ndn中緩存布局策略的研究

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1、NDN中緩存布局策略的研究摘要命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（NamedDataNetworking，NDN）為開發(fā)全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以符合新興的通訊需求，并取代現(xiàn)有的TCP/IP協(xié)議。本文首先介紹了NDN網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生背景，然后從NDN總體架構(gòu)、協(xié)議包類型、節(jié)點結(jié)構(gòu)以及運行過程等幾個方面詳細介紹了NDN。緩存是NDN中很重要的部分，是不同于IP網(wǎng)絡(luò)的核心。本文主要關(guān)注NDN的緩存放置策略問題，根據(jù)NDN現(xiàn)有的路由緩存放置策略存在的問題，從緩存命中率和網(wǎng)絡(luò)負載兩個性能指標出發(fā)，提出改進的緩存放置策略。NDN默認的緩存放置策略是LCE（LeaveCacheEverywhere）策略

2、。LCE策略是指在數(shù)據(jù)包返回到數(shù)據(jù)請求者的過程中，在該路徑上的每一點進行該數(shù)據(jù)內(nèi)容的緩存。LCE策略本身沒有什么協(xié)同機制，會造成緩存的冗余和緩存多樣性的降低。本文通過考慮距離和節(jié)點緩存能力兩個因素提出了一種新型的加權(quán)緩存放置策略ProbCache。仿真結(jié)果表明，改進后的緩存放置策略相對于LCE策略來說，能提升70%左右的緩存命中率，減少10%左右的網(wǎng)絡(luò)負載流量，對NDN網(wǎng)絡(luò)的性能進行了提升。關(guān)鍵詞命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（NDN）緩存放置策略緩存命中率網(wǎng)絡(luò)負載流量目錄第一章緒論11.1設(shè)計背景11.2研究的主要問題21.3設(shè)計結(jié)構(gòu)2第二章命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究32.1N

3、DN總體架構(gòu)32.2NDN協(xié)議包類型52.3NDN節(jié)點結(jié)構(gòu)52.4NDN運行過程62.5NDN研究重點72.5.1NDN命名機制72.5.2NDN安全機制82.5.3NDN路由轉(zhuǎn)發(fā)機制82.5.4NDN內(nèi)容緩存機制92.6本章小結(jié)9第三章NDN緩存技術(shù)研究103.1NDN緩存新特征及挑戰(zhàn)103.1.1緩存透明化103.1.2緩存泛在化113.1.3緩存細粒度化113.2NDN緩存性能優(yōu)化研究123.2.1緩存大小規(guī)劃123.2.2緩存空間共享優(yōu)化133.2.3緩存放置策略優(yōu)化143.2.4緩存替換策略優(yōu)化153.2.5緩存內(nèi)容可用性優(yōu)化153.3本章小結(jié)1

4、6第四章命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)緩存放置策略優(yōu)化174.1LCE策略174.2Hash-Routing策略184.3CL4M策略19264.4改進策略ProbCache204.5本章小結(jié)21第五章仿真分析225.1仿真環(huán)境及參數(shù)設(shè)置225.2仿真結(jié)果及分析225.2.1緩存命中率結(jié)果225.2.2網(wǎng)絡(luò)負載流量結(jié)果245.2.3仿真結(jié)果分析255.3本章小結(jié)26第六章總結(jié)與展望276.1設(shè)計總結(jié)276.2未來展望2726第一章緒論1.1設(shè)計背景經(jīng)過50多年的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的使用已發(fā)生了巨大的變化，現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)的主要使用需求是內(nèi)容的獲取和分發(fā)，信息共享已經(jīng)成為中心。與此同時，

5、基于TCP/IP的現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)也暴露出越來越多的不適應(yīng)。在可擴展性方面，由于信息技術(shù)的飛速發(fā)展，導(dǎo)致IP地址的不夠用，互聯(lián)網(wǎng)流量激增，路由表超線性增長。為了適應(yīng)這些變化，國內(nèi)外提出了“改良型”和“革命型”兩種主要的改革方案。而以不改變IP網(wǎng)絡(luò)主機中心地位的“改良型”方案由于并未觸及到互聯(lián)網(wǎng)的核心問題以及利益沖突等各方面原因并不能徹底地解決現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)的問題。所以“革命型”方案越來越受到重視。“革命型”方案提出了“面向數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)”DONA[1]，“內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)”CCN[2]，“信息網(wǎng)絡(luò)”NetInf[3]，“發(fā)布/訂閱式互聯(lián)網(wǎng)路由范例”PSIRP[4]等

6、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這些方案都主張改變IP主機中心的地位。近些年來國內(nèi)外學(xué)術(shù)界提出了一種新的以信息為中心的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，即NDN（InformationCentricNetwork），得到了大部分科學(xué)家的重視和認同。其中最具有代表性的是加州大學(xué)洛杉磯分校團隊提出的面向內(nèi)容的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，即NDN（NamedDataNetworking）。NDN與IP網(wǎng)絡(luò)很是相似，仍然延續(xù)了常用的七層沙漏模型。區(qū)別在于，NDN改變當前互聯(lián)網(wǎng)主機-主機通信模式，使用數(shù)據(jù)名字而不是IP地址進行數(shù)據(jù)傳遞，讓數(shù)據(jù)本身成為因特網(wǎng)架構(gòu)中的核心要素。相比IP網(wǎng)絡(luò)，NDN有兩個突出的特點：一是NDN

7、路由器可以緩存數(shù)據(jù)包，即NDN路由器能夠重復(fù)使用數(shù)據(jù)，方便請求相同數(shù)據(jù)的用戶；二是NDN自身就能保證它所傳送的信息內(nèi)容的安全，確保內(nèi)容的完整性和可靠性。在未來以內(nèi)容分發(fā)為主的互聯(lián)網(wǎng)中，NDN的提出將具有很大的研究意義。NDN網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建包含諸多關(guān)鍵性技術(shù)，例如命名技術(shù)、路由技術(shù)、緩存技術(shù)、安全技術(shù)等等。在這篇設(shè)計里我們將重點討論緩存技術(shù)。緩存是臨時文件的交換區(qū)，是一種處理方式，在NDN中內(nèi)容存儲器ContentStore相當于路由器中的緩沖存儲器，在NDN中使用緩存能夠大幅提升網(wǎng)絡(luò)使用效率，有效地緩解互聯(lián)網(wǎng)帶寬和負載的壓力。NDN網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都有一定的存儲

8、功能，用戶會對所請求的內(nèi)容發(fā)送興趣包，當興趣包在網(wǎng)絡(luò)中某一個節(jié)點的