命名数据网络中的邻居缓存路由策略

命名数据网络中的邻居缓存路由策略*

叶润生+，徐明伟

清华大学计算机科学与技术系，北京100084

Neighbor Cache Explore Routing Strategy in Named Data Network ∗

YE Runsheng +,XU Mingwei

Department of Computer Science and Technology,Tsinghua University,Beijing 100084,China

+Corresponding author:E-mail:heysnur@

YE Runsheng,XU Mingwei.Neighbor cache explore routing strategy in named data network.Journal of Frontiers of Computer Science and Technology,2012,6(7)：593-601.

Abstract:Named data network (NDN)is a novel network architecture centered on content data.Existing routing strategies in NDN are inefficient due to neglecting the cache information in NDN nodes.This paper proposes a neighbor cache explore routing (NCE)strategy to fully use the cache information in the NDN routing strategy making,and designs the corresponding packet format and routing algorithm.The simulation results show that NCE strategy decreases the redundant traffics while improving the network performance,the effectiveness of NCE strategy is proved during the simulation.

Key words:named data network (NDN);routing strategy;neighbor cache explore routing strategy

摘要：命名数据网络（named data network ，NDN ）是一种以数据为中心的新型网络体系结构。现有NDN 网络路由策略未能充分利用路由结点缓存导致转发效率不高。为了在路由决策中充分利用NDN 网络中的缓存，提出了一种邻居缓存路由（neighbor cache explore routing ，NCE ）策略，将路由结点缓存因素引入到路由决策中，并设计了相应的报文格式及路由选择算法。模拟实验结果表明，邻居缓存路由策略在减少网络冗余流量的同时提高了整体网络的性能，验证了NCE 策略在NDN 网络中的有效性。

关键词：命名数据网络（NDN ）；路由策略；邻居缓存路由策略

文献标识码：A 中图分类号：TP393

*The National Natural Science Foundation of China under Grant No.61133015(国家自然科学基金);the National Grand Basic Research 973Program of China under Grant No.2012CB315803(国家重点基础研究发展规划(973));the National High-Tech Research and Development Plan of China under Grant No.2011AA01A101(国家高技术研究发展计划(863));the National Key Technology R&D Program of China under Grant No.2011BAH19B01(国家科技支撑计划).

Received 2012-02,Accepted 2012-04.

ISSN 1673-9418CODEN JKYTA8

Journal of Frontiers of Computer Science and Technology 1673-9418/2012/06(07)-0593-09DOI:10.3778/j.issn.1673-9418.2012.07.003E-mail:fcst@ http ：// Tel:

+86-10-51616056

Journal of Frontiers of Computer Science and Technology计算机科学与探索2012,6(7)

1引言

随着互联网的发展，人们对数据内容本身的需求越来越强烈。在这种背景下，传统的以主机为中心的网络体系结构已经难以满足现在互联网的发展，虽然CDN（content delivery network）[1]和P2P（peer-to-peer）技术的提出和改进在一定程度上缓解了内容需求膨胀的压力，但这些技术有各自的缺点，比如复杂度高、代价高等。

与传统基于IP的网络体系不同，命名数据网络（named data network，NDN）是一种全新的以内容和信息为中心的网络体系，在近年来取得了不少的研究成果[2-4]。但在许多方面，比如缓存策略以及路由转发策略还有很大的研究空间。

本文组织结构如下：第2章分析介绍了NDN整体框架及其路由转发策略；第3章提出了NDN中的一个邻居缓存路由（neighbor cache explore routing，NCE）策略，并设计了相应报文及路径选择方法；第4章将NCE策略与已有路由转发策略进行模拟实验和分析比较，实验结果表明，NCE策略在减少网络冗余流量以及提高网络整体性能上有很好效果；第5章是总结和展望。

2NDN及其路由策略

2.1NDN简介

NDN设计方案[2]中采用了层次化的内容命名机制，类似于目前的URL命名方案。例如“/example. com/videos/HarryPotter.mpg”为一个具体内容的名字（name），而“/”及“//videos”则可作为内容前缀（prefix）用于路由查找及转发。

NDN中有两类数据报文，分别为请求报文（In-terest报文）和数据报文（Data报文）。当路由结点请求内容时，则发送包含该内容名字的Interest报文，若中间路由结点缓存了该内容，或内容服务器收到In-terest报文，则返回包含内容数据的Data报文。

NDN转发模型主要有三类数据结构，分别为转发信息库（forwarding information base，FIB）、内容存储库（content store，CS）以及未决请求表（pending in-terest table，PIT）。FIB保存了路由结点到达内容服务器的下一跳接口（NDN中用face指代，一个face代表路由器收发报文的一个接口），CS保存路由结点的缓存内容，PIT记录未得到响应的Interest报文的名字信息及其到达face，以便Data报文沿途返回。

在NDN转发模型中，路由结点收到Interest报文后首先查找CS，若有匹配记录则返回Data报文并结束；否则查找PIT，若有匹配记录则结束，若不存在匹配记录，则将Interest报文信息加入PIT中，并按FIB 查找结果转发Interest报文。

2.2NDN路由策略

NDN中现有的路由选择策略主要有全转发策略、随机转发策略和蚁群转发策略。

全转发路由选择策略也是CCNx工程[3]目前所采用的一种路由策略。全转发路由策略中，对于一个Interest请求报文，路由结点向FIB表中对应前缀的所有face转发该Interest报文。

全转发路由策略中，Interest-Data报文对的时延较小，而与此同时发出的多个Interest报文将导致网络中产生冗余流量，当NDN网络连接度较高时，这种冗余现象会更加明显。

随机转发策略中，对于一个Interest请求报文，路由结点选择FIB表中对应的一个随机face转发该报文。

随机转发策略无法保证请求结点获得稳定、较快的网络性能，但同时也不会产生网络中的冗余流量。

蚁群转发策略是文献[5]提出的NDN中的一种基于蚁群优化算法的分布式路径选择策略，主要工作是通过发送嗅探报文，从路由结点FIB的多个face 中找出一个作为最优face（记为Fast-Face），使得从该face到内容服务器的性能最好（如跳数最少或整体负载最低等）。请求结点、沿途路由结点的最优face共同组成一条最优路径（记为Fast-Path）。

蚁群转发策略在NDN原有转发模型上新增了一个信息表，信息表记录了可达内容服务器的所有face 的信息素（例如跳数以及结点负载），从这些信息素得出face所对应的转发概率，并将FIB表中对应的多个face值修改为概率最大的face。

蚁群转发策略在一定程度上能够减少网络的冗余流量，但未考虑沿途路由结点可能存在的缓存内容，因此当沿途结点存在对应缓存时，蚁群转发策略得到的Fast-Path不一定是最优路径。

594