NFD开发指南-4. Forwarding

NFD具有智能转发平面（ smart forwarding plane ），该平面由 转发管道 （ forwarding pipelines ，第4节）和 转发策略 （ forwarding strategies ，第5节）组成。 转发管道（或管道）由数据包上的一系列处理步骤组成。 此外，当某个事件被触发（ an event is triggered ）并且匹配一定条件（ a condition is matched ）时将开启 pipeline 处理流程（ a pipeline is entered ）。例如，在接收到Interest时，在检测到接收到循环的Interest时，在准备将Interest从 face 转发出去时等。转发策略（或策略）在packet转发时进行决策，包括是否，何时以及在何处转发packet。NFD可以有多个服务于不同名称空间的策略，管道将相应地向策略提供packet。

图7显示了转发管道和策略的总体工作流程，其中蓝色框代表管道，白色框代表策略的决策点。

图7 转发和策略的整体工作流程

4.1 转发管道（Forwarding Pipelines）

管道（ pipelines ）处理网络层数据包（Interest、Data或Nack），并且每个数据包都从一个管道传递到另一个管道（在某些情况下通过策略决策点），直到所有处理流程完成为止。管道内的处理使用CS、PIT、Dead Nonce List、FIB、网络区域表和策略选择表，但是管道对后三个表仅具有只读访问权限，因为这些表由相应的管理器管理，并且不直接受数据面流量的影响。

FaceTable跟踪NFD中所有活动的 face 。它是网络层数据包进入转发管道进行处理的入口点。管道还可以通过 face 发送数据包。

NDN中对Interest、Data和Nack数据包的处理是完全不同的。我们将转发管道分为 兴趣处理路径 （ Interest processing path ）、 数据处理路径 （ Data processing path ）和 Nack处理路径 （ Nack processing path ），这将在以下各节中进行介绍。

4.2 兴趣处理路径（Interest Processing Path）

NFD将Interest处理分为以下管道：

• Incoming Interest ：处理收到的Interest
• Interest loop ：处理收到的循环Interest
• ContentStore hit ：处理可通过缓存的数据满足的传入Interest
• ContentStore miss ：处理缓存数据无法满足的传入Interest
• Outgoing Interest ：准备并发出Interest
• Interest finalize ：删除PIT条目

4.2.1 Incoming Interest Pipeline

下面插入的代码片段取自 => NFD/daemon/fw/forwarder.cpp => Forwarder::onIncomingInterest

void
Forwarder::onIncomingInterest(const FaceEndpoint& ingress, const Interest& interest)

incoming Interest pipeline 在Forwarder::onIncomingInterest方法中实现，并从Forwarder::startProcessInterest方法输入，该方法由Face::afterReceiveInterest信号触发。incoming Interest pipeline 的输入参数包括新接收到的Interest和对接收到该Interest的 face 的引用。

该管道包括以下步骤，总结在图8中：

图8 incoming Interest pipeline

1. 第一步是检查收到的Interest是否违反/localhost scope [10] 限制。特别是，来自非本地 face 的Interest名称不允许以/localhost前缀开头，因为它是为localhost通信保留的。如果检测到违规，则立即删除Interest，并且不执行进一步的处理。此检查可防止恶意的发包者（ malicious senders ）。一个合规的转发器（ forwarder ）永远不会将以/localhost开头的Interest发送给非本地用户。请注意，此处不检查/localhop scope ，因为它的范围规则不限制传入的兴趣。

   // /localhost scope control
   bool isViolatingLocalhost = ingress.face.getScope() == ndn::nfd::FACE_SCOPE_NON_LOCAL &&
       scope_prefix::LOCALHOST.isPrefixOf(interest.getName());
   if (isViolatingLocalhost) {
       NFD_LOG_DEBUG("onIncomingInterest in=" << ingress
                     << " interest=" << interest.getName() << " violates /localhost");
       // (drop)
       return;
   }
   

   [10] J. Shi, “Namespace-based scope control,” https://redmine.named-data.net/projects/nfd/wiki/ScopeControl.

2. 对照 Dead Nonce List 表（第3.5节）检查传入 Interest 的 Name 和 Nonce 。如果找到匹配项，则将传入的 Interest 怀疑为一个循环的 Interest，并将其传递给给 兴趣循环管道 （ Interest loop ）以进行进一步处理（第4.2.2节）。如果未找到匹配项，则处理继续进行到下一步。请注意，与通过PIT条目检测到的重复 Nonce 不同（如下所述），由 Dead Nonce List 检测到的重复不会导致创建PIT条目，因为为此传入 Interest 创建 in-record 会导致匹配的数据（如果有）被返回到下游，这是不正确的（ 既然一个兴趣包已经被判定为循环兴趣包，正确的行为就是丢弃它，而不是用 Data响应它 ）；另一方面，创建没有记录的PIT条目对将来重复Nonce检测没有帮助。

   // detect duplicate Nonce with Dead Nonce List
   bool hasDuplicateNonceInDnl = m_deadNonceList.has(interest.getName(), interest.getNonce());
   if (hasDuplicateNonceInDnl) {
       // goto Interest loop pipeline
       this->onInterestLoop(ingress, interest);
       return;
   }
   

3. 如果 Interest 带有转发提示（ forwarding hint ），则该过程（ reaching producer region ? ）通过检查转发提示对象（ forwarding hint object ）中的任何委托名称（ delegation name ）是否是网络区域表（ network region table ， 第3.2节）中任何区域名称的前缀来确定 Interest 是否已到达生产者区域。 如果是这样，转发提示（ forwarding hint ）将被删除，因为它已经完成了将 Interest 引入生产者区域的任务，并且不再需要。

   // strip forwarding hint if Interest has reached producer region
   if (!interest.getForwardingHint().empty() &&
       m_networkRegionTable.isInProducerRegion(interest.getForwardingHint())) {
       NFD_LOG_DEBUG("onIncomingInterest in=" << ingress
                     << " interest=" << interest.getName() << " reaching-producer-region");
       const_cast(interest).setForwardingHint({});
   }
   

4. 下一步是使用 Interst 包中指定的名称和选择器查找现有的或创建新的PIT条目。至此，PIT条目成为对该传入 Interest 进行后续处理的管道的处理对象。请注意，NFD在执行 ContentStore 查找之前创建了PIT条目。做出此决定的主要原因是，由于 ContentStore 可能明显大于PIT，所以查询 ContentStore 的代价是高于查询 PIT 的，在下面即将讨论的一些情况下，是可以跳过CS查找，所以在查询 ContentStore 之前查询PIT或创建相应的表项是有助于减小查询开销的。

   // PIT insert
   shared_ptr pitEntry = m_pit.insert(interest).first;
   

图9 PIT及其相关的entities

5. 在进一步处理传入 Interest 之前，查询 PIT 中对应表项的 in-records （ 这边查询的是同一个 PIT entry 的 in-record 列表 ）。如果在不同 Face 的记录中找到匹配项（ 即找到一个 in-record 记录，它的 Nonce 和传入 Interest 的 Nonce 是一样的，但是是从不同的 Face传入的 ），则可能是由于 Interest 循环或者是同一个 Interest 沿多个不同的路径到达，传入 Interest 被视为重复（ loop ）。并传递给兴趣循环管道（ Interest loop ）进行进一步处理（第4.2.2节）。 否则，处理继续。

   请注意，如果在同一个 p2p Face 收到相同 Nonce 的同名 Interest，则该 Interest 被视为合法重发，因为在这种情况下不存在持续循环的风险。

   // detect duplicate Nonce in PIT entry
   int dnw = fw::findDuplicateNonce(*pitEntry, interest.getNonce(), ingress.face);
   bool hasDuplicateNonceInPit = dnw != fw::DUPLICATE_NONCE_NONE;
   if (ingress.face.getLinkType() == ndn::nfd::LINK_TYPE_POINT_TO_POINT) {
       // for p2p face: duplicate Nonce from same incoming face is not loop
       hasDuplicateNonceInPit = hasDuplicateNonceInPit && !(dnw & fw::DUPLICATE_NONCE_IN_SAME);
   }
   if (hasDuplicateNonceInPit) {
       // goto Interest loop pipeline
       this->onInterestLoop(ingress, interest);
       return;
   }
   
   // 下面是 fw::findDuplicateNonce 的实现
   int
   findDuplicateNonce(const pit::Entry& pitEntry, uint32_t nonce, const Face& face)
   {
     int dnw = DUPLICATE_NONCE_NONE;
   
     for (const pit::InRecord& inRecord : pitEntry.getInRecords()) {
       if (inRecord.getLastNonce() == nonce) {
         if (&inRecord.getFace() == &face) {
           dnw |= DUPLICATE_NONCE_IN_SAME;
         }
         else {
           dnw |= DUPLICATE_NONCE_IN_OTHER;
         }
       }
     }
   
     for (const pit::OutRecord& outRecord : pitEntry.getOutRecords()) {
       if (outRecord.getLastNonce() == nonce) {
         if (&outRecord.getFace() == &face) {
           dnw |= DUPLICATE_NONCE_OUT_SAME;
         }
         else {
           dnw |= DUPLICATE_NONCE_OUT_OTHER;
         }
       }
     }
   
     return dnw;
   }
   

6. 接下来，由于新的有效兴趣已到达，因此取消了PIT条目上的到期计时器（ expiry timer ），延长PIT条目的寿命。稍后可以在兴趣处理路径中重置计时器，例如，如果在 ContentStore 中找到匹配的数据。

7. 然后，管道将测试 Interest 是否未决（ is pending ? ），即PIT条目是否已经具有相同或另一个传入Face的另一个记录。回想一下，NFD的PIT条目不仅可以代表未决 Interest ，而且还可以代表最近满足的 Interest （第3.4.1节）。此测试等效于CCN节点模型[9]中的“具有PIT条目”，其PIT仅包含未决兴趣。=> 可以简单的认为，检查传入的 Interest 的PIT表项中是否包含其它记录，如果包含，这个兴趣包就是未决的

8. 如果 Interest 是非未决的（ not pending ），则去 ContentStore 查询是否有对应的匹配项（Cs::find，第3.3.1节）。否则，不需要进行CS查找，直接传递给 ContentStore miss 管道处理，因为未决的 Interest 意味着先前查询过 ContentStore ，且在 ContentStore 中未能命中 。对于非未决的 Interest ，根据CS是否匹配，选择将 Interest 传递给 ContentStore miss 管道（第4.2.4节）还是 ContentStore hit 管道（第4.2.3节）处理。

// is pending?
if (!pitEntry->hasInRecords()) { // 非未决
    m_cs.find(interest,
              bind(&Forwarder::onContentStoreHit, this, ingress, pitEntry, _1, _2),
              bind(&Forwarder::onContentStoreMiss, this, ingress, pitEntry, _1));
}
else { // 未决
    this->onContentStoreMiss(ingress, pitEntry, interest);
}

4.2.2 Interest Loop Pipeline

下面插入的代码片段取自 => NFD/daemon/fw/forwarder.cpp => Forwarder::onInterestLoop

void
Forwarder::onInterestLoop(const FaceEndpoint& ingress, const Interest& interest)

Interest Loop 管道在 Forwarder::onInterestLoop 方法中实现，当在 incoming Interest 管道（第4.2.1节）检测到兴趣循环时会触发 Interest Loop 管道的处理逻辑。该管道的输入参数包括 Interest 及其传入 Face。

如果传入 Interest 的 Face 是点对点的（ point-to-point ），则会向传入 Face 发送一个原因代码为“重复”（ Duplicate ）的 Nack 。 由于在多路访问链路（ multi-access link ）上未定义 Nack 的语义，因此，如果传入 Face 是多路访问的（ multi-access ），则会简单地丢弃循环的兴趣。

// if multi-access or ad hoc face, drop
if (ingress.face.getLinkType() != ndn::nfd::LINK_TYPE_POINT_TO_POINT) {
    NFD_LOG_DEBUG("onInterestLoop in=" << ingress
                  << " interest=" << interest.getName() << " drop");
    return;
}

NFD_LOG_DEBUG("onInterestLoop in=" << ingress << " interest=" << interest.getName()
              << " send-Nack-duplicate");

// send Nack with reason=DUPLICATE
// note: Don't enter outgoing Nack pipeline because it needs an in-record.
lp::Nack nack(interest);
nack.setReason(lp::NackReason::DUPLICATE);
ingress.face.sendNack(nack, ingress.endpoint);

4.2.3 ContentStore Hit Pipeline

下面插入的代码片段取自 => NFD/daemon/fw/forwarder.cpp => Forwarder::onContentStoreHit

void
Forwarder::onContentStoreHit(const FaceEndpoint& ingress, const shared_ptr& pitEntry,
                             const Interest& interest, const Data& data)

ContentStore Hit 管道在 Forwarder::onContentStoreHit 方法中实现，当在 incoming Interest 管道（第4.2.1节）中执行 ContentStore 查找（第3.3.1节）并找到匹配项之后触发 ContentStore Hit 管道处理逻辑。该管道的输入参数包括 Interest，其传入 Face ，PIT条目和匹配的数据包。

如图9所示，此管道首先将 Interest 的到期计时器设置为当前时间，然后调用 Interest 所选策略的 Strategy::afterContentStoreHit 回调。

NFD_LOG_DEBUG("onContentStoreHit interest=" << interest.getName());
++m_counters.nCsHits;

data.setTag(make_shared(face::FACEID_CONTENT_STORE));
// FIXME Should we lookup PIT for other Interests that also match the data?

pitEntry->isSatisfied = true;
pitEntry->dataFreshnessPeriod = data.getFreshnessPeriod();

// set PIT expiry timer to now
this->setExpiryTimer(pitEntry, 0_ms);

// dispatch to strategy: after Content Store hit
this->dispatchToStrategy(*pitEntry,
                         [&] (fw::Strategy& strategy) { strategy.afterContentStoreHit(pitEntry, ingress, data); });


// dispatchToStrtegy 实现
template
void dispatchToStrategy(pit::Entry& pitEntry, Function trigger) {
    trigger(m_strategyChoice.findEffectiveStrategy(pitEntry));
}

4.2.4 ContentStore Miss Pipeline

下面插入的代码片段取自 => NFD/daemon/fw/forwarder.cpp => Forwarder::onContentStoreMiss

void
Forwarder::onContentStoreMiss(const FaceEndpoint& ingress,
                              const shared_ptr& pitEntry, const Interest& interest)

ContentStore Miss 管道在 Forwarder::onContentStoreMiss 方法中实现，当在 incoming Interest 管道（第4.2.1节）中执行 ContentStore 查找（第3.3.1节）并没有找到匹配项之后触发 ContentStore Hit 管道处理逻辑。 该管道的输入参数包括 Interest ，其传入 Face 和PIT条目。

如图10所示，该管道执行以下步骤：

1. 根据传入的 Interest 以及对应的传入 Face 决定在相应 PIT 条目中插入或者更新 in-record 。如果相应 PIT 条目中已经存在相同传入 Face 的 in-record 记录，（例如，兴趣正在由同一下游重新传输），只需使用新观察到的 Interest 的 Nonce 和到期时间（ expiration time ）更新原来的 in-record 记录即可。记录中的到期时间由兴趣数据包中的 InterestLifetime 字段控制； 如果省略 InterestLifetime ，则使用默认的4秒。

   NFD_LOG_DEBUG("onContentStoreMiss interest=" << interest.getName());
   ++m_counters.nCsMisses;
   
   // insert in-record
   pitEntry->insertOrUpdateInRecord(ingress.face, interest);
   

2. PIT条目上的到期计时器设置为最后一个PIT in-record 到期的时间。当到期计时器到期时，将执行 Interest Finalize 管道（第4.2.6节）。

   // set PIT expiry timer to the time that the last PIT in-record expires
   auto lastExpiring = std::max_element(pitEntry->in_begin(), pitEntry->in_end(),
                                        [] (const auto& a, const auto& b) {
                                            return a.getExpiry() < b.getExpiry();
                                        });
   auto lastExpiryFromNow = lastExpiring->getExpiry() - time::steady_clock::now();
   this->setExpiryTimer(pitEntry, time::duration_cast(lastExpiryFromNow));
   

3. 如果 Interest 在其NDNLPv2 header 中携带 NextHopFaceId 字段，则管道将遵循此字段。在FaceTable中查找所选的下一跳 Face 。如果找到 Face ，则执行 outgoing Interest 管道（第4.2.5节）；如果该 Face 不存在，则删除 Interest。

   // has NextHopFaceId?
   auto nextHopTag = interest.getTag();
   if (nextHopTag != nullptr) {
       // chosen NextHop face exists?
       Face* nextHopFace = m_faceTable.get(*nextHopTag);
       if (nextHopFace != nullptr) {
           NFD_LOG_DEBUG("onContentStoreMiss interest=" << interest.getName()
                         << " nexthop-faceid=" << nextHopFace->getId());
           // go to outgoing Interest pipeline
           // scope control is unnecessary, because privileged app explicitly wants to forward
           this->onOutgoingInterest(pitEntry, FaceEndpoint(*nextHopFace, 0), interest);
       }
       return;
   }
   

4. 如果没有 NextHopFaceId 字段，则转发策略负责对 Interest 做出转发决策。因此，管道将调用“查找有效策略”算法（ Find Effective Strategy algorithm ，第3.6.1节）来确定要使用的策略，并调用所选策略对象的 Strategy::afterReceiveInterest 回调。传入 Interest ，其传入 Face 和PIT条目（第5.1.1节）。

   // dispatch to strategy: after incoming Interest
   this->dispatchToStrategy(*pitEntry,
                            [&] (fw::Strategy& strategy) {
                                strategy.afterReceiveInterest(FaceEndpoint(ingress.face, 0), interest, pitEntry);
                            });
   

4.2.5 Outgoing Interest Pipeline

下面插入的代码片段取自 => NFD/daemon/fw/forwarder.cpp => Forwarder::onOutgoingInterest

void
Forwarder::onOutgoingInterest(const shared_ptr& pitEntry,
                              const FaceEndpoint& egress, const Interest& interest)

Outgoing Interest 管道在 Forwarder::onOutgoingInterest 方法中实现，并一般在 Strategy::sendInterest 方法内调用（ 也可能如上述 4.2.4 节所述，兴趣包携带了 NextHopFaceId 字段，此时也可能不经过策略决策，直接触发 Outgoing Interest 管道 ），该方法处理策略的发送兴趣动作（第5.1.2节）。该管道的输入参数包括PIT条目，传出 Face 和 Interest 。请注意，Interest 不是进入管道时的参数。管道步骤要么直接使用PIT条目执行检查，要么获取对存储在PIT条目内的 Interest 的引用。

该管道首先在PIT条目中为指定的传出 Face 插入一个 out-record ，或者为同一 Face 更新一个现有的 out-record 。 在这两种情况下，PIT记录都将记住最后一个传出兴趣数据包的 Nonce ，这对于匹配传入的Nacks很有用，还有到期时间戳，它是当前时间加上 InterestLifetime 。最后， Interest 被发送到传出的 Face 。

PIT 表的结构参见 => 3.4 PIT

NFD_LOG_DEBUG("onOutgoingInterest out=" << egress << " interest=" << pitEntry->getName());

// insert out-record
pitEntry->insertOrUpdateOutRecord(egress.face, interest);

// send Interest
egress.face.sendInterest(interest, egress.endpoint);
++m_counters.nOutInterests;

4.2.6 Interest Finalize Pipeline

下面插入的代码片段取自 => NFD/daemon/fw/forwarder.cpp => Forwarder::onInterestFinalize

void
Forwarder::onInterestFinalize(const shared_ptr& pitEntry)

Interest Finalize 管道在 Forwarder::onInterestFinalize 方法中实现，一般是由到期计时器（ expiry timer ）到期时触发。

管道首先确定是否需要将记录在PIT条目中的任何 Nonces 插入到 Dead Nonce List 中（第3.5节）。Dead Nonce List 是一个旨在检测循环兴趣的全局数据结构，我们希望插入尽可能少的 Nonces 以减小其大小。只需要插入传出的 Nonces （在外记录中），因为未发送出去的 incoming Nonce 是不可能环回的。

NFD_LOG_DEBUG("onInterestFinalize interest=" << pitEntry->getName()
              << (pitEntry->isSatisfied ? " satisfied" : " unsatisfied"));

// Dead Nonce List insert if necessary
this->insertDeadNonceList(*pitEntry, nullptr);

我们可以利用 ContentStore 获得更多不插入 Nonce 到 Dead Nonce List 的机会：如果PIT条目被满足，并且 ContentStore 有能力在 Dead Nonce List 条目的生存期内满足后续的 looping Interest （ 可以认定循环兴趣会因为命中缓存而停止循环 ），且在此期间 Data 没有被从 ContentStore 中逐出，则此PIT条目中的随机数不需要插入 Dead Nonce List 。如果 Interest 没有设置 MustBeFresh 选择器，或者缓存的数据的 FreshnessPeriod 不小于 Dead Nonce List 条目的生存期，则认为 ContentStore 可以满足对应的循环 Interest。

如果确定应将一个或多个随机数插入到 Dead Nonce List 中，则将 元组添加到 Dead Nonce List 中（第3.5.1节）。

void
Forwarder::insertDeadNonceList(pit::Entry& pitEntry, Face* upstream)
{
  // need Dead Nonce List insert?
  bool needDnl = true;
  if (pitEntry.isSatisfied) {
    BOOST_ASSERT(pitEntry.dataFreshnessPeriod >= 0_ms);
    needDnl = static_cast(pitEntry.getInterest().getMustBeFresh()) &&
              pitEntry.dataFreshnessPeriod < m_deadNonceList.getLifetime();
  }

  if (!needDnl) {
    return;
  }

  // Dead Nonce List insert
  if (upstream == nullptr) {
    // insert all outgoing Nonces
    const auto& outRecords = pitEntry.getOutRecords();
    std::for_each(outRecords.begin(), outRecords.end(), [&] (const auto& outRecord) {
      m_deadNonceList.add(pitEntry.getName(), outRecord.getLastNonce());
    });
  }
  else {
    // insert outgoing Nonce of a specific face
    auto outRecord = pitEntry.getOutRecord(*upstream);
    if (outRecord != pitEntry.getOutRecords().end()) {
      m_deadNonceList.add(pitEntry.getName(), outRecord->getLastNonce());
    }
  }
}

最后，将PIT条目从PIT中删除。

// PIT delete
pitEntry->expiryTimer.cancel();
m_pit.erase(pitEntry.get());

4.3 数据包处理路径（Data Processing Path）

NFD中的 Data 处理分为以下管道：

• Incoming Data：处理传入 Data
• Data unsolicited：处理传入的未经请求的 Data
• Outgoing Data：准备并发送出 Data

4.3.1 Incoming Data Pipeline

下面插入的代码片段取自 => NFD/daemon/fw/forwarder.cpp => Forwarder::onIncomingData

void
Forwarder::onIncomingData(const FaceEndpoint& ingress, const Data& data)

Incoming Data 管道在 Forwarder::onIncomingData 方法中实现，并由 Forward::startProcessData 方法内部调用，该方法由 Face::afterReceiveData 信号触发。该管道的输入参数包括 Data 及其传入的 Face。

如图11所示，该管道包括以下步骤：

1. 第一步是检查 Data 是否违反了 /localhost scope [10]。 如果 Data 来自非本地 Face ，但其名称以 /localhost 前缀开头，则该 Data 将违反 scope 并被删除。此检查可防止恶意发送者。兼容的 forwarder 永远不会将 /localhost 数据发送到非本地 Face 。请注意，此处未选中 /localhop 范围，因为其范围规则并不限制传入的 Data。

   [10] J. Shi, “Namespace-based scope control,” https://redmine.named-data.net/projects/nfd/wiki/ScopeControl.

   // receive Data
   NFD_LOG_DEBUG("onIncomingData in=" << ingress << " data=" << data.getName());
   data.setTag(make_shared(ingress.face.getId()));
   ++m_counters.nInData;
   
   // /localhost scope control
   bool isViolatingLocalhost = ingress.face.getScope() == ndn::nfd::FACE_SCOPE_NON_LOCAL &&
       scope_prefix::LOCALHOST.isPrefixOf(data.getName());
   if (isViolatingLocalhost) {
       NFD_LOG_DEBUG("onIncomingData in=" << ingress << " data=" << data.getName() << " violates /localhost");
       // (drop)
       return;
   }
   

2. 然后，管道使用数据匹配算法（ Data Match algorithm ，第3.4.2节）检查 Data 是否与PIT条目匹配。如果找不到匹配的PIT条目，则将 Data 提供给 Data unsolicited 管道（第4.3.2节）；如果找到匹配的PIT条目，则将 Data 插入到 ContentStore 中。请注意，即使管道将 Data 插入到 ContentStore 中，该数据是否存储以及它在 ContentStore 中的停留时间也取决于 ContentStore 的接纳和替换策略（ admission andreplacement policy ）。

   当前的实现具有固定的“全部允许”接纳策略，并将“优先级FIFO”作为替换策略，请参见第3.3节。

   // PIT match
   pit::DataMatchResult pitMatches = m_pit.findAllDataMatches(data);
   if (pitMatches.size() == 0) {
       // goto Data unsolicited pipeline
       this->onDataUnsolicited(ingress, data);
       return;
   }
   
   // CS insert
   m_cs.insert(data);
   

3. 接下来，管道检查是否仅找到一个匹配的PIT条目或找到多个匹配的PIT条目。该检查确定转发策略是否可以操纵 Data 转发。通常，只会找到一个匹配的PIT 条目。多个匹配的PIT条目意味着可以使用一种以上的转发策略来操纵数据转发，这是为了避免策略之间的潜在冲突。

4. 如果仅找到一个匹配的PIT条目，这意味着只有一种转发策略正在控制数据转发，则管道会将PIT到期计时器设置为现在，调用该策略的 Strategy::afterReceiveData 回调，将PIT标记为 satisfied ，并在需要时插入 Dead Nonce List ，并清除PIT条目的 out records 。

   // when only one PIT entry is matched, trigger strategy: after receive Data
   if (pitMatches.size() == 1) {
       auto& pitEntry = pitMatches.front();
   
       NFD_LOG_DEBUG("onIncomingData matching=" << pitEntry->getName());
   
       // set PIT expiry timer to now
       this->setExpiryTimer(pitEntry, 0_ms);
   
       // trigger strategy: after receive Data
       this->dispatchToStrategy(*pitEntry,
                                [&] (fw::Strategy& strategy) { strategy.afterReceiveData(pitEntry, ingress, data); });
   
       // mark PIT satisfied
       pitEntry->isSatisfied = true;
       pitEntry->dataFreshnessPeriod = data.getFreshnessPeriod();
   
       // Dead Nonce List insert if necessary (for out-record of inFace)
       this->insertDeadNonceList(*pitEntry, &ingress.face);
   
       // delete PIT entry's out-record
       pitEntry->deleteOutRecord(ingress.face);
   }
   

5. 如果找到多个匹配的PIT条目，则对于每个匹配的PIT条目，管道将记住其待处理的下游，将PIT到期计时器设置为现在，调用策略的 Strategy::beforeSatisfyInterest 回调，将PIT标记为 satisfied ，并在需要时插入 Dead Nonce List ，并清除PIT条目的 in and out records。 最后，管道将把 Data 转发到每个待处理的下游，除非待处理的下游 Face 与 Data 的传入 Face 相同，并且 Face 不是 ad-hoc 的。

   // when more than one PIT entry is matched, trigger strategy: before satisfy Interest,
   // and send Data to all matched out faces
   else {
       std::set> pendingDownstreams;
       auto now = time::steady_clock::now();
   
       for (const auto& pitEntry : pitMatches) {
           NFD_LOG_DEBUG("onIncomingData matching=" << pitEntry->getName());
   
           // remember pending downstreams
           for (const pit::InRecord& inRecord : pitEntry->getInRecords()) {
               if (inRecord.getExpiry() > now) {
                   pendingDownstreams.emplace(&inRecord.getFace(), 0);
               }
           }
   
           // set PIT expiry timer to now
           this->setExpiryTimer(pitEntry, 0_ms);
   
           // invoke PIT satisfy callback
           this->dispatchToStrategy(*pitEntry,
                                    [&] (fw::Strategy& strategy) { strategy.beforeSatisfyInterest(pitEntry, ingress, data); });
   
           // mark PIT satisfied
           pitEntry->isSatisfied = true;
           pitEntry->dataFreshnessPeriod = data.getFreshnessPeriod();
   
           // Dead Nonce List insert if necessary (for out-record of inFace)
           this->insertDeadNonceList(*pitEntry, &ingress.face);
   
           // clear PIT entry's in and out records
           pitEntry->clearInRecords();
           pitEntry->deleteOutRecord(ingress.face);
       }
   
       // foreach pending downstream
       for (const auto& pendingDownstream : pendingDownstreams) {
           if (pendingDownstream.first->getId() == ingress.face.getId() &&
               pendingDownstream.second == ingress.endpoint &&
               pendingDownstream.first->getLinkType() != ndn::nfd::LINK_TYPE_AD_HOC) {
               continue;
           }
           // goto outgoing Data pipeline
           this->onOutgoingData(data, FaceEndpoint(*pendingDownstream.first, pendingDownstream.second));
       }
   }
   

4.3.2 Data Unsolicited Pipeline

下面插入的代码片段取自 => NFD/daemon/fw/forwarder.cpp => Forwarder::onDataUnsolicited

void
Forwarder::onDataUnsolicited(const FaceEndpoint& ingress, const Data& data)

Data Unsolicited 管道是在 Forwarder::onDataUnsolicited 方法中实现的，当在 Incoming data 管道（第4.3.1节）处理过程中发现 Data 是未经请求的时调用。 该管道的输入参数包括 Data 及其传入 Face。

接着该管道根据当前配置的针对未经请求的 Data 的处理策略，决定是删除 Data 还是将其添加到 ContentStore 。默认情况下，NFD转发配置了 drop-all 策略，该策略会丢弃所有未经请求的 Data ，因为它们会对转发器造成安全风险。

// accept to cache?
fw::UnsolicitedDataDecision decision = m_unsolicitedDataPolicy->decide(ingress.face, data);
if (decision == fw::UnsolicitedDataDecision::CACHE) {
    // CS insert
    m_cs.insert(data, true);
}

NFD_LOG_DEBUG("onDataUnsolicited in=" << ingress << " data=" << data.getName() << " decision=" << decision);

在某些情况下，需要接受未经请求的 Data。可以在NFD配置文件中的 tables.cs_unsolicited_policy 处更改该策略。

4.3.3 Outgoing Data Pipeline

下面插入的代码片段取自 => NFD/daemon/fw/forwarder.cpp => Forwarder::onOutgoingData

void
Forwarder::onOutgoingData(const Data& data, const FaceEndpoint& egress)

Outgoing Data 管道是在 Forwarder::onOutgoingData 方法中实现的，当在 Incoming Interest 管道（第4.2.1节）处理过程中在 ContentStore 中找到匹配的数据或在 Incoming Data 管道处理过程中发现传入的 Data 匹配至少一个 PIT 表项时，调用本管道。该管道的输入参数包括 Data 和传出 Face。

该管道包含以下步骤：

1. 首先在 /localhost scope 内检查 Data [10]：不能将具有 /localhost 前缀的 Data 发送到非本地 Face 。在此不检查 /localhop scope ，因为它的范围规则不限制传出 Data 。

   [10] J. Shi, “Namespace-based scope control,” https://redmine.named-data.net/projects/nfd/wiki/ScopeControl.

   此检查仅在特定情况下有用（请参阅NFD Bug 1644）。

   // /localhost scope control
   bool isViolatingLocalhost = egress.face.getScope() == ndn::nfd::FACE_SCOPE_NON_LOCAL &&
       scope_prefix::LOCALHOST.isPrefixOf(data.getName());
   if (isViolatingLocalhost) {
       NFD_LOG_DEBUG("onOutgoingData out=" << egress << " data=" << data.getName() << " violates /localhost");
       // (drop)
       return;
   }
   

2. 下一步是为流量管理器操作（traffic manager actions ，例如执行流量整形等）而保留的。当前版本不包括任何流量管理，但计划在将来的版本中实现。

   // TODO traffic manager
   

3. 最后，Data 通过传出的 Face 发送。

   // send Data
   egress.face.sendData(data, egress.endpoint);
   ++m_counters.nOutData;
   

4.4 Nack 处理路径（Nack Processing Path）

NFD中的Nack处理分为以下管道：

• Incoming Nack ：处理传入的 Nack
• Outgoing Nack ：准备和传出 Nack

4.4.1 Incoming Nack Pipeline

下面插入的代码片段取自 => NFD/daemon/fw/forwarder.cpp => Forwarder::onIncomingNack

void
Forwarder::onIncomingNack(const FaceEndpoint& ingress, const lp::Nack& nack)

Incoming Nack 管道是在 Forwarder::onIncomingNack 方法中实现的，由 Forwarder::startProcessNack 方法内部调用，该方法由 Face::afterReceiveNack 信号触发。该管道的输入参数包括 Nack 包及其传入 Face 。

首先，如果判断传入 Face 不是点对点 Face ，则无需进一步处理就删除 Nack ，因为 Nack 的语义仅在点对点链接中定义。

// if multi-access or ad hoc face, drop
if (ingress.face.getLinkType() != ndn::nfd::LINK_TYPE_POINT_TO_POINT) {
    NFD_LOG_DEBUG("onIncomingNack in=" << ingress
                  << " nack=" << nack.getInterest().getName() << "~" << nack.getReason()
                  << " link-type=" << ingress.face.getLinkType());
    return;
}

Nack 中携带的 Interest 及其传入 Face 用于在 PIT 表中查找匹配的 out record ，并且最后传出的 Nonce 与 Nack 中携带的 Nonce 相同。 如果发现了这样的 out records ，则会将其标记为 Nacked ，并注明 Nacked 的原因。否则，会将 Nack 删除，因为它不再相关。

// PIT match
shared_ptr pitEntry = m_pit.find(nack.getInterest());
// if no PIT entry found, drop
if (pitEntry == nullptr) {
    NFD_LOG_DEBUG("onIncomingNack in=" << ingress << " nack=" << nack.getInterest().getName()
                  << "~" << nack.getReason() << " no-PIT-entry");
    return;
}

// has out-record?
auto outRecord = pitEntry->getOutRecord(ingress.face);
// if no out-record found, drop
if (outRecord == pitEntry->out_end()) {
    NFD_LOG_DEBUG("onIncomingNack in=" << ingress << " nack=" << nack.getInterest().getName()
                  << "~" << nack.getReason() << " no-out-record");
    return;
}

// if out-record has different Nonce, drop
if (nack.getInterest().getNonce() != outRecord->getLastNonce()) {
    NFD_LOG_DEBUG("onIncomingNack in=" << ingress << " nack=" << nack.getInterest().getName()
                  << "~" << nack.getReason() << " wrong-Nonce " << nack.getInterest().getNonce()
                  << "!=" << outRecord->getLastNonce());
    return;
}

NFD_LOG_DEBUG("onIncomingNack in=" << ingress << " nack=" << nack.getInterest().getName()
              << "~" << nack.getReason() << " OK");

// record Nack on out-record
outRecord->setIncomingNack(nack);

// set PIT expiry timer to now when all out-record receive Nack
if (!fw::hasPendingOutRecords(*pitEntry)) {
    this->setExpiryTimer(pitEntry, 0_ms);
}

接着使用查找有效策略算法（ Find Effective Strategy algorithm ，第3.6.1节）确定负责PIT条目的有效策略。然后，触发该策略的 Strategy::afterReceiveNack 处理流程（第5.1节）。

// trigger strategy: after receive NACK
this->dispatchToStrategy(*pitEntry,
                         [&] (fw::Strategy& strategy) { strategy.afterReceiveNack(ingress, nack, pitEntry); });

4.4.2 Outgoing Nack Pipeline

下面插入的代码片段取自 => NFD/daemon/fw/forwarder.cpp => Forwarder::onOutgoingNack

void
Forwarder::onOutgoingNack(const shared_ptr& pitEntry,
                          const FaceEndpoint& egress, const lp::NackHeader& nack)

Outgoing Nack 管道在 Forwarder::onOutgoingNack 方法中实现，在 Strategy::sendNack 方法中被调用，该方法处理策略的 Nack 发送动作（第5.1.2节）。 该管道的输入参数包括PIT条目，传出 Face 和 Nack header 。

首先，在PIT条目中查询指定的传出 Face （下游）的 in-record 。该记录是必要的，因为协议要求将最后一个从下游接收到的 Interest （包括其Nonce）携带在 Nack 包中。如果未找到记录，请中止此过程，因为如果没有此兴趣，将无法发送 Nack 。

if (egress.face.getId() == face::INVALID_FACEID) {
    NFD_LOG_WARN("onOutgoingNack out=(invalid)"
                 << " nack=" << pitEntry->getInterest().getName() << "~" << nack.getReason());
    return;
}

// has in-record?
auto inRecord = pitEntry->getInRecord(egress.face);

// if no in-record found, drop
if (inRecord == pitEntry->in_end()) {
    NFD_LOG_DEBUG("onOutgoingNack out=" << egress
                  << " nack=" << pitEntry->getInterest().getName()
                  << "~" << nack.getReason() << " no-in-record");
    return;
}

其次，如果下游不是点对点的 Face ，则中止此过程，因为 Nack 的语义仅在点对点链接上定义。

// if multi-access or ad hoc face, drop
if (egress.face.getLinkType() != ndn::nfd::LINK_TYPE_POINT_TO_POINT) {
    NFD_LOG_DEBUG("onOutgoingNack out=" << egress
                  << " nack=" << pitEntry->getInterest().getName() << "~" << nack.getReason()
                  << " link-type=" << egress.face.getLinkType());
    return;
}

在两次检查都通过之后，将使用提供的 Nack header 和 in-record 中的 Interest 来构造 Nack 数据包，并将其通过 Face 发送。接着 in-record 会被移除，因为它已经被 Nack satisfied，除非有重新传输，否则其他 Nack 或 Data 都不应再发送到同一下游。

// create Nack packet with the Interest from in-record
lp::Nack nackPkt(inRecord->getInterest());
nackPkt.setHeader(nack);

// erase in-record
pitEntry->deleteInRecord(egress.face);

// send Nack on face
egress.face.sendNack(nackPkt, egress.endpoint);
++m_counters.nOutNacks;

4.5 辅助算法（Helper Algorithms）

这些辅助算法都定义在 => NFD/daemon/fw/algorithm.hpp 和 NFD/daemon/fw/algorithm.cpp

在转发管道（ forwarding pipelines ）中使用的几种算法和多种策略被实现为辅助函数。当我们确定更多可重用的算法时，它们也将被实现为辅助函数，而不是在多个地方重复编写相同的代码。下面几个是当前 NFD 实现中几个常见的辅助算法：

• nfd::fw::wouldViolateScope ：确定往某个 Face 转发兴趣是否会违反基于命名空间的 scope 控制。
• nfd::fw::findDuplicateNonce ：搜索PIT条目以查看是否在 in-record 或 out-record 有重复的 Nonce 。
• nfd::fw::hasPendingOutRecords ：确定PIT条目是否具有仍在等待（ pending ）中的 out-record ，即Data和Nack都没有回来。

4.5.1 FIB lookup

下面插入的代码片段取自 => NFD/daemon/fw/strategy.cpp => Strategy::lookupFib

const fib::Entry&
Strategy::lookupFib(const pit::Entry& pitEntry) const

Strategy::lookupFib 考虑 forwarding hint 来实现FIB查找过程，具体流程如下：

1. 如果 Interest 不携带转发提示（ forwarding hint ），即不需要进行移动性处理，则使用兴趣名称（最长前缀匹配算法，3.1.1节）查找FIB。FIB保证最长前缀匹配返回有效的FIB条目；但是，FIB条目可能包含空的NextHop记录集，这通常会导致策略 reject Interest （但严格来说，不需要发生）。

   onst Fib& fib = m_forwarder.getFib();
   
   const Interest& interest = pitEntry.getInterest();
   // has forwarding hint?
   if (interest.getForwardingHint().empty()) {
       // FIB lookup with Interest name
       const fib::Entry& fibEntry = fib.findLongestPrefixMatch(pitEntry);
       NFD_LOG_TRACE("lookupFib noForwardingHint found=" << fibEntry.getPrefix());
       return fibEntry;
   }
   

2. 如果 Interest 带有转发提示（ forwarding hint ），则会对其进行处理以提供移动性支持。

   此时存在转发提示表示兴趣尚未到达生产者区域，因为在进入生产者区域时，应该在传入的 Incoming Interest 管道中删除转发提示。

3. 该过程使用转发提示（ forwarding ）中包含的每个委托名称查找FIB，并返回具有至少一个 nexthop 的第一个匹配的FIB条目。它不能区分兴趣是在消费者区域（ consumer region ）还是默认自由区域（ orderfault-free zone ）中。

4. 如果没有一个委托名称与至少一个下一跳的FIB条目匹配，则返回一个空的FIB条目。

   const DelegationList& fh = interest.getForwardingHint();
   // Forwarding hint should have been stripped by incoming Interest pipeline when reaching producer region
   BOOST_ASSERT(!m_forwarder.getNetworkRegionTable().isInProducerRegion(fh));
   
   const fib::Entry* fibEntry = nullptr;
   for (const Delegation& del : fh) {
       fibEntry = &fib.findLongestPrefixMatch(del.name);
       if (fibEntry->hasNextHops()) {
           if (fibEntry->getPrefix().size() == 0) {
               // in consumer region, return the default route
               NFD_LOG_TRACE("lookupFib inConsumerRegion found=" << fibEntry->getPrefix());
           }
           else {
               // in default-free zone, use the first delegation that finds a FIB entry
               NFD_LOG_TRACE("lookupFib delegation=" << del.name << " found=" << fibEntry->getPrefix());
           }
           return *fibEntry;
       }
       BOOST_ASSERT(fibEntry->getPrefix().size() == 0); // only ndn:/ FIB entry can have zero nexthop
   }
   BOOST_ASSERT(fibEntry != nullptr && fibEntry->getPrefix().size() == 0);
   return *fibEntry; // only occurs if no delegation finds a FIB nexthop
   

当前实现的局限性在于，当 Interest 到达第一个默认的免费路由器（ default-free router ）时，该FIB查找过程将根据FIB中的路由成本来唯一确定使用哪个委托。理想情况下，应该通过可以考虑不同上游当前性能的策略做出选择。我们正在这方面探索更好的设计。