WO2015131598A1 - 一种ndn与cdn互联互通的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于命名数据联网的内容分发系统及方法，所述系统包含：命名数据联网和内容分发网，且该系统还包含：联合处理网关；所述命名数据联网，用于向内容分发网中的节点提供数据内容，或者向内容分发网发送内容请求命令；其中，所述命名数据联网为支持命名数据联网协议的设备组成的网络；所述内容分发网，用于向命名数据联网网络中的节点提供数据内容，或者向命名数据联网网络发送内容请求命令；其中，所述内容分发网络为架构在IP网络之上的内容分发网络；所述联合处理网关，用于将内容数据进行转换，并将转换后的数据从命名数据联网向内容分发网传递；用于将内容数据进行转换，并将转换后的内容数据从内容分发网向命名数据联网传递。

Description

一种NDN与CDN互联互通的系统及方法 技术领域

本发明属于信息网络技术领域，具体地说，本发明涉及一种NDN(命名数据联网)与CDN(内容分发网)互联互通的系统。

背景技术

目前，在互联网环境下开展业务，都不可避免地用到内容分发网络，无论是传统的网页浏览，还是音频共享、视频点播，还是软件分发，内容分发网络已经构成目前IP网上使用率最高的重叠网之一，它是目前各种业务正常运营不可或缺的设施。

但互联网从上个世纪六十年代末诞生开始，经历了七十年代的逐步发展，八十年代的稳步增长，到九十年代的蓬勃发展，直到二十世纪初的互联网经济泡沫，人们体验到新技术在社会发展中的巨大影响力，但也体验到了这种技术带来的限制。因此从上个世纪九十年代起，有识之士就开始思考并实践IP体系结构的替代物。在这个过程中，有两种思路，一种是IP的演进式发展思路，另一种是变革式发展思路。经过二十多年的实践和探索，目前普遍认为演进式发展思路不能解决IP这一天然具有缺陷的协议面临的问题，因此都转向变革式的发展思路。在变革式发展道路上走的较远的有美国、欧盟和日本，典型的计划级项目是GENI、FIRE和JNPlus，在计划级项目下细粒度的项目如NDN、MobilityFirst、NEBULA、4WARD和NWGN等，侧重点有所不同，其中NDN是侧重于内容的，是以内容为中心联网的典型代表，它从目前关注的内容位置转移到关注内容本身，即未来互联网应该集中在内容方面，内容是未来互联网所固有支持的。

我们认为未来互联网会存在多种体系结构，目前基于IP的互联网应该是其中一种体系结构；在未来互联网中，同样会面临内容问题，因此解决以内容为中心的网络(如NDN)与现有互联网上内容分发网间的互联互通就是必须的，目前还没有这样的系统。但是，目前的CDN网络与NDN网络是独立的，没有实现互联互通。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术的NDN与CDN互联互通问题，顺畅地在现有互联网与未来互联网之一之间搭建内容桥梁，从而提供NDN与CDN互联互通的系统及方法，本发明提供了一种基于命名数据联网的内容分发系统及方法。

为实现上述目的，本发明提供一种基于命名数据联网的内容分发系统，所述系统包含：命名数据联网和内容分发网，所述系统还包含：位于命名数据联网和内容分发网之 间的联合处理网关；

所述命名数据联网，用于向内容分发网中的节点提供数据内容，或者向内容分发网发送内容请求命令；其中，所述命名数据联网为支持命名数据联网协议的设备组成的网络；

所述内容分发网，用于向命名数据联网网络中的节点提供数据内容，或者向命名数据联网网络发送内容请求命令；其中，所述内容分发网络为架构在IP网络之上的内容分发网络；

所述联合处理网关进一步包含：第一处理模块和第二处理模块；所述第一处理模块，用于将内容数据进行转换，并将转换后的数据从命名数据联网向内容分发网传递；所述第二处理模块，用于将内容数据进行转换，并将转换后的内容数据从内容分发网向命名数据联网传递。

可选的，上述联合处理网关为：一台专用设备、服务器、PC或一个服务器机群。

进一步可选的，上述第一处理模块包含：

请求接收子模块，用于在TCP或UDP的固定端口上接收内容分发网的客户端发送的数据请求命令，且所述数据请求命令中包含内容名和偏移量信息；

兴趣报文生成子模块，用于依据数据标识生成算法将内容名和偏移量转换为兴趣报文中的数据标识，生成兴趣报文，并发送至命名数据联网中的邻居节点；

第一数据报文接收子模块，用于接收命名数据联网反向传递的数据报文；

第一数据缓存子模块，用于判断接收命名数据联网反向传递的数据报文是否已经存在，如果已经存在则删除数据报文，否则将数据报文进行缓存；

第一数据发送子模块，用于查找数据请求队列，进行数据请求匹配，并将缓存的数据报文发送到匹配的请求方，且丢弃没有查找到匹配请求方的缓存数据报文。

上述第二处理模块包含：

兴趣报文接收子模块，用于接收命名数据联网发送的兴趣报文；

判断决策子模块，用于判断本地数据缓存中是否有兴趣报文接收子模块接收的数据报文，如果有则启动第二数据发送子模块；否则解析得到的数据内容的名字，并构造名字与兴趣报文的映射表，将解析的内容名字发送至内容搜索子模块；

内容搜索子模块，用于在内容分发网网络中搜索内容名字对应的数据内容，进而得到内容对应的URL，并将得到的URL传递至请求生成子模块；

请求生成子模块，用于依据URL和URL采用的协议生成内容请求，并向内容分发网发出内容请求命令；

第二数据接收子模块，用于接收内容分发网依据内容请求命令返回的内容名字对应 的数据报文，并将接收的数据报文发送至数据缓存子模块和第二数据发送子模块；

数据报文生成子模块，用于生成命名数据联网的数据报文，并将生成的数据报文发送至第二数据发送子模块；

第二数据发送子模块，用于依据映射表的表项将第二数据接收子模块发来的数据报文沿兴趣报文的反向路径发送；

第二数据缓存子模块，用于判断第二数据接收子模块发送的数据报文是否已经存在，如果已经存在则丢弃；否则进行本地缓存。

此外，本发明还提供了一种基于命名数据联网的内容分发方法，所述方法包含：

步骤101，用于采用命名数据联网网关生成兴趣报文并向命名数据联网网络发送的步骤；

步骤102，用于采用内容分发网网关接收兴趣报文，并依据兴趣报文生成数据请求报文，采用内容分发网搜索内容，并内容数据报文发给命名数据联网网络的步骤。

可选的，上述步骤101)包含：

步骤101-1)在TCP或UDP的固定端口上接收内容分发网客户端的数据请求，所述数据请求中包括：内容名和偏移信息；

步骤101-2)依据命名数据联网中数据标识的生成算法，将内容名和偏移变换为兴趣报文中的数据标识，生成兴趣报文，并将兴趣报文发送到命名数据联网网络中的邻居节点；

步骤101-3)接收命名数据联网中邻居节点反方向传递到达的数据报文；

步骤101-4)查找数据请求队列，进行数据报文请求匹配，并将数据发送到匹配的请求方，如果没有找到匹配的请求方，则丢弃反向传递的数据报文；

步骤101-5)判断本地是否已有反方向传递的数据报文，如果有，则丢弃；否则在本地缓存反方向传递的数据报文。

上述步骤102)包含：

步骤102-1))接收命名数据联网网络中邻居节点发送过来的兴趣报文，判断本地数据缓存中是否有对应的内容，如果有，得到内容数据，并依据内容数据生成NDN数据报文，将NDN数据报文沿兴趣报文的反向路径发送；否则，解析得到内容的名字，并构造名字与兴趣报文的映射表；

步骤102-2)依据名字在内容分发网网络内搜索对应的数据内容，得到内容对应的URL；

步骤102-3)依据URL采用的协议生成内容请求，并发出内容请求命令，然后接收内容名字对应的数据内容，并依据得到的数据内容生成NDN数据报文，将NDN数据 报文沿兴趣报文的反向路径发送。

当步骤1023)接收内容名对应的数据后，还需判断本地缓存是否已经有对应的数据，如果有，就丢弃，如果没有，则进行本地存储。

与现有技术相比，本发明的技术优势在于：本发明将实现CDN网络与NDN网络的内容级互联互通，解决未来内容的共享问题。在NDN网络发展初期，通过本发明的系统，向NDN网络实现内容注入，便于NDN网络顺利成长为未来有影响的网络之一。同时也便于CDN网络在未来网络环境中继续奠定技术基础。

附图说明

图1 本发明的系统结构示意图；

图2 NDN/CDN网关组成图；

图3 内容从NDN到CDN的传递方法流程图；

图4 内容从CDN到NDN的传递方法流程图；

图5 NDN网络获取CDN网络内容的应用场景图之一。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

以下记载的技术方案采用NDN指代命名数据联网网络，采用CDN指代内容分发网网络。

本发明提供的NDN与CDN互联互通系统包括NDN网络、NDN/CDN网关、CDN网络。所述NDN网络指支持NDN相关协议的设备组成的网络；所述NDN/CDN网关指在NDN与CDN之间起网关作用的设备，通过该网关，内容可在NDN网络与CDN网络之间相互传递；所述CDN网络指架构在IP网络之上的内容分发网络。其中NDN网络、CDN网络是本发明的有机构成，但其内容不在本发明范围之内，故下面不赘述。

上述技术方案中，所述NDN/CDN网关可以是一台专用设备、服务器、PC以及一个服务器机群。该网关进一步分成两部分：(1)内容从NDN到CDN的处理模块(下简称N2C)，N2C模块包括CDN请求接收子模块、NDN兴趣报文生成子模块、NDN数据报文接收子模块、数据缓存子模块、CDN数据发送子模块，(2)内容从CDN到NDN的处理模块(下简称C2N)，C2N模块包括NDN兴趣报文接收子模块、CDN请求生成子模块、CDN内容搜索子模块、CDN数据接收子模块、数据缓存子模块、NDN数据报文生成子模块、NDN数据发送子模块。

为实现上述发明目的，本发明提供的NDN与CDN互联互通方法，包括内容从NDN到CDN的传递方法和内容从CDN到NDN的传递方法。所述内容从NDN到CDN的传递方法，由NDN/CDN网关中的N2C模块处理，包括如下子步骤：

1)CDN请求接收子模块在TCP或UDP的固定端口上接收客户端的数据请求，请求中包括内容名、偏移等信息，通常以URL形式表示，将内容名、偏移等信息传递给NDN兴趣报文生成子模块；

2)NDN兴趣报文生成子模块依据NDN网络中数据标识的生成算法，将内容名、偏移变换为兴趣报文中的数据标识，生成兴趣报文，并发送到NDN网络中的邻居节点；

3)NDN数据报文接收子模块接收NDN网络中反向传递到达的数据报文；

4)判断该报文在本地是否已有，如果已有，就丢弃，如果没有，传给数据缓存子模块进行缓存处理，同时传给CDN数据发送子模块；

5)数据缓存子模块按照一定的规则将数据进行本地存储；

6)CDN数据发送子模块查找数据请求队列，进行数据请求匹配，并将数据发送到匹配的请求方，如果没有找到匹配，则丢弃报文。

上述技术方案中，所述内容从CDN到NDN的传递方法，由NDN/CDN网关中的C2N模块处理，包括如下子步骤：

1)NDN兴趣报文接收子模块接收NDN网络中邻居节点发送过来的兴趣报文，判断本地数据缓存中是否由对应的内容，如果有，得到内容数据，传给NDN数据发送子模块；否则，解析得到内容的名字，并构造名字与兴趣报文的映射表NameMapping；将内容名字发送给CDN内容搜索子模块；

2)CDN搜索子模块依据内容名在CDN网络内搜索对应的数据内容，得到内容对应的URL；将URL发送给CDN请求生成子模块；

3)CDN请求生成子模块依据URL采用的协议生成内容请求，并发出请求；

4)CDN数据接收子模块接收内容名对应的数据，并将一份数据送数据缓存子模块，一份送NDN数据发送子模块；

5)数据缓存子模块判断本地缓存是否已经有对应的数据，如果有，就丢弃，如果没有，则进行本地存储；

6)NDN数据发送子模块调用NDN数据报文生成子模块，生成NDN数据报文，并将数据报文沿兴趣报文的反向路径发送。

本发明解决NDN与CDN互联互通问题，顺畅地在现有互联网与未来互联网之一之间搭建内容桥梁。

实施例1

本实施例中，本发明提供的本发明提供的NDN与CDN互联互通系统包括NDN网络、NDN/CDN网关、CDN网络。所述NDN网络指支持NDN相关协议的设备组成的网络；所述NDN/CDN网关指在NDN与CDN之间起网关作用的设备，通过该网关，内容可在NDN网络与CDN网络之间相互传递；所述CDN网络指架构在IP网络之上的内容分发网络。

如图1所示，本实施例中的所述NDN/CDN网关(即联合网关)可以是一台专用设备、服务器、PC以及一个服务器机群。所述NDN/CDN网关分别进一步分成两部分：(1)内容从NDN到CDN的处理模块(下简称N2C)，N2C模块包括CDN请求接收子模块、NDN兴趣报文生成子模块、NDN数据报文接收子模块、数据缓存子模块、CDN数据发送子模块，(2)内容从CDN到NDN的处理模块(下简称C2N)，C2N模块包括NDN兴趣报文接收子模块、CDN请求生成子模块、CDN内容搜索子模块、CDN数据接收子模块、数据缓存子模块、NDN数据报文生成子模块、NDN数据发送子模块。

NDN/CDN网关组成如图2所示：

所述命名数据联网网关包含：

请求接收子模块，用于在TCP或UDP的固定端口上接收内容分发网的客户端发送的数据请求命令，且所述数据请求命令中包含内容名和偏移量信息。

兴趣报文生成子模块，用于依据数据标识生成算法将内容名和偏移量转换为兴趣报文中的数据标识，生成兴趣报文，并发送至命名数据联网中的邻居节点。

第一数据报文接收子模块，用于接收命名数据联网反向传递的数据报文。

第一数据缓存子模块，用于判断接收命名数据联网反向传递的数据报文是否已经存在，如果已经存在则删除数据报文，否则将数据报文进行缓存。

第一数据发送子模块，用于查找数据请求队列，进行数据请求匹配，并将缓存的数据报文发送到匹配的请求方，且丢弃没有查找到匹配请求方的缓存数据报文。

所述内容分发网网关包含：

兴趣报文接收子模块，用于接收命名数据联网发送的兴趣报文。

判断决策子模块，用于判断本地数据缓存中是否有兴趣报文接收子模块接收的数据报文，如果有则启动第二数据发送子模块；否则解析得到的数据内容的名字，并构造名字与兴趣报文的映射表，将解析的内容名字发送至内容搜索子模块。

内容搜索子模块，用于在内容分发网网络中搜索内容名字对应的数据内容，进而得到内容对应的URL，并将得到的URL传递至请求生成子模块。

请求生成子模块，用于依据URL和URL采用的协议生成内容请求，并向内容分发网发出内容请求命令。

第二数据接收子模块，用于接收内容分发网依据内容请求命令返回的内容名字对应的数据报文，并将接收的数据报文发送至数据缓存子模块和第二数据发送子模块。

数据报文生成子模块，用于生成命名数据联网的数据报文，并将生成的数据报文发送至第二数据发送子模块。

第二数据发送子模块，用于依据映射表的表项将第二数据接收子模块发来的数据报文沿兴趣报文的反向路径发送。

第二数据缓存子模块，用于判断第二数据接收子模块发送的数据报文是否已经存在，如果已经存在则丢弃；否则进行本地缓存。

其中，上述的第一数据缓存子模块和第二数据缓存子模块在图2中共用一个数据缓存子模块。

下面结合更加具体的应用场景说明NDN与CDN互联互通方法。如图5所示，本实施例提供的一个应用场景：先有CDN网上的一名用户，要寻找电影“狮子王”，假定CDN网上没有这部影片。此时的情况对应于内容从NDN到CDN传递的情形，即由NDN/CDN网关中的N2C模块处理，处理流程见图3，这里不再赘述。数据流图见图5中黑线所示。

在NDN网络上没有内容的情况下，其对应于内容从CDN到NDN传递的情形，即由NDN/CDN网关中的C2N模块处理，处理流程见图4，这里不再赘述。

本实施例提供的NDN与CDN互联互通方法，包括内容从NDN到CDN的传递方法和内容从CDN到NDN的传递方法。所述内容从NDN到CDN的传递方法，由NDN/CDN网关中的N2C模块处理，包括如下子步骤：

1)CDN请求接收子模块在TCP或UDP的固定端口上接收客户端的数据请求，请求中包括内容名、偏移等信息，通常以URL形式表示，将内容名、偏移等信息传递给NDN兴趣报文生成子模块；

2)NDN兴趣报文生成子模块依据NDN网络中数据标识的生成算法，将内容名、偏移变换为兴趣报文中的数据标识，生成兴趣报文，并发送到NDN网络中的邻居节点；

3)NDN数据报文接收子模块接收NDN网络中反向传递到达的数据报文；

4)判断该报文在本地是否已有，如果已有，就丢弃，如果没有，传给数据缓存子模块进行缓存处理，同时传给CDN数据发送子模块；

5)数据缓存子模块按照一定的规则将数据进行本地存储；

6)CDN数据发送子模块查找数据请求队列，进行数据请求匹配，并将数据发送到匹配的请求方，如果没有找到匹配，则丢弃报文。

上述技术方案中，所述内容从CDN到NDN的传递方法，由NDN/CDN网关中的C2N模块处理，包括如下子步骤：

1)NDN兴趣报文接收子模块接收NDN网络中邻居节点发送过来的兴趣报文，判断本地数据缓存中是否有对应的内容，如果有，得到内容数据，传给NDN数据发送子模块；否则，解析得到内容的名字，并构造名字与兴趣报文的映射表NameMapping；将内容名字发送给CDN内容搜索子模块；

2)CDN搜索子模块依据内容名在CDN网络内搜索对应的数据内容，得到内容对应的URL；将URL发送给CDN请求生成子模块；

3)CDN请求生成子模块依据URL采用的协议生成内容请求，并发出请求；

4)CDN数据接收子模块接收内容名对应的数据，并将一份数据送数据缓存子模块，一份送NDN数据发送子模块；

5)数据缓存子模块判断本地缓存是否已经有对应的数据，如果有，就丢弃，如果没有，则进行本地存储；

6)NDN数据发送子模块调用NDN数据报文生成子模块，生成NDN数据报文，并依据NameMapping的表项将数据报文沿兴趣报文的反向路径发送。

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 (8)

1. 一种基于命名数据联网的内容分发系统，包含：命名数据联网和内容分发网，其特征在于，所述系统还包含：位于命名数据联网和内容分发网之间的联合处理网关；

   所述命名数据联网，用于向内容分发网中的节点提供数据内容，或者向内容分发网发送内容请求命令；其中，所述命名数据联网为支持命名数据联网协议的设备组成的网络；

   所述内容分发网，用于向命名数据联网网络中的节点提供数据内容，或者向命名数据联网网络发送内容请求命令；其中，所述内容分发网络为架构在IP网络之上的内容分发网络；

   所述联合处理网关进一步包含：第一处理模块和第二处理模块；

   所述第一处理模块，用于将内容数据进行转换，并将转换后的数据从命名数据联网向内容分发网传递；

   所述第二处理模块，用于将内容数据进行转换，并将转换后的内容数据从内容分发网向命名数据联网传递。
2. 根据权利要求1所述的基于命名数据联网的内容分发系统，其特征在于，所述联合处理网关为：一台专用设备、服务器、PC或一个服务器机群。
3. 根据权利要求1或2所述的基于命名数据联网的内容分发系统，其特征在于，所述第一处理模块包含：

   请求接收子模块，用于在TCP或UDP的固定端口上接收内容分发网的客户端发送的数据请求命令，且所述数据请求命令中包含内容名和偏移量信息；

   兴趣报文生成子模块，用于依据数据标识生成算法将内容名和偏移量转换为兴趣报文中的数据标识，生成兴趣报文，并发送至命名数据联网中的邻居节点；

   第一数据报文接收子模块，用于接收命名数据联网反向传递的数据报文；

   第一数据缓存子模块，用于判断接收命名数据联网反向传递的数据报文是否已经存在，如果已经存在则删除数据报文，否则将数据报文进行缓存；

   第一数据发送子模块，用于查找数据请求队列，进行数据请求匹配，并将缓存的数据报文发送到匹配的请求方，且丢弃没有查找到匹配请求方的缓存数据报文。
4. 根据权利要求1或2所述的基于命名数据联网的内容分发系统，其特征在于，所述第二处理模块包含：

   兴趣报文接收子模块，用于接收命名数据联网发送的兴趣报文；

   判断决策子模块，用于判断本地数据缓存中是否有兴趣报文接收子模块接收的数据报文，如果有则启动第二数据发送子模块；否则解析得到的数据内容的名字，并构造名字与兴趣报文的映射表，将解析的内容名字发送至内容搜索子模块；

   内容搜索子模块，用于在内容分发网网络中搜索内容名字对应的数据内容，进而得到内容对应的URL，并将得到的URL传递至请求生成子模块；

   请求生成子模块，用于依据URL和URL采用的协议生成内容请求，并向内容分发网发出内容请求命令；

   第二数据接收子模块，用于接收内容分发网依据内容请求命令返回的内容名字对应的数据报文，并将接收的数据报文发送至数据缓存子模块和第二数据发送子模块；

   数据报文生成子模块，用于生成命名数据联网的数据报文，并将生成的数据报文发送至第二数据发送子模块；

   第二数据发送子模块，用于依据映射表的表项将第二数据接收子模块发来的数据报文沿兴趣报文的反向路径发送；

   第二数据缓存子模块，用于判断第二数据接收子模块发送的数据报文是否已经存在，如果已经存在则丢弃；否则进行本地缓存。
5. 一种基于命名数据联网的内容分发方法，该方法基于权利要求1-4任意一项权利要求记载的内容分发系统，所述方法包含：

   步骤101，用于采用命名数据联网网关生成兴趣报文并向命名数据联网网络发送的步骤；

   步骤102，用于采用内容分发网网关接收兴趣报文，并依据兴趣报文生成数据请求报文，采用内容分发网搜索内容，最后将搜索到的内容数据报文发给命名数据联网网络的步骤。
6. 根据权利要求5所述的基于命名数据联网和内容分发网的内容分发方法，其特征在于，所述步骤101)包含：

   步骤101-1)在TCP或UDP的固定端口上接收内容分发网客户端的数据请求，所述数据请求中包括：内容名和偏移信息；

   步骤101-2)依据命名数据联网中数据标识的生成算法，将内容名和偏移变换为兴趣报文中的数据标识，生成兴趣报文，并将兴趣报文发送到命名数据联网网络中的邻居节点；

   步骤101-3)接收命名数据联网中邻居节点反方向传递到达的数据报文；

   步骤101-4)查找数据请求队列，进行数据报文请求匹配，并将数据发送到匹配的请求方，如果没有找到匹配的请求方，则丢弃反向传递的数据报文；

   步骤101-5)判断本地是否已有反方向传递的数据报文，如果有，则丢弃；否则在本地缓存反方向传递的数据报文。
7. 根据权利要求6所述的基于命名数据联网和内容分发网的内容分发方法，其特征在于，所述步骤102)包含：

   步骤102-1))接收命名数据联网网络中邻居节点发送过来的兴趣报文，判断本地数据缓存中是否有对应的内容，如果有，得到内容数据，并依据内容数据生成NDN数据报文，将NDN数据报文沿兴趣报文的反向路径发送；否则，解析得到内容的名字，并构造名字与兴趣报文的映射表；

   步骤102-2)依据名字在内容分发网网络内搜索对应的数据内容，得到内容对应的URL；

   步骤102-3)依据URL采用的协议生成内容请求，并发出内容请求命令，然后接收内容名字对应的数据内容，并依据得到的数据内容生成NDN数据报文，将NDN数据报文沿兴趣报文的反向路径发送。
8. 根据权利要求7所述的基于命名数据联网和内容分发网的内容分发方法，其特征在于，当步骤102-3)接收内容名对应的数据后，还需判断本地缓存是否已经有对应的数据，如果有，就丢弃，如果没有，则进行本地存储。

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