[發明專利]一種內容中心網絡下提高PIT表性能的方法

在審

• 申請號: 201610042086.3
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105471750A
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發明（設計）人: 李清;譚亞壘;胡光武;江勇;夏樹濤
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: H04L12/759
• 分類號: H04L12/759;H04L12/721;H04L12/747
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

技術領域

本發明涉及計算機網絡領域，特別涉及一種內容中心網絡下提高路由器核心功能部件PIT表(PendingInterestTable，待定興趣分組表)性能的方法。

背景技術

網絡通信模型是由用戶的需求決定的。在互聯網誕生之初，其架構是為telnet、ftp等主機對主機的應用需求設計的，因此基本的通信模型是兩個主機之間端到端的會話，通信機制上主要是基于主機的拓撲位置。而當今互聯網的主要功能是滿足高效、大規模和安全的內容獲取及分發，用戶比起內容的位置更關心內容本身。對這樣的需求，傳統的以TCP/IP為核心技術的互聯網架構與協議在安全性、可靠性、靈活性、移動性等方面暴露出很多不適應性。為了適應現有互聯網的應用需求，需要讓信息擺脫傳統體系結構的束縛，讓信息本身成為體系結構設計的中心。在這樣的需求下，信息中心網絡(InformationCentricNetworking，ICN)被提出。這是一種顛覆了傳統網絡體系結構的革命性方案，其網絡通信模型以信息為中心，將會話模式從主機對主機演變為主機到網絡，能很好地解決傳統體系結構在海量數據訪問和獲取中遇到的各種問題。

在眾多的ICN方案中，2009年提出的內容中心網絡(ContentCentricNetworking，CCN)是一個代表性方案。為提高內容傳輸效率，CCN提出以下幾個原則：網絡元素被一個全網唯一且獨立于其位置的名字所標記；基于名字檢索和轉發內容；在路由器上緩存部分內容以避免重復檢索，等等。為了實現這些原則，CCN設計了其特有的路由器架構，PIT表(PendingInterestTable，待定興趣分組表)是CCN路由器上的核心組件之一。PIT需要記錄和聚合經過路由器的內容請求分組(Interest)，并通過這些記錄導引對應的被請求內容分組(Data)沿Interest的原路返回用戶處。由此PIT表幾乎要參與所有經過路由器的分組的處理過程，是路由器轉發性能的瓶頸之一。

從PIT表承擔的功能可以看出，PIT表是高度動態的，為保證處理效率需要使用高讀寫速度的存儲芯片，如SRAM、TCAM等，但這些芯片往往是高成本、高能耗的。然而，硬件技術卻跟不上當前網絡信息量和鏈路速度的爆炸式增長，因而控制PIT表規模并提高其處理效率對于路由器的部署至關重要。目前，對提高PIT表效率的研究大致可以分為兩個方向：PIT表的結構優化，以及PIT表項的生存時間配置。

PIT表的結構優化：對PIT表運用具有更高時間和空間效率的數據結構以及查詢算法等，以提高PIT表的處理效率。這方面的研究已經取得大量成果，代表性方案包括基于布隆過濾器的PIT表和可擴展的PIT表設計。雖然這些方案都能有效地提高PIT表的可擴展性，但幾乎都沒有考慮到配置表項生存時間在提升PIT表性能上的潛力。

PIT表的生存時間配置：根據多種因素動態配置每個PIT表項的生存時間，使得PIT表項的駐留時間盡可能短。近年有研究者注意到，在現有CCN實現方案中，為PIT表設定過長的固定生存時間的做法會造成時間和空間的浪費，動態管理PIT表項的生存時間有助于提升PIT表的性能和應對DDoS攻擊的能力。目前，這一方向的想法主要有：1)根據被請求內容的響應速度等因素進行配置，數據源響應越快，PIT表項生存時間應該越短；2)根據網絡負載的輕重進行配置，網絡負載越重，PIT表項的生存時間應該越短。然而，類似的想法大多都停留在設想階段，缺乏進一步的分析與研究。2014年，一個PIT表項生存時間的動態配置方案被提出，該方案將PIT表項的生存時間設置為一段時間內該表項記錄的Interest-Data的往返時間(RoundTripTime，RTT)的最大值。雖然此方案相比于現有采用固定PIT表項生存時間的方案有一定的性能提高，但尚不完善，存在一些潛在的問題。其主要缺陷包括：1)路由器只能存儲一小部分網絡內容的RTT信息，對于其余內容，依然只能為其PIT表項設置固定的生存時間；2)沒有解決RTT在路由器上的存儲問題；3)直接使用測量到的RTT作為PIT表項的生存時間而不留任何冗余，在RTT因網絡抖動和緩存策略產生變化時有可能產生不必要的丟包。

發明內容

本發明的目的在于提供一種內容中心網絡下提高PIT表性能的方法。