[发明专利]一种基于软件定义的内容中心网络架构

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于软件定义的内容中心网络架构。

背景技术

传统Internet实现了端到端的互联互通和资源共享，使人类通信方式得到了前所未有的革命。然而，以主机为中心的传统网络越来越难适应当前网络数据的指数式增长。CCN(Content Centric Network)不再关注内容存放的位置，而将关注点转向内容本身。这种方案彻底改变了IP数据包的封装结构和寻址方式，以内容为标识替代了传统的IP地址。但现有CCN架构主要有以下三点问题：第一，没有全局视角的控制，这使得难以针对不同场景和需求对网络进行即时优化；第二，从内容路由器的设计，到名称解析、缓存管理等方案，都大大增加了网络的复杂程度，甚至超过了现有的IP网络；第三，这种完全以内容为中心的结构与现有IP网络的兼容性非常差，进一步阻碍CCN的发展。

软件定义网络SDN(Software Defined Network)是一种全新的网络结构，它将底层的硬件抽象出来，并提供统一的接口。通过使用这些接口，网络设备的控制与转发两个功能将被分离开来。这样，网络设备将只负责简单按照指令对数据进行操作，而将控制权交给连接各个网络设备的集中式控制器。这能够避免传统网络的固有弊端。

将SDN应用到CCN中，可以有效地解决CCN网络存在的一些问题。首先，SDN分离控制的思想，将控制权都集中在控制器中，通过全局的视角和智能化的软件，使网络的复杂性得以大大降低。其次，SDN与IP网络有着极佳的兼容性，它与上层协议无关的特点甚至能帮助CCN在商用网络中进行试验。如何有效的将SDN和CCN结合成为关键问题所在。为了解决这一问题，国内外研究机构对此进行了大量研究，并提出了相应的网络架构。已经提出的方案有剑桥大学学者提出的Blackadder-SDN优化方案，帕尔马大学学者提出的CONET-SDN方案和SD-ICN的通用框架。

Blackadder-SDN优化方案是在设计好的CCN架构中，利用SDN拥有全局视角的特性，将转发模块独立出来，交由SDN控制。但在其设计中并没有贯彻控制平面和数据平面相分离的原则，诸多控制模块如拓扑管理器，交汇点都是放置在内容路由器中，这无疑增加了内容路由器的负担。同时这种杂糅不清的架构在为新需求添加功能的时候会非常困难。

CONET-SDN较好的体现了SDN的原则。其中控制器上运行着名称路由系统，而交换机则根据控制器的指示路由。虽然CONET-SDN带来了很大的启发，但是这个设计只考虑到路由，而对于具体CCN功能只是从SDN的角度上对通信的帧格式上进行改进。

SD-ICN的通用框架也是一种在SDN体系中加入ICN功能的方案。基于软件定义网络，所提出的框架包括三个组成部分：交换机，控制器和控制程序。交换机根据它的流表项和缓存并遵守缓存规则来转发包。还有一个特殊的交换机叫做接入交换机，它能够根据控制器所配置的映射规则来封装原始的ICN包。控制器能够从交换机收集信息形成一个网络的全局视图，然后将网络资源进行切片供不同控制程序使用。控制器还会收到交换机不能路由的包。该方案的优点在于，控制和转发的解耦能快速部署具有完全ICN特性的ICN网络。

综上所述，现有软件定义内容中心网络架构在设计上分离控制不分明，CCN功能考虑不周全，与现有IP网路兼容性不强的问题。因此，本设计主要目的是实现一个以SDN中分离控制为核心原则，以基于内容的分发作为主要目标且与现有IP网络可兼容的软件定义内容中心网络架构。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于软件定义的内容中心网络架构，该网络架构以SDN的分离控制为核心原则，以基于内容的分发作为主要目标，并且与现有IP网络可兼容。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于软件定义的内容中心网络架构，该网络架构包括控制平面、控制通道、数据平面和数据通道；所述控制平面连接到各个网络设备上，获取整个内容中心网络的状态信息，对整个网络进行统一管理；所述控制通道，使用OpenFlow协议数据包实现控制平面和数据平面的交互；所述数据平面，由内容交换机组成，完成该架构下所有的数据操作；所述数据通道，使用类似CCNx协议的数据包实现数据平面内的内容交换机、请求者和内容提供者的交互。

进一步，在本网络架构中，使用软件定义的方式，使内容中心网络的数据平面和控制平面分隔开，所有的控制决策由控制平面发出，所有的数据操作由数据平面完成。