發(fā)布時(shí)間：2020-08-08 14:46

【摘要】：近幾年,隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已經(jīng)滲透到人們工作生活的方方面面。人們越來越關(guān)注網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容;而現(xiàn)有的TCP/IP架構(gòu)卻是以地址為核心,在可擴(kuò)展性、動(dòng)態(tài)性和安全性等方面已難以滿足應(yīng)用的需求。鑒于此,命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(Named Data Networking,NDN)提出將網(wǎng)絡(luò)關(guān)注的焦點(diǎn)從地址轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)內(nèi)容,顛覆了傳統(tǒng)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的通信模型。在NDN的數(shù)據(jù)平面,數(shù)據(jù)名查找是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),直接決定了數(shù)據(jù)平面轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的性能以及資源開銷。相比于IP地址,NDN數(shù)據(jù)名結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不定長且無理論上限,這給數(shù)據(jù)名查找?guī)砹烁蟮奶魬?zhàn)。基于前綴樹的數(shù)據(jù)名查找方案在不考慮專用硬件加速的情況下查找速度難以滿足性能需求;哈希表和布魯姆過濾器雖然操作簡單、平均查找速度快,但不能直接應(yīng)用于前綴查找,且需小心處理哈希沖突和假陽性問題。前綴布魯姆過濾器(Prefix Bloom Filter,PBF)根據(jù)前綴長度分布,結(jié)合哈希表和布魯姆過濾器來實(shí)現(xiàn)查找加速,同時(shí)降低假陽性率。然而,其存儲(chǔ)利用率較低,浪費(fèi)了大部分存儲(chǔ)空間。鑒于此,本文基于前綴布魯姆過濾器,設(shè)計(jì)了一種更緊湊的結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的查找算法,在保障查找速度、假陽性率和準(zhǔn)確率的前提下壓縮存儲(chǔ)開銷。實(shí)驗(yàn)表明,該方案能節(jié)省近54%的存儲(chǔ)空間,而且查找速度也有提升。在數(shù)據(jù)集為全匹配模式和全不匹配模式的情況下,平均查找延時(shí)分別下降了 11.5%和7.5%�？梢�,該方案既能壓縮存儲(chǔ)空間,又能提升查找性能。另一方面,常規(guī)NDN的包轉(zhuǎn)發(fā)過程中需要查多張表;而在一些特定場景下,比如流媒體傳輸,短時(shí)間內(nèi)需要處理大量數(shù)據(jù)名相同或相近的包。因此,本文在對(duì)NDN轉(zhuǎn)發(fā)流水線進(jìn)行深入分析后,設(shè)計(jì)了一種包緩存(Packet Cache,PC),以數(shù)據(jù)包類型及數(shù)據(jù)名(去除段號(hào))為聯(lián)合關(guān)鍵字,直接索引所需操作,以減少不必要的查表,分別使用興趣包和數(shù)據(jù)包作為數(shù)據(jù)集與常規(guī)查找方案做對(duì)比進(jìn)行測試,結(jié)果表明在數(shù)據(jù)名重復(fù)率為30%以上時(shí),使用包緩存效果較好;在重復(fù)率為100%時(shí),例如傳輸一部電影,使用本文設(shè)計(jì)的包緩存可減少60%左右的查表開銷。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP393.0
【圖文】：

圖１．１邋ＴＣＰ／ＩＰ網(wǎng)絡(luò)與ＮＤＮ網(wǎng)絡(luò)沙漏模型邐邐１逡逑圖１．２邋ＮＤＮ結(jié)構(gòu)中兩種類型的包邐２逡逑圖１．３邋ＮＤＮ節(jié)點(diǎn)中的轉(zhuǎn)發(fā)過程邐邐３逡逑圖２．１前綴布魯姆過濾器邐１０逡逑圖２．２前綴

逑１．１．２邋ＮＤＮ路由轉(zhuǎn)發(fā)模型與數(shù)據(jù)名查找逡逑如圖１．２ｍ所示，在ＮＤＮ中有兩種類型的傳輸包：興趣包（Ｉｎｔｅｒｅｓｔ邋Ｐａｃｋｅｔ）和逡逑數(shù)據(jù)包（ＤａｔａＰａｃｋｅｔ）邋［８］。興趣包表達(dá)了用戶對(duì)數(shù)據(jù)的請求，其數(shù)據(jù)名標(biāo)識(shí)了它所逡逑請求的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)包則承載著數(shù)據(jù)資源，其數(shù)據(jù)名即為其所承載數(shù)據(jù)的唯一標(biāo)識(shí)。逡逑此外，興趣包還可以攜帶一些額外信息來定制數(shù)據(jù)選擇策略，而數(shù)據(jù)包則必須包含逡逑數(shù)據(jù)生產(chǎn)者簽名用以驗(yàn)證其合法性和完整性。這些包都是獨(dú)立存在的，不依賴連接逡逑控制，也不需要狀態(tài)信息，與其從哪里來以及將要被轉(zhuǎn)發(fā)到哪里去都沒有任何的關(guān)逡逑系。我們用包的名字來替代現(xiàn)在的地址，包路由時(shí)只依據(jù)自身攜帶的內(nèi)容而無需逡逑依賴類似ＩＰ的位置信息。每個(gè)包的名字由多個(gè)可變長的組件構(gòu)成，例如，名字／ｘ／ｙ／ｚ逡逑由３個(gè)組件構(gòu)成

逑而到ＦＩＢ表中進(jìn)行查找。若ＦＩＢ表中有對(duì)應(yīng)項(xiàng)，則表明該引擎知道該興趣包的轉(zhuǎn)發(fā)逡逑規(guī)則；若沒有，則表明該引擎無法處理該興趣包，此時(shí)直接將其丟棄，如圖１．３所逡逑Ｉ查詢ＣＳ邐查詢ＷＴ邋｜（＝＞｜查詢ＦＩＢ邋｜逡逑＼＼邐栔名查找邐Ｚ，’逡逑興趣包請求興趣包請求逡逑ＬＡ＾．ｌ逡逑返？教據(jù)包邐返回?cái)?shù)握包逡逑圖１．３邋ＮＤＮ節(jié)點(diǎn)中的轉(zhuǎn)發(fā)過程逡逑可見，ＮＤＮ的轉(zhuǎn)發(fā)過程涉及兩種包在三張表上以數(shù)據(jù)名為關(guān)鍵字進(jìn)行的匹配，逡逑既包括精確匹配，也包括最長前綴匹配。因此，ＮＤＮ轉(zhuǎn)發(fā)的核心操作即為數(shù)據(jù)名逡逑查找。相比于ＴＣＰ／ＩＰ中的ＩＰ地址查找，ＮＤＮ數(shù)據(jù)名查找面臨更嚴(yán)峻的的挑戰(zhàn)［１０］。逡逑首先，ＮＤＮ數(shù)據(jù)名的長度不定且無理論上限［＂］，這就對(duì)查找算法的性能提出了更逡逑高的要求。其次，ＮＤＮＦＩＢ可能比ＩＰＦｆｆｉ大好幾個(gè)數(shù)量級(jí)［１２］，這就需要設(shè)計(jì)更緊逡逑湊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。最后，ＰＩＴ需要處理的更新遠(yuǎn)比單純的路由更新要頻繁。逡逑１．２國內(nèi)外研究現(xiàn)狀逡逑文獻(xiàn)［１３］分析了傳統(tǒng)的基于ＩＰ轉(zhuǎn)發(fā)與基于數(shù)據(jù)名轉(zhuǎn)發(fā)的根本區(qū)別：ＩＰ地址是固逡逑定的、有限的

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 謝高崗;張玉軍;李振宇;孫毅;謝應(yīng)科;李忠誠;劉韻潔;;未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究綜述[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào);2012年06期

本文編號(hào)：2785707