基于NDN的路由可扩展性研究与实现

论文摘要

在线视频、文件分享等信息类应用已成为现今网络应用的主流,高效的完成信息递送成为未来网络的主要目的,由此引发了以信息为中心的网络的研究热潮。在以信息为中心的网络的众多项目中,NDN以其类URL的、具有语义的、层级的命名方式,以及高效的路由转发机制,获得了较为广泛的关注。NDN很好的实现了命名与位置相分离、组播、网络安全、负载均衡等现有网络不能很好解决的问题,为未来网络架构提供了一种可供选择的优良方案。本文以NDN为基础,对其架构进行了详细的分析,并对其路由可扩展性问题进行广泛而深入的研究。从防止路由表项扩张、提高相关表项查询更新速度,以及利用缓存减少查表次数三个方面分析其各自对NDN路由可扩展性的影响,并给出其各自的突破点。通过分析比对,提出了一种防止路由表项扩张的方法,并利用DHT实现了对NDN中核心节点路由表项的拆分,使得NDN获得更好的路由可扩展性。该方法不仅使得路由表项分布的更加均衡,并且能够在这些节点上获得更高的聚合度。本文基于NS-3和NdnSIM对所提出的方法进行了网络仿真,并基于NdnSIM实现了分布式NDN节点的相关模块。最终的仿真结果表明,该方法能够提供很好的路由可扩展性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 论文主要工作内容
• 1.3 论文组织结构
• 第二章 NDN网络架构
• 2.1 信息网络特点和主要解决的问题
• 2.2 NDN简介
• 2.2.1 NDN基本原理
• 2.2.2 NDN主要概念
• 2.2.2.1 Interest包与Data包
• 2.2.2.2 CS
• 2.2.2.3 PIT
• 2.2.2.4 FIB
• 2.2.3 NDN的命名系统
• 2.2.4 NDN的路由转发系统
• 2.2.5 NDN结构特点
• 2.2.5.1 灵活的命名方式和无限的地址空间
• 2.2.5.2 对移动性的支持
• 2.2.5.3 对组播的支持
• 2.2.5.4 高效的Interest路由方式
• 2.2.5.5 良好的网络负载控制
• 2.2.5.6 对网络攻击的防止
• 2.2.5.7 易于部署
• 2.2.6 NDN研究热点
• 2.2.6.1 NDN命名规范
• 2.2.6.2 NDN中缓存策略
• 2.2.6.3 NDN中的路由可扩展性
• 2.3 本章小结
• 第三章 DHT相关框架
• 3.1 DHT用于解决的问题
• 3.2 DHT主要算法
• 3.2.1 CAN
• 3.2.2 Chord
• 3.2.3 Tapestry
• 3.2.4 Pastry
• 3.2.5 算法比较
• 3.3 本章小结
• 第四章 NDN路由可扩展性分析
• 4.1 NDN基本路由过程
• 4.1.1 CS未命中,PIT未命中的基本路由过程
• 4.1.2 CS命中的基本路由过程
• 4.1.3 PIT命中的基本路由过程
• 4.2 NDN路由可扩展性的研究方向
• 4.2.1 避免表项扩展
• 4.2.2 加快查表速度
• 4.2.3 利用缓存减少查表次数
• 4.2.4 NDN路由可扩展性研究方向总结
• 4.3 NDN可扩展性研究的可能突破点
• 4.3.1 阻止NDN路由表项扩展
• 4.3.2 加快查询更新速度
• 4.3.3 提高缓存命中率
• 4.3.4 NDN路由可扩展性研究方向突破点总结
• 第五章 基于表项拆分的NDN核心节点路由方案（ES-NDNCNR）
• 5.1 ES-NDNCNR基本思想
• 5.2 ES-NDNCNR网络架构
• 5.3 ES-NDNCNR相关细节
• 5.3.1 NDN核心节点内部结构
• 5.3.2 NDN核心节点间通信规则
• 5.3.3 NDN核心节点与原NDN节点间的通信规则
• 5.3.4 NDN核心节点在Chord环上编号的生成
• 5.4 ES-NDNCNR新网络拓扑下的路由转发过程
• 5.4.1 无CS命中无PIT命中基本路由过程
• 5.4.2 PIT命中基本路由过程
• 5.5 ES-NDNCNR相关问题总结
• 5.5.1 优点
• 5.5.2 缺点
• 5.5.3 依赖条件
• 5.5.4 小结
• 5.6 本章小结
• 第六章 ES-NDNCNR方案的性能分析与仿真实验
• 6.1 ES-NDNCNR方案的仿真实现
• 6.1.1 仿真实现环境
• 6.1.1.1 NS3
• 6.1.1.2 NdnSIM
• 6.1.2 NDN核心节点新增模块仿真实现
• 6.1.2.1 Distribute Route Table实现
• 6.1.2.2 DHT Forwarding Strategy实现
• 6.1.3 仿真实验场景
• 6.1.3.1 仿真场景一未引入ES-NDNCNR方案NDN网络
• 6.1.3.2 仿真场景二引入ES-NDNCNR方案NDN网络
• 6.2 ES-NDNCNR方案的性能分析和测试
• 6.2.1 ES-NDNCNR方案对FIB大小的影响
• 6.2.1.1 理论分析
• 6.2.1.2 测试数据
• 6.2.2 ES-NDNCNR方案对聚合效果的影响
• 6.2.2.1 理论分析
• 6.2.2.2 测试数据
• 6.2.3 ES-NDNCNR方案对信息传输的影响
• 6.2.3.1 理论分析
• 6.2.3.2 测试数据
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读学位期间学术成果