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内容感知网络架构 Content Aware Network Architecture 林涛/LIN Tao 唐晖/TANG Hui 侯自强/HOU Ziqiang (中科院声学所高性能网络实验室，北京 100190) (High Performance Network Laboratory Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences Beijing 100190, China) 中图分类号：TP393.4 文献标志码：A 文章编号：1009-6868 (2011) 02-0000-00 基金项目： 摘要： 文章提出一种内容感知的未来网络架构。该网络架构通过新型的主机/内容命名机制，能够在网络层支持对内容和主机的统一标识，从而在实现内容高效分发的同时，有效地支持端到端通信；同时，该网络架构还具备良好的扩展性、移动性、安全性。 关键词： 未来网络；内容感知；路由可扩展；标识/位置分离 Abstract: This paper proposes a content-aware network architecture. Through a novel host/content naming mechanism, the architecture supports unified identification of host and content at the network layer and has efficient content distribution and efficient end to end communication. Routing scalability, mobility, and security are also well supported. Key words: future network; content aware; route scalability; identifier/location split 随着互联网网络规模的迅猛增长，以及新型应用的飞速增加，原来主要面向科学研究设计的互联网在可扩展、安全、能耗等方面面临重大挑战。互联网流量的快速增长是造成上述问题的重要原因之一。据Cisco预测[1]，IP流量将以年复合增长率34%的速度增长，2014年全球的IP流量将达到每个月64 EB，而互联网上内容相关的流量将超过97.5%的份额。同时，互联网在内容热度方面呈现无尺度分布特征[2]，大量相同内容在网络中低效、重复传输是互联网流量剧增的根本原因。 针对上述问题，目前主要存在两种解决方案：增量式演进方案和革命式解决方案。增量式演进的方案主要通过应用层技术，如对等网络(P2P)、缓存、内容传送网络(CDN)等技术来实现。虽然这些技术在一定程度上可以改进内容分发效率，但是由于难以对网络状态进行有效感知以及缺乏统一的内容标识，因此存在路由效率低、实施难度大等问题。革命式解决方案，包括NDN(Named Data Networking)[3]、DONA(Date Oriented Network Architecture)[4]、PSIRP[5]等未来网络架构，其中NDN最具代表性。NDN提出一个基于内容的命名/路由的网络体系结构，实现通信方式由“Where”到“What”的根本转变。但是基于内容的命名和路由方式，使得NDN面临路由可扩展性以及对端到端通信类应用有效支持等挑战。 本文提出一种内容感知的网络架构，通过新型的主机/内容命名机制，能够在网络层支持对内容和主机的统一标识，从而在实现内容高效分发的同时，有效地支持端到端通信。同时，该架构还具备良好的扩展性、移动性、安全性。 1 总体架构 图1 内容感知网络总体架构 众所周知，IP地址的双重属性(同时包含标识和位置信息)是导致目前互联网路由可扩展性、移动性差的根本原因。因此，标识和位置分离的命名机制，如LISP[6]、GLI-split[7]、SHIM6[8]等方案应运而生。本文在标识和位置分离思想的基础上，将标识进一步分为主机标识和内容标识，使得网络具备内容感知的能力；同时主机标识和内容标识采用一种逻辑可汇聚的路由前缀，实现标识和位置的高效映射。 另外，随着通用处理器计算能力的提高和存储设备成本的降低，通信设备日益呈现IT化趋势，其计算能力和存储能力将极大提高。内容感知网络架构的另一个重要特点就是存储网络化，即路由设备具备大容量存储能力。结合本文提出的内容标识机制，具备存储能力的路由设备在支持传统路由转发功能的基础上，还可实现内容缓存和高效分发。 内容感知网络总体架构如图1所示。在内容感知网络架构中，主要包括边缘网络、核心网络、标识/位置映射系统3部分。在边缘网络