ＩＳＳＮ ｌ６７３．９４１８ ＣＯＤＥＮ ＪＫＹＴＡ８ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １６７３・－９４１８／２０１３／０７（０６）－－０４８１－１３ ｄｏｉ：１０．３７７８０．ｉｓｓｎ．１６７３—９４１８．１３０３０２５
信息中心网络研究综述 夏春梅 ，徐明伟 清华大学计算机科学与技术系，北京１０００８４
Ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ－Ｃｅｎｔｒｉｃ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ
Ｅ—ｍａｉｌ：ｆｃｓｔ＠ｖｉｐ．１ ６３．ｃｏｍ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｅａｊ．ｏｒｇ Ｔｅｌ：＋８６．１０．８９０５６０５６
ＸＩＡ Ｃｈｕｎｍｅｉ ，ＸＵ Ｍｉｎｇｗｅｉ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ０００８４，Ｃｈｉｎａ ＋Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ：Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｃｍ１９７７０３１２＠ｓｉｎａ．ｃｎ
ＸＩＡ Ｃｈｕｎｍｅｉ，ＸＵ Ｍｉｎｇｗｅｉ．Ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ－ｃｅｎｔｒｉｃ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉ— ｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３，７（６）：４８１－４９３．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｅｔｗｏｒｋ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ａｒｅ ｅｖｏｌｖｅｄ ｆｒｏｍ ｄａｔａ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｗｏ ｈｏｓｔｓ ｔｏ ａｃｃｅｓｓｉｎｇ ａ ｌａｒｇｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｔｅｍｅｔ ｕｓｅｓ ａｄｄｒｅｓｓ—ｃｅｎｔｒｉｃ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ， ｗｈｉｃｈ ｉＳ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｏｓｔｓ ｂｕｔ ｎｏｔ ｅｆｆｌｃｉｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｏｓｔｓ ａｎｄ ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｇｉｖｅｎ ｔｈｉｓ ｆａｃｔ，ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ—ｃｅｎｔｒｉｃ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ（ＩＣＮ）ｂｅｃｏｍｅｓ ｔｈｅ ｈｏｔ ｓｐｏｔ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｎｅｗ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ． Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｉｄｅａ ｏｆ ＩＣＮ，ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ Ｏｆ ＩＣＮ，ａｎｄ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ＩＣＮ ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ａｓｐｅｃｔｓ：ｎａｍｉｎｇ，ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ，ｒｏｕｔｉｎｇ ａｎｄ ｃａｃｈｉｎｇ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｆｉｖｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｉｎ ＩＣＮ ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｎａｍｉｎｇ，ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ，ｒｏｕｔｉｎｇ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｃａｃｈｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ａｎａｌｙｚｅｓ ａｎｄ ｅｖａｌ— ｕａｔｅｓ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ＩＣＮ ｓｃｈｅｍｅｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓｅｖｅｒａｌ ｋｅｙ ｉｓｓｕｅｓ ｉｎ ＩＣＮ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ－ｃｅｎｔｒｉｃ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ（ＩＣＮ）；ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｎａｍｉｎｇ；ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃａｃｈｅ；ＩＣＮ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ； ｃｏｎｔｅｎｔ—ｃｅｎｔｒｉｃ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ（ＣＣＮ）
摘要：网络需求由主机到主机的通信演进为主机到网络的海量信息访问。现有互联网采用以地址为中心的 网络通信模型，适用于主机到主机的通信，在主机到网络的通信中效率不高。为了满足新的网络需求，信息中 心网￣ｄ＆（ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ－ｃｅｎｔｒｉｃ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，ＩＣＮ）成为研究热点。阐述了ＩＣＮ的基本思想，分析了ＩＣＮ的特点，并
Ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆＣｈｉｎａ ｕｎｄｅｒ ＧｒａｎｔＮｏ．６１１３３０１５（国家自然科学基金）；ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｈｉ ｇｈ．Ｔｅｃｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ｕｎｄｅｒ Ｇｒａｎｔ Ｎｏ．２０１ １Ａ．Ａ０１Ａ１ ０１（国家高技术研究发展Ｓｔ￣ＪＪ（８６３））；ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒ＆Ｄ Ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆＣｈｉｎａ ｕｎｄｅｒ Ｇｒａｎｔ Ｎｏ．２０１１ＢＡＨ１９Ｂ０１（国家科技支撑计划）． Ｒｅｃｅｉｖｅｄ ２０１３－０３，Ａｃｃｅｐｔｅｄ ２０１３－０５． ＣＮＫＩ网络优先出版：２０１３．０５—１３，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．５６０２．ＴＰ．２０１３０５１３．０９３８．００２．ｈｔｍ１． ４８２ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＦｒｏｎｔｉｅｒｓ ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ计算机科学与探索 从命名、路由、分发和缓存四方面对ＩＣＮ进行了分类；总结了ＩＣＮ采用的五类关键技术，即信息命名、名字解析、 路由转发、信息分发和信息缓存技术；对现有ＩＣＮ方案进行了总结、分析和评价；给出了ＩＣＮ研究中仍存在的问 题和未来的研究方向。 关键词：信息中心网￣（ＩＣＮ）；信息命名；信息缓存；ＩＣＮ分类；内容中心网络（ｃｃＮ） 文献标志码：Ａ 中图分类号：ＴＰ３９３
１ 引言 用户需求决定了网络通信模型。用户最初的需求 是话音通信，在ｌ９世纪７０年代，电话的发明形成了最 初的电信网络，网络通信模型为互连线路。２０世纪 六七十年代，资源共享成为网络新需求，可以通过网 络从服务器上获取资源，形成了现在的互联网，网络 通信模型为互连主机。目前，根据ＩＤＣ ２０１ １年的报 ， ２０１０年的信息量突破了泽字节（１ ＺｅｔｔａＢｙｔｅ（ＺＢ）＝ １０ Ｂｙｔｅ），２０１１年的信息量则增长到１．８ ＺＢ，达到 ２００６年的９倍。互联网用户的需求从主机之间的通 信演进为主机到网络的信息重复访问。用户关注的 是信息，而不是信息的存储位置。因此，为了适应对 海量信息的访问需求，应分离计算、存储、通信、应用 与信息的联系，摆脱传统体系结构对信息的束缚，使 信息成为体系结构的设计中心，网络通信模型为互 连信息。 在互联网中，为了适应不断增长的信息访问要求， 相继产生了一些数据分发技术，￣Ｉ Ｐ２Ｐ（ｐｅｅｒ－ｔｏ－ｐｅｅｒ）ｔ 、 Ｐｕｂ／Ｓｕｂ（ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ／ｓｕｂｓｃｒｉｐｔｉｏｎ） 、ＣＤＮ（ｃｏｎｔｅｎｔ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｎｅｔｗｏｒｋ） 、Ｗｅｂ Ｃａｃｈｅ 。这些技术虽然以 信息为中心，但是位于应用层，存在大量冗余数据传 输，网络资源利用率不高。信息中心网络（ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ— ｃｅｎｔｒｉｃ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ，ＩＣＮ）采用以信息为中心的网络通 信模型，取代传统的以地址为中心的网络通信模型， 通信模式从主机到主机演进为主机到网络，传输模 式由传统的“推”改为“拉”，安全机制构建在信息上 而不是主机上，转发机制由传统的存储转发演进为 缓存转发，体系结构支持主机移动，解决了海量信息 高效传输的问题。 信息中心网络研究刚起步，但已引起学术界和 工业界的高度重视。本文对现有的研究方案进行了 介绍和总结，分析比较了各种方案的特点。第２章给 出了ＩＣＮ的基本思想和特点，从命名、路由、分发和缓 存四方面对ＩＣＮ进行分类；第３章阐述了ＩＣＮ关键技 术；第４章对现有ＩＣＮ方案进行了分析和评价；第５章 给出了ＩＣＮ研究中存在的问题和未来的研究方向；第 ６章进行了总结。 ２背景 ２．１信息中心网络 信息中心网络（ＩＣＮ）的思想最早是１９７９年由 Ｎｅｌｓｏｎ提出来的＿６］，后来被Ｂａｃｃａｌａ强化 ］。１９９９年斯 坦福大学提出了ＴＲＩＡＤ（ｔｒａｎｓｌａｔｉｎｇ ｒｅｌａｙｉｎｇ Ｉｎｔｅｍｅｔ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ ａｃｔｉｖｅ ｄｉｒｅｃｔｏｒｉｅｓ） 项目。ＴＲＩＡＤ 主要思想是采用信息名字路由分组到最近副本，避 免了ＤＮＳ（ｄｏｍａｉｎ ｎａｍｅ ｓｙｓｔｅｍ）过程。２００６年加州 大学伯克利分校和网络计算机科学研究院提出了一 种面向数据的网络体系结构ＤＯＮＡ（ｄａｔａ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ （ａｎｄ ｂｅｙｏｎｄ）ｎｅｔｗｏｒｋ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ） ，在安全和一致 性上改进了ＴＲＩＡＤ。２００８年欧洲４ｗａｒｄ提出了一项 新的信息网络工程Ｎｅｔｌｎｆ（ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＹ 。 ， 其提出了信息中心网络，将信息进行了分类，通过不 同类型定义信息名字，同时给出了两种名字解析方 式。２００９年Ｐａｒｋ研究中心的Ｊａｃｏｂｓｏｎ提出了以内容 为中心的网络ＣＣＮ（ｃｏｎｔｅｎｔ—ｃｅｎｔｒｉｃ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ）ｔ“］，并 开展了ＣＣＮｘ项目。ＮＤＮ（ｎａｍｅｄ ｄａｔａ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ）是 基于ＣＣＮ思想的工程项目，２０１０年成为ＮＳＦ未来网 络结构计划资助的四个工程之一。目前信息中心网 络引起了广泛关注，成为研究热点。 ＩＣＮ摒弃了传统的以ＩＰ为细腰的协议栈结构，采 用以信息名字为核心的协议栈结构。图１给出了传 统网络结构和ＩＣＮ的协议栈结构图。 ＩＣＮ采用信息名字为网络传输的标识，ＩＰ地址不 被考虑或者只作为一种底层的本地化的传输标识。