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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
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