[發(fā)明專利]一種基于軟件定義的內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410438666.5
• 申請(qǐng)日: 2014-08-29
• 公開（公告）號(hào): CN104158763A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡岳平;劉軍;周麗;李延甲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L12/861
• 分類號(hào): H04L12/861
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于軟件定義的內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)Internet實(shí)現(xiàn)了端到端的互聯(lián)互通和資源共享，使人類通信方式得到了前所未有的革命。然而，以主機(jī)為中心的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)越來越難適應(yīng)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的指數(shù)式增長(zhǎng)。CCN(Content?Centric?Network)不再關(guān)注內(nèi)容存放的位置，而將關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)向內(nèi)容本身。這種方案徹底改變了IP數(shù)據(jù)包的封裝結(jié)構(gòu)和尋址方式，以內(nèi)容為標(biāo)識(shí)替代了傳統(tǒng)的IP地址。但現(xiàn)有CCN架構(gòu)主要有以下三點(diǎn)問題：第一，沒有全局視角的控制，這使得難以針對(duì)不同場(chǎng)景和需求對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行即時(shí)優(yōu)化；第二，從內(nèi)容路由器的設(shè)計(jì)，到名稱解析、緩存管理等方案，都大大增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度，甚至超過了現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)；第三，這種完全以內(nèi)容為中心的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)的兼容性非常差，進(jìn)一步阻礙CCN的發(fā)展。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN(Software?Defined?Network)是一種全新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它將底層的硬件抽象出來，并提供統(tǒng)一的接口。通過使用這些接口，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制與轉(zhuǎn)發(fā)兩個(gè)功能將被分離開來。這樣，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將只負(fù)責(zé)簡(jiǎn)單按照指令對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，而將控制權(quán)交給連接各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的集中式控制器。這能夠避免傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的固有弊端。

將SDN應(yīng)用到CCN中，可以有效地解決CCN網(wǎng)絡(luò)存在的一些問題。首先，SDN分離控制的思想，將控制權(quán)都集中在控制器中，通過全局的視角和智能化的軟件，使網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性得以大大降低。其次，SDN與IP網(wǎng)絡(luò)有著極佳的兼容性，它與上層協(xié)議無關(guān)的特點(diǎn)甚至能幫助CCN在商用網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行試驗(yàn)。如何有效的將SDN和CCN結(jié)合成為關(guān)鍵問題所在。為了解決這一問題，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)對(duì)此進(jìn)行了大量研究，并提出了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。已經(jīng)提出的方案有劍橋大學(xué)學(xué)者提出的Blackadder-SDN優(yōu)化方案，帕爾馬大學(xué)學(xué)者提出的CONET-SDN方案和SD-ICN的通用框架。

Blackadder-SDN優(yōu)化方案是在設(shè)計(jì)好的CCN架構(gòu)中，利用SDN擁有全局視角的特性，將轉(zhuǎn)發(fā)模塊獨(dú)立出來，交由SDN控制。但在其設(shè)計(jì)中并沒有貫徹控制平面和數(shù)據(jù)平面相分離的原則，諸多控制模塊如拓?fù)涔芾砥鳎粎R點(diǎn)都是放置在內(nèi)容路由器中，這無疑增加了內(nèi)容路由器的負(fù)擔(dān)。同時(shí)這種雜糅不清的架構(gòu)在為新需求添加功能的時(shí)候會(huì)非常困難。

CONET-SDN較好的體現(xiàn)了SDN的原則。其中控制器上運(yùn)行著名稱路由系統(tǒng)，而交換機(jī)則根據(jù)控制器的指示路由。雖然CONET-SDN帶來了很大的啟發(fā)，但是這個(gè)設(shè)計(jì)只考慮到路由，而對(duì)于具體CCN功能只是從SDN的角度上對(duì)通信的幀格式上進(jìn)行改進(jìn)。

SD-ICN的通用框架也是一種在SDN體系中加入ICN功能的方案。基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)，所提出的框架包括三個(gè)組成部分：交換機(jī)，控制器和控制程序。交換機(jī)根據(jù)它的流表項(xiàng)和緩存并遵守緩存規(guī)則來轉(zhuǎn)發(fā)包。還有一個(gè)特殊的交換機(jī)叫做接入交換機(jī)，它能夠根據(jù)控制器所配置的映射規(guī)則來封裝原始的ICN包。控制器能夠從交換機(jī)收集信息形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全局視圖，然后將網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行切片供不同控制程序使用。控制器還會(huì)收到交換機(jī)不能路由的包。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于，控制和轉(zhuǎn)發(fā)的解耦能快速部署具有完全I(xiàn)CN特性的ICN網(wǎng)絡(luò)。

綜上所述，現(xiàn)有軟件定義內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在設(shè)計(jì)上分離控制不分明，CCN功能考慮不周全，與現(xiàn)有IP網(wǎng)路兼容性不強(qiáng)的問題。因此，本設(shè)計(jì)主要目的是實(shí)現(xiàn)一個(gè)以SDN中分離控制為核心原則，以基于內(nèi)容的分發(fā)作為主要目標(biāo)且與現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)可兼容的軟件定義內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于軟件定義的內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以SDN的分離控制為核心原則，以基于內(nèi)容的分發(fā)作為主要目標(biāo)，并且與現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)可兼容。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于軟件定義的內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括控制平面、控制通道、數(shù)據(jù)平面和數(shù)據(jù)通道；所述控制平面連接到各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，獲取整個(gè)內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一管理；所述控制通道，使用OpenFlow協(xié)議數(shù)據(jù)包實(shí)現(xiàn)控制平面和數(shù)據(jù)平面的交互；所述數(shù)據(jù)平面，由內(nèi)容交換機(jī)組成，完成該架構(gòu)下所有的數(shù)據(jù)操作；所述數(shù)據(jù)通道，使用類似CCNx協(xié)議的數(shù)據(jù)包實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)平面內(nèi)的內(nèi)容交換機(jī)、請(qǐng)求者和內(nèi)容提供者的交互。

進(jìn)一步，在本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，使用軟件定義的方式，使內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)平面和控制平面分隔開，所有的控制決策由控制平面發(fā)出，所有的數(shù)據(jù)操作由數(shù)據(jù)平面完成。