５１４を更に含む。動作中、ＣＣＮ転送エンジン５０８に対する命令は、メモリ５０４へロードされ、プロセッサ５０２によって実行され、上述した様々な機能を遂行する。

「発明を実施するための形態」に記載されているデータ構造及びコードは、一般に、コンピュータ読取り可能記憶媒体に記憶され、このコンピュータ読取り可能記憶媒体は、コンピュータシステムによって使用するためにコード及び／又はデータを記憶することができる任意の装置又は媒体であってよい。コンピュータ読取り可能記憶媒体には、限定されないが、揮発性メモリ、不揮発メモリ、ディスクドライブ、磁気テープ、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタル用途が広いディスク又はデジタルビデオディスク）などの磁気的な及び光学的な記憶装置、又は、現在知られている又は今後開発されるコード及び／又はデータを記憶可能な媒体が含まれる。

「発明を実施するための形態」に記載されている方法及びプロセスは、コード及び／又はデータとして具現化されて、このコード及び／又はデータは、上記のように、コンピュータ読取り記憶媒体に記憶され得る。コンピュータシステムがコンピュータ読取り記憶媒体に記憶されたコード及び／又はデータを読み取り実行する時、コンピュータシステムは、データ構造及びコードとして具現化されるとともに、コンピュータ読取り記憶媒体内で記憶される方法及びプロセスを実行する。

さらに、本明細書において記載されている方法及びプロセスは、ハードウェアモジュール又は装置に含まれてよい。これらのモジュール又は装置には、限定されないが、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）チップ、分野プログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定の時間において特定のソフトウェアモジュール又はコードを実行する専用又は共有プロセッサ、及び／又は、既知の又は今後で開発されると思われる他のプログラマブル論理装置が含まれ得る。ハードウェアモジュール又は装置が起動されると、それらは自身に含まれる方法及びプロセスを実行する。

以上のように、本発明の様々な実施形態に関して図示及び説明のみのためになされ、本発明を開示した形態に限定しない。従って、本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、この形式及び細部に上述及びその他の変更を加えてもよい。加えて、上記の開示は、本発明を制限することを目的としない。

１００ノード
１０５ノード
１１０ノード
１１５ノード
１２０ノード
１２５ノード
１３０ノード
１３５ノード
１４０ノード
１４５ノード
１５０、１５５、１６０関心流れ
１６５、１７０、１７５コンテンツ流れ
１８５ネットワーク接続
１８０ＣＣＮ
２０４転送情報ベース
２０６コンテンツストア
２０８保留関心表
２０２ＣＣＮ転送エンジン
２１０スイッチファブリック
２００ＣＣＮ転送器

Claims

コンテンツ中枢ネットワーク（ＣＣＮ）において、ＣＣＮパケット転送を容易にするコンピュータ実施方法であって、
階層構造化可変長識別子（ＨＳＶＬＩ）を有するＣＣＮパケットを受信し、
少なくとも前記ＣＣＮパケットのＨＳＶＬＩに基づいて転送エンジンにおいて最長プリフィクス整合に基づく検索を実行することを含み、
前記転送エンジンが、ハードウェアベースの最長プリフィクス整合検索エンジンを用いて実施され、
前記検索を実行することが、コンテンツストア、保留関心表、及び転送情報ベースの少なくとも一つに対する整合を検索し、前記検索に基づいて転送判定することを含む、
コンピュータ実施方法。
前記ＨＳＶＬＩが、コンテンツを表し、階層的に構造化され、最も一般的レベルから最も特定レベルまで順序付けされた連続的な構成要素を含み、それぞれの識別子の長さが固定されていない、請求項１に記載のコンピュータ実施方法。
前記転送エンジンが、前記コンテンツストア、前記保留関心表、及び前記転送情報ベースからのエントリを含む対応表を含む、請求項１に記載のコンピュータ実施方法。
前記ＣＣＮパケットが前記ＨＳＶＬＩに対応している関心又はコンテンツを含むかどうかを判断することを更に含む、請求項１のコンピュータ実施方法。
コンテンツに対する関心を含む前記ＣＣＮパケットと前記コンテンツストアで整合が得られた前記検索に応答して、前記コンテンツストアにすでに記憶されているコンテンツを前記関心のソースへ送信することを更に含む、請求項１のコンピュータ実施方法。