一种临近缓存感知的半集中式路由方法及其系统技术方案

本发明专利技术涉及一种临近缓存感知的半集中式路由方法，主要解决现有技术中中心控制节点负载较高的问题。本发明专利技术通过识别目录服务器的负载高低，采用不同的方式方法传输数据，以达到降低目录服务器的负载、提高用户体验的目的。本发明专利技术还涉及一种临近缓存感知的半集中式路由系统，包括多个终端节点、多个路由器和目录服务器，终端节点能够直接与目录服务器就行信息通讯和信息传输，终端节点也能够通过路由器与目录服务器进行信息通讯和信息传输，路由器之间也能够进行信息传输。之间也能够进行信息传输。之间也能够进行信息传输。

【技术实现步骤摘要】
一种临近缓存感知的半集中式路由方法及其系统


[0001]本专利技术涉及一种网络技术，具体涉及一种临近缓存感知的半集中式路由方法，还涉及一种临近缓存感知的半集中式路由系统。

技术介绍

[0002]现代互联网正朝着高速化和宽带化的方向演进，并发展为结合数据、语音、图像以及实时多媒体信息等多种业务的综合业务传输网络。根据思科公司发布的网络指数统计和预测，到2022年，全球IP网络的数据流量将达到平均每月396EB的水平，相比2017年提高了2倍以上。
[0003]在海量的网络业务中，对实时性要求较高的网络音频、视频业务逐渐成为互联网应用的主流，预计将在2022年占到总数据流量的82％。多媒体内容的大量复制传播的需求带来了内容分发网络(ContentDeliveryNetworking,CDN)的流行和商用。一个典型的内容分发网络需要部署多个内容服务器在不同的地理位置，构建一个分布式的缓存系统。利用分布式的缓存系统，用户能够就近从边缘节点处获取内容，避免了传统IP网络中心化服务造成的网络拥塞问题，提高获取服务的速度。并根据用户的动态内容请求，动态调整内容缓存及传输策略，从而均衡网络流量负载、提高用户体验。
[0004]CDN网络的核心思想是采用DNS重定向的方式，将用户请求转发到网络边缘处的缓存节点，从而降低访问时延。传统的CDN网络中需要一个专用的目录服务器，用于处理用户的内容请求与内容重定向，在一定程度上仍然是中心化的网络服务。中心化的目录服务器易成为性能瓶颈，并且中心节点的故障或过载会造成整个网络性能的下降。因此，在中心节点失效时，边缘节点应当具有一定的自组网路由能力与邻近缓存内容感知的能力，从而缓解中心节点的压力，提高网络性能。
[0005]现有的自组网路由方法主要分为两类：
[0006]一是缓存节点向周边节点发布已有缓存内容的通告，内容请求节点根据通告内容建立路由路径；
[0007]二是内容请求节点主动向周边节点探测缓存的内容，从而建立内容路由。
[0008]这两种方案的共同特点是缓存节点需要向周边节点传输其拥有的全部缓存内容信息，会造成巨大的网络带宽开销。当前需要解决的问题的，如何在CDN架构下，简化自组网路由信息的传递，减少网络开销。

技术实现思路

[0009]本专利技术提供了一种临近缓存感知的半集中式路由方法及其系统，目的在于解决传统自组网路由信息的传递会造成巨大的网络带宽开销。
[0010]一种临近缓存感知的半集中式路由方法，其特殊之处在于：
[0011]步骤1，请求内容的终端节点向目录服务器发送内容请求包CEN_REQ，其中内容请求包CEN_REQ至少包括以下信息：包类型、请求内容的名称、请求内容的终端节点地址、目录
服务器的地址、时间戳，同时设置一个重传时间T；
[0012]步骤2，目录服务器收到所述内容请求包CEN_REQ后，通过查找其维护的路由信息表，确定网络中哪些缓存节点缓存了内容请求包CEN_REQ所请求的内容，并利用加权最小连接算法，将内容请求定位到负载较轻同时距离较近的缓存节点，该缓存节点称为目的节点；
[0013]目录服务器随后向请求内容的终端节点发送内容应答包CEN_REP，其中内容应答包CEN_REP至少包括以下信息：包类型、请求内容的名称、请求内容的终端节点地址、目录服务器地址、内容提供者地址、时间戳；
[0014]步骤3.1，若在重传时间T内，请求内容的终端节点接收到目录服务器所返回的内容应答包CEN_REP之后，根据内容应答包CEN_REP所包含的信息，建立请求内容的终端节点到目的节点的路径，将所请求的内容通过路径返回请求内容的终端节点；
[0015]步骤3.2，若在重传时间T内，请求内容的终端节点没有收到目录服务器的响应，则启动邻近缓存感知路由机制，请求内容的终端节点将主动探测一定范围内的邻近节点的缓存副本，并根据分布式的路由策略发现邻近缓存内容，根据请求内容的终端节点主动探测到的缓存副本信息建立请求内容的终端节点到目的节点的路径，将所请求的内容通过路径返回请求内容的终端节点。
[0016]进一步地，所述步骤1中，需要请求内容的终端节点通过路由器向中心目录服务器发送内容请求包CEN_REQ；
[0017]步骤2中，目录服务器随后通过路由器向请求内容的终端节点发送内容应答包CEN_REP；
[0018]步骤3.1中，若在重传时间T内，请求内容的终端节点接收到目录服务器通过路由器所返回的内容应答包CEN_REP之后，根据内容应答包CEN_REP所包含的信息，通过路由器建立请求内容的终端节点到目的节点的路径；
[0019]步骤3.2中，若在重传时间T内，请求内容的终端节点没有收到目录服务器的响应，则启动邻近缓存感知路由机制，请求内容的终端节点将通过路由器主动探测一定范围内的邻近节点的缓存副本。
[0020]进一步地，所述步骤2具体如下：
[0021]步骤2.1，目录服务器收到内容请求包CEN_REQ；
[0022]步骤2.2，目录服务器中拥有网络中所有的缓存节点以及其缓存内容的对应关系的路由信息表，且该路由信息表定期更新；目录服务器检查路由信息表中是否保存了内容请求包CEN_REQ中的内容名称，如果是，则执行步骤2.3；否则丢弃请求分组内容请求包CEN_REQ；
[0023]步骤2.3，如果仅有一个缓存节点中存储了请求内容，则将其作为内容提供者，利用缓存节点的地址、当前时间等信息构建内容应答包CEN_REP，其中的内容提供者地址为查找到的缓存节点地址，转步骤2.5；否则，转步骤2.4；
[0024]步骤2.4，如果有多个缓存节点中存储了所请求的内容，则利用加权最小连接法，选择负载较轻同时距离较近的缓存节点作为内容提供者；具体地，设有M个缓存节点存储了所请求的内容，其编号分别为1、2、
…
、M；令ADDR
i
表示缓存节点i的地址，L
i
为缓存节点i当前分配的连接数；设源请求节点的地址为ADDR_SRC；则令缓存节点i的权值为W
i
＝D
i
×
(L
i
+1)，其中，D
i
为请求内容的终端节点到缓存节点i之间的距离，定义为请求内容的终端节点的地
址与缓存节点i地址做异或运算的结果，即D
i
＝ADDR_SRC xor ADDR
i
；将W
i
从小到大排序，选择权值最小的节点作为内容提供者，将节点地址、当前时间等系信息构建内容应答包CEN_REP，转步骤2.5；
[0025]步骤2.5，将内容应答包CEN_REP返回给请求内容的终端节点，操作结束。
[0026]进一步地，所述启动邻近缓存感知路由机制具体如下：
[0027]步骤3.2.1，每个缓存节点维护了一个临近缓存路由信息表，该路由信息表保存缓存内容与缓存节点地址、转发端网络接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种临近缓存感知的半集中式路由方法，其特征在于：步骤1，请求内容的终端节点(3)向目录服务器(1)发送内容请求包CEN_REQ，其中内容请求包CEN_REQ至少包括以下信息：包类型、请求内容的名称、请求内容的终端节点(3)地址、目录服务器(1)的地址、时间戳，同时设置一个重传时间T；步骤2，目录服务器(1)收到所述内容请求包CEN_REQ后，通过查找其维护的路由信息表，确定网络中哪些缓存节点缓存了内容请求包CEN_REQ所请求的内容，并利用加权最小连接算法，将内容请求定位到负载较轻同时距离较近的缓存节点，该缓存节点称为目的节点；目录服务器(1)随后向请求内容的终端节点(3)发送内容应答包CEN_REP，其中内容应答包CEN_REP至少包括以下信息：包类型、请求内容的名称、请求内容的终端节点(3)地址、目录服务器(1)地址、内容提供者地址、时间戳；步骤3.1，若在重传时间T内，请求内容的终端节点(3)接收到目录服务器(1)所返回的内容应答包CEN_REP之后，根据内容应答包CEN_REP所包含的信息，建立请求内容的终端节点(3)到目的节点的路径，将所请求的内容通过路径返回请求内容的终端节点(3)；步骤3.2，若在重传时间T内，请求内容的终端节点(3)没有收到目录服务器(1)的响应，则启动邻近缓存感知路由机制，请求内容的终端节点(3)将主动探测一定范围内的邻近节点的缓存副本，并根据分布式的路由策略发现邻近缓存内容，根据请求内容的终端节点(3)主动探测到的缓存副本信息建立请求内容的终端节点(3)到目的节点的路径，将所请求的内容通过路径返回请求内容的终端节点(3)。2.根据权利要求1所述的一种临近缓存感知的半集中式路由方法，其特征在于：步骤1中，需要请求内容的终端节点(3)通过路由器(2)向中心目录服务器(1)发送内容请求包CEN_REQ；步骤2中，目录服务器(1)随后通过路由器(2)向请求内容的终端节点(3)发送内容应答包CEN_REP；步骤3.1中，若在重传时间T内，请求内容的终端节点(3)接收到目录服务器(1)通过路由器(2)所返回的内容应答包CEN_REP之后，根据内容应答包CEN_REP所包含的信息，通过路由器(2)建立请求内容的终端节点(3)到目的节点的路径；步骤3.2中，若在重传时间T内，请求内容的终端节点(3)没有收到目录服务器(1)的响应，则启动邻近缓存感知路由机制，请求内容的终端节点(3)将通过路由器(2)主动探测一定范围内的邻近节点的缓存副本。3.根据权利要求2所述的一种临近缓存感知的半集中式路由方法，其特征在于：所述步骤2具体如下：步骤2.1，目录服务器(1)收到内容请求包CEN_REQ；步骤2.2，目录服务器(1)中拥有网络中所有的缓存节点以及其缓存内容的对应关系的路由信息表，且该路由信息表定期更新；目录服务器(1)检查路由信息表中是否保存了内容请求包CEN_REQ中的内容名称，如果是，则执行步骤2.3；否则丢弃请求分组内容请求包CEN_REQ；步骤2.3，如果仅有一个缓存节点中存储了请求内容，则将其作为内容提供者，利用缓存节点的地址、当前时间等信息构建内容应答包CEN_REP，其中的内容提供者地址为查找到的缓存节点地址，转步骤2.5；否则，转步骤2.4；
步骤2.4，如果有多个缓存节点中存储了所请求的内容，则利用加权最小连接法，选择负载较轻同时距离较近的缓存节点作为内容提供者；具体地，设有M个缓存节点存储了所请求的内容，其编号分别为1、2、
…
、M；令ADDR
i
表示缓存节点i的地址，L
i
为缓存节点i当前分配的连接数；设源请求节点的地址为ADDR_SRC；则令缓存节点i的权值为W
i
＝D
i
×
(L
i
+1)，其中，D
i
为请求内容的终端节点(3)到缓存节点i之间的距离，定义为请求内容的终端节点(3)的地址与缓存节点i地址做异或运算的结果，即D
i
＝ADDR_SRC xor ADDR
i
；将W
i
从小到大排序，选择权值最小的节点作为内容提供者，将节点地址、当前时间等系信息构建内容应答包CEN_REP，转步骤2.5；步骤2.5，将内容应答包CEN_REP返回给请求内容的终端节点(3)，操作结束。4.根据权利要求2所述的一种临近缓存感知的半集中式路由方法，其特征在于：所述启动邻近缓存感知路由机制具体如下：步骤3.2.1，每个缓存节点维护了一个临近缓存路由信息表，路由信息表保存缓存内容与缓存节点地址、转发端网络接口号的映射关系；缓存节点开启邻近缓存探测；步骤3.2.2，请求内容的终端节点(3)查找本地的临近缓存路由信息表，判断是否存在至所请求内容的路径；若存在，则根据目的节点的地址，建立请求内容的终端节点(3)到目的节点的路径，转步骤3.2.12；否则，转步骤3.2.3；步骤3.2.3，请求内容的终端节点(3)通过直接连接的路由器(2)向自身附近的所有缓存节点发送内容探测包DI...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙军涛，姜静，郑凌，杜剑波，
申请(专利权)人：陕西悟空云信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：