【導讀】露出許多不適應。在這樣的背景下，一種以“方便內(nèi)容的存取”為原則設計而成。文將要研究的重點——內(nèi)容中心網(wǎng)絡。論文具體闡述了CCN的體系結(jié)構(gòu)、設計目標和原則以及通信機制，并與當前的TCP/IP網(wǎng)絡做了一個簡單的對比，指出CCN的優(yōu)勢所在，最后列舉了當前CCN的幾個研究熱點。本實驗主要是在CCN文件下載過程中增加一。應用到實際中，當要下載的文件很大，服務節(jié)點很多，鏈路結(jié)構(gòu)。很復雜時，選路所帶來的好處會更加明顯。路由器的緩存功能，緩存功能是CCN網(wǎng)絡架構(gòu)的一大優(yōu)勢所在。

　　

【正文】 est。 Client 節(jié)點想要下載 filetest 文件。 A C D B E 27 ※ 首先 client 會通過廣播的方式向和它相連的所有節(jié)點發(fā)出針對于 filetest的 interest 請求 ※ 當三個服務節(jié)點接收到 interest 請求后會首先在其 ContentStore 中搜索是否存在 cx:/server/filetest 這個 Content Object，（本實驗比較簡單，設定的三個服務節(jié)點都存有 filetest 這個文件），則三個服務節(jié)點都會向client 返回它們本地 filetest 文件， client 會存儲最先到達的文件，然后丟棄后續(xù)到來的文件，至此文件傳輸結(jié)束。具體流程如下圖所示： 圖 36原始的 CCN文件下載流程 以上是 CCNx 上提供的文件傳輸功能，我們的目標是改進這個文件傳輸系統(tǒng)，通過利用平臺上提供的 java api 及 C api 使客戶端能夠動態(tài)地選擇（最優(yōu)）下載路徑。 初步改進后的 CCN 文件傳輸工作方式 初步改進后的 CCNx 文件傳輸工作方式 改進后的系統(tǒng)，服務節(jié)點 C、 D、 E除了默認的 cx:/server/filetest 路徑外還會維護一個 cx:/server/status 的路徑，每過一定時間，服務節(jié)點就會對status content object 進行更新，更新的內(nèi)容為該服務節(jié)點的當前狀態(tài)信息，比如 CPU 利用率、 content store 負載、 IP數(shù)據(jù)包的流量等等。 ※在發(fā)出針對文件 filetest 的 interest 請求之前， client 會廣播針對各服務節(jié)點 status 的請求，同樣 C、 D、 E 都會將自己的 status 回饋給 client，但因為發(fā)布者的簽名不同， client 不會認為是同樣的 content，因此不會在收到第一個 status 后刪除后續(xù)到來的兩個 status Clien 廣播針對文件 filetest 的Interest 請求 各個服務節(jié)點收到 Interest 請求 Client 收到最先收到的 content，丟棄后續(xù)到達的 向 client返回與Interest 相對應的 content 各服務節(jié)點搜索其 Content Store 28 ※ client 對接收到的 status 進行分析比較，判斷從哪個服務節(jié)點來獲取文件最佳 ※在確定最優(yōu)下載節(jié)點后， client 單獨向最佳服務節(jié)點發(fā)送針對 filetest 的interest 請求 ※最佳服務節(jié)點向 client 返回相應的 filetest 文件。 至此文件下載結(jié)束。 具體流程圖如下所示： 圖 37 初步改進后的 CCN文件下載流程 改進前后的對比 相比于原始的 cx 文件傳輸方式，改進后的文件傳輸方式會在一定程度上降低鏈路的負載。因為原始方式首先廣播對 filetest 的 interest 請求，然后三個服務節(jié)點都會回饋本地的 filetest 文件，客戶端只會留下最先收到的文件，后續(xù)的文件都會被丟棄，被丟棄的那些文件在傳輸過程中明顯浪費了不少帶寬（尤其是當要傳輸?shù)奈募艽髸r），同時也使傳輸這些文件的服務節(jié)點被不必要的占用； 而改進后， client 首先進行一系列判斷最終只有一個節(jié)點回饋本地的filetest 文件，因此改進后可以減少傳輸文件時消耗的帶寬，減少鏈路的擁堵。注意到改進 方式多了一套請求分析 status 的過程，可能會增加一定的時間浪費，但由于本實驗的拓撲結(jié)構(gòu)比較簡單，當有幾百臺甚至上千臺的主機相連時，狀態(tài)分析所消耗的時間相比于原始的文件傳輸因鏈路擁堵所消耗的時間完全可以忽Client 依次廣播對各服務節(jié)點的 status 請求 各服務節(jié)點將自己的 status 返回給 client Cilent 分析status 確定一條最優(yōu)下載路徑 最優(yōu)服務節(jié)點向 client 返回filetest 文件 最優(yōu) 服務節(jié)點搜索其 content store Client 單獨向最優(yōu)服務節(jié)點發(fā)送針對 filetest 的請求 29 略不計（另外針對的 status所發(fā)送的 Interest包也很小，不會占用太多的帶寬），改進方式的優(yōu)勢會更加明顯的表現(xiàn)出來。 操作步驟 （ 1）首先按照如圖所示用 cdc 將五臺主機的 IP 建立連接，并用 ping 命令檢查是否連通 注：當前的 CCN 還是運行在 TCP/IP 這套協(xié)議之上，文件傳輸還得依靠 IP地址 （ 1） 在五臺主機上運行 cd、 cr，在服務節(jié)點 C、 D、 E上運行 cseqwriter 注： cseqwriter 是一個負責將服務節(jié)點的狀態(tài)信息定期更新到repository 中的進程，設定的 C、 D、 E 的狀態(tài)信息分別存放在路徑cx:/server cx:/server2 和 cx:/server3 下 30 圖 38 運行中的 cd進程 圖 39 運行中的 cr進程 （ 2） 服務節(jié)點 C、 D、 E 分別在路徑 cx:/server cx:/server2 和cx:/server3 下維護一個相同的文件 filetest 31 （ 3） 用 ccat 分別查看各服務節(jié)點在路徑 cx:/server cx:/server2和 cx:/server3 下保存的狀態(tài)信息，根據(jù)自己在客戶端預先設定好的算法分析判斷哪一個服務節(jié)點是當前最優(yōu)節(jié)點。 （ 4） 在 client 端用 cgetfile 取 filetest 文件，注意觀察最終取得的filetest 文件是否來自于最優(yōu)節(jié)點。 注：本實驗中在服務節(jié)點中所存放的文件名字都是 filetest，但 filetest中所寫入的數(shù)據(jù)有區(qū)別，這主要是為了區(qū)分最后 client 取出的filetest 是來自哪一個服務節(jié)點。 實驗結(jié)果 圖 310 控制臺文件下載截圖 如圖所示 是控制臺下顯示的文件成功下載的截圖，由圖中可知客戶端 A最終確定的最優(yōu)節(jié)點是 C，這與通過命令 ccat 查看服務節(jié)點狀態(tài)信息確定的最優(yōu)節(jié)點相同。 32 實驗分析與總結(jié) 在設定好的狀態(tài)信息的分析算法下，最終 client 從最優(yōu)下載節(jié)點取到filetest 文件。本實驗客戶端智能選擇最優(yōu)下載節(jié)點是基于 CCN 的通信機制設計的， CCN 中是以發(fā)布和獲取信息為主，信息的位置不再重要，需要某個信息只需廣播針對某個信息的 Interest請求，信息的來源多元化，不再是 hosttohost的單一渠道，針對這樣的通信模式，就需要有一個選路的擇優(yōu)過程。原始的 CCN在文件下載中沒有這個選路的過程，凡是 存有匹配 Interest 文件的節(jié)點都會返回文件，而最終客戶端只會取最先到的那個，其它的丟棄，整個過程被丟棄的文件在傳輸時浪費了不少寶貴的網(wǎng)絡帶寬（如果傳輸?shù)奈募艽蟮脑挘?，而且傳輸這些文件的服務節(jié)點也被不必要的占用，增加了選路過程后，最終只有少數(shù)幾路節(jié)點給客戶端傳文件，相比于傳輸?shù)奈募?，之前客戶端廣播的針對服務節(jié)點的狀態(tài)信息的 Interest 所占用的帶寬可以忽略不計。 當增加服務節(jié)點的個數(shù)時，在選路之前客戶端發(fā)送針對服務節(jié)點狀態(tài)信息的Interest 就會增多，此時可以設置一個保存服務節(jié)點狀態(tài)信息的服務器，每次客戶端只需向這個服務 器發(fā)送針對狀態(tài)信息的 Interest 請求，即可獲得與這個服務器相連的所有服務節(jié)點的狀態(tài)信息，進而作出選路判斷。 本次實驗還驗證了 CCN 路由器的緩存功能。設置主機 B一方面起到路由轉(zhuǎn)發(fā)的作用，另一方面也驗證了 CCN 路由器的緩存功能。當客戶端完成文件下載時，斷開連接，用 ccat 查看主機 B的 repository，可以看到其中不僅保存了 A下載的 filetest 文件，同時也保存了服務節(jié)點 C、 D、 E的狀態(tài)信息文件。 IP 和 CCN路由器都緩存數(shù)據(jù)包，不同的是， IP 路由器在完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)就會將存儲的數(shù)據(jù)清空，即 MRU 策略，而 CCN路由器能夠重復使用數(shù)據(jù)，方便請求相同數(shù)據(jù)的用戶。緩存在 CCN 中很重要，它可以幫助減少內(nèi)容下載時延和網(wǎng)絡帶寬占用， CCN 路由器采用 LRU 或 LFU 替換策略來最大限度地存儲重要的信息。 本實驗中文件的傳輸都是整體傳輸，沒有涉及到塊級傳輸，也就是文件下載過程中最優(yōu)節(jié)點保持不變，不會在傳輸?shù)倪^程中更換下載節(jié)點，這也是實驗進一步需要探究的方面。 33 第四 章、總結(jié)與展望 論文工作總結(jié) 本文簡單闡述了當前互聯(lián)網(wǎng)存在的問題以及下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向以研究重點，并以內(nèi)容中心網(wǎng)絡中的一種 —— 數(shù)據(jù)命名網(wǎng)絡（ NDN）為例，通過與當前 TCP/IP 網(wǎng)絡的比較，深入剖析了 NDN 的體系架構(gòu)、通信機制以及下一步的研究重點。具體工作內(nèi)容總結(jié)如下： （ 1）簡單分析了當前互聯(lián)網(wǎng)的局限性，然后根據(jù)當前互聯(lián)網(wǎng)存在的弊端引出改進當前網(wǎng)絡的兩種方式 —— “改良型”和“革命型”，通過對兩種改進方式的前景進行簡單分析，指出下一代互聯(lián)網(wǎng)即“革命型”改進方式是進一步的研究重點，簡單介紹了下一代網(wǎng)絡中比較突出的一種 —— 內(nèi)容中心網(wǎng)路，總結(jié)出當前正在研究中的四種內(nèi)容中心網(wǎng)絡的體系架構(gòu) —— NDN、 DONA、PSURP 和 Netinf （ 2）通過對 DONA、 PSIRP、 NetInf 和 NDN 四種內(nèi)容中心網(wǎng)絡體系架構(gòu)做簡單對比分析，指出彼此之間都沿用了其它方案的設計思想和技術(shù)，并做出了改進，彼此之間存在一定的相似性。鑒于此，僅拿出 NDN 為例做深入研究。接下來主要是研究 NDN 網(wǎng)絡的體系架構(gòu)、設計原則和通信機制，其中包括NDN 的節(jié)點模型、包類型和包處理流程。接著總結(jié)了 NDN 網(wǎng)絡在當下的熱點研究方面，包括緩存、路由和轉(zhuǎn)發(fā)以及安全和隱私，指出這幾方面目前的研究進展，并總結(jié)了進一步發(fā)展需要解決的問題。最后列出了當前基于CCN 的一些應用，以具體的實例與當前 TCP/IP 對比，指出 CCN的具體優(yōu)勢所在。 （ 3）在做足了理論上的研究之后，進一步基于內(nèi)容中心網(wǎng)絡開發(fā)平臺進行 CCN架構(gòu)下的文件下載實驗，整個實驗是基于平臺上已有的功能，根據(jù)內(nèi)容中心網(wǎng)絡的通信機制，開發(fā)出客戶端能根據(jù)服務節(jié)點的狀態(tài)信息智能選擇最優(yōu)下載服務節(jié)點的文件下載功能。雖然最終自己設計出的實驗比較簡單，但整個實驗的思想很具有啟發(fā)性，依據(jù)內(nèi)容中心網(wǎng)絡的包處理流程，開發(fā)更高效的文件傳輸方式。另外實驗過程中也驗證了 CCN 路由的緩存功能。 34 下一步研究工作 對以內(nèi)容為中心的新一代互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)研究屬于國際上前沿的課題，主要的發(fā)起者是美國、歐洲國家等，這些互聯(lián)網(wǎng)強國已經(jīng)或準備提出新的網(wǎng)絡架構(gòu)模型。在國內(nèi)也有很多專家學者和研究團隊在跟蹤國際上針對內(nèi)容中心網(wǎng)絡的研究，也成立了與國際接軌的相關(guān)研究組織，但是目前的研究仍處在學習和共同探索的階段，幾乎還沒形成自己的主張和觀點，對技術(shù)的理解和認知還有巨大的加強空間，內(nèi)容中心網(wǎng)絡帶來的潛在優(yōu)勢還有待進一步挖掘。中國作為互聯(lián)網(wǎng)的最大市場，在以內(nèi)容為中心的互聯(lián)網(wǎng)體系上，也必然作為互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容的最大獲取市場 [2]，因此更應該積極參與 到相關(guān)領(lǐng)域的研究中來。 本論文簡單介紹了下一代網(wǎng)絡體系架構(gòu)的研究熱點 —— 內(nèi)容中心網(wǎng)絡，總結(jié)了內(nèi)容中心網(wǎng)絡的節(jié)點模型、包類型和包處理流程，并依據(jù)內(nèi)容中心網(wǎng)絡的通信機制，設計并完成了一個高效的文件下載實驗。實驗雖然簡單，但還是很有啟發(fā)性，將內(nèi)容中心網(wǎng)絡的優(yōu)勢付諸于我們平時實際的一些網(wǎng)絡活動中。由于時間有限，最終實驗所實驗的拓撲結(jié)構(gòu)比較簡單，僅僅是幾臺主機之間的連接，中間只經(jīng)過一個有主機模擬的路由器，而路由轉(zhuǎn)發(fā)恰恰是當前內(nèi)容中心網(wǎng)絡的研究重點。另外， CCNx 平臺上涉及路由轉(zhuǎn)發(fā)部分的代碼都在守護進程 cd 當中，而 cd的代碼量相當龐大，這也是導致實驗未涉及路由部分的原因。有待進一步研究的工作包括：（ 1）將內(nèi)容中心網(wǎng)絡和當前的 TCP/IP 網(wǎng)絡做更進一步的對比分析，總結(jié)出更多內(nèi)容中心網(wǎng)絡的優(yōu)勢，為實驗研究提供理論上的依據(jù)；（ 2）基于本次所做的實驗，嘗試將實驗所搭建的拓撲結(jié)構(gòu)進一步復雜化，比如增加服務節(jié)點的個數(shù)，多設置幾種服務節(jié)點的狀態(tài)或者增加路由器的數(shù)量等等； 35 參考文獻