论文阅读：OpenFlow-compliant Topology Management for SDN-enabled Information Centric Networks

摘要：

以信息为中心的网络（ICN）已经成为一种特别的方法，用于克服基于IP的传统网络的许多局限性。但是，实现ICN所需的传统基础架构的巨大变化显着阻碍了网络运营商的采用。

通过对替代部署策略进行了研究，将软件定义网络（SDN）作为与传统基础架构兼容的解决方案被提出，从而为将ICN概念集成到运营商网络中提供了新的可能性。

文章讨论了这两种架构范例的无缝集成，并提出了可扩展的动态网络拓扑自举和管理框架，以在支持SDN的运营商网络上部署和操作ICN拓扑。

文章描述了设计的协议和支持机制，以及实现此互操作性所需的最低要求，通过已经实施了概念验证原型以验证该方法的可行性。结果表明，拓扑引导时间不受拓扑大小的影响很大，从而大大简化了启用ICN的网络的智能管理。

背景/问题：

SDN的出现为部署由ICN范式带来的新颖路由机制创造了新的机会，SDN交换用于支持源路由转发机制，从而实现无状态，快速和可扩展的内容转发。这样就可以在SDN网络上无缝部署ICN拓扑，并为Internet利益相关者为ICN带来了潜在的迁移途径。

这种情况下，对透明ICN操作的支持在很大程度上取决于SDN交换机的适当配置，这是上述IP透明流规则匹配的关键实现因素，这就对定义网络引导程序和管理协议有要求，减轻网络运营商的SDN基础架构繁琐的手动配置，从而实现自动化和可扩展的配置操作。

解决方案：

提出了使用OpenFlow的SDN支持的可扩展的自举解决方案。

设计并实现了一种协议，该协议可动态分配网络配置参数，以在现有SDN网络上创建和扩展ICN拓扑，而无需修改现有IP或SDN协议和服务，从而实现完全的向后兼容性。该方法不仅限于主动引导，还允许动态SDN交换机和主机连接到已部署的拓扑，引入SDN和ICN控制领域之间的接口，以支持资源分配和监视消息的交换，并进一步实现流量工程和弹性功能。

解决方案通过实现自动化，主动式和被动式网络拓扑管理和引导，从而减轻了管理和配置开销，随后为大规模部署提供了便利。

实现细节：

假设与术语

文章中，假定网络运营商已经部署了具有链路层连接性的物理网络，目的是在传统基础架构上部署和管理ICN网络，而又不破坏现有协议和应用程序，即节点将继续支持已经在运行的IP服务。

ICN网络由遵循PURSUIT体系结构的节点组成，支持ICN发布/订阅范例，ICN网络需要部署集中的网络管理实体，以实现集合，拓扑和资源管理。这样的功能是通过（逻辑上）集中控制节点即拓扑管理器（TM）来实现的，在数据平面上，ICN网络采用基于源路由的转发平面。

为了使一个节点具有ICN功能，所需的配置参数是：

• ICN中的节点标识符（NID）唯一
• 每个点对点ICN转发连接唯一的链路标识符（LID），形成为基于固定大小Bloom过滤器的向量
• 用于节点内部ICN进程的内部LID（iLID）
• 按照源路由方法从ICN节点到TM的FID（TMFID）。

ICN自举

我们将ICN自举协议基于动态主机配置协议（DHCP）原理，即新主机向其本地网络广播其存在并请求标识符，具有网络知识的集中式实体可以分配并提供独特的资源。

ICN将此基本功能扩展到了广域网，节点使用默认的节点和链接标识符进行引导，并将广播请求发送到其连接的节点。如果节点已经是ICN拓扑的一部分，它将以其TMFID进行响应，随后自举节点可以直接从TM请求唯一标识符，如果有可用资源，则接收适当的offer。最后，节点和TM将确认分配并更新其配置。

为了支持此功能，定义了以下消息及其语义：

• DiscoveryRequest，这是新节点向其连接的邻居广播的第一条消息
• DiscoveryOffer，由连接的ICN节点提供其TMFID的响应
• ResourceRequest，新节点发送给TM的对唯一NID和LID的请求
• ResourceOffer，TM的响应提供唯一标识符。它包括三元组{NID，LID，iLID}
• OfferAccepted，对新节点的TM确认，TM接受提供的资源
• ResourceAccepted，TM对新节点的确认，TM接受，将其附加到ICN节点
• Update，通知附加的邻居，以使用新连接更新其配置。

ICN-SDN互操作性：

ICN拓扑可以在运行传统IP服务的基于SDN的核心网络上实现和管理，而无需修改任何现有协议并破坏正在运行的应用程序。

引导一个SDN交换机

新的SDN交换机通过以前连接的SDN交换机连接到ICN网络，当将SDN交换机连接到启用了ICN的SDN交换机时，将通过其内部SDN拓扑监视功能通知SDN控制器。

如图1所示，该控制器代表该交换机运行，并通过服务器向TM发送ResourceRequest消息。

TM分配一个NID和一个LID（假设资源可用），并向Controller发送OfferAccepted消息。 NID没有配置或存储在交换机上，而是为TM的拓扑管理目的分配的，控制器以ResourceAccepted消息答复。 最后，控制器从TM接收ResourceAccepted消息，并将适当的任意位掩码流规则插入到新的及其连接的SDN交换机中。

因此，两个SDN交换机都已连接并启用了ICN，并且可以相应地转发ICN流量

引导连接到SDN交换机的ICN节点

客户端和服务器计算机以及连接到边缘SDN交换机的代理都应具有典型的IP连接，自举过程按需执行，为这些设备生成默认的ICN配置，并触发图2所示的自举机制：

成功将NID，iLID和LID分配给新的ICN节点后，新节点将临时标识符替换为从TM获得的唯一标识符， TM更新其拓扑图，于是新节点将完全具有ICN功能。

ICN-SDN界面

SDN控制器具有内部链接状态监视机制，已部署的ICN应用程序可利用该内部链接状态监视机制，以在添加，更新或删除ICN节点时得到通知。

必须将此类事件通知TM，以启用其故障转移机制并确保无缝路径管理和数据包转发，当TM收到这样的消息时，它将标识受此更改影响的路径段，并启用用于无缝数据包转发的弹性机制。