关于信息中心网络体系结构的概述

关于信息中心网络体系结构的概述

魏陵一

关键词：网络；信息；结构；

1.信息中心网络的产生背景

互联网应用由最初主机间文件和资源共享发展为普适的信息分发和服务提供。分发和获取数据已成为互联网主要应用需求，体系结构与应用需求间的矛盾日趋尖锐:网络围绕着主机而用户却对信息感兴趣，设计和需求不一致导致应用低效;P2P和CDN受底层及自身限制，只解决部分问题;信息安全依赖于主机与信道安全，难以保障信息自身安全。采用打补丁方式虽一定程度缓解矛盾但无法消除，很难预测以主机为中心的体系结构未来能否满足以信息为核心的应用需求。为解决设计和需求矛盾，以信息为中心的网络体系结构被提出，即信息中心网络。

信息中心网络采用革新式设计，以信息高效分发和获取为目标，通过信息名操作信息，在设计之初考虑可扩展、安全、移动及多接入点等需求，从而实现网络由“机器互联”到“信息互联”的转变。信息中心网络在应用和技术层面都具有传统网络难以比拟的优势。应用层面，信息中心网络解决信息“是什么”而不是“在哪儿”的问题，符合人们获取信息的直观感受。技术层面，(1)内容层替代IP层成为“沙漏模型细腰”，网络核心更接近应用需求，利于应用开发;(2)弱化主机概念，主机对应用透明，可简化其配置，降低其被定向攻击的可能;(3)信息显式命名，名字持久唯一，便于信息管理;(4)网内缓存便于信息分布，增强网络健壮性和效率;(5)名字路由将信息与位置解耦，增强移动性，充分利用内容副本，提高内容获取效率;(6)采用基于内容而非容器或信道的安全模型，更易保护内容本身[1]。

2信息中心网络体系结构

信息中心网络体系结构虽未统一，但基于信息为中心的思想，本节通过DONA、PSIRP、NetInf和CCN等典型信息中心网络，尝试梳理出较清晰的体系结构框架。

2.1信息中心网络简介

DONA采用扁平名字命名信息，在树形解析处理器网络通过名字选播实现信息分发获取。信息首先被发布到本地RH建立路由。路由更新会通知其父节点及对等节点。请求信息时，本地RH根据信息名查找下一跳，若无下一跳，则将报文转发给父节点，直至到达发布内容的RH或获得缓存。请求报文记录其经过的AS(AutonomousSystem)域。信息可直接采用IP路由返回，也可按AS路径反向返回。PSIRP采用扁平信息名，通过集会互联网络(RendezvousInternet-working，RI)发布/解析信息，通过源路由获得信息。数据源将信息发布到本地集会网络(RendezvousNetwork，RN)，RN通知给RI。订阅信息时，先由本地RN或RI解析出信息位置。然后向该位置请求信息，请求路径被写入报文头部，直到找到内容或缓存。信息沿请求路径返回。NetInf与PSIRP类似，NetInf特点在于:基于MDHT实现名字解析;解析节点可直接请求内容;信息返回基于底层路由。CCN采用层次信息名，直接通过名字匹配查找信息。报文分两类:请求报文Interest和响应报文Data。内容由本地内容路由器(ContentRouter，CR)发布到网络，各CR都记录该内容的路由信息。请求信息时，CR将内容名与转发表FIB匹配确定转发出口。请求路径上每个CR在待定请求表PIT中记录Interest上一跳。当找到内容或缓存时，Data沿PIT中的Interest路径反向返回。

2.2体系结构框架

信息中心网络参与者分三类:请求者(订阅者)、提供者(发布者)和所有者(产生者)。请求者为请求内容的用户。提供者保存并发布内容，可以是服务器、路由器或主机。所有者创建和提供内容，同时证实和担保内容。信息中心网络参与者角色不固定，请求者和所有者均可发布内容，成为提供者。

总结信息中心网络共性，信息中心网络体系结构框架可分三层:应用层、内容层和物理链路层。网络中内容/服务被抽象成具有唯一标识的命名数据。基于内容名字，应用2010层调用内容层API实现内容/服务检索和发布。内容层是对信息中心网络网络核心的抽象概括，不同信息中心网络内容层可细化成更具体的层次。链路层用于节点间消息传递。可建立在传统链路协议之上，为方便网络间过渡和异构网络融合，也支持TCP/IP协议[2]。

信息中心网络网络核心包含五个功能模块:命名机制、通信模式、路由转发、网内缓存及传输控制。命名机制关注名字结构与功能。通信模式为通信发起和交互的过程。路由转发负责信息检索和转发。网内缓存基于名字缓存信息。传输控制负责网络传输性能。信息中心网络还充分考虑可扩展性、安全性、移动性及多接入点等特性，这些特性均围绕内容而设计。

3.结语

信息中心网络设计以应用需求为目标，但目前仍处于发展阶段，存在应用需求不明确和技术不成熟的问题。未来研究方向包括:(1)寻找“杀手级”应用，可能是新应用或传统应用的替代业务;(2)解决技术难题，尤其是路由可扩展和网内缓存问题;(3)量化比较不同信息中心网络设计，对其基本技术路线形成共识。学术界虽尚未就信息中心网络的设计达成共识，但以信息为中心的思想符合未来应用需求。无论未来信息中心网络与IP共存或逐渐消失，信息中心网络的设计思想都已经为未来网络研究带来了活力，并将继续促进未来网络的发展。

参考文献

[1]夏春梅，徐明伟.信息中心网络研究综述[J]/计算机科学与探索，2013.

[2]吴超，张尧学，周悦芝/信息中心网络发展研究综述［J］.计算机学报，