命名数据网络与互联网内容分发.pdf

第 8 卷  第 8 期  2012 年 8 月 55 引言 20世纪70年代以来，以TCP/IP协议为核心技 术的互联网面临着日益严重的技术挑战。之前的 网络主要通过数据包交换方式满足主机之间端对 端的数据传输（ARPANET[1]），通信机制上主要 基于拓扑位置模式（location-based），在网络的安 全性、可靠性、灵活性、移动性、拥塞控制和路 由效率等方面暴露出许多不适应性[2,3]。当今互联 网的主要功能是满足高效率、大规模、安全的内 容获取和分发。近年来，国际上形成了两种发展 未来互联网的技术路线：一种是“渐进式”的， 即不断“改良”和“完善”现有的IPv4协议，最终 平滑过渡到IPv6；另一种是“革命性”路线，即 重新设计以信息为中心的网络（information-centric network，ICN）作为互联网体系结构，满足未来互 联网的发展需要。这方面的代表是美国命名数据网 络（Named Data Networking，NDN）项目[4]，还有 欧盟第七框架计划的SAIL[5]和PURSUIT[6,7]。 端对端的通信模式以主机为中心，基于端点寻 址和数据包交换，本质上面临着网络瘫痪和传输拥 塞的难题。尽管可以通过增量改变网络堆栈（以IP 协议为细腰的沙漏模型）或覆盖网络（比如对等 网络（peer-to-peer，P2P）[8]和内容分发网络（con- tent distribution network，CDN）[9]）来应对难题， 但也有弊端和局限性，因此无法创造或部署更多的 创新型应用和服务。在以NDN为代表的ICN体系构 架中，用户只关心在任意网络节点迅速地获取数据 （或者副本），不关心内容的位置，因此重点研究 内容是信息对象本身、数据自身属性和以请求方的 数据请求为驱动方式[10]（与HTTP方式类似）的数 据传输构架。利用通信在空间和时间上的解耦和网 络内存储，通过数据复制，在传输数据对象上附加 安全元数据以及交互的多方通信机制，来解决当前 互联网在内容分发上的一系列关键问题。 解决方案 互联网数据的发展速度十分迅猛。2008年夏 天，谷歌的有哪些信誉好的足球投注网站引擎达到了一个新的里程碑，即 在网络上收录了超过1万亿（1012）个唯一网址 （URLs）[11]，2011年超过了3万亿[22]。从2009年至 2014年，全球IP网络流量将增加4倍，2014年的增 长幅度将达到每月64艾字节（1018）。相对而言， 2009年的增长幅度大约在每月15艾字节左右。 因此，互联网迫切需要高扩展性和高性价比的 内容分发解决方案。 P2P技术 说到内容分发和共享就不能不提对等网络。 对等网络较早提出了内容分布、去中心化（server- less）、基于数据的索引和检索的思想，是为了进 行内容分发和共享专门孕育而生的过渡性典型技 术，是信息中心网络系统构架的前身。P2P技术颠 覆了互联网上原有的“客户端/服务器”（cl ient/ se rve r）计算模式，使得资源不是集中在少数昂 贵的服务器中，而是广泛分布在众多的终端节点 雷　凯 北京大学深圳研究生院 命名数据网络与互联网内容分发 关键词：信息中心网络　命名数据网络　内容分发 专栏 第 8 卷  第 8 期  2012 年 8 月 56 中，获取资源不再依赖中央服务器的性能。P2P的 可扩展性是通过降低和均衡中央负载来实现的，充 分利用了P2P的网络自组织能力、自适应性以及在 节点间的容错分布机制。在各种P2P系统中，客户 端主动代理为其他候选节点解析资源命名，从选定 的节点检索并下载数据段。从拓扑结构上看，P2P 从最初的中心拓扑结构到完全分布式结构，各种各 样的拓扑结构层出不穷。 大多数P2P网络为了提高构架的可伸缩性，均 采用分布式哈希表（distributed hash table，DHT） 为底层基础协议。代表性的DHT协议有Chord[14]、 CAN[15]和Kademlia[16]等。从运用领域上看，P2P技 术已经涵盖了分布式科学计算、文件共享、语音通 信、流媒体点播和直播、在线游戏支撑平台、邮件 系统等方面。但是P2P只适用于为特定的应用提供 专有的数据传输处理模型，对应用本身具有很强的 依赖性和归属性，不是一种普适的解决方案。 CDN技术 当前大型的互联网内容提供商都在使用CDN 服务来加速静态数据和动态数据的内容分发。 CDN的核心思想是搭建覆盖网络，将内容主动调 度到最接近用户的网络“边缘”，使用户可以就近 取得所需的内容，解决互联网拥塞状况，提高用户 获取的响应速度，通过增加存储来换取处理性能。 对于视频直播流，覆盖结构组成一个多播树来减少 带宽消耗并提高性能。CDN的分布式内容部署尽 可能避开互联网上有可能影响数据传输速度和稳定