一种基于SDN技术和CCN框架的网络层的内容路由系统及其工作方式技术方案

本发明专利技术公开了一种基于SDN技术和CCN框架的网络层的内容路由系及其工作方式，其特征是包括：一个POF控制器和n个内容路由器；POF控制器包括：链路发现模块和拓扑管理模块；内容路由器为运行POFSwitch转发进程和POF‑CCN路由进程的服务器。本发明专利技术在系统网络层去除内容名与其位置的硬耦合关系，从而能依据内容名直接路由到内容源，实现网络层的内容获取功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于未来网络
，具体的说是一种融合SDN(软件定义网络)和CCN(内容中心网络)的网络层的内容路由系统及其工作方式。
技术介绍
伴随着经济、科技快速发展，互联网技术在近几十年发生着日新月异的变化，其中一个主要表现是互联网流量在类型和规模上呈现出爆炸式的增长,以IP协议为核心的传统互联网逐渐暴露出在应对高效传输多媒体内容时的种种弊端，而未来网络就是一类为解决传统互联网的在内容分发和传输上的不足而提出的理论，当前未来网络主要有两种体系架构设想，一种是信息中心网络(Information-Centric Networking,ICN)，是对多类网络架构的统称，设想以内容名字代替IP成为网络运行的核心；另一种是软件定义网络(Software-Defined Networking，SDN)，提倡在硬件方面将底层网络设备的功能尽量做到简单标准化，把复杂的功能在控制平面上用软件定义的方式来实现。ICN中最具代表性的网络架构是施乐帕克研究中心(PARC)提出的内容中心网络(Content-Centric Networking，CCN)，其核心是通过内容名字而不是主机IP地址进行路由以获取内容，主要新颖的设计理念体现在对同一内容的多源请求可以在节点中被PIT表聚合、内容的数据响应可在全网缓存空间中基于一定的策略被缓存并记录在CS表中，并提供内容响应服务。然而由于现有底层网络设备不支持直接的内容路由，ICN/CCN网络实现和应用方面的研究成果较少。与ICN/CCN相比，SDN的发展则更顺利一些，当前除了多个高等院校还有多家企业如Google、思科、VMWare、华为等加入SDN研究中，Google已经成功使用SDN技术提高了数据中心的性能。但是由于当前网络设备只支持IP协议，限制未来网络发展的瓶颈，由华为提出的协议无感知转发(Protocol-Oblivious Forwarding，POF)技术突破了这个瓶颈。POF网络设备可以支持上层的任意自定义协议，特别是可以支持网络层的非IP协议。这一重要特性不仅解决了未来网络的瓶颈问题，也使SDN与CCN架构的融合成为了可能。SDN的集中控制能力可以弥补CCN在管控全局方面的不足，CCN的分布式路由则可以弥补SDN在可靠性和扩展性方面的不足。已有一些SDN与CCN融合的研究，如J Suh等提出基于openflow实现的C-flow系统，以及Hyunwoo L等提出的ICN-OMF系统，但思路基本都是在控制器上集中规划内容路由的路径，控制器需要预先知道所有内容的具体位置，因此并不是真正的内容路由，而且存在单点失效和性能瓶颈问题。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术存在的不足之处，提供出一种基于SDN技术和CCN框架的网络层的内容路由系统及其工作方式，以期能在系统网络层去除内容名与其位置的硬耦合关系，从而能依据内容名直接路由到内容源，实现网络层的内容获取功能。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：本专利技术一种基于SDN技术和CCN框架的网络层的内容路由系统，是用于为m个用户提供内容发布、内容请求和内容响应服务，其特点是，所述内容路由系统包括：一个POF控制器和n个内容路由器；所述n个内容路由器依据约束规则1连接成树状拓扑结构，并通过以太网进行通信；所述m个用户分别连接相应的内容路由器；定义所述n个内容路由器中任意第i个内容路由器为第i个发送者，与第i个发送者相连的其他内容路由器作为第i个发送者的接收者；所述n个内容路由器分别与POF控制器的TCP6633端口连接，并通过POF协议进行通信；所述POF控制器包括：链路发现模块和拓扑管理模块；所述内容路由器为运行POFSwitch转发进程和POF-CCN路由进程的服务器；所述POF-CCN路由进程包含CS缓存表、PIT请求记录表、FIB路由表；所述POF控制器利用TCP6633端口监听所述n个内容路由器；所述n个内容路由器分别启动自身的POFSwitch转发进程和POF-CCN路由进程；启动POFSwitch转发进程同时依据约束规则2指定当前内容路由器节点标识；所述POF控制器分别向所述n个内容路由器下发流表，并利用链路发现模块向所述n个内容路由器下发LLDP链路发现消息；所述n个内容路由器根据所接收的流表生成自身POFSwitch转发进程的流表；所述第i个发送者根据自身第i个流表将所接收的LLDP链路发现消息中添加自身节点表示和发送端口，形成修改后的LLDP链路发现消息后，根据自身第i个流表通过发送端口发送给与相应的接收者；所述相应的接收者分别在所接收到的修改后的LLDP链路发现消息中添加自身节点标识和接收端口，形成各自再次修改后的LLDP链路发现消息并上传至所述POF控制器；所述POF控制器根据所接收到的再次修改后的LLDP链路发现消息获取发送者和接收者的节点标识、发送端口和接收端口；从而得到第i个发送者与其相应接收者之间的链路信息；所述拓扑管理模块根据n个内容路由器的节点标识和链路信息计算得到n个内容路由器各自的FIB路由表，并分别下发给所述n个内容路由器的POF-CCN路由进程；从而完成所述内容路由系统的初始化；任意第j个用户通过自身相连的内容路由器的接入端口向所述内容路由系统提出内容发布，相应第j个用户的内容路由器判断自身是否为所发布内容的后继节点；若是，则将所发布内容存储在相应第j个用户内容路由器的本地缓存中，并在所述CS缓存表中添加相应记录；若不是，则根据第j个用户内容路由器的FIB路由表对所发布内容进行转发；任意第j个用户通过自身相连的内容路由器的接入端口向所述内容路由系统提出内容请求，相应第j个用户的内容路由器查询所述CS缓存表是否存在所请求内容的表项；若存在，则从所述本地缓存中取出相应的内容并返回给第j个用户；若不存在，则在PIT请求记录表中查询是否存在所请求内容的表项，若存在，则将第j个用户的接入端口添加到PIT请求记录表的相应表项中，用于合并内容请求；若不存在，则根据FIB路由表对所请求内容进行转发，并在PIT请求记录表中新建相应的表项；任意第i个内容路由器向所述内容路由系统提出内容响应，第i个内容路由器查询所述CS缓存表是否存在所响应内容的表项；若存在，则忽略所提出的内容响应；若不存在，则在PIT请求记录表中查询是否存在所响应内容的表项，若存在，则根据所述PIT请求记录表中相应表项对所响应内容进行转发，否则忽略所提出的内容响应，1≤i≤n；1≤j≤m。本专利技术一种基于SDN技术和CCN框架的网络层的内容路由系统的工作方式的特点是：所述内容路由系统包括：一个POF控制器和n个内容路由器；所述n个内容路由器依据约束规则1连接成树状拓扑结构，并通过以太网进行通信；所述n个内容路由器中分别包含CS缓存表、PIT请求记录表、FIB路由表；m个用户分别连接相应的内容路由器并向所述内容路由系统发布内容、请求内容和响应内容；定义所述n个内容路由器中任意第i个内容路由器为第i个发送者，与第i个发送者相连的其他内容路由器作为第i个发送者的接收者；所述n个内容路由器分别与POF控制器的TCP6633端口连接，并通过POF协议进行通信；所述工作方式是按如下步骤进行：步骤1、所述POF控制器利用TCP663本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于SDN技术和CCN框架的网络层的内容路由系统，是用于为m个用户提供内容发布、内容请求和内容响应服务，其特征是，所述内容路由系统包括：一个POF控制器和n个内容路由器；所述n个内容路由器依据约束规则1连接成树状拓扑结构，并通过以太网进行通信；所述m个用户分别连接相应的内容路由器；定义所述n个内容路由器中任意第i个内容路由器为第i个发送者，与第i个发送者相连的其他内容路由器作为第i个发送者的接收者；所述n个内容路由器分别与POF控制器的TCP6633端口连接，并通过POF协议进行通信；所述POF控制器包括：链路发现模块和拓扑管理模块；所述内容路由器为运行POFSwitch转发进程和POF‑CCN路由进程的服务器；所述POF‑CCN路由进程包含CS缓存表、PIT请求记录表、FIB路由表；所述POF控制器利用TCP6633端口监听所述n个内容路由器；所述n个内容路由器分别启动自身的POFSwitch转发进程和POF‑CCN路由进程；启动POFSwitch转发进程同时依据约束规则2指定当前内容路由器节点标识；所述POF控制器分别向所述n个内容路由器下发流表，并利用链路发现模块向所述n个内容路由器下发LLDP链路发现消息；所述n个内容路由器根据所接收的流表生成自身POFSwitch转发进程的流表；所述第i个发送者根据自身第i个流表将所接收的LLDP链路发现消息中添加自身节点表示和发送端口，形成修改后的LLDP链路发现消息后，根据自身第i个流表通过发送端口发送给与相应的接收者；所述相应的接收者分别在所接收到的修改后的LLDP链路发现消息中添加自身节点标识和接收端口，形成各自再次修改后的LLDP链路发现消息并上传至所述POF控制器；所述POF控制器根据所接收到的再次修改后的LLDP链路发现消息获取发送者和接收者的节点标识、发送端口和接收端口；从而得到第i个发送者与其相应接收者之间的链路信息；所述拓扑管理模块根据n个内容路由器的节点标识和链路信息计算得到n个内容路由器各自的FIB路由表，并分别下发给所述n个内容路由器的POF‑CCN路由进程；从而完成所述内容路由系统的初始化；任意第j个用户通过自身相连的内容路由器的接入端口向所述内容路由系统提出内容发布，相应第j个用户的内容路由器判断自身是否为所发布内容的后继节点；若是，则将所发布内容存储在相应第j个用户内容路由器的本地缓存中，并在所述CS缓存表中添加相应记录；若不是，则根据第j个用户内容路由器的FIB路由表对所发布内容进行转发；任意第j个用户通过自身相连的内容路由器的接入端口向所述内容路由系统提出内容请求，相应第j个用户的内容路由器查询所述CS缓存表是否存在所请求内容的表项；若存在，则从所述本地缓存中取出相应的内容并返回给第j个用户；若不存在，则在PIT请求记录表中查询是否存在所请求内容的表项，若存在，则将第j个用户的接入端口添加到PIT请求记录表的相应表项中，用于合并内容请求；若不存在，则根据FIB路由表对所请求内容进行转发，并在PIT请求记录表中新建相应的表项；任意第i个内容路由器向所述内容路由系统提出内容响应，第i个内容路由器查询所述CS缓存表是否存在所响应内容的表项；若存在，则忽略所提出的内容响应；若不存在，则在PIT请求记录表中查询是否存在所响应内容的表项，若存在，则根据所述PIT请求记录表中相应表项对所响应内容进行转发，否则忽略所提出的内容响应，1≤i≤n；1≤j≤m。...

【技术特征摘要】
1.一种基于SDN技术和CCN框架的网络层的内容路由系统，是用于为m个用户提供内容发布、内容请求和内容响应服务，其特征是，所述内容路由系统包括：一个POF控制器和n个内容路由器；所述n个内容路由器依据约束规则1连接成树状拓扑结构，并通过以太网进行通信；所述m个用户分别连接相应的内容路由器；定义所述n个内容路由器中任意第i个内容路由器为第i个发送者，与第i个发送者相连的其他内容路由器作为第i个发送者的接收者；所述n个内容路由器分别与POF控制器的TCP6633端口连接，并通过POF协议进行通信；所述POF控制器包括：链路发现模块和拓扑管理模块；所述内容路由器为运行POFSwitch转发进程和POF-CCN路由进程的服务器；所述POF-CCN路由进程包含CS缓存表、PIT请求记录表、FIB路由表；所述POF控制器利用TCP6633端口监听所述n个内容路由器；所述n个内容路由器分别启动自身的POFSwitch转发进程和POF-CCN路由进程；启动POFSwitch转发进程同时依据约束规则2指定当前内容路由器节点标识；所述POF控制器分别向所述n个内容路由器下发流表，并利用链路发现模块向所述n个内容路由器下发LLDP链路发现消息；所述n个内容路由器根据所接收的流表生成自身POFSwitch转发进程的流表；所述第i个发送者根据自身第i个流表将所接收的LLDP链路发现消息中添加自身节点表示和发送端口，形成修改后的LLDP链路发现消息后，根据自身第i个流表通过发送端口发送给与相应的接收者；所述相应的接收者分别在所接收到的修改后的LLDP链路发现消息中添加自身节点标识和接收端口，形成各自再次修改后的LLDP链路发现消息并上传至所述POF控制器；所述POF控制器根据所接收到的再次修改后的LLDP链路发现消息获取发送者和接收者的节点标识、发送端口和接收端口；从而得到第i个发送者与其相应接收者之间的链路信息；所述拓扑管理模块根据n个内容路由器的节点标识和链路信息计算得到n个内容路由器各自的FIB路由表，并分别下发给所述n个内容路由器的POF-CCN路由进程；从而完成所述内容路由系统的初始化；任意第j个用户通过自身相连的内容路由器的接入端口向所述内容路由系统提出内容发布，相应第j个用户的内容路由器判断自身是否为所发布内容的后继节点；若是，则将所发布内容存储在相应第j个用户内容路由器的本地缓存中，并在所述CS缓存表中添加相应记录；若不是，则根据第j个用户内容路由器的FIB路由表对所发布内容进行转发；任意第j个用户通过自身相连的内容路由器的接入端口向所述内容路由系统提出内容请求，相应第j个用户的内容路由器查询所述CS缓存表是否存在所请求内容的表项；若存在，则从所述本地缓存中取出相应的内容并返回给第j个用户；若不存在，则在PIT请求记录表中查询是否存在所请求内容的表项，若存在，则将第j个用户的接入端口添加到PIT请求记录表的相应表项中，用于合并内容请求；若不存在，则根据FIB路由表对所请求内容进行转发，并在PIT请求记录表中新建相应的表项；任意第i个内容路由器向所述内容路由系统提出内容响应，第i个内容路由器查询所述CS缓存表是否存在所响应内容的表项；若存在，则忽略所提出的内容响应；若不存在，则在PIT请求记录表中查询是否存在所响应内容的表项，若存在，则根据所述PIT请求记录表中相应表项对所响应内容进行转发，否则忽略所提出的内容响应，1≤i≤n；1≤j≤m。2.一种基于SDN技术和CCN框架的网络层的内容路由系统的工作方式，其特征是：所述内容路由系统包括：一个POF控制器和n个内容路由器；所述n个内容路由器依据约束规则1连接成树状拓扑结构，并通过以太网进行通信；所述n个内容路由器中分别包含CS缓存表、PIT请求记录表、FIB路由表；m个用户分别连接相应的内容路由器并向所述内容路由系统发布内容、请求内容和响应内容；定义所述n个内容路由器中任意第i个内容路由器为第i个发送者，与第i个发送者相连的其他内容路由器作为第i个发送者的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雷，王格，王好齐，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34