张行功:信息中心网络研究和验证

我简短介绍一下我们在未来网络方面的一些工作,因为刚才张行科老师已经在整个未来网络国内国外的研究状况做了一个非常好的讲述。我们就主要是从信息中心网络这一块开始开展未来网络的研究。

先简短介绍一下信息中心网络,信息中心网络和SDN是从大概在六七年以前,这两个作为未来网络的两个典型的代表同时开始在国内外展开研究,最近几年就是SDN已经逐渐开始落地,但是信息中心网络ICN或者叫NDN,目前还没有特别成功的应用案例,我们也做了一些工作,最后介绍一下这几年国内外的相关工作。

信息中心网络首先是一个什么目的呢?就是说以内容为中心,实现就近的内容服务,而非位置的数据传输,这个是信息中心网络的主要目的,当然这个理想也是非常丰满,现实很骨干,难度太大。当然从一开始它设计的目标来讲,就想改变目前的互联网数据传输这种模型,因为现在的互联网都是点到点的基于主机的这种通信,而在未来网络ICN未来网络里面是希望基于信息共享,就是说你不用关心这个数据的位置,只需要知道这个数据的内容,或者你想要什么数据就可以获取。它主要想解决的问题是什么?就是解决带宽不足的问题,现在不管说网络带宽4G、5G,包括下一代互联网,但是这个内容,数据量增长是远远超过了网络带宽的增长,另外解决网络的复杂性,这是ICN最早设计的两个初衷。

提出来这个理想之后,2009年Van Jacobson提出CCN后,反响很大,质疑也很多。有两个问题,第一个是我们为什么要做ICN,是否要替代IP,其实现在看到未来网络很多种代表还是基于IP,包括SDN本质还上没有改变IP,ICN要把IP进行革命性的变化,大家就问了那你这个投入和成本是否相等。第二个问题就是你提出这个问题很好,但是怎么实施,尤其你是基于名字,而不是基于位置来获取,我们知道海量的名字空间如何进行寻址,这也是有很多问题。最关键就是从ICN提出来之后,大概最核心的两个问题就是你为什么要去做,第二个问题就是你怎么去做。我们这几年也尝试从这两个方面做了相关的问题。

我们先讲一下为什么做ICN,因为我们知道每年都会有报道,预测到2019年互联网数据占到90%,互联网数据现在不断有新的内容,都对现在的互联网带宽导致了非常大的影响。其实我问一个很简单的问题,为什么我们现在互联网上看电影,大家看的质量都很差,连高清,就是720p表情都做不到,为什么?说到底就是现在带宽一个是成本高,第二是现在的带宽支撑不了高清,更高质量的视频。

另外就是用户量的增加,视频已经成了互联网上一个基本之后,这两个因素的结合就对未来网络需求提出一个很重要的要求,我们可以通过控制平面和数据平面的分离起到应有的效率,但是现在数据的增长远远超过目前在现有的架构上进行技术提升能够问题的根本,因此我们就提出一个需求,未来网络我们是不是可以从别的角度考虑,这个就是ICN当时提出的一个初衷,第一个就是缓存换带宽,这个其实在我们目前的互联网上很多地方都使用了,比如说CDN、P2P都已经用了这个方式。在现有的基础上未来网络是不是可以把缓存和网络做得更加立体化,更加智能化。第二点就是移动性支持,就是位置和内容的分离。这是为了适应未来互联网趋势,无线是一个大的趋势。第三点就是安全性,从一个新的角度来看,网络对未来网络的一个需求,最重要的点是这三个点。

基于这三个思想在国内外做了很多的研究,这若干年我们看到学术界、工业界,各个学校,各个厂商机构都做了很多工作。我重点大概讲一下缓冲换带宽方面的一些进展。缓冲换带宽最早就是Proxy,当时是单点,已经能够提供。因为当时互联网刚出现的时候,带宽的情况还非常差,当时就用缓冲和带宽,后来带宽好了之后又开始出现P2P,尤其在视频应用中没有P2P的话,当时这个应用还不足以支撑。近几年就是CDN,就是因为P2P太封闭,CDN是一个比较好的可以公用的这种形式。我们可以看到现在的近几年所有的这种大型的网站,尤其视频内容都是通过CDN来进行传输的,不管是公共CDN还是自建CDN。

但是这几种网络缓冲设备都有自己的问题,比如说Proxy是单点,P2P是封闭的,然后CDN现在虽然很成功,但是还不是真正能供大家使用或者作为标准的一种网络基础设施。这种情况下ICN就提出来我们能不能把缓冲演变成互联网,存储互联,存储路由一体,然后做成一个公用的基础设施,这一块的研究在国内外有很多,NDN、CCN有不同的提法,都是属于这一类。

它的运行机理比较好理解,关键词就是两个,一个是缓存,一个是互联网,它是把缓存构成了互联网,实现的三个目标就是位置与数据分离、网络内置缓存还有服务。

前面我简短介绍一下目前国内外在ICN未来网络方面的一些进程,后面我就讲一下问题,包括我们对于这些问题的一些实践。

其实对于ICN未来网络和IP网络争论最多的是什么?李国杰院士提出IP网的下一代未来网络不一定是非IP网,这个观点其实是有道理的,我们不要总是去提IP和非IP,革命和演进,任何技术它的理念可以是创新的,它的实施都是可以创新的,比如说ICN,它的理念是非常创新的,但是实际上它也是有它的一些前身的,但它的确从目前它提出跟IP是很创新的,是不是说它的实施必须把IP彻底更换掉?不是这样。我们认为IP的实施是演进的,就是在现有的IP网络上是可以实现ICN网络的演进实现,我们就做了这么一个工作,我们就在现有的IP网上,不仅在IP上,还在更上层的应用网站上实现ICN的实验网络,而且目前这个网络我们已经在现有的互联网基础设施上已经开始进行部署,包括实现了内容的寻址。

我们实现了HTTP-ICN系统就是在863的未来网络体系架构和创新环境的项目支持下,构建了HTTP-overlay的ICN实验网络,以泛在缓存和名字路由为核心,兼容现有IP网络基础设施,同时还可以能够充分发挥ICN网络的一些特点,就是说在现有的IP网络基础上,我们构建未来网络试验网,去实现内容的就近缓存、就近服务,能够去在公开的互联网上提供ICN的服务验证。主要的目的就是要说我们想和大家不仅能够在一些论文和一些文献上看到未来ICN网络的一些介绍,我们还希望大家可以体验未来网络是不是能够给大家带来一些好处。

这个是我们做的一个架构目前已经实施了,这个是我们实现的ICN内容的路由器。现在我们已经在北大部署了两个点,在国外部署了一个点,准备在下一步开始在国内再加五个点。现在我们主要实现了几个功能,就是应用也是我们实施完之后,大家在使用过程中发现这个网络确实能解决IP网络不能做的一些事情。第一个事情很简单就是域名路由,我们通过公网上去的时候访问一些国外的网站就没有办法下载一些文献,但是我们利用域名的话在访问国外一些网站的时候,就会不存在这样的情况。第二点就是我们实现了视频内容分享。我们可以在这个网络上快速的访问一些youtube而、sohu等视频网站,快速分享视频和节省带宽。另外我们也做了一些动态内容视频分发的试验,效果非常好。

后面我大概介绍一下我们在做完这个试验网上面的一些技术的实现和应用验证之后,我们也在反思ICN的未来网络这个理念的提出,中间有几个很关键的问题,到底是行还是不行,大家在学术界争论比较多的地方。

第一个就是名字路由是否可用。因为名字的路由跟IP路由最大的差别是IP是基于位置的,位置的数量是从空间来讲还是比较可以去度量的,但是基于名字的空间是一个爆炸性的空间,基于名字去做路由,大家最常提到的问题就是路由的爆炸问题,很多人就觉得是不可实现的。在我们实验过程中,我们觉得与地址路由相比名字路由的优势还是很明显的。怎么解决名字爆炸的问题?这就需要去想一些新的技术方案,这也是我们最近的一些研究工作,包括我们在SDN中实现的一些功能。第二个是不是有名字路由之后,地址路由就没有用了?我们提出来层次化网络加扁平化的路由要加起来。第三个就是ICN路由表是有状态的。结论是不对的。

另外我们也做了一些探索,这部分也不在做详细的概述了,只是想表明几点,ICN未来网络这种构架确实是能够比现有的基于位置的体系架构能带来很大的优势,尤其在内容的分发和数据的传输上,能够解决带宽不足,然后响应延时相关的问题,包括链路故障的问题。同时它里面也存在很多核心问题,确实它没有得到解决,或者说现在正在得到解决,这些问题就是说通过大家的努力,现在慢慢的已经有一些比较成熟的解决方案了。包括内容寻址,缓存路由这些等等问题。

我最后总结一下就是我们觉得这个ICN它是一种未来网络的非常典型的,也是非常有希望的一种网络体系架构,它能够解决现有互联网的带宽不足,提高缓存内容分发效率的这种架构,然后我们也去实际的验证了这个在现有互联网上去实现了一个与现有IP网络兼容的一个ICN试验网,去验证现有ICN的一些关键技术,下一步也希望跟更多的选项有机会能够一起合作,找到更多的验证,谢谢大家!


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SDNLAB君 发表于16-06-13
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