重庆大学：《网络体系结构与协议》研究生课程教学资源（PPT课件讲稿）第5章 内容中心网络及其体系结构

第5章内容中心网络及其体糸结构

第5章 内容中心网络及其体系结构

目录 51未来网络体系结构综述 52内容中心网络体系结构 53内容中心网络缓存技术 54内容中心网络路由技术 55内容中心网络的拥塞控制

目录 5.1 未来网络体系结构综述 5.2 内容中心网络体系结构 5.3 内容中心网络缓存技术 5.4 内容中心网络路由技术 5.5 内容中心网络的拥塞控制

51未来网络体系结构综述 ■解决互联网目前存在的诸多问题总体上分为改良式、革命式和 演进式三种思路 ■当今互联网的发展现状其实就是改良的结果。重要的改良技术 有CDN( Content Delivery Network,内容分发网络)、P2P( Peer to Peer,对等网络)、 IPSec、IP/ Locater分离等

5.1 未来网络体系结构综述 ◼ 解决互联网目前存在的诸多问题总体上分为改良式、革命式和 演进式三种思路。 ◼ 当今互联网的发展现状其实就是改良的结果。重要的改良技术 有CDN（Content Delivery Network，内容分发网络）、P2P（ Peer to Peer，对等网络）、IPSec、IP/Locater分离等

■例如CDN通过DNS重定向方式将用户请求转发到网络的靠近边缘的 服务器,但其内容存放地点受限;P2P在每个内容上生成一个跟踪 器,但其交付有效性较低。 由于改良技术均无法摆脱基于地址的端到端转发模式,造成了诸 如DDOS攻击等安全事故。 ■因此,国际上许多研究机构正在探索设计全新的未来网络架构 信息中心网络(ICN, Information Centric Network),从根本上解 决当前面向连接的互联网所存在的问题

◼ 例如CDN通过DNS重定向方式将用户请求转发到网络的靠近边缘的 服务器，但其内容存放地点受限；P2P在每个内容上生成一个跟踪 器，但其交付有效性较低。 ◼ 由于改良技术均无法摆脱基于IP地址的端到端转发模式，造成了诸 如DDOS攻击等安全事故。 ◼ 因此，国际上许多研究机构正在探索设计全新的未来网络架构—— 信息中心网络（ICN，Information Centric Network），从根本上解 决当前面向连接的互联网所存在的问题

信息中心网络就是网络以信息为中心,不同于以主机为中心的当 前互联网,可以说它是一个信息互联的网络。信息中心网络通过信息 的名字标识每一个信息,因此用户发出的请求只需关注信息本身,而 不关注信息块存储的位置。对网络来说,其中流动的都是有名字的信 息,网络能区别每一个信息,但信息具体意义,网络并不知道,靠信 息生产者和消费者的上层应用解释。整个网络及其终端就在各种信息 的驱动下运行,而网络的作用就是管理所有信息的流动和缓存,用正 确的信息快速响应信息的请求者

信息中心网络就是网络以信息为中心，不同于以主机为中心的当 前互联网，可以说它是一个信息互联的网络。信息中心网络通过信息 的名字标识每一个信息，因此用户发出的请求只需关注信息本身，而 不关注信息块存储的位置。对网络来说，其中流动的都是有名字的信 息，网络能区别每一个信息，但信息具体意义，网络并不知道，靠信 息生产者和消费者的上层应用解释。整个网络及其终端就在各种信息 的驱动下运行，而网络的作用就是管理所有信息的流动和缓存，用正 确的信息快速响应信息的请求者

■目前典型的ICN架构有DONA、 PURSUIT、CCN/NDN、 COMET、 PSRP,其中CCN( Content Centric Network,内容中心网络)被认为 是最有前途的方案之一,是目前国际上研究较多的一种体系结构,并 且有原型实现的支持。 ■由于CCN和NDN( Named data Network,命名数据网络)的研究均是 由 UC Berkeley的 Scott shenker教授等提出的DONA体系结构出发,两者 具有相同性,因此以下用CCN代指 CCNNDN

◼ 目前典型的ICN架构有DONA、PURSUIT、CCN/NDN、COMET、 PSIRP，其中CCN（Content Centric Network，内容中心网络）被认为 是最有前途的方案之一，是目前国际上研究较多的一种体系结构，并 且有原型实现的支持。 ◼ 由于CCN和NDN（Named Data Network，命名数据网络）的研究均是 由UC Berkeley的Scott Shenker教授等提出的DONA体系结构出发，两者 具有相同性，因此以下用CCN代指CCN\NDN

52内容中心网络体系结构 52.1内容中心网络体系结构概述 内容中心网络是由美国国家自然基金资助的未来互联网架构项目( Future Internet architecture,FIA),针对现有网络缺乏安全性和业务 传输可靠性而设计的安全可信的未来互联网架构 ■CCN项目研究的主要技术挑战是从各个方面验证CCN架构可以成为 个未来网络架构:路由可扩展性、信任模型、网络安全、内容保 护和私密性、基本通信理论等。内容中心网络采用名字路由并通过 路由器来缓存内容,从而使数据传输更快,并能提高内容的检索效 率

5.2.1 内容中心网络体系结构概述 ◼ 内容中心网络是由美国国家自然基金资助的未来互联网架构项目（ Future Internet Architecture，FIA），针对现有网络缺乏安全性和业务 传输可靠性而设计的安全可信的未来互联网架构。 ◼ CCN项目研究的主要技术挑战是从各个方面验证CCN架构可以成为 一个未来网络架构：路由可扩展性、信任模型、网络安全、内容保 护和私密性、基本通信理论等。内容中心网络采用名字路由并通过 路由器来缓存内容，从而使数据传输更快，并能提高内容的检索效 率。 5.2 内容中心网络体系结构

内容中心网络体系结构的外形仍然保留了TCPP的沙漏模型和七层 结构,如下图所示。 E- mail, www、电话… 浏览器 SMTP、HTTP、RTP协议… 文件流 CP/UDP协议 个人应用 安全 每一节点 内容块 以太网、点对点协议… 个人链接 策略 载波监听多路访问、 同步光纤网络 IP、UDP、P2P广播协议 铜缆、光纤、无线… 铜缆、光纤、无线

内容中心网络体系结构的外形仍然保留了TCP/IP的沙漏模型和七层 结构，如下图所示。 E-mail、WWW、电话… SMTP、HTTP、RTP协议… TCP/UDP协议 IP 铜缆、光纤、无线… 载波监听多路访问、 同步光纤网络… 以太网、点对点协议… 浏览器 文件流… 安全 内容块 铜缆、光纤、无线… IP、UDP、P2P广播协议… 策略 每一节点 个人链接 个人应用

不同之处在于“瘦腰”处的协议,内容中心网络用内容块代替了I 即用命名数据代替了命名主机。用户所交换的信息与位置无关,其 可信性依赖于数据包中必须携带的签名。这样的命名只与信息有关 ,也自然带来了网络节点移动的便利性。 另外,传统的路由节点只具有转发功能,而内容中心网络路由节点 增加了存储功能,中间节点可以缓存经过的数据。 ■最后,内容中心网络体系结构中增加了安全设计,专门设计了一个 安全层,对核心网络包进行封装保护

◼ 不同之处在于“瘦腰”处的协议，内容中心网络用内容块代替了IP， 即用命名数据代替了命名主机。用户所交换的信息与位置无关，其 可信性依赖于数据包中必须携带的签名。这样的命名只与信息有关 ，也自然带来了网络节点移动的便利性。 ◼ 另外，传统的路由节点只具有转发功能，而内容中心网络路由节点 增加了存储功能，中间节点可以缓存经过的数据。 ◼ 最后，内容中心网络体系结构中增加了安全设计，专门设计了一个 安全层，对核心网络包进行封装保护

这样的设计有很多好处: ◆首先通过可以节省用户访问同一数据的响应时间,尤其是对一些热 门信息可以在靠近网络边缘的路由节点上获得内容,进而从整体上 减少了整个网络的流量; ◆其次,在时间和空间上解耦了信息的发送者和接收者,同时也增加 了网络的鲁棒性 ◆当然还有抵抗对内容源的DDoS攻击、抵抗通道攻击等其它好处

这样的设计有很多好处： ◆ 首先通过可以节省用户访问同一数据的响应时间，尤其是对一些热 门信息可以在靠近网络边缘的路由节点上获得内容，进而从整体上 减少了整个网络的流量； ◆ 其次，在时间和空间上解耦了信息的发送者和接收者，同时也增加 了网络的鲁棒性； ◆ 当然还有抵抗对内容源的DDoS攻击、抵抗通道攻击等其它好处