基于网络缓存的传输策略研究

基于网络缓存的传输策略研究

洪承化

福州寰宇鸿通通讯信息有限公司福建福州350001

摘要：在本文中，主要针对内容中心、网络中传输模型和策略进行研究，这些模型和策略都不能离开网络节点上缓存和转发的统一性，文中提到的网络缓存特指内容/信息中心、网络中的网内缓存。

关键词：网络缓存；分发网络；传输策略

1网络缓存研究

它是不同于传统缓存类型的新型缓存类型，它与web缓存，P2P缓存，CDN缓存的主要区别表现在1）内容缓存位置：网络缓存是在网络路由器节点上实现的；2）网络缓存分配和替换策略可以直接动态影响数据传输模式；3）普适性，网络缓存是内容为中心的，支持各种类型的应用；4）网络缓存连接关系与拓扑一致性，直接影响选路和传输策略的实现等。网络缓存能够影响端到端传输性能，是本文研究内容的重要基础。内容／信息中心、网络的设计思想就是命名内容和信息，以内容/信息名称作为内容访问的基本单位。在内容中心网络中，采用前缀匹配的原则进行搜索，由于网络内容大小差异很大，内容中心网络采用内容块作为数据传输单位。

（1）内容分发网络：是在原有互联网Ｃ/Ｓ模式上，内容通过在服务器端的扩展来提高用户网络体验。内容分布网络的部署和实现是基于网络访问的统计结果，它主要依赖于网络局部的内容访问较为集中，将集中的资源存放或直接将服务器上的资源分布到缓存中。缓存分布也集中在AS域间，它实现的方式是在传统互联网的基础上，对服务器资源进行再分配，是一种网络之上的覆盖网络。尽管CDN在提升网络用户体验上有着显著的作用，然而原有互联网架构本身的缺陷始终影响CDN网络性能提升，在安全，移动和管理性，ＩＰ地址语义重叠瓶颈始终影响内容分布传输网络的性能。P2P作为一种内容分享和分发网络，在传统客户节点上配合数据提供者的功能，増加用户获取内容的速度，提升用户体验。P2P网络己经占据了网络带宽的大部分资源。

（2）身份与位置分离网络：从架构上，彻底解决网络瓶颈问题并提高网络性能，内容／信息中心网络就是对这一课题研究的探索。它将ＡＳ域的统计粒度缓存细化到网络缓存路由器，将路由器彻底革新，配合相应的命名机制，避免了以地址的语义重载，尽管内容中心、网络在设计理念上保留传统互联网的端到端传输模式，然而这种端到端传输模式却是明显区别于基于ＩＰ地址的端到端传输模式。适用于内容中如网络的传输策略则是保障内容中心、网络性能的重要保障。传统的ＴＣＰ和ＵＤＰ传输协议在ｎ＞网络中本身就存在一些安全，公平性差问题。在内容中心、网络中，由于只有数据请求端是确定的，对于提供资源的信息提供者的信息是灵活和不固定的，为了解决传统的僅化和固定的端到端传输模式的缺陷，新型的传输策略则是内容中心网络研究的重点。网络主导业务历经从客户之间互联互通到内容信息服务共享的模式转换，促使各种内容／信息／服务为中心、的未来架构探索不断发展演进。按需设计是该设计的基本思想，内容中心、网络架构是这种思想设计下的主流架构。其优势主要体现在下几方面：

1．内容命名机制：不同于传统互联网对主机命名的机制，内容中。网络采用对内容命名的机制。用户通信访问的流程不需涉及内容存放的位置，再去访问该位置下存储的内容。用户通信初始只需要请求内容名称，该内容对应的存放位置对用户来说是透明的。

2．转发设备缓存：在传统互联网中，网络缓存已经成为提高网络性能和用户体验的重要技术口。内容中心网络在定义网内缓存时就在各个方面区别于现有的网络缓存技术。其一，内容中心网络设定的网络缓存位置是在所有的网络节点上，包括通信终端和转发路由设备上。随着硬件不断发展，内容中心网络设备的实现，将对网络灵活性和用户体验有大幅提升，同时降低了额外添加缓存设备的开销，同时实时性和动态性都会有大幅提升？其二，实现的网络缓存的内容是通信的基本单位，这是目前ＩＰ网络无法提供的。在转发设备上存放命名内容，方便匹配客户请求，对用户体验的提升有重要作用。

3．命名内容路由：基于内容的路由协议，不同于传统的ＩＰ地化路由形式，路由内容本身是具有特征的。命名内容的路由聚合和策略，可以根据内容名字的特征带来一些优势。主要是路由访问较多时，不会给网络造成指数级别的负载増长，缓存内容和兴趣包等待列表的存在，可以大幅降低网络负载。在路由查找时，可以随着路由查找量的増加而大幅降低，提升网络查找效率？这样的路由机制，会在物理拓扑的基础上逐渐训练出一个内容名字驱动的逻辑转发拓扑，根据网络缓存信息和拓扑信息，合理配置网络资源，为内容转发选择最合适的路由。

2基于网络缓存的传输策略研究

在内容中心网络中，由于命名内容取代传统互联网中IP寻址过程，在通信过程中直接的位置端到端互联转变成为基于命名内容查找和获取的过程。内容通过兴趣包查找．所需内容沿着查找路径返回需求者。这些设计思路建立在实际的网络流量特征的统计上，按照普遍存在于互联网访问特征的齐普夫定律，使得内容中心、网络能够有效地降低核心网络流量负载。内容中心、网络从架构上彻底解决当前网络对传输内容的无感知，只关注数据包向目的端传输的过程。基于命名内容的网络缓存转发统一的设计思想将AS域的统计粒度缓存细化到网络缓存路由器，将路由器彻底革新，配合相应的命名机制，避免了IP地址的语义重载。尽管内容中心、网络在设计理念上保留传统互联网的端到端传输模式，然而这种端到端传输模式却是明显区别于基于ＩＰ地址的端到端传输模式。设计适用于内容中如网络的传输策略是保障内容中心网络性能的基础。

在一体化标识网络中，由于四个标识三次映射的设计架构，基于连接标识映射的内容传输过程需要基于连接标识映射节点和连接标识管理节点的协同工作。传统的TCP和UDP传输协议在ＩＰ网络中本身就存在一些安全，公平性差问题。在内容中心网络中，由于只有数据请求端是确定的，对于提供资源的信息提供者的信息是灵活和不固定的，为了解决传统的僵化和固定的端到端传输模式的缺陷，基于网络缓存的传输策略则成为保障网络性能的重要措施。内容中心、网络中基于命名内容的网络缓存对提髙数据传输的安全性，可靠性和资源利用率都有重要作用，同时网络缓存对传输层性能影响和破除传统的端到端传输模式也存在着巨大的研究价值。基于网络缓存的传输策略对以内容/信息为中心的网络性能的保障具有重要作用，它是目前国内外互联网方向的研究热点之一。全网范围的网络缓存作为该网络架构的重要特征，如何通过协同控制网络缓存来提高传输的安全性，可以性和资源利用率都有重要作用。网络缓存根据缓存内容的不同，可分为映射缓存和内容缓存，映射缓存由来己久，从DNS缓存的无重置模式到分离映射中的缓存机制，内容缓存机制中的数据冗余备份和web缓存的预处理机制都对网络缓存机制的设计有重要的参考价值。不同于传统网络中存在的网络缓存，在内容共享为中心的下一代互联网的网络缓存中，如命名内容缓存和连接标识映射缓存，现有传输机制难以完全满足网络架构的需求，对协同缓存传输，安全性和传输控制等都提出了新的挑战。研究网络缓存对传输性能的影响，传输模型以及基于网络缓存的协同传输策略是本文的主要目标。

参考文献：

[1]葛国栋，郭云飞，刘彩霞，等.内容中心网络中面向隐私保护的协作缓存策略[J].电子与信息学报.2015(05)

[2]崔现东，刘江，黄韬，等.基于节点介数和替换率的内容中心网络网内缓存策略[J].电子与信息学报.2014(01)