ICN在社交网络中的应用

Information-CentricNetworking:ANaturalDesignforSocialNetworkApplicationsICN在社交网络中的应用目录一、研究背景二、CCN三、评估比较四、总结第1页/共20页目前网络广泛应用的IP包具有简单的帧结构，可以使网络互联成本降低，硬件互联实现简便，具有非常强的适应力。但从技术发展的角度来看，互联网最初是为了追求网络的互联，以实现硬件资源的共享（那时硬件资源稀缺且成本较高），通过共享可以节省成本和提高效率。然而，随着技术的进步和互联网应用的普及，计算机硬件和附属器材的价格大大下降，硬件共享的必要性已经不大。用户关注的是信息，而不是信息的存储位置，信息共享成为了目标。我们所关注的重点在于内容传递的速度、质量以及安全性，达到更好的用户体验。因此以信息为中心的网络构建就成为了现今的研究重点。1.1ICN(信息中心网络)1/3第2页/共20页1.1ICN(信息中心网络)2/3为了适应如今用户对海量信息的访问需求，应分离计算、存储、通信、应用与信息的联系，摆脱传统体系结构对信息的束缚，使信息成为体系结构的设计中心，网络通信模型为互连信息。ICN采用以信息为中心的网络通信模型，取代传统的以地址为中心的网络通信模型，通信模式从主机到主机演进为主机到网络，体系结构支持主机移动，传输模式由传统的“推”改为“拉”，解决了海量信息高效传输的问题。第3页/共20页1.1ICN(信息中心网络)3/3ICN采用信息名字为网络传输的标识，IP地址不被考虑或者只作为一种底层的本地化的传输标识。传统体系结构的通信模式是主机之间的通信，通过源主机地址和目的主机地址获取通信路径，ICN则采用主机到网络的通信模式，通过信息名字获取源主机到网络信息的通信路径。第4页/共20页1.2社交网络1/1每天都有几百万人通过互联网进行社交活动，社交网络正重新定义我们使用网络的方式：浏览网页产生、分享各种类型的内容。而随着社交网络中信息的快速病毒式的传播，传统的终端到终端（end-to-end）的通信趋于消失，让位给一对多(one-to-many)或多对多(many-to-many)的传播和检索内容。end-to-end通信模式存在明显的不足，比如每次存取内容，都要间接映射到内容所在的设备。一项最新的研究表明：网络上的分享活动占了超过10％的互联网流量。其中Facebook占主导地位(占了38％)。因此，社交网络是一个新的强大的传播和查找内容的手段。目录一、研究背景二、CCN三、评估比较四、总结第5页/共20页2.1ICN的原理1/2IPICN通信机制在传输数据之前在用户和存储所需信息的主机间建立通信路径，由发送者向接收者放送数据用户不知道可以提供所需信息的主机地址，从用户出发建立达到信息提供端的路径，然后方向传输数据网络功能寻找达到终端的路径寻找匹配的内容寻址转发依据IP地址内容名称数据和地址耦合分离第6页/共20页2.1ICN的原理2/2网络节点拥有缓存区有时，当我们想要获取某项信息时，我们所获得的结果并不一定是信息所在的服务器传输过来的，而可能是由最近节点中缓存传输过来的。第7页/共20页2.2CCN简介1/1在ICN中研究热点是内容中心网络(CCN)，CCN是2009年提出，CCN将IP作为底层网络，没有TCP层的概念，增加了策略层和安全层，策略层作为网络层的下一层，为路由提供决策。在CCN中主要有两种数据包：内容请求包(interestpacket)终端节点发送，用于请求其感兴趣的内容；根据其内容名称被识别；内容数据包(datapacket)作为内容请求包的应答信息；符合需求的内容数据包被同一内容名称识别；因此，传统的IP地址、转发表都不再适合CCN。CCN解析内容名称而不是IP地址。第8页/共20页2.3CCN节点模型1/3CCN节点承担着数据包的存储、转发和路由任务。典型的CCN节点主要包含内容存储器（CS）、待定请求表（PIT）和前向转发表（FIB）3个部分。CS(contentstore):CS类似于IP路由器的缓存,但是在每次通信结束后不会清空缓存的内容，可以将该内容用于下次通信。这是CCN非常关键的理念，它可以帮助减少内容下载时延和网络带宽占用。PIT(pendinginteresttable):用于记录经过的请求信息的来源接口，以此实现所请求的内容顺利地传回请求节点。内容数据包按照PIT的提示，一步步转发回内容请求者。当内容传回后，该条目从PIT中删除。FIB(forwardinginformationbase):根据内容名称将请求数据包转发至信息存在的节点（CCN不涉及目的地的概念）可以同时向多个方向转发请求。第9页/共20页2.3CCN节点模型2/3第10页/共20页2.3CCN节点模型3/3CCN的转发过程分三个步骤：1.接收到请求数据包后，首先匹配内容缓存，如果有相关内容，直接发送。否则在PIT中查询。2.如果PIT中有相应的条目，添加请求端口到列表中。在这一过程中，将请求数据包截留是为了防止同样数据的重复请求。当有内容数据包回应时，将此内容发送给所有请求数据的端口。3.若PIT中没有相关内容条目，则查询FIB。按照FIB的指示将该数据包转发到下一CCN节点。第11页/共20页2.4IP-CDN-CCN网络设备1/1CDN(ContentDeliveryNetwork内容分发网络)核心思想是尽可能避开互联网上有可能影响数据传输速度和稳定性的瓶颈和环节，使内容传输的更快、更稳定。实时地根据网络流量和各节点的连接、负载状况以及到用户的距离和响应时间等综合信息将用户的请求重新导向离用户最近的服务节点上。其目的是使用户可就近取得所需内容，解决Internet网络拥挤的状况，提高用户访问网站的响应速度。第12页/共20页2.4IP-CDN-CCN网络设备1/1IP网络：用户直接从服务器获得内容CDN：用户从CDNnode中获得数据第13页/共20页2.4IP-CDN-CCN网络设备1/1CCN：用户从网络节点获得内容第14页/共20页2.4CCN在社交网络中的应用1/1Facebook为每个用户提供了唯一的ID，我们可以据此来进行CCN的命名。目录一、研究背景二、CCN三、评估比较四、总结第15页/共20页3.0评估的假设、限定1/11、以法国的Twitter用户为例进行仿真，Twitter服务器位于法国以外；CDN的一个CDNnode位于美国，一个CDNnode位于法国国内网络的对等点。2、为了能与ICN比较，CDN不只传输视频、图像等大块内容，也传输tweets.3、为了使效果明显，服务器得有很多很多的内容，这使得CDNnode不能距离终端用户太近；4、参数（已有的文献资料）：法国的tweet用户为300万（评估中用户数量为0—500万的变化范围），平均每个用户发送0.97条tweet/天，给定组的用户粉丝数量服从幂律分布曲线；5、由于CS大小的限制，ICN节点不可能存储所有用户需求的Twitter内容，所以设置不同的缓存命中率（5%—80%）；第16页/共20页3.1网络负载的估计1/2评估参数：现在法国的3百万Twitter用户每秒大约发送1250条tweets，平均每条tweet长度约为120字，所以twitter用户产生的文字流量为1.2Mb/s。其中3%的tweets为视频或图片分享链接：视频内容：一个中等质量的视频一般编码率为512kb/s，平均一个被分享的视频大约持续2分钟，产生60Mb流量。图片内容：一张图片大约50Kb。包含视频或图片的tweets总是比纯文本的更加流行，如果我们综合考虑这些，每秒产生的1250条tweets的网络负载约为1.13Gbs/s。第17页/共20页3.1网络负载比较2/2对于一个给定的内容，随着用户数量的增长，ICN的网络负载相对于IP网络会急剧减少。第18页/共20页3.2时延比较1/1LegacyTwitter：IP网络中法国的用户从美国服务器请求内容的时延CDNTwitter：命中时从CDNnode中请求数据，否则同上；ICNTwitter：由CCN节点组成的ICN网络的请求时延；目录一、研究背景二、CCN三、评估比较四、总结第19页/共20页4.1思考1/1Information-CentricNetworking:ANaturalDesignforSocialNetworkApplications1、信息命名是ICN的关键技术之一，设置合适的名字能提高整个通信的效率，降低FIB表项，而社交网络自身提供了唯一的ID号区分用户产生的信息，有天然的可聚合性；2、物理位置相邻的用户有较大的可能性拥有相似的爱好（关注相同的用户），因此网络缓存的命中率会更高；3、社交网络中更容易存在时时热点信息，使得缓存时间可以相对更短同时缓存命中率依然较高。根据社交网络的特点可以设计简便的缓存策略。第20页/共20页4.2总结1/11、本文主要讲了将ICN用于社交网络可以减轻网络流量负载，同时减少接收端的时延。2、社交网络将会占据用户更多的上网时间和网络流量，因此应用ICN的优化效果将会更明显；3、ICN目的是完成信息传播的任务，而不管信息的处理和存储，其路由缓存的设计只是为了更好的信息传播，而不是为了存储。在未来，如何将CCN网络应用在一些已存在的应用，CCN网络在更大的网络中的性能以及如何继续优化路由转发和数据传输将是研究的重点