精品文檔-下載后可編輯一種名字路由技術(shù)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)-技術(shù)方案

1內(nèi)容定位

伴隨著下一代互聯(lián)網(wǎng)的提出，很多關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用得越來(lái)越普遍，CDN（內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)提出的目的是為了解決互聯(lián)網(wǎng)整體帶寬過(guò)剩和局部帶寬不足的矛盾，給用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。CDN是建立并覆蓋在互聯(lián)網(wǎng)之上的一層特殊網(wǎng)絡(luò)，專門用于通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)高效傳遞豐富的多媒體內(nèi)容。CDN能使網(wǎng)站的內(nèi)容發(fā)布到接近用戶的網(wǎng)絡(luò)"邊緣",使用戶可以就近取得所需要的內(nèi)容，提高互聯(lián)網(wǎng)中信息流動(dòng)的效率，從技術(shù)上全面解決由于網(wǎng)絡(luò)帶寬小、用戶訪問(wèn)量大、網(wǎng)點(diǎn)分布不均等原因造成的"擁塞",提高用戶訪問(wèn)網(wǎng)站的響應(yīng)速度。

用戶內(nèi)容獲取時(shí)間RTT由2部分構(gòu)成：內(nèi)容定位的時(shí)間和內(nèi)容服務(wù)器（（ContentServer,CS）提供內(nèi)容的時(shí)間。在高速網(wǎng)下提高內(nèi)容定位效率更重要。目前，支持內(nèi)容定位的方法是DNS服務(wù)，而DNS服務(wù)已變得越來(lái)越不適合內(nèi)容定位。它存在的缺陷主要有：（1）在高速緩存未命中時(shí)，客戶要訪問(wèn)DNS根服務(wù)器以獲得站點(diǎn)授權(quán)名字服務(wù)器的地址，通過(guò)查詢?cè)撌跈?quán)名字服務(wù)器以獲得客戶附近的內(nèi)容服務(wù)器地址。從訪問(wèn)DNS根服務(wù)器到獲得內(nèi)容服務(wù)器地址的時(shí)間完全是額外開銷，影響了系統(tǒng)性能。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度提高到Gbps級(jí)時(shí)，該問(wèn)題尤為突出。（2）基于DNS的內(nèi)容定位系統(tǒng)在返回給客戶的地址記錄上一般使用短的生存時(shí)間，但這會(huì)使客戶更頻繁地發(fā)送名字請(qǐng)求，增加DNS服務(wù)器的負(fù)載，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的增加。（3）僅使用網(wǎng)絡(luò)級(jí)度量的系統(tǒng)不會(huì)對(duì)應(yīng)用級(jí)失效做出反應(yīng)，因此用戶請(qǐng)求可能被連續(xù)定向到同一臺(tái)沒(méi)響應(yīng)的Web服務(wù)器。（4）由于內(nèi)容供應(yīng)商必須用間接方式來(lái)決定用戶訪問(wèn)哪個(gè)內(nèi)容服務(wù)器，故存在多條路徑的選擇問(wèn)題。

2基于名字路由

DNS是域名系統(tǒng)（DomainNameSystem）的縮寫，它是由解析器和域名服務(wù)器組成的。域名服務(wù)器是指保存有該網(wǎng)絡(luò)中所有主機(jī)的域名和對(duì)應(yīng)IP地址，并具有將域名轉(zhuǎn)換為IP地址功能的服務(wù)器。其中域名必須對(duì)應(yīng)一個(gè)IP地址，而IP地址不一定有域名。域名系統(tǒng)采用類似目錄樹的等級(jí)結(jié)構(gòu)。域名服務(wù)器為客戶機(jī)/服務(wù)器模式中的服務(wù)器方，它主要有兩種形式：主服務(wù)器和轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器。將域名映射為IP地址的過(guò)程就稱為"域名解析".在Internet上域名與IP地址之間是一對(duì)一（或者多對(duì)一）的，域名雖然便于人們記憶，但機(jī)器之間只能互相認(rèn)識(shí)IP地址，它們之間的轉(zhuǎn)換工作稱為域名解析，域名解析需要由專門的域名解析服務(wù)器來(lái)完成，DNS就是進(jìn)行域名解析的服務(wù)器。

由于基于DNS服務(wù)來(lái)定位內(nèi)容的效率不高，因此引入基于名字路由技術(shù)?；诿致酚杉夹g(shù)將內(nèi)容定位問(wèn)題看作路由問(wèn)題，其指導(dǎo)思想是：用戶想要的連通性不是到某臺(tái)特別的服務(wù)器或者某個(gè)特別的IP地址，而是連通一些用名字（一般是URL）指定的內(nèi)容。這樣復(fù)制的內(nèi)容服務(wù)器可看作是提供訪問(wèn)內(nèi)容的備用路由。內(nèi)容層路由示意圖如圖1所示。假定每個(gè)服務(wù)器有需要被獲取的內(nèi)容，則用戶可選擇通過(guò)服務(wù)器1、服務(wù)器2或者服務(wù)器3獲取。

基于名字的路由實(shí)際上是由支持命名的內(nèi)容路由器（ContentRouter,CR）來(lái)執(zhí)行，這些內(nèi)容路由器像常規(guī)的IP路由器和名字服務(wù)器那樣運(yùn)行，并且參加基于IP路由和基于名字的路由，構(gòu)成內(nèi)容層的基礎(chǔ)。大多數(shù)內(nèi)容路由器是防火墻、網(wǎng)關(guān)和BGP級(jí)路由器?；诿致酚尚枰诂F(xiàn)有的Internet上增加2個(gè)新的協(xié)議：因特網(wǎng)名字轉(zhuǎn)換協(xié)議（InternetNameResolutionProtocol,INRP）和基于名字的路由協(xié)議（Name-basedRoutingProtocol,NBRP）。

2.1名字查找

基于名字路由時(shí)，名字查找由INRP協(xié)議支持。INRP與DNS兼容，它與DNS有同樣的記錄類型和包格式，但具有不同的含義。客戶連接1個(gè)本地路由器啟動(dòng)內(nèi)容請(qǐng)求，就如同連接1個(gè)預(yù)先設(shè)置的DNS服務(wù)器?？蛻舻恼?qǐng)求可以包括整個(gè)URL,也可以僅包括URL的"服務(wù)器"信息。

每個(gè)內(nèi)容路由器的路由表有幾項(xiàng)項(xiàng)目：

（1）Name.用URL形式表示（如），用來(lái)標(biāo)識(shí)內(nèi)容服務(wù)器或內(nèi)容服務(wù)器在CDN上的復(fù)制品。

（2）NextHop.用來(lái)標(biāo)識(shí)下一個(gè)對(duì)等體的IP地址。

（3）Path.用來(lái)標(biāo)識(shí)到達(dá)內(nèi)容服務(wù)器的時(shí)間，為內(nèi)容路由器選擇路徑提供參數(shù)。

每個(gè)內(nèi)容路由器維護(hù)1個(gè)名字到下一跳的映射集，就如同IP路由器維護(hù)1個(gè)地址前綴到下一跳的映射集那樣。當(dāng)有INRP請(qǐng)求到達(dá)時(shí)，內(nèi)容路由器將根據(jù)請(qǐng)求的內(nèi)容名字進(jìn)行路由表的長(zhǎng)后綴匹配搜索，然后根據(jù)到達(dá)目的內(nèi)容服務(wù)器時(shí)延短的策略選擇下一個(gè)內(nèi)容路由器對(duì)等體。以這種方法，INRP請(qǐng)求被導(dǎo)向根據(jù)路由算法推斷出的近的內(nèi)容服務(wù)器。INRP的路由示意圖如圖2所示。當(dāng)INRP請(qǐng)求到達(dá)臨近目的內(nèi)容服務(wù)器的一個(gè)路由器時(shí)，此路由器返回一條應(yīng)答信息，應(yīng)答信息包含目的內(nèi)容服務(wù)器的地址。如果遇到內(nèi)容路由器或內(nèi)容服務(wù)器沒(méi)有反應(yīng)，則中間內(nèi)容路由器會(huì)選擇備用路由并重新查找名字。用這種方式，使用戶請(qǐng)求可以通過(guò)路由導(dǎo)向被要求的內(nèi)容，并能從失效的內(nèi)容服務(wù)器或者過(guò)時(shí)的路由信息中恢復(fù)，這使得INRP在內(nèi)容層能應(yīng)對(duì)任何情況。

2.2路由通告

基于名字路由時(shí)，路由通告由NBRP協(xié)議支持。NBRP協(xié)議的結(jié)構(gòu)類似于BGP協(xié)議，它的作用也與BGP協(xié)議非常相似，即選擇的路由并控制路由的傳播。NBRP協(xié)議與BGP協(xié)議的不同點(diǎn)是：BGP是基于IP地址，而NBRP是基于名字，即BGP在自治系統(tǒng)中分發(fā)地址前綴可達(dá)信息，而NBRP給內(nèi)容路由器分發(fā)名字后綴可達(dá)信息。NBRP的主要作用包括：（1）傳播內(nèi)容路由信息，包括CR、CS的添加和刪除等路由信息。（2）當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)，進(jìn)行路由表的動(dòng)態(tài)更新。與BGP協(xié)議類似，NBRP協(xié)議也采用距離向量算法。

基于名字的路由示意圖如圖3所示。基于名字的路由通告中包含如下信息：（1）內(nèi)容服務(wù)器名（URL）。（2）到達(dá)內(nèi)容服務(wù)器的下一跳（CS或CR）。（3）到達(dá)內(nèi)容服務(wù)器的內(nèi)容路由器路徑。內(nèi)容服務(wù)器的路由通告也可以包括服務(wù)器的負(fù)載（用響應(yīng)時(shí)間表示）。這個(gè)額外的屬性表明較長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間的內(nèi)容在更"遠(yuǎn)"處，內(nèi)容路由器可以在路由選擇時(shí)將它作為額外的跳數(shù)。

內(nèi)容路由器可以從基于IP路由和基于名字路由二種方法中獲得信息。它參與基于IP路由和基于名字路由，因此基于IP路由策略一定要與基于內(nèi)容路由策略一致。

3應(yīng)用

基于名字路由目前尚處于研究的初級(jí)階段，還沒(méi)有在Internet上應(yīng)用，下面通過(guò)構(gòu)建的應(yīng)用來(lái)說(shuō)明基于名字路由的優(yōu)點(diǎn)。

基于名字路由的研究往往與CDN聯(lián)系在一起?；诿致酚傻幕玖鞒倘鐖D4所示。互聯(lián)網(wǎng)上有一個(gè)CDN的節(jié)點(diǎn)服務(wù)器CS,此服務(wù)器域名為.基于名字路由分成以下幾部分：（1）路由通告。CS用NBRP協(xié)議向它鄰近的內(nèi)容路由器CRn進(jìn)行路由通告（包括CS可達(dá)信息等），CRn同樣用NBRP協(xié)議將CS的內(nèi)容可達(dá)信息通知CRn的鄰居對(duì)等體。（2）用戶請(qǐng)求。如用戶Client請(qǐng)求訪問(wèn),該請(qǐng)求到達(dá)預(yù)先配置的內(nèi)容路由器CR1,由CR1進(jìn)行路由表查詢，根據(jù)長(zhǎng)后綴匹配原則，篩選出與用戶請(qǐng)求的名字（）匹配的路由項(xiàng)，并根據(jù)時(shí)間延遲選擇下一個(gè)對(duì)等體。假定離用戶近的目的內(nèi)容服務(wù)器為CS（,），則基于這種方法，INRP協(xié)議將名字請(qǐng)求路由到內(nèi)容路由器CRn（），CRn即為臨近CS的內(nèi)容路由器。（3）CRn返回應(yīng)答信息。該條信息包含CS的IP地址（），應(yīng)答沿著INRP請(qǐng)求經(jīng)過(guò)的內(nèi)容路由器返回。（4）訪問(wèn)內(nèi)容。用戶根據(jù)INRP請(qǐng)求過(guò)程得到的CS的IP地址，向目的地址發(fā)起HTTP等內(nèi)容請(qǐng)求，獲取用戶想要的內(nèi)容。

由以上基本流程可看出，基于名字路由的優(yōu)點(diǎn)：（1）客戶請(qǐng)求在一個(gè)RTT內(nèi)映射到附近的內(nèi)容服務(wù)器上，相比基于DNS方式降低了定位內(nèi)容的時(shí)間，提高了內(nèi)容定位效率。（2）在高