内容中心网络的内容请求及传输方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及内容中心网络（Content Centric Network，CCN)中一种内容的请求与 传输方法和系统，属于计算机互联网领域。 技术背景
[0002] 互联网自诞生之日起，获得了飞速的发展。随着规模的膨胀，现有的互联网体系结 构及通信模式面临巨大挑战。第一类互联网应用例如文件传输和远程登陆主要集中于端 到端的通信。用户明确指示源主机和另一个主机进行通信，网络的唯一作用就是将头部中 携带目的地址的分组进行传输。当前网络的体系结构是建立在端到端的传输模式，通信一 端需要获得对端的IP地址，才能建立连接实现通信，该结构非常适合静态主机对之间的通 信。这种通信方式在互联网发展的初期，比较符合实际的通讯需求，促进了互联网的繁荣。 然而，近40年来，互联网的飞速发展促使自身发生了巨大改变，大量的创新应用不断产生。 随着这类应用的不断发展，基于TCP/IP的现有互联网也逐渐暴露出诸多问题。尤其是近年 来，内容分发类应用大量涌现，如视频网站（优酷、土豆等）、广播电视网络化等。在此类应 用中，用户更加关心内容，而非内容的位置。例如，用户知道自己要访问新浪的新闻头条，或 者优酷上的视频，或者访问自己的银行账户，但是并不知道也不关心这些数据或者服务由 哪个机器来提供。同时，当前互联网路由器无法识别其传输的内容，导致同样的数据在某些 网络路径中冗余传输，降低网络带宽实际利用率。例如，当清华校园网的N个用户请求优酷 的同一个视频时，对每一个用户，网络都需要从优酷发送一份完整的视频。在清华到优酷服 务器的共同路径上，N份完全相同的数据不断传输，造成了网络带宽的浪费。
[0003] 近年来，未来互联网研宄逐渐展开，其中内容中心网络（Content Centric Network，CCN)，作为未来网络研宄的主流方向之一，获得了充分的重视。CCN主要从两个方 面解决当前网络面临的困境：实现基于内容名字的路由和设计支持内容缓存的路由器。前 者将用户从端到端通信模式中彻底解放，用户不再需要关心内容的位置，只需要向网络请 求所需内容。后者使路由器能够识别并缓存其传输的内容，在网络层实现了传输内容的复 用，大幅度提高带宽利用率。
[0004] CCN实现基于内容名字的路由来取代基于端的IP地址的路由。在CCN中，内容被分 割成若干的数据块（Chunk)，有两种类型的消息：兴趣消息（Interest)和数据消息（Data)。 用户想要访问内容时，向网络中广播关于这个内容的兴趣消息。任何接收到兴趣消息并且 拥有该内容的节点，向用户返回数据消息。由于兴趣消息和数据消息都是用内容的名字来 标识，所以多个想要访问同一内容的用户可以共享传输。CCN中实现基于内容名字路由的 两个主要模块：路由转发表（FIB，Forwarding Information Base)，用户请求记录表（PIT， Pending Interest Table)，如附图1所示。FIB表是用来转发兴趣消息到可能拥有对应数 据的节点。它与传统网络的IP转发表很像，但是它允许多个转发端口而不是一个。这使得 在CCN中，用户可以并行的从多个数据节点请求数据。PIT表记录了从该节点被转发出去的 兴趣消息，所以返回的数据消息可以往下流方向被发送回它的请求者。在CCN中，兴趣消息 可以被路由转发，它们留下"从哪里来"的信息，使得到达的对应数据消息能够沿着对称路 径返回请求者。每个PIT前缀记录了每个兴趣消息是从哪个端口来的，并且一旦被使用来 转发对应的数据消息，会立即被删除。永远没有对应数据消息返回的PIT前缀最终也会因 为超时而被删除掉。用户如果依然想要该数据，就得重发兴趣消息。
[0005] CCN实现可缓存内容的路由器。CCN会提供网内缓存机制，即在每个路由器中实现 一个内容缓存模块（Content Store)。这个内容缓存模块与IP网络中的缓冲空间类似，但 是可以有不同的替换策略。由于每个IP分组只属于一个单一的点对点的通信连接，在被转 发到下流之后便不会再被利用。因此，在该分组被转发之后，就可以立即直接回收这个分组 的缓存空间（MRU替换策略）。而CCN分组是自我识别，自我认证的，所以每个数据分组，尤 其是流行内容的分组，很可能对多个用户有用。例如多个用户阅读访问同一个网页，观看同 一个视频。为了最大化共享率，最小化上流带宽的需求和下流的延迟，CCN将记住到达的数 据分组，即尽可能的保存在缓存中（LRU或者LFU替换策略）。
[0006] CCN基于内容名字的路由和可缓存内容的路由器，给网络带来了众多的好处。例 如，CCN因其数据消息提供了数据签名，可以被接收者验证其真实性。此外CCN网络不保证 数据通道的安全性，因为可以从任意缓存处取得。这样也使得CCN具备对许多DOS攻击的 防御能力。CCN支持内容分发和多播功能，可以减低负载和延迟，同时较IP有更高的鲁棒性 和灵活性。
[0007] CCN虽然很多的优点，但是由于其自身的缺点，要将其大量部署也面临众多的挑 战。例如CCN的部署需要路由器支持高速的基于内容名字的路由和数据块级别的缓存能 力，现在的路由器技术还不足以支撑。其次CCN采用分级的命名方案，这种方案在安全性上 不如扁平的命名方案。再者，没有一个好的CCN的缓存方案，现存的方案如随机缓存，到处 缓存（Leave everything everywhere)，基于概率的缓存等方案都不够理想。CCN的拥塞控 制研宄仍然还处于初步的研宄阶段，出现的研宄成果不多。CCN忽略了数据块级别的多点并 行传输，使得CCN现在的数据传输方案无法充分利用网内缓存。
[0008] 现有的CCN请求内容的传输方案是从拥有最小往返时延的数据节点获得。用户发 送兴趣消息，这个兴趣消息会根据FIB表转发到多个数据源（CCN节点的缓存命中或者源服 务器），相应的数据消息沿着对称路径返回，同时经过的节点的PIT表中的相应条目也会被 删除。这样后续到达的消息分组，因为PIT中没有相应的条目，则直接被丢弃。这样的方案 中，接收者接收到的数据消息，实际就是从具有最小往返时延的数据源发送回来的，这是一 种单点单行的传输机制。
[0009] 但是CCN的这种传输方案，并没有实现数据块级别的多点并行传输。CCN的实现了 可缓存内容的路由器，当数据块被传输时，路径上的路由器可以缓存这些数据，这使得后来 的用户如果请求一个数据块，便可能并行的从多个数据源获得，通信方式也变成了点对多 点。同时，CCN的数据块的分布受众多因素的影响，如缓存策略，现有的流量，内容的流行度， 缓存大小等，由于内容流行度，现有流量都是随时间不断变化的，所以CCN数据块的分布也 是动态变化的。所以从用户的角度，如何充分利用内容中心网络的动态缓存路由器及源服 务器，实现基于数据块级别的多点并行传输，优化请求模式，充分降低数据传输时间，是内 容中心网络面临的重要挑战之一。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于提供一种内容中心网络的内容请求及传输方法和系统，通过充 分利用内容中心网络的动态缓存路由器及源服务器，实现基于数据块的多点并行传输机 制，优化用户数据请求模式，最小化数据传输时间。。
[0011] 为此，本发明提出一种内容中心网络的内容请求及传输方法，包括如下步骤:A、接 收用户端发送的探测消息，通过基于接收者驱动的内容节点探测机制来使用户端发现和学 习数据块分布情况；B、向用户端发出反馈信息，路由器或服务器根据探测消息中的名字域 返回包含关于内容的数据块分布情况的反馈消息。路由器转发反馈消息时，根据反馈消息 头部的内容名字，在PIT中查找，如果有相应匹配条目，则根据查找的端口转发出去，如果 在PIT中没有匹配，则丢弃该反馈消息；C、接收用户端广播的关于内容的兴趣消息，兴趣消 息到达路由器时，根据兴趣消息中数据源选择域的数据源标识，首先验证路由器标识是否 是兴趣消息中的数据源标识，如果是，则查看缓存中是否有被请求的内容，如果有则响应该 请求，发回填入该路由器标识的数据消息，并丢弃该兴趣消息；如果内容缓存中没有被请求 的内容，发回"没有用户请求的数据块"消息；如果路由器标识不是兴趣消息中的数据源标 识，则查看PIT中是否有该内容名字条目，如果PIT有相应条目，则添加端口；如果PIT中没 有，则查找FIB，如果在FIB中找到，则按照查找到的所有端口转发兴趣消息，并在PIT中记 录；如果FIB中也没有该内容名字条目，则丢弃该兴趣消息；D、响应兴趣消息，返回包含用 户想要的数据的消息。
[0012] 本发明还提出一种内容中心网络的内容请求及传输系统，其特征是采用上述方法 进行内容的请求及传输。
[0013] 本发明具有以下优势：通过探测消息和反馈消息的设置，可实现采用分