基于发布/订阅的CCN网络与IPv6网络融合设计与实现

摘要

当前，互联网的应用模式已经从发送者驱动的点对点通信为主转向接收者驱动的大规模信息获取为主。内容中心网络（Content Centric Network，CCN）顺应这一应用模式的转变，实现了内容接收者与内容发送者的解耦、内容名字与内容存储位置的解耦。CCN中泛在的内置缓存和天然的多播能力有效提高了网络资源利用率。但是，CCN在支持发布/订阅(Publish/Subscribe，Pub/Sub)应用时存在着以下局限性:首先，CCN中基于Pull模式的内容获取方式不能支持内容的主动推送;其次，CCN中可变长的层次化命名结构难以实现报文的线速转发;最后，CCN目前还只是网络实验室产品，难以在真实的网络环境中大规模部署。
　　为应对CCN网络支持Pub/Sub应用时所面临的上述挑战，首先，本论文提出了基于Pub/Sub的CCN网络——Pub/Sub-CCN，实现了内容由发送者向接收者的主动推送;其次，本论文基于计数布隆过滤器构建路由节点转发引擎中的订阅表结构，实现报文的线速转发;最后，本论文将Pub/Sub-CCN网络部署在IPv6网络边缘，实现IP网络向CCN网络的渐进过渡。本论文完成的主要工作包括:
　　1)设计Pub/Sub-CCN网络模型，包括:使用面向内容语义的分层描述符，建立发布消息与订阅消息间一对多的映射关系，提供基于主题的订阅能力;引入多个汇聚节点，使用最高随机权重算法建立汇聚节点与内容描述符间的映射关系，汇聚节点接收发布者的发布消息，并根据订阅者订阅消息建立的订阅关系，将数据消息主动推送给订阅者;引入订阅表，维护面向语义的订阅关系，订阅表中的订阅关系不会被返回的数据消息擦除，数据消息基于订阅表中维护的计数布隆过滤器实现线速转发;
　　2)设计Pub/Sub-CCN网络与IPv6网络的融合框架，包括:引入边缘节点，边缘节点工作在IPv6和Pub/Sub-CCN双栈协议下，利用报文封装和解封装技术实现部署在IPv6网络边缘的Pub/Sub-CCN网络间的通信;使用MD5算法建立IPv6组播地址和内容描述符之间的映射关系，将Pub/Sub-CCN网络中的数据消息封装到IPv6组播报文中转发，实现面向语义内容接口与面向IPv6组播地址接口间转换，提高IPv6网络中的资源利用率;
　　3)实现Pub/Sub-CCN仿真模型和系统原型，包括:拓展ccnSim网络模型实现Pub/Sub-CCN仿真模型;基于多个性能指标对比Pub/Sub-CCN和ccnSim;在IPv6网络上以OverLay的方式实现Pub/Sub-CCN系统原型;在不同的计算机节点上运行相应的程序代码，模拟订阅者节点、发布者节点、汇聚节点、边缘节点和内容路由节点。
　　本论文的研究结果发现Pub/Sub-CCN网络能够提供基于主题的发布/订阅能力，实现内容由发布者向订阅者的主动推送。仿真结果表明Pub/Sub-CCN在典型的应用场景下相比CCN表现出更优的性能。系统原型验证了Pub/Sub-CCN网络与IPv6网络融合部署的可行性以及系统功能的正确性。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景与意义

1．1．1互联网研究现状

1．1．2 ICN网络研究现状

1．1．3 CCN支持Pub／Sub的局限性与解决思路

1．2研究内容与贡献

1．3论文组织结构

第2章CCN、发布／订阅和IPv6概述

2．1 CCN网络概述

2．1．1 CCN网络报文类型

2．1．2 CCN网络转发引擎

2．2发布／订阅概述

2．2．1发布／订阅分类

2．2．2发布／订阅优缺点

2．3 IPv6网络概述

2．3．1 IPv6组播技术

2．3．2 IPv6与CCN互通技术

2．4本章小结

第3章Pub／Sub-CCN与IPv6融合设计

3．1 Pub／Sub-CCN设计概述

3．1．1内容描述符设计

3．1．2转发引擎设计

3．1．3转发引擎优化

3．2 Pub／Sub-CCN与IPv6融合设计概述

3．2．1边缘节点设计

3．2．2 IPv6组播地址-内容描述符映射表设计

3．3本章小结

第4章Pub／Sub-CCN仿真实现与分析

4．1 OMNeT++仿真平台概述

4．2 ccnSim仿真模型概述

4．3 Pub／Sub-CCN仿真模型实现

4．4仿真实验指标与实验场景设计

4．5仿真结果分析

4．6本章小结

第5章Pub／Sub-CCN与IPv6融合系统原型实现

5．1系统原型整体架构

5．2系统原型通信模型实现

5．2．1面向内容语义的转发层通信模型实现

5．2．2面向IPv6地址的转发层通信模型实现

5．3系统原型节点实现

5．3．1内容路由节点handleMsg伪代码描述

5．3．2汇聚节点handleMsg伪代码描述

5．3．3边缘节点handleMsg伪代码描述

5．4系统原型测试

5．5本章小结

第6章总结与展望

6．1工作总结

6．2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及获奖情况

致谢