分析路由机制网络路由机制的问题分析基于定向扩散和服务发现的路由机制研究定向扩散路由分析协议分析基于定向扩散与服务发现的势能路由理论分析本章小结第三章势能路由及其在网络中的应用研究路由模型网络模型势能构造转发策略属性证明路由的机制，进而使得命名方案可以从网络中独立出来发展。因此，并不需要所有的名字都是全局唯的，只要该数据在用户检索范围内唯即可。基于名称的本地通讯很大程度上依赖于本地环境，并且只需要本地路由来找到相应数据，因此体系架构很好的解决了网络中耗尽的问题。随着更多的移动设备接入网络，对动态数据的检索比重在总数据中越来越大，因此需要建立特定的机制来实现动态数据的检索控制，表现在网络中就是消费者必须对期望的数据建立动态的名称，而不必依赖于以往的数据或者链接，从种意义上来说，层次化的命名结构很好的解决了移动的问题。数据安全。的安全机制内置于数据本身，直接保护数据，每片数万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文据都将与名称和安全机制绑定，该机制提供更加细粒度的信任机制。区别于般性的签名确认机制，除了提供有效的数字签名机制，还提供更加灵活可用的用户信任机制来管理用户信任模型，而内容鉴权是将内容名称和内容捆绑在起进行鉴权。路由和转发。路由和转发是基于命名数据名称的，解决了路由中地址空间耗尽穿越移动性和地址管理四个问题，因为，命名空间是无限的，不存在地址枯竭问题。不存在穿越问题，因为主机在提供数据时不需要暴露它的地址。在通信过程中不需要通过破坏数据连接来实现移动性。在中，为了提高数据备份的共享性，提高系统响应速率和缓存利用率，缓存数据会在中驻留段时间，之后它采用或等缓存替换策略，以最大限度保证的利用率。的这种以“存储空间换效率”的理念可以有效地减小内容下载时延，节省网络带宽。区别于互联网广播前缀的路由方式，路由以命名数据前缀代替前缀，路由器将命名数据的名称作为不透明的组件序列与表中的条目做最长名字匹配进行路由。但是，这里存在两个问题，如何在无限的命名空间中控制路由表的大小，另外个问题如果使用变长探测，层次化命名结构是否会在线性时间内完成。智能数据平面。在智能数据平面内，记录了所有已转发但未得到数据的请求和请求到达的接口信息。每个条目表明了该数据报的期望和权限，并且会在返回适合的数据包或者超时发生时将该条目从中移除。最重要的，的每个都会维护个状态信息，该状态信息使得能够高效转发策略来处理网络失败有效利用网络资源。主要表现在首先，基于和数据返回或者是超时机制节点可以监视不同接口的数据分发性能以及可能发生的丢包失败情况其次，基于兴趣包的信息和个来自节点的随机数，使得返回到同个节点的兴趣包很容易被识别并丢弃掉，因此，兴趣包和数据包都不会出现循环转发的情况。由于的数据平面拥有及时的反馈和策略，即使是单个路由也可以通过多接口服务选择和负载均衡做到兴趣包的本地转发决策，并能够快速发现错误进而选择其他的路径来解决失败。缓存。由于的数据包是独立于其来源和将会被转发的目的地的，因此个路由器可以缓存该数据包的副本在本地，以满足即将到达的请求。当上层节点接收到个新的请求，会首先检查其，如果存在数据包满足该请求，该数据包将作为响应返回。在网络中广泛分布的缓存数据是路由性能的重要保证，可以通过“缓存换效率”的方式提高网络的反应速率，受限于路由节万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文点的存储能力，缓存的备份不可能永远驻留在中，因此采用或替换策略来最大限度地存储重要的信息。传输。在架构中不存在单独的数据传输层，它将今天互联网中的传输层功能模块上移到应用层以及支持传输协议的类库中或者转发平面的策略性组件中。转发策略由于的采用层次化的命名结构，其转发策略拥有很大的灵活性和可扩展性，目前主要采用三种转发策略，分别为洪泛转发策略智能洪泛转发策略和最优转发策略。在介绍的智能数据平面时已经指出每个会维护个接口状态信息，该信息对于实现和优化的转发策略具有实际的意义。目前节点接口的状态分为正常就绪故障三种，在基于模块实现通信模型的仿真平台上采用来标示三者。在体系架构上，节点间是通过接口进行通信的，并且维护接口状态信息。接口状态初始为就绪且随着网络的演进动态更新，例如，个处于的接口旦获得缓存资源或者得到返回的数据包将会变成，而个接口在长时间不使用的情况下会转变为状态，而个接口如果经过探测显示可以正常工作，则将状态更新为。的三种转发策略的实现是基于接口状态的。在策略中，路由节点将兴趣包转发给所有在表中名字前缀匹配成功且状态不为的接口。由于该策略能快速发现转发路径，可以获得较小的平均时延，但由于发送大量兴趣包，不仅增加了网络流量而且带来大量的网络开销，在访问量大带宽有限的情况下容易造成拥塞现象。策略通过路由节点将兴趣包转发给表中名字前缀匹配并且排序最前的接口或者排序最前的接口，忽略所有的接口。其中排序规则是根据以往的路由性能监测指标，从小到大排序。使用策略由于发送的兴趣包较少，而且转发的接口都是当前路由性能最好的接口，能因此可以有效避免网络中冗余流量的产生，但不足之处在于排序指标是种基于以往经验的指标，状态更新滞后，重传次数明显增加。在策略中，路由节点优先考虑将兴趣包转发给排序最前的接口，若不存在接口则将兴趣包转发给所有的接口。忽略所有接口。的性能介于与之间。由于网络带宽资源有限而内容传输数据量庞大的实际运行状况，虽降低网络万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文冗余流量，只向排序最前的或接口发送请求，其结果相对策略，有较高时延和较多的请求重传次数。路由机制分析路由机制的路由机制旨在通过利用分布在网络上的缓存副本提高检索内容文件的效率，基于此，应该提供种整合大范围分布式副本进入检索过程的机制。但是，网络上缓存副本的数量要远远多于副本的原始文件数量，甚至达到其数量的几十倍，因此将数量众多的副本作用于检索过程中时，检索将成为个非常具有挑战的问题。而且前文已经不止次提到的路由是基于命名数据的，因此有效的名称解析在传统的路由机制中占有举足轻重的作用。的这种路由策略可以说是路由的优势继承，该策略不仅做到了对当前网络的兼容，更提供了很好的演化策略，以便于基于的路由到的演变，因此更加便于网络部署的展开，在尽量满足的前提下做到对路由的兼容和演化。传统的路由协议，例如都能够很好地迁移到网络上来。如图所示为拥有节点和节点的混合网络中的数据传输示例图与混合的网络数据转发实例图中节点和代表传统的路由节点，该类节点在接收到来自路由节点的请求时不做处理，仅转发该请求即可，本文将其看作是路由路径上的中间节点，不具缓存功能。另外，代表的混合路由，即同时兼容路由和路由，可以同时处理路由的信息和路由信息。如图所示，在该网络中与路由器相连的内容提供者可以提供数据名称为和的数据，当位于节点或者的路由进程接收到包含此名称的兴趣包请求时，会将名称前缀添加到表中，同时在网络中广播自己所能提供的服务信息同样的，路由器可以向网络中广播内容前缀为的服务信息。节点会先后收到来自和的内容前缀为或者的服务信息，万方数据硕士学位论文题目命名数据网络的路由机制研究研究生张沛专业软件工程指导教师汤景凡副教授完成日期年月万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文命名数据网络的路由机制研究研究生张沛指导教师汤景凡副教授年月万方数据，万方数据杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担切相关责任。论文作者签名日期年月日学位论文使用授权说明本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印缩印或其它复制手段保存论文。保密论文在解密后遵守此规定论文作者签名日期年月日指导教师签名日期年月日万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文摘要“互联网创造了今天的内容世界，但它从来不是为它而设计”。互联网技术和应用的快速发展，大数据时代的到来，用户和应用程序更加关心的数据本身，至于从何处如何获取则不再是其关心的重点。显然，基于端到端通信模型的网络中通过地址映射来获取数据的方法已不能满足用户需求的变化。网络需求的变更与基于网络架构存在的桎梏已定程度上阻碍信息社会的发展，对于新型互联网架构的需求推动了革命性网络架构的研究。作为革命性未来互联网体系架构之命名数据网络，是以内容为中心的网路架构。以全新的数据包封装结构和路由寻址方式从根本上改变网络的路由策略，路由过程中不涉及任何与主机地址相关的信息，而是采用命名数据名称代替数据包，更加专注于用户需求数据，而不再关注数据包的获取方式和数据来源。同时，在路由过程中引入缓存机制，希望通过利用广泛分布的缓存备份采用“空间换时间”的方式，提高请求的反馈速率，路由算法通常采用名称解析机制。基于名称解析机制的路由算法中存在的路由表难于维护系统冗余高开销大等问题严重影响着路由的性能。本文开创式的提出基于定向扩散与服务发现势能路由策略，能够有效地解决基于名称解析机制中的问题。本文首先提出种基于双曲空间的内容流行性与相似性的分析算法，将基于节点间双曲空间距离的节点连接概率作为势能权重其次，考虑到缓存内容的易挥发性对网络势能造成的不稳定性，更新势能带来的巨大网络开销，本文提出种控制势能范围的算法来减少由此带来的网络开销，增强网络的稳定性然后，为了使网络能够从失败的寻址路径上恢复，快速探测可达路径，本文提出了种基于网络状态的路由失败恢复算法最后，通过这个平台完成路由协议的开发与仿真工作。本文实现的路由协议为现有的实验平台添加了具有高效转发拥塞控制开销控制和失败恢复的新型协议。仿真结果证明了该方法的高效性。关键词命名数据网络，势能路由，网络开销，失败恢复