【摘 要】信息中心網(wǎng)絡(luò)的建立體現(xiàn)了科技的進(jìn)步性，其也是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，在信息中心網(wǎng)絡(luò)中，包含著多種技術(shù)，這些技術(shù)的有效應(yīng)用可以保證信息中心網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。內(nèi)置緩存技術(shù)是信息中心網(wǎng)絡(luò)的重要構(gòu)成，利用這項(xiàng)技術(shù)，可以提高信息傳輸?shù)男?，也可以提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，ICN緩存系統(tǒng)是信息中心網(wǎng)絡(luò)中一項(xiàng)新型的技術(shù)，其與傳統(tǒng)Web以及CDN緩存系統(tǒng)相比，具有較高的透明度，而且可以優(yōu)化信息中心網(wǎng)絡(luò)的緩存體系。本文對(duì)信息中心網(wǎng)絡(luò)中的內(nèi)置緩存技術(shù)進(jìn)行分析，提出了幾點(diǎn)優(yōu)化緩存網(wǎng)絡(luò)的方法，希望可以促進(jìn)內(nèi)置緩存技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用范圍的擴(kuò)展。

【關(guān)鍵字】信息中心網(wǎng)絡(luò)；內(nèi)置；緩存技術(shù)；ICN；系統(tǒng)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)通信模式也在不斷的優(yōu)化與改進(jìn)，這也促進(jìn)了信息中心網(wǎng)絡(luò)覆蓋面的擴(kuò)大。ICN是信息中心網(wǎng)絡(luò)中重要的內(nèi)置緩存系統(tǒng)，其與傳統(tǒng)緩存系統(tǒng)相比，有著較多的優(yōu)點(diǎn)，其透明度比較高，在應(yīng)用的過(guò)程中，可以提高用戶的滿意度。將ICN網(wǎng)絡(luò)緩存技術(shù)應(yīng)用在信息中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，可以更好的對(duì)信息進(jìn)行定位，還可以提高信息傳輸?shù)男省＞徑饩W(wǎng)絡(luò)流量的增長(zhǎng)速度，可以降低網(wǎng)絡(luò)帶寬的壓力，還可以使網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架更加透明化，其提高了資源的利用率，而且可以發(fā)揮出最大的緩存潛能。本文對(duì)ICN緩存進(jìn)行分析與介紹，希望可以促進(jìn)內(nèi)置緩存技術(shù)在信息中心網(wǎng)絡(luò)中的推廣。

一、ICN內(nèi)置緩存技術(shù)概述

ICN是一種新型的內(nèi)置緩存系統(tǒng)，其是對(duì)Web、CDN緩存系統(tǒng)的改進(jìn)與革新，而且應(yīng)用在信息中心網(wǎng)絡(luò)中具有較多的優(yōu)勢(shì)與特征。ICN緩存網(wǎng)絡(luò)最大的優(yōu)點(diǎn)是透明度高、緩存泛在化以及細(xì)粒度化。下面筆者結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，對(duì)ICN緩存系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，以供參考。

1、ICN緩存的優(yōu)點(diǎn)

1.1緩存透明度高

傳統(tǒng)的緩存技術(shù)，主要是應(yīng)用在流量統(tǒng)計(jì)中，其主要是以封閉系統(tǒng)的形式進(jìn)行工作的，其中Web、P2P、CDN都屬于傳統(tǒng)的緩存系統(tǒng)。Web緩存系統(tǒng)是基于開(kāi)放的HTTP協(xié)議存在的，其內(nèi)容主要是域自主命名，但是同一種對(duì)象卻無(wú)法一致識(shí)別。P2P主要是基于私有協(xié)議，其基于封閉系統(tǒng)，而且很難實(shí)現(xiàn)緩存空間共享，所以，P2P緩存的透明度比較度。ICN是一種新型的緩存系統(tǒng)，其可以對(duì)上述兩種傳統(tǒng)的緩存系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)同一種對(duì)象命名一致化的功能，還具有較高的緩存透明度。ICN以其優(yōu)良的特性成為了通用性強(qiáng)、應(yīng)用面廣、開(kāi)放度高的基礎(chǔ)服務(wù)。

1.2緩存泛在化

在傳統(tǒng)緩存系統(tǒng)中，首先需要確定緩存點(diǎn)的位置，而緩存網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多呈樹(shù)狀，其規(guī)律性比較強(qiáng)，緩存之間的協(xié)同關(guān)系一般建立在流量需求以及數(shù)學(xué)模型中。ICN緩存系統(tǒng)具有較強(qiáng)的緩存泛在化，而且網(wǎng)絡(luò)化程度高，其緩存點(diǎn)并不固定的，緩存結(jié)構(gòu)具有多變性，節(jié)點(diǎn)之間緩存的關(guān)系并不明確，利用數(shù)學(xué)模型，無(wú)法準(zhǔn)確的分析出緩存協(xié)同關(guān)系。

緩存泛在化，對(duì)緩存內(nèi)容的可用性提出了較高的要求，相對(duì)于傳統(tǒng)緩存系統(tǒng)，ICN緩存對(duì)象可用性比較清晰，在CDN網(wǎng)絡(luò)中，緩存系統(tǒng)對(duì)于緩存對(duì)象的請(qǐng)求，需要對(duì)請(qǐng)求的可用性進(jìn)行判斷，還要對(duì)緩存時(shí)間進(jìn)行分析，優(yōu)化解析系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性，維持系統(tǒng)的一致性。在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)置緩存環(huán)境下，相關(guān)技術(shù)人員要提高緩存技術(shù)的利用率。

1.3緩存細(xì)粒度化

傳統(tǒng)的緩存一般是以文件作為對(duì)象進(jìn)行存儲(chǔ)以及信息的交流，ICN緩存技術(shù)主要是以線速形式進(jìn)行工作，其緩存運(yùn)行的成本比較高，而且難以滿足線速執(zhí)行的要求。ICN系統(tǒng)會(huì)將緩存對(duì)象進(jìn)行統(tǒng)一的劃分，其主要以數(shù)據(jù)塊作為緩存的單位，這對(duì)緩存粒度也有著較大影響。

我國(guó)文件粒度訪問(wèn)的流行度研究比較成熟，由于被訪問(wèn)的頻率有著較大差異，所以，為了保證用戶觀看視頻數(shù)據(jù)的通暢度，必須對(duì)其理論模型進(jìn)行綜合性的研究。

以粒度為文件的緩存模型，一般是獨(dú)立參考的模型，在對(duì)緩存對(duì)象的流行度進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，其流行度與請(qǐng)求序列關(guān)系不大，但是針對(duì)同一文件，由于chunk間有著較大的關(guān)聯(lián)性，所以，用戶在對(duì)chunk進(jìn)行請(qǐng)求時(shí)，需要以線性順序作為開(kāi)頭。將緩存系統(tǒng)中的大文件劃分為小chunk后，增加了獲取網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的途徑，而且有利于提升緩存的效率。所以，文件的大小與緩存的效率有較大關(guān)系。

2、ICN緩存的主要內(nèi)容

在研究ICN緩存時(shí)，可以從兩方面入手，一是優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能，二是簡(jiǎn)化緩存網(wǎng)絡(luò)。第一類緩存研究，需要設(shè)計(jì)出多種技術(shù)優(yōu)化方案，而可以從不同的角度對(duì)緩存系統(tǒng)的性能進(jìn)行優(yōu)化；第二類緩存研究主要建立理論模式，相關(guān)工作人員需要建立理論體系，對(duì)緩存行為的支撐體系進(jìn)行研究。

2.1優(yōu)化緩存系統(tǒng)性能的方式

ICN系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)緩存效果的重要系統(tǒng)，為了向用戶提供更好的服務(wù)，必須找到有效的措施，提高ICN緩存系統(tǒng)的透明度。還要增加緩存網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)置設(shè)施。影響緩存系統(tǒng)性能的因素很多，在對(duì)緩存系統(tǒng)性能進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，要了解這些因素之間的影響，這樣才能找到最佳的優(yōu)化途徑。相關(guān)人員在制定緩存系統(tǒng)優(yōu)化策略時(shí)，需要對(duì)緩存節(jié)點(diǎn)的大小、資源共享的方式進(jìn)行綜合考慮，還要對(duì)緩存對(duì)象的可用性以及關(guān)注度進(jìn)行研究，提高緩存資源的共享率以及利用率，提高緩存系統(tǒng)的整體性。

2.2緩存系統(tǒng)建模分析

為了更好了分析與了解緩存網(wǎng)絡(luò)體系，必須建立緩存網(wǎng)絡(luò)的理論建模體系，這樣也可以分析出緩存網(wǎng)絡(luò)行為。緩存系統(tǒng)建模與緩存對(duì)象的流行度、緩存網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、管理策略有著較大聯(lián)系，由于緩存對(duì)象在不同的緩存節(jié)點(diǎn)有著不同的緩存請(qǐng)求，這些請(qǐng)求之間也有著一定關(guān)聯(lián)性，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，可以更好的分析出緩存網(wǎng)絡(luò)建模難點(diǎn)，也可以分析出緩存節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系。

二、優(yōu)化ICN內(nèi)置緩存系統(tǒng)性能的方法

ICN緩存服務(wù)是提高緩存性能的基礎(chǔ)，為了優(yōu)化ICN緩存的性能，首先需要分析出系統(tǒng)透明度、泛在化以及細(xì)粒度等特征，還要對(duì)緩存機(jī)制運(yùn)行中存在的機(jī)遇進(jìn)行研究。優(yōu)化緩存網(wǎng)絡(luò)性能的方法，是ICN緩存研究的重要內(nèi)容下面筆者對(duì)緩存大小規(guī)劃、緩存空間共享機(jī)制、緩存決策策略等多個(gè)方面對(duì)優(yōu)化ICN內(nèi)置緩存系統(tǒng)性能的方法進(jìn)行介紹。

1、緩存大小規(guī)劃

緩存存儲(chǔ)空間的大小，對(duì)緩存系統(tǒng)的性能有著較大影響，一般緩存空間越大，其可存儲(chǔ)的對(duì)象與數(shù)據(jù)則越多，而且緩存系統(tǒng)命中率也越高。但是，緩存空間越大，其運(yùn)行的成本以及開(kāi)銷也越多，為了更好的控制成本，必須對(duì)緩存空間的大小進(jìn)行合理的規(guī)劃。ICN緩存節(jié)點(diǎn)主要是以線速方式進(jìn)行工作，這限制了緩存空間范圍的擴(kuò)大。從緩存大小規(guī)劃來(lái)看，為了優(yōu)化緩存網(wǎng)絡(luò)的性能，必須做到以下兩個(gè)方面的內(nèi)容。

第一，在規(guī)劃緩存空間大小時(shí)，需要保證系統(tǒng)實(shí)質(zhì)性性能的提升。與傳統(tǒng)緩存系統(tǒng)相比，ICN緩存需要滿足線速執(zhí)行的要求，這對(duì)節(jié)點(diǎn)緩存大小有著一定限制作用。ICN系統(tǒng)在對(duì)承載流量以及互聯(lián)網(wǎng)傳輸性能進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，需要考慮節(jié)點(diǎn)緩存空間的設(shè)置效果，而且根據(jù)路由器的差異性，緩存系統(tǒng)的配置也有著較大差異。存儲(chǔ)器的材質(zhì)不同，信息訪問(wèn)速度也有著一定差異，所以根據(jù)ICN功能的差別，其存儲(chǔ)器的配置也需要想要的優(yōu)化。

第二，緩存資源要做好優(yōu)化配置工作，在不同的節(jié)點(diǎn)，需要配置不同的資源，這樣才能提高系統(tǒng)的整體性以及性能。在對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進(jìn)行預(yù)算時(shí)，需要考慮緩存資源的分配，還要考慮緩存結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)流量需求等因素。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲行氖莾?yōu)化緩存系統(tǒng)的重要途徑，由于ICN緩存網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)具有不確定性，所以，分配緩存空間，是提高信息中心網(wǎng)絡(luò)性能的有效措施。除此之外，增加非核心節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，也可以擴(kuò)大緩存控制的大小，有助于提高緩存的效率。在分析緩存網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，不能只考慮網(wǎng)絡(luò)中心性指標(biāo)，相關(guān)人員還需要考慮緩存節(jié)點(diǎn)與用戶的距離以及用戶群體小大等內(nèi)容。

2、緩存空間共享的優(yōu)化

緩存透明化的一個(gè)直接后果是不同的流量、應(yīng)用類型需要競(jìng)爭(zhēng)使用有限的緩存資源。由于不同的應(yīng)用、流量類型具有不同的流量特征，其緩存目標(biāo)也不盡相同，如何在不同的應(yīng)用、流量類型之間共享有限的緩存資源，并提供差異化服務(wù)，成為ICN中的緩存系統(tǒng)亟需解決的問(wèn)題。

2.1固定劃分的共享

固定劃分是指為不同的應(yīng)用、流量類型劃分固定的緩存空間大小.為每類應(yīng)用、流量分配的緩存空間僅服務(wù)于該應(yīng)用、流量類型，因此，每種應(yīng)用、流量類型不會(huì)干擾其他應(yīng)用、流量類型的性能。

2.2動(dòng)態(tài)共享

緩存空間的動(dòng)態(tài)共享則在一類應(yīng)用不占用緩存資源時(shí)允許另一類應(yīng)用占用，實(shí)現(xiàn)了緩存空間的統(tǒng)計(jì)復(fù)用。動(dòng)態(tài)共享策略用于指定不同類型的應(yīng)用共享緩存的方式，常用的兩種策略包括基于優(yōu)先級(jí)的共享策略和基于加權(quán)公平的共享策略。基于優(yōu)先級(jí)的共享策略的目的是給予某些應(yīng)用更高的服務(wù)優(yōu)先級(jí)。

三、結(jié)語(yǔ)

內(nèi)置緩存技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，其對(duì)用戶觀看視頻的效果以及質(zhì)量有著一定影響，優(yōu)化與改進(jìn)內(nèi)置緩存基礎(chǔ)，可以提高數(shù)據(jù)信息的傳播效率，也可以促進(jìn)信息技術(shù)的推廣與應(yīng)用?，F(xiàn)如今，我國(guó)進(jìn)入了信息時(shí)代，整個(gè)社會(huì)都呈現(xiàn)出了信息技術(shù)高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，為了緩解流量爆炸與信息傳輸通道擁堵的現(xiàn)象，必須優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)置緩存的透明化以及泛在化，這樣才能保證信息流量傳輸?shù)姆€(wěn)定性、安全性以及可靠性。ICN緩存網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一項(xiàng)新型的系統(tǒng)，在對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行研究時(shí)，筆者與傳統(tǒng)緩存技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，這也有助于對(duì)現(xiàn)代緩存系統(tǒng)的完善。

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作者簡(jiǎn)介：徐一帆（1992-），男，浙江省江山市人，周口師范學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2011級(jí)網(wǎng)絡(luò)工程班，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)工程