NDN命名网络简述

NDN网络工作机制和优点

工作机制

NDN中的通信是由接收端（即数据消费者）驱动的。为了接收数据，一个消费者发出一条兴趣（Interest）报文，该报文携带一个名字，由名字识别期望的数据（见1）。例如，一个消费者可请求/parc/videos/WidgetA.mpg。一台路由器记住请求到达的接口，之后通过在其转发信息表（FIB）（是由一种基于名字的路由协议传播的）中查找该名字而转发兴趣报文。一旦兴趣到达拥有被请求数据的一个节点，则发回一条数据（Data）报文，它携带数据的名字和内容，还有生产者密钥的一个签名（图1）。这条数据报文经兴趣报文所产生的反向路径到达消费者。注意兴趣或数据报文都没有携带任何主机或接口地址（例如IP地址）；依据兴趣报文中携带的名字，兴趣报文向数据生产者路由，而数据报文依据在每个路由跳处由兴趣所建立的状态信息得以返回（图2）。
NDN路由器在一段时间内保持兴趣和数据。当从下游接收到相同数据的多条兴趣报文时，仅有第一条兴趣报文朝向数据源发送到上游。之后路由器将兴趣存储在未决兴趣表（PIT）之中，其中每个表项包含兴趣的名字以及由之接收到匹配兴趣的接口集合。当数据报文到达时，路由器查找匹配PIT表项，并将数据转发到PIT表项中列出的所有接口。之后路由器清除相应的PIT表项，并在内容存储（Content Store）中缓存数据，内容存储基本上是受限于缓存替换策略的路由器缓冲内存。数据采取与请求数据的兴趣报文相同的路径，但方向相反。一个数据沿每跳满足一个兴趣，取得逐跳的流平衡

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优点

1.数据和网络安全性高——安全性

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通过检查IP数据包头部或有效载荷来推测数据包的内容，通过检查目的地址可以得出谁（来自哪里）在请求该数据。NDN明确的命名数据，无疑使网络更容易监控什么样的数据被请求，然而，NDN通过签名加密了关于数据请求者的信息，除非点对点链路直接连接到发出请求的主机，否则路由器将只知道有人请求某些数据，但不知道是谁发起请求。

2.内容中心的位置无关传输机制——移动性

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采用名字来标识数据包，NDN不再包含明确的主机或接口地址等位置信息，其通信是由数据请求驱动的，主要是拉数据模式，一旦Interest到达一个有请求数据的节点，那么就会返回一个数据包。无论请求包还是数据包，都没有携带任何主机或接口位置信息（如IP地址），请求包只依据自身携带的内容进行路由，而数据包则延Interest原路返回。

3.原路返回的反馈式流量平衡机制——流量，负载均衡；组网传播

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NDN中只有Interest包被路由器转发，任何接收到该Interest包的路由节点，如果拥有可以满足这个Interest包的数据，就回复一个Data包，而Data包沿着各个节点PIT中所记录的接口信息按“原路返回”：不进行路由转发，只简单沿着Interest包被传输的相反路径返回。
IP路由采用单一的最佳路径以防止循环，不能形成网络回路；而NDN中Interest包是不会形成环路的，，其关键设计是Interest包中的Nonce字段，该字段是个随机数，根据它可以很容易地判断出重复的Interest包，及时地丢弃，而Data包沿着Interest包被传输的相反路径返回，不形成环路，从而解决了组播的问题。

4.基于名字路由的可拓展性更优

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NDN解决了TCP/IP网络中的IP地址耗尽问题，内网穿透问题，移动性问题，可扩展地址管理问题，打破传统的C/S结构，解决了TCP/IP网络下热门服务器负载过重的问题。

5.基于逐跳的报文包转发——减少冗余传输

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请求数据时，请求方发出Interest包（含标识目标数据的数据命名），请求包可以在任意的连接无关的中间节点上被转发，一个Internet包经过每一跳都有可能从不同数据源（包括缓存）得到匹配的的Data包,不一定要走完路径到达数据源的终点。一旦data包在回传的路径上丢包，只需在丢包的节点断点续传。这样，就消除了对终端主机执行拥塞控制和传输确认的依赖。

6.传输层的嵌入式缓存——减轻带宽压力

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NDN路由器可以对内容缓存，而且这个缓存直接建立在网络传输层，节省了带宽，提高了内容共享率，无论IP路由器转发后不能重用该数据，而NDN路由器能够重用该数据，因为它们的命名是不变的，而且不包含代表位置相关的IP地址信息，数据可以在传输路径中间任意节点缓存，复制或者移动，尽可能长时间地保存接收到的数据，将数据缓存自身以满足未来潜在的请求。