[发明专利]一种用于命名数据网络中网络节点的转发方法、装置、系统及存储介质

说明书

本发明提供了一种用于命名数据网络中网络节点的转发方法、装置、系统及存储介质，该转发方法包括FIB，FIB包括哈希表和前缀树，对于表中存储的任一个名字，其所有的真前缀在表中拥有相应的表项，检查前缀是否存在并添加对应辅助表项的过程被称为FIB重构，在重构后的FIB中，表项被分为实表项和非实表项，非实表项分为虚表项和半虚表项。本发明的有益效果是：本发明实现了一种支持随机搜索的FIB转发架构及相关算法，彻底解决了其中的回溯问题和过时表项问题，实验评估表明，本发明几乎不会影响算法的时间开销，由此保证了随机搜索算法的高效性和优越性，为设计高效的NDN转发架构，彻底解决NDN的可扩展性问题打下了重要的基础。

技术领域

本发明涉及互联网技术领域，尤其涉及一种用于命名数据网络中网络节点的转发方法、装置、系统及存储介质。

背景技术

信息中心网络(Information Centric Networking, ICN)，包括内容中心网络(Content Centric networking, CCN)和命名数据网络(Named Data Networking, NDN)，是一种旨在解决目前IP协议瓶颈的新型互联网架构。本发明中谈及的主要是其NDN分支,以下将由NDN作为内容中心网络的指代.在NDN中，网络更关心数据其自身，而非数据的所在位置。通过内容和具体地点的解耦，以及适当的转发和缓存策略设计，NDN通过具有智能性的转发平面实现了数据的多路径发送，并通过网络中缓存降低了数据的请求延迟，由此实现了高效、可靠的信息分发。

如其名字所示，NDN使用层级化的名字指代网络中的每一个资源，并设计了基于名字的内容请求和转发机制。NDN的数据传输过程依赖于两种数据包，即兴趣包(InterestPacket)和数据包(Data Packet)。NDN使用消费者驱动(Consumer-Driven)的方式完成其内容请求：消费者将请求内容的名字添加到兴趣包中，并将兴趣包投放到网络；路由节点收到兴趣包后，将在本节点的转发信息表(Forwarding Information Base, FIB)中，基于最长前缀匹配(Longest Prefix Matching, LPM)的方式查询兴趣包中的内容名，以此获取转发出报文的端口；当兴趣包被该内容的持有者接受时，持有者将生成一个该内容的数据包，并沿着兴趣包的到来路径回溯给消费者。

NDN将报文的转发机制从面向地址变为了面向名字，通过这种方式，NDN实现了内容和所在位置的解耦，提升了网络的灵活性和高效性。然而，面向名字的转发模式同样存在其缺陷：随着网络规模的扩大，NDN转发平面的性能往往会产生较为严重的下降，包括转发延迟的迅速增大，报文的拥塞，和内存的大量占用等等。这些问题大致由以下原因导致：

1.面向名字的转发平面以名字作为查找的Key，而NDN名字具有无界的长度和多变的样式，因此，以往基于规则IP地址的各种优化算法往往难以应用于其中；同时，传统的线性搜索算法具有正比于名字期望长度的时间开销，对于远长于IP地址的NDN名字难以取得较好的效果。上述原因导致了查询过程的较大时延。

2.由于指代的对象更为细微，NDN名字的数目远远大于IP地址，导致NDN的FIB往往具有极为庞大的规模。考虑到FIB的键值为无界的NDN名字，当不采用适当的压缩策略时，其内存占用将远超过现有设备的可用容量。

相比于稳定的IP地址，NDN名字极其容易发生变动，导致NDN中的FIB面对着频繁得多的更新需求，为此，FIB设计必须支持各种操作的高效性，以维护自身的即时和有效。

出于上述原因，NDN往往难以应用于大规模的网络实践中，这被称为NDN的可扩展性问题。其中，面向名字的转发机制是造成该问题，以及着手解决该问题的关键点，优秀的转发平面设计可以保证NDN网络在大规模应用中的高效与可靠，成为了现有NDN研究人员的主要着力方向之一。