信息中心网络技术的发展历程

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信息中心网络技术(Information-Centric Networking,ICN),以互联网的主要需求为导向,以信息/内容为中心构建网络体系架构,解耦信息与位置关系,增加网络存储信息能力,从网络层面提升内容获取、移动性支持和面向内容的安全机制能力。

一、信息中心网络,一个全新的网络架构

信息中心网络以命名的信息、内容或者数据为关注点的网络架构,以期获得高效的信息共享与获取能力。它颠覆了互联网基础架构以长连接和端到端原则为基础,以主机为中心的网络范式。ICN关键技术包括信息的命名,保证信息在命名空间的唯一性;网络基于名字,而不是IP地址进行信息传送;网内缓存提供信息的缓存能力以应对重复请求或链路失效;基于信息而非传输通道的安全机制。已经有研究成果显示出ICN在视频流分发等内容分发,以及在移动和约束场景下,如物联网,5G网络中移动性支持、车载自组织网络、延迟与中断容忍环境等,显示出优势。

二、 信息中心网络发展历程就是一部未来网络研究的历史

ICN最早可以追溯到1999年,而这一年仅仅距离现有IP网络形态(IP+MPLS)中MPLS协议的出现才两年,业界正忙着部署MPLS。虽然在1998年推出了作为下一代IP网络协议的IPv6协议,但其仅仅是为了解决不久将出现的IPv4地址用完的窘况。2007年伯克利大学发表面向数据的网络体系架构(DONA)被认为是第一个完整的ICN设计。此时正是欧盟第7框架计划(FP7)(2007~2013)的第一年。之后以FP7和美国NSF项目为代表的未来网络研究逐渐兴起。随之涌现出来一批以信息为中心的项目,包括4ward(提出了NetInf)以及后续的SAIL项目,发布-订阅模式互联网路由范式(PSIRP)及后续项目PURSUIT,采用内容中介结构的内容感知网络COMET项目,以及CONVERGENCE项目等 。

三、信息中心网络处于技术发展初期

目前信息中心网络仍然是多种方案并存,未达成共识。在这些方案中既有采用革命性技术路线的NDN(Named Data Networking)、 PURSUIT,也有基于现有IP网络的重叠网技术方案,如DONA。尽管都遵循ICN的基本理念,但是在命名机制、路由与转发、安全机制等关键技术存在差异,在目标及能力方面也表现不同。尽管有多篇论文对这些方案在命名机制、缓存机制、路由/解析与转发机制、移动性支持、安全机制进行了分析和比较,并没有明确的结论。目前研究领域活跃,多个项目涉及ICN。世界计算机协会(ACM)连续4年举办ICN专题会议。NDN项目在2014获得NSF新一轮资助,开启第二阶段研究。而欧盟的Horizon 2020计划中也能够看到采用ICN技术的项目,如UMobile、POINT等。其中NDN作为面向未来网络的全新方案,从一开始就以应用出发,采用开源路线提供开源库,搭建测试床,构建生态,从众多方案中脱颖而出,成为最被看好的技术方案之一。产业界开始行动,概念验证(PoC)开始出现。不仅在学术界,ICN在业界也得到越来越多的关注,出现了多个基于ICN的概念验证,包括:思科在去年移动大会展示了基于ICN的增强移动自适应视频流应用,华为则是发布了利用ICN实现端到端的移动性服务编排,InterDigital更是展示了基于ICN的IP(IP-over-ICN)业务,富士通实验室则发布了利用ICN实现的功能链系统等。在今年2月,思科官方博客发布了其在ICN的系列动作:收购PARC的CCN平台;在FD.io社区开启ICN开源计划-CICN,以及基于现有IP架构的混合ICN解决方案。

四、信息中心网络技术面临挑战,期待从局部突破

ICN典型项目NDN在2015年首次入选Gartner电信技术成熟度曲线,从侧面也印证了ICN技术仍处于初级阶段。无论哪种方案都面临着挑战。

首先是扩展性问题,相较于已经出现扩展性问题的拥有有限地址空间的互联网,ICN在面对无限的信息命名空间,其扩展性问题变得更富有挑战性。同时随着每年泽字节信息的产生速度,和越来越广泛的移动性支持,更是加剧了这一挑战。这种扩展性问题不仅仅只是在路由与转发层面,它还表现在ICN网络架构的各个层面。尽管ICN将信息与位置分离,具有原生的移动性支持能力,但在实际中情况并不如意。如采用订阅-发布模式的方案中虽然可以非常简单地实现信息订阅者移动性支持,但是对于信息发布者的移动性支持则存在难度。而无论那种方案缺乏大规模移动用户场景的验证。另外面向信息的新的安全机制,同时也带来了新的挑战,如隐私问题、信息篡改(content poisoning)、缓存污染(cache pollution)、以及实名制要求下访问控制的问题。无论未来ICN发展是会取代现有互联网,还是一种补充而共存,其概念、技术已经为我们开启了新的思路,也让我们重新思考通信分层模型等基本问题。

而第一届IEEE信息中心未来网络学术会议(IEEE HotICN2018)将于8月15日至17日在深圳北京大学深圳研究生院举行。会议欢迎以下三个领域的论文:信息中心未来网络、区块链技术和知识图谱。 HotICN2018致力于解决未来网络系统的设计、构建、管理和评估等研究问题。同时会议也邀请了全球顶尖的ICN教师、研究人员和学生作为我们的组织成员。对于ICN / NDN社区人员,这绝对是一次讨论、交流见解和信息的绝佳的机会。

大会中文网站:2018.ndnlab.com ✚ 大会英文网站:www.hoticn.com

原文转载于:2018年第一届IEEE信息中心网络国际会议

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