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信息中心网络的前世今生

时间:2019-04-10 18:20:34 来源:互联网 阅读:0次

信息中心络的前世今生

作者:张杰来源:人民邮电报社

随着信息技术的飞速发展,络应用的主体逐步向内容获取和信息服务演进。同时相关的硬件与通信技术的发展,为络具有更多的能力(包括计算、存储)提供基础。信息中心络技术(Information-Centric Networking,ICN),以互联的主要需求为导向,以信息/内容为中心构建络体系架构,解耦信息与位置关系,增加络存储信息能力,从络层面提升内容获取,移动性支持和面向内容的安全机制能力。尽管ICN处于起步阶段,具有广阔的研究空间,但已经得到业界越来越广泛的关注,尤其在ICT融合的大趋势下柱塞式计量泵
,搭乘5G快车正在快速发展。

信息中心络

一个全新的络架构

信息中心络是以命名的信息、内容或者数据为关注点的络架构,以期获得高效的信息共享与获取能力。它颠覆了互联基础架构以长连接和端到端原则为基础,以主机为中心的络范式。ICN关键技术包括信息的命名,保证信息在命名空间性;络基于名字,而不是IP地址进行信息传送;内缓存提供信息的缓存能力以应对重复请求或链路失效;基于信息而非传输通道的安全机制。

鉴于目前内容分发巨大的成功和经验,弥补了互联在内容(特别是流行内容)分发效率低下的不足。因此ICN研究者还在移动性、安全性以及约束场景的应用方面进行了大量工作,以期能够提供一个具有简单、高效的络架构,实现内容高效分发,以及移动性的支持和基于内容的安全能力。

已经有研究成果显示出ICN在视频流分发等内容分发,以及在移动和约束场景下,如物联和5G络中移动性支持、车载自组织络、延迟与中断容忍环境等,显示出优势。

一部未来络研究的历史

ICN早可以追溯到1999年,而这一年仅仅距离现有IP络形态(IP MPLS)中MPLS协议的出现才两年,业界正忙着部署MPLS。虽然在1998年推出了作为下一代IP络协议的IPv6协议,但其仅仅是为了解决不久将出现的IPv4地址用完的窘况。因此当斯坦福大学的TRIAD研究者在1999年提出一个新的面向内容提供路由、缓存和传输能力的络架构时,很显然,远远超过了所处的时代,并没有引起人们的注意长沙渔网公司
。2006年,cobson在Google Tech Talk上介绍了内容中心络(CCN)的设计思想。2007年,伯克利大学发表面向数据的络体系架构(DONA)被认为是个完整的ICN设计。此时正是欧盟第7框架计划(FP7)(2007~2013)的年。之后以FP7和美国NSF项目为代表的未来络研究逐渐兴起。随之涌现出来一批以信息为中心的项目,包括4ward(提出了NetInf)以及后续的SAIL项目,发布-订阅模式互联路由范式(PSIRP)及后续项目PURSUIT,采用内容中介结构的内容感知络COMET项目,以及CONVERGENCE项目等。特别是到2010年由UCLA牵头的基于CCN概念的NDN项目NSF资助,成为FIA计划的四个提案之一,才引起业界特别是国内关注,从此ICN告别了不温不火的状况,成为未来络研究的主流。

信息中心络处于技术发展初期

目前信息中心络仍然是多种方案并存,未达成共识。在这些方案中既有采用革命性技术路线的NDN、PURSUIT,也有基于现有IP络的重叠技术方案,如DONA。尽管都遵循ICN的基本理念,但是在命名机制、路由与转发、安全机制等关键技术存在差异,在目标及能力方面也表现不同。尽管有多篇论文对这些方案在命名机制、缓存机制、路由/解析与转发机制、移动性支持、安全机制等方面进行了分析和比较,却没有明确的结论。

目前研究领域活跃,多个项目涉及ICN。世界计算机协会(ACM)连续4年举办ICN专题会议。NDN项目在2014年获得NSF新一轮资助,开启第二阶段研究。而欧盟的Horizon 2020计划中也能够看到采用ICN技术的项目,如UMobile, POINT等。其中NDN作为面向未来络的全新方案,从一开始就以应用出发,采用开源路线提供开源库,搭建测试床,构建生态,从众多方案中脱颖而出,成为被看好的技术方案之一。

产业界开始行动,概念验证(PoC)开始出现。不仅在学术界,ICN在业界也得到越来越多的关注,出现了多个基于ICN的概念验证,包括:思科在去年移动大会上展示了基于ICN的增强移动自适应视频流应用,华为发布了利用ICN实现端到端的移动性服务编排,InterDigital更是展示了基于ICN的IP(IP-over-ICN)业务,富士通实验室则发布了利用ICN实现的功能链系统等。

同时,信息中心络标准化研究工作已逐步展开。2012年IRTF成立了ICN研究组,前期研究缓慢,直到2015年才陆续发布了基础场景、研究挑战、基于ICN的自适应视频流、评估与安全考虑等5个RFCs。目前正在研究CCNx消息与语义,以及ICN的灾备场景应用等。ITU-T 第13组(未来络研究组)2017~2020研究周期成立新的课题组研究ICN,在今年4月批准通过了一项由该组制定的标准:ITU-T Y.3071建议书:《数据感知络(信息中心络)的需求及能力》。该标准明确了ICN在5G通信业务方面的需求、能力及功能组件。

信息中心络技术面临挑战

期待从局部突破

ICN典型项目NDN在2015年首次入选Gartner电信技术成熟度曲线,从侧面也印证了ICN技术仍处于初级阶段。无论哪种方案都面临着挑战。首先是扩展性问题,相较于已经出现扩展性问题的拥有有限地址空间的互联,ICN在面对无限的信息命名空间,其扩展性问题变得更富有挑战性。同时随着每年泽字节信息的产生速度和越来越广泛的移动性支持,更是加剧了这一挑战。这种扩展性问题不仅仅只是在路由与转发层面,它还表现在ICN络架构的各个层面。尽管ICN将信息与位置分离中国茶具
,具有原生的移动性支持能力,但在实际中情况并不如意。如采用订阅-发布模式的方案中虽然可以非常简单地实现信息订阅者移动性支持,但是对于信息发布者的移动性支持则存在难度。而无论哪种方案均缺乏大规模移动用户场景的验证。另外,面向信息的新的安全机制,同时也带来了新的挑战,如隐私问题、信息篡改、缓存污染,以及实名制要求下访问控制的问题。

如果作为基础设施取代现有络,ICN技术必须解决所面临的挑战。在这之前,ICN期待从局部突破,如在约束场景下的ICN应用,包括络基础设施差的偏远地区,特别是游牧社区、应急通信等;利用ICN理念和技术提升5G场景下内容分发、移动性管理等方面能力。无论未来ICN发展是会取代现有互联,还是一种补充而共存,其概念、技术已经为我们开启了新的思路,也让我们重新思考通信分层模型等基本问题。

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