面向内容访问的IP-NDN互通方法、系统、设备及存储介质
面向内容访问的ip-ndn互通方法、系统、设备及存储介质
技术领域：
：1.本发明涉及信息
技术领域：
：，尤其涉及一种面向内容访问的ip-ndn互通方法、系统、设备及存储介质。
背景技术：
：：2.随着互联网行业的不断发展，传统的以tcp/ip协议（传输控制协议/网际协议）栈为主的互联网体系已经暴露出一些固有的问题和局限。为解决现有网络问题而提出的icn网络（信息中心网络）通信模型将传统的以主机为中心的网络转变为以信息为中心的新网络。3.ndn网络（命名数据网络）是基于icn思想的一个重要网络架构，在ndn网络中，用户可以发送仅指定内容名称的请求，而无需知道内容在网络中的位置，这是对网络架构的一次根本性的改进和创新。与传统网络相比，ndn网络在可扩展性、可管可控性、安全性、移动性、节能等方面具有显著的优势。4.目前tcp/ip网络已经非常成熟，网络架构的变革无法轻易实现，因此研究ndn与tcp/ip网络的融合问题是网络架构演进的重要一步。5.现有互通方案及其存在主要问题如下：1）根据配置文件实现翻译的互通网关，它的问题在于：名字需要由互通网关生成、分配和同步；仅能根据已有配置文件进行处理，无法加入新的客户端和内容源；并且，仅试验了简单聊天场景，没有处理长数据及执行实际任务的能力。2）doctor项目：将ndn与nfv（虚拟网络功能）结合，基于网络捕获和监控工具实现的ndn－http（超文本传输协议）互通方案，它的问题在于：构建较为复杂，需要开发ndn虚拟化架构；需要在网络中部署openvswitch（开放虚拟交换标准）；一个大的http请求对应较多ndn分片，引起较大时延。3）igate项目（在ip网络中建立ndn的通信隧道的方式实现互通），它的问题在于：客户端和内容服务器必须部署在ndn网络。总体而言，以上现有互通方案的各项性能还有待提升。技术实现要素：6.本发明的目的是提供一种面向内容访问的ip-ndn互通方法、系统、设备及存储介质，使得用户在网页浏览、观看多媒体视频等实际使用场景中能够实现ndn网络与传统ip网络的高性能互相通信，使愿意部署新一代网络架构的用户既能够获得ndn带来的网络性能提升，又能跨网络获取内容，是研究新一代信息中心网络的必经之路。7.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，包括：运行tcp/ip协议框架与ndn协议框架；其中，所述tcp/ip协议为传输控制协议/网际协议，ndn协议为信息中心网络协议；通过所述tcp/ip协议框架，接收来自ip网络的请求报文，并进行解析；通过调度器构建并维护请求队列与发送队列，调度器利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中查询相应的响应报文，若查询到相应的响应报文，则将相应的响应报文加入发送队列，若未查询到相应的响应报文，则结合请求报文的解析结果封装为请求实体，并将请求实体加入请求队列，以及使用调度算法决策出下一个处理的请求实体；通过翻译机将下一个处理的请求实体转换为ndn标准的名字，经请求处理程序处理后传输至ndn协议框架，再由ndn协议框架将ndn标准的名字封装为ndn兴趣包后，向ndn网络发送，以及接收所述ndn网络反馈的ndn数据包，并将ndn数据包解析后交由请求处理程序，由所述请求处理程序生成分片名字并按照分片将数据包拼接为完整的内容数据体；通过所述翻译机将所述完整的内容数据体翻译为响应报文后存入内容缓存单元中，并由调度器从内容缓存单元中提取相应的响应报文，加入发送队列；由所述tcp/ip协议框架按照发送队列的顺序将响应报文通过ip网络向外发送。8.一种面向内容访问的ip-ndn互通系统，包括：tcp/ip协议框架、ndn协议框架、调度器、翻译机、以及请求处理程序；其中：通过所述tcp/ip协议框架，接收来自ip网络的请求报文，并进行解析；通过调度器构建并维护请求队列与发送队列，调度器利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中查询相应的响应报文，若查询到相应的响应报文，则将相应的响应报文加入发送队列，若未查询到相应的响应报文，则结合请求报文的解析结果封装为请求实体，并将请求实体加入请求队列，以及使用调度算法决策出下一个处理的请求实体；通过翻译机将下一个处理的请求实体转换为ndn标准的名字，经请求处理程序处理后传输至ndn协议框架，再由ndn协议框架将ndn标准的名字封装为ndn兴趣包后，向ndn网络发送，以及接收所述ndn网络反馈的ndn数据包，并将ndn数据包解析后交由请求处理程序，由所述请求处理程序生成分片名字并将按照分片将数据包拼接为完整的内容数据体；通过所述翻译机将所述完整的内容数据体翻译为响应报文后存入内容缓存单元中，并由调度器从内容缓存单元中提取相应的响应报文，加入发送队列；由所述tcp/ip协议框架按照发送队列的顺序将响应报文通过ip网络向外发送。9.一种处理设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现前述的方法。10.一种可读存储介质，存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时实现前述的方法。11.由上述本发明提供的技术方案可以看出，打通了在异构网络之间进行消息传输的壁垒，用户在搭建网络环境时可以将先进的ndn网络架构部署在传统的tcp/ip网络环境中，充分利用新的网络架构带来的性能提升，从而提高网络性能和用户的使用感受。附图说明12.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。13.图1为本发明实施例提供的一种面向内容访问的ip-ndn互通方法的框架示意图；图2为本发明实施例提供的调度器调度过程示意图；图3为本发明实施例提供的请求聚合过程示意图。具体实施方式14.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。15.首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素（如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等），应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。16.下面对本发明所提供的一种面向内容访问的ip-ndn互通方法、系统、设备及存储介质进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。17.实施例一本发明实施例提供一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，该方法主要包括：运行tcp/ip协议框架与ndn协议框架；通过所述tcp/ip协议框架，接收来自ip网络的请求报文，并进行解析；通过调度器构建并维护请求队列与发送队列，调度器利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中查询相应的响应报文，若查询到相应的响应报文，则将相应的响应报文加入发送队列，若未查询到相应的响应报文，则结合请求报文的解析结果封装为请求实体，并将请求实体加入请求队列，以及使用调度算法决策出下一个处理的请求实体；通过翻译机将下一个处理的请求实体转换为ndn标准的名字，经请求处理程序处理后传输至ndn协议框架，再由ndn协议框架将ndn标准的名字封装为ndn兴趣包后，通过ndn端口向ndn网络中发送ndn兴趣包，以及接收所述ndn网络反馈的ndn数据包，并将ndn数据包解析后交由请求处理程序，由所述请求处理程序生成分片名字并按照分片将数据包拼接为完整的内容数据体；通过所述翻译机将所述完整的内容数据体翻译为响应报文后存入内容缓存单元中，并由调度器从内容缓存单元中提取相应的响应报文，加入发送队列；由所述tcp/ip协议框架按照发送队列的顺序将响应报文通过ip网络向外发送。18.如图1所示，展示了上述方法的整体框架，中间部分为互通网关，能够实现左侧ip客户端与右侧ndn服务端的互通，中间部分的互通网关运行了tcp/ip协议框架与ndn协议框架，还设有调度器、翻译机、请求处理程序等。示例性的，可以在linux操作系统之上运行tcp/ip网络协议栈，安装ndn-cxx0.7.0程序库，安装对应的nfd0.7.0程序，在ip客户端与互通网关之间建立tcp连接，在互通网关、ndn中间节点（ndn网络中非内容服务器的其它设备）与内容服务器（dnd服务端）之间搭建ndn网络环境。互通网关程序以实施环境为基础构建请求队列、调度器、翻译机等结构和单元。19.下面针对实现ip-ndn互通过程中所涉及的所有部分及其工作流程做详细的介绍。20.一、tcp/ip协议框架。21.本发明实施例中，运行的tcp/ip协议框架，可通过网络端口在ip网络中传递报文（包含请求报文与响应报文）。在所述互通网关运行tcp/ip协议框架后，当ip客户端发起连接请求时与ip客户端建立连接，将响应报文发往ip客户端主机，接收ip客户端主机发送的请求报文（http报文），完成全部传输过程后切段连接。22.示例性的，可以将互通网关地址设置为192.168.1.1，ip客户端地址设置为192.168.1.2、192.168.1.3、192.168.1.4等。将网页浏览作为实施场景，所浏览的网页包含文字内容、图片内容、视频内容，ip客户端使用网页浏览器，浏览器访问192.168.1.1/index.html，将浏览请求发送至互通网关，互通网关在获取内容后将响应报文发回至ip客户端。23.如图1所示，所述tcp/ip协议框架包括：端口（网络端口）以及http解析器。24.所述端口主要负责实现tcp/ip协议框架与ip客户端的数据交互。http（超文本传输协议）解析器主要负责请求报文的解析工作，具体的，可以对请求报文的首部字段进行解析，获得统一资源定位符（url）与报文首部的字段值。25.示例性的，http解析器可以调用http_parser工具（一种http解析工具），将从传输层获取的原始http报文进行解析完毕后获得url及多个首部字段信息。26.二、调度器。27.本发明实施例中，所述调度器主要负责构建请求队列与发送队列，以及实现请求聚合、请求调度、请求分发等工作。28.1、构建与维护请求队列。29.本发明实施例中，调度器构建请求队列，如果利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中未查询到相应的响应报文，则将请求报文的解析结果封装为请求实体，具体的：则按照系统时间、报文首部的字段值中的优先级字段以及网络信息封装为请求实体，并将请求实体加入请求队列。30.本发明实施例中，在初始化时初始化了空的请求队列，开始工作后，收到ip客户端发来的请求报文，通过http解析器解析得到url（例如：192.168.1.1/index.html），在与时间、优先级、对端网络信息共同封装为请求实体，放入请求队列，在收到多个ip客户端的多个请求报文后按照相同的处理方式放入请求队列。31.2、请求调度与请求分发。32.本发明实施例中，所述调度器，用于使用调度算法决策出下一个处理的请求实体。33.本发明实施例中，调度器选择优先级与先来先服务结合的调度算法进行调度，从请求队列中拉取到了相应的请求实体，并通过翻译机翻译后发送给请求处理成程序。34.本发明实施例中，调度算法的输入包括：请求队列中请求实体、用户对之前传输过程的反馈信息、网关自身的系统参数等，由调度算法进行决策，最终实现效率优化和用户使用感受的提升。35.具体的，调度算法以请求报文的接收时间作为初始判断依据，结合系统参数（例如系统时间、操作系统类型、ndn版本号等等）、请求报文中的网络信息（速率、带宽、吞吐量、时延等）计算出各请求报文的优先级，结合请求报文的优先级与最短任务优先（sjf）算法，计算出各个请求报文的调度参数值（rank值），按照调度参数值由高到低的顺序决策出下一个处理的请求实体。如图2所示，展示了调度器的请求调度过程示意图，决策出下一个处理的请求实体后通过翻译机处理为ndn标准的名字再发送至请求处理程序，图2省略了翻译机。36.3、请求聚合。37.如之前所述，调度器利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中查询相应的响应报文，若查询到相应的响应报文，则将相应的响应报文加入发送队列，从而实现请求聚合；具体的：可以使用基于url的匹配查找，将url字符串作为键值，收到请求报文并完成解析获取到url后在内容缓存中进行查找，当缓存命中后跳过之后的报文转换等操作并直接将响应报文发送回ip客户端，缓存没有命中则将解析结果封装为请求实体并加入请求队列等待调度器对其进行调度，图3展示了请求聚合的主要过程。38.示例性的：将url字符串作为键，以192.168.1.1/index.html为例，请求处理程序得到完整的响应报文后放入该键对应的缓存中，当再次收到url为192.168.1.1/index.html的请求报文时，请求聚合模块先在缓存中进行查找，缓存命中后将响应报文直接发送回ip客户端。39.4、构建与维护发送队列。40.本发明实施例中，调度器还需要构建与维护发送队列，发送队列中的信息为来自内容缓存的响应报文，将发送队列中的响应报文按照顺序传输至tcp/ip协议框架。41.三、翻译机。42.本发明实施例中，所述翻译机主要负责两部分翻译工作：1、用于将下一个处理的请求实体转换为ndn标准的名字。2、将完整的内容数据体（具体在后文介绍）翻译为响应报文后存入内容缓存单元。43.1、将请求实体转换为ndn标准的名字。44.本发明实施例中，结合请求实体中包含的统一资源定位符、从所述ndn协议框架获取的需要拼接至名字中的信息（由不同的应用程序来决定，本发明不做限定），以及从本地（互通网关）操作系统中获取的信息，将请求实体转换为ndn标准的名字，ndn标准的名字是指符合ndn协议标准的名字格式。45.本发明实施例中，操作系统是指互通网关上运行的操作系统，例如，可以为linux操作系统，当然也可以其他类型的操作系统。46.示例性的，如果url为192.168.1.1/video.mp4，则映射为名字/example/home/web_file/video.mp4，获取映射关系后建立映射表，在表内动态地填充不同网络协议的报文格式中所需的必要字段，构成ndn标准的名字。47.2、将完整的内容数据体翻译为响应报文后存入内容缓存单元。48.所述完整的内容数据体是请求处理程序拼接获得的数据，具体将在后文进行介绍，此部分翻译主要是将完整的内容数据体翻译为ip客户端可以识别的信息，也就是前文所述的响应报文。49.四、请求处理程序。50.本发明实施例中，请求处理程序，用于将ndn标准的名字封装为元数据兴趣包，通过ndn协议框架获取元数据数据包，并从中读取元数据数据体；计算元数据数据体中内容数据的总分片数n，利用所述ndn标准的名字制作n个分片名字，封装成n个分片数据的兴趣包，再通过ndn协议框架获取分片数据的数据包，从中读取对应分片数据的数据体，按照分片顺序将分片数据的数据体拼接成完整的内容数据体，再调用翻译机将所述完整的数据体转换为响应报文。此处的元数据兴趣包与分片数据的兴趣包均属于ndn兴趣包，元数据数据包与分片数据的数据包均属于ndn数据包。51.本发明实施例中，加密与解密是ndn协议框架提供的功能，主要用于请求处理程序与ndn协议框架之间数据信息的加密与解密。可以根据实际情况选择相应的内容加密算法，例如，可使用3des加密算法进行加密和解密。52.此次部分的主要工作流程如下：1）请求处理程序从ndn协议框架中获取ndn报文相关信息（例如，ndn报文的存活时间、跳数限制、复用次数等），将ndn标准的名字与获得的ndn报文相关信息一起，按照ndn协议规定的格式（tlv格式）封装成元数据兴趣包，加密后发送至ndn协议框架。53.2）ndn协议框架通过ndn网络向ndn服务端发送加密的元数据兴趣包，获得元数据数据包，由ndn解析器解析后写入数据队列，并依次反馈给请求处理程序。54.3）请求处理程序接收ndn协议框架反馈的元数据数据包解析结果后进行解密，获得元数据数据体，在元数据数据体中读取内容数据的数据大小、格式、版本号、优先级等信息。55.4）请求处理程序计算内容数据的总分片数目n，利用ndn标准的名字制作n个分片名字，将每个分片名字分别与ndn报文相关信息一起，按照ndn协议规定的格式封装成分片数据的兴趣包（数目为n），加密后发送至ndn协议框架。此处所有分片名字的前缀相同，为ndn标准的名字拼接格式、版本号、优先级号，分片名字的后缀为分片序号，分片序号为数字1到n。56.5）ndn协议框架通过ndn网络向ndn服务端发送所有加密的分片数据的兴趣包，获得分片数据的数据包，由ndn解析器解析后写入数据队列，并依次反馈给请求处理程序。57.6）请求处理程序接收ndn协议框架反馈的分片数据的数据包的解析结果后进行解密，读取出分片数据的数据体，按照分片顺序将分片数据的数据体拼接成完整的内容数据体，如果缺少某个分片数据的数据体，则请求处理程序向ndn协议框架重新发送相应的加密的分片数据的兴趣包。58.7）请求处理程度调用翻译机将完整的内容数据体翻译为响应报文。59.示例性的：若计算的分片数量为5，则根据分片总数依次生成名字/example/home/web_file/video.mp4/segno.x，此处的segno.x表示分片序号，x取1至5这五个数，分别组装为分片兴趣包向ndn网络请求数据，接收到同一内容的不同分片的数据包后，发现某个序号（例如，序号3）的数据包丢包，对其进行丢包重传，待全部分片都收到后对分片进行排序，将排好序的分片去除非必要字段后将内容拼接成完整的内容数据体。60.本发明实施例中，需要将所述完整的内容数据体转换为响应报文，具体的，在所述完整的数据体添加首部字段（按照http协议的要求添加），获得响应报文。示例性的，根据映射表找到目的请求url或名字，抽取必要的信息，根据http或ndn报文格式进行填充和组装。61.五、内容缓存单元。62.本发明实施例中，所述内容缓存单元，用于存储响应报文，以及根据调度器的指令将相应的响应报文加入发送队列。63.六、ndn协议框架。64.本发明实施例中，ndn协议框架可通过常规技术实现，在互通网关上运行ndn协议及其下层协议，不同的ndn实现方式其下层协议是不同的，因此，可以根据实际情况选择相应的下层协议，本发明不做限定；运行ndn协议所需的pit（pendinginteresttable，未决请求表）、fib（forwardinginformationbase，转发信息库）、cs（contentstore，内容存储库）三个结构，将名字封装为ndn兴趣包向ndn网络中发送。65.上述pit、fib、cs均为ndn协议中已有的结构，本发明不赘述。66.本发明实施例中，可以在互通网关的终端界面输入nfd启动命令，在需要建立ndn连接的主机（内容服务器）之间输入与对方建立连接的命令，并输入nfdcregister/exampleudp://192.168.1.1命令来注册名字前缀。在内容服务器（ndn服务端）之上运行专门编写的服务程序响应特定内容的名字并返回封装和加密好的数据包。67.本发明实施例提供的一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，打通了在异构网络之间进行消息传输的壁垒，用户在搭建网络环境时可以将先进的ndn网络架构部署在传统的tcp/ip网络环境中，充分利用新的网络架构带来的性能提升，从而提高网络性能和用户的使用感受。68.实施例二本发明还提供一种面向内容访问的ip-ndn互通系统，其主要基于前述实施例提供的方法实现，还可参见前述图1，该系统即为中间部分的互通网关，主要包括：tcp/ip协议框架、ndn协议框架、调度器、翻译机、以及请求处理程序；其中：通过所述tcp/ip协议框架，接收来自ip网络的请求报文，并进行解析；通过调度器构建并维护请求队列与发送队列，调度器利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中查询相应的响应报文，若查询到相应的响应报文，则将相应的响应报文加入发送队列，若未查询到相应的响应报文，则结合请求报文的解析结果封装为请求实体，并将请求实体加入请求队列，以及使用调度算法决策出下一个处理的请求实体；通过翻译机将下一个处理的请求实体转换为ndn标准的名字，经请求处理程序处理后传输至ndn协议框架，再由ndn协议框架将ndn标准的名字封装为ndn兴趣包后，向ndn网络发送，以及接收所述ndn网络反馈的ndn数据包，并将ndn数据包解析后交由请求处理程序，由所述请求处理程序生成分片名字并将按照分片将数据包拼接为完整的内容数据体；通过所述翻译机将所述完整的内容数据体翻译为响应报文后存入内容缓存单元中，并由调度器从内容缓存单元中提取相应的响应报文，加入发送队列；由所述tcp/ip协议框架按照发送队列的顺序将响应报文通过ip网络向外发送。69.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。70.实施例三本发明还提供一种处理设备，其主要包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现前述实施例提供的方法。71.进一步的，所述处理设备还包括至少一个输入设备与至少一个输出设备；在所述处理设备中，处理器、存储器、输入设备、输出设备之间通过总线连接。72.本发明实施例中，所述存储器、输入设备与输出设备的具体类型不做限定；例如：输入设备可以为触摸屏、图像采集设备、物理按键或者鼠标等；输出设备可以为显示终端；存储器可以为随机存取存储器（randomaccessmemory，ram），也可为非不稳定的存储器（non-volatilememory），例如磁盘存储器。73.实施例四本发明还提供一种可读存储介质，存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时实现前述实施例提供的方法。74.本发明实施例中可读存储介质作为计算机可读存储介质，可以设置于前述处理设备中，例如，作为处理设备中的存储器。此外，所述可读存储介质也可以是u盘、移动硬盘、只读存储器（read-onlymemory，rom）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。75.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
：的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。当前第1页12当前第1页12
技术特征：
1.一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，其特征在于，包括：运行tcp/ip协议框架与ndn协议框架；其中，所述tcp/ip协议为传输控制协议/网际协议，ndn协议为信息中心网络协议；通过所述tcp/ip协议框架，接收来自ip网络的请求报文，并进行解析；通过调度器构建并维护请求队列与发送队列，调度器利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中查询相应的响应报文，若查询到相应的响应报文，则将相应的响应报文加入发送队列，若未查询到相应的响应报文，则结合请求报文的解析结果封装为请求实体，并将请求实体加入请求队列，以及使用调度算法决策出下一个处理的请求实体；通过翻译机将下一个处理的请求实体转换为ndn标准的名字，经请求处理程序处理后传输至ndn协议框架，再由ndn协议框架将ndn标准的名字封装为ndn兴趣包后，向ndn网络发送，以及接收所述ndn网络反馈的ndn数据包，并将ndn数据包解析后交由请求处理程序，由所述请求处理程序生成分片名字并按照分片将数据包拼接为完整的内容数据体；通过所述翻译机将所述完整的内容数据体翻译为响应报文后存入内容缓存单元中，并由调度器从内容缓存单元中提取相应的响应报文，加入发送队列；由所述tcp/ip协议框架按照发送队列的顺序将响应报文通过ip网络向外发送。2.根据权利要求1所述的一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，其特征在于，所述tcp/ip协议框架包括：端口以及http解析器；其中，所述端口负责实现tcp/ip协议框架与ip客户端的数据交互；http解析器为超文本传输协议解析器，负责解析请求报文。3.根据权利要求1所述的一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，其特征在于，所述调度器负责构建请求队列与发送队列，以及实现请求聚合、请求调度与请求分发；其中，构建与维护请求队列：调度器构建请求队列，若利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中未查询到相应的响应报文，则将请求报文的解析结果封装为请求实体，并将请求实体加入请求队列；请求调度与请求分发：调度器使用调度算法决策出下一个处理的请求实体，并发送给翻译机；请求聚合：调度器利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中查询相应的响应报文，若查询到相应的响应报文，则将相应的响应报文加入发送队列，实现请求聚合；构建与维护发送队列：调度器构建发送队列，发送队列中的信息为来自内容缓存的响应报文，将发送队列中的响应报文按照顺序传输至tcp/ip协议框架。4.根据权利要求3所述的一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，其特征在于，所述使用调度算法决策出下一个处理的请求实体包括：调度算法以请求报文的接收时间作为初始判断依据，结合系统参数、请求报文中的网络信息计算出请求报文的优先级，结合请求报文的优先级与最短任务优先算法，计算出各个请求报文的调度参数值，按照调度参数值由高到低的顺序决策出下一个处理的请求实体。5.根据权利要求1所述的一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，其特征在于，翻译机将下一个处理的请求实体转换为ndn标准的名字包括：结合请求实体中包含的统一资源定位符、从所述ndn协议框架获取的需要拼接至名字中的信息，以及从本地操作系统中获取的信息，将请求实体转换为ndn标准的名字，ndn标准的名字是指符合ndn协议标准的名字格式。6.根据权利要求1所述的一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，其特征在于，请求处理
程序的工作流程包括：将ndn标准的名字封装为元数据兴趣包，通过ndn协议框架获取元数据数据包，并从中读取元数据数据体；计算元数据数据体中内容数据的总分片数n，利用所述ndn标准的名字制作n个分片名字，封装成n个分片数据的兴趣包，再通过ndn协议框架获取分片数据的数据包，从中读取对应分片数据的数据体，按照分片顺序将分片数据的数据体拼接成完整的内容数据体，再调用翻译机将所述完整的数据体转换为响应报文；此处的元数据兴趣包与分片数据的兴趣包均属于ndn兴趣包，元数据数据包与分片数据的数据包均属于ndn数据包。7.根据权利要求6所述的一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，其特征在于，所述将ndn标准的名字封装为元数据兴趣包，通过ndn协议框架获取元数据数据包，并从中读取元数据数据体包括：从ndn协议框架中获取ndn报文相关信息，将ndn标准的名字与获得的ndn报文相关信息一起，按照ndn协议规定的格式封装成元数据兴趣包，加密后发送至ndn协议框架；接收ndn协议框架反馈的元数据数据包解析结果后进行解密，获得元数据数据体；所述利用所述ndn标准的名字制作n个分片名字，封装成n个分片数据的兴趣包，再通过ndn协议框架获取分片数据的数据包，从中读取对应分片数据的数据体，按照分片顺序将分片数据的数据体拼接成完整的内容数据体包括：利用ndn标准的名字制作n个分片名字，将每个分片名字分别与ndn报文相关信息一起，按照ndn协议规定的格式封装成分片数据的兴趣包，加密后发送至ndn协议框架；接收ndn协议框架反馈的分片数据的数据包的解析结果，读取出分片数据的数据体，按照分片顺序将分片数据的数据体拼接成完整的内容数据体，如果缺少某个分片数据的数据体，则请求处理程序向ndn协议框架重新发送相应的加密的分片数据的兴趣包。8.一种面向内容访问的ip-ndn互通系统，其特征在于，基于权利要求1~7任一项所述的方法实现，该系统包括：tcp/ip协议框架、ndn协议框架、调度器、翻译机、以及请求处理程序；其中：通过所述tcp/ip协议框架，接收来自ip网络的请求报文，并进行解析；通过调度器构建并维护请求队列与发送队列，调度器利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中查询相应的响应报文，若查询到相应的响应报文，则将相应的响应报文加入发送队列，若未查询到相应的响应报文，则结合请求报文的解析结果封装为请求实体，并将请求实体加入请求队列，以及使用调度算法决策出下一个处理的请求实体；通过翻译机将下一个处理的请求实体转换为ndn标准的名字，经请求处理程序处理后传输至ndn协议框架，再由ndn协议框架将ndn标准的名字封装为ndn兴趣包后，向ndn网络发送，以及接收所述ndn网络反馈的ndn数据包，并将ndn数据包解析后交由请求处理程序，由所述请求处理程序生成分片名字并将按照分片将数据包拼接为完整的内容数据体；通过所述翻译机将所述完整的内容数据体翻译为响应报文后存入内容缓存单元中，并由调度器从内容缓存单元中提取相应的响应报文，加入发送队列；由所述tcp/ip协议框架按照发送队列的顺序将响应报文通过ip网络向外发送。9.一种处理设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1~7任一项所述的方法。
10.一种可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，当计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1~7任一项所述的方法。
技术总结
本发明公开了一种面向内容访问的IP-NDN互通方法、系统、设备及存储介质，它们是一一对应的方案，其中方法方案中，通过运行TCP/IP协议框架与NDN协议框架的互通网关能够实现IP客户端与NDN服务端的互通，打通了在异构网络之间进行消息传输的壁垒，使得用户在网页浏览、观看多媒体视频等实际使用场景中能够实现NDN网络与传统IP网络的高性能互相通信，用户在搭建网络环境时可以将先进的NDN网络架构部署在传统的TCP/IP网络环境中，使用户既能够获得NDN带来的网络性能提升，又能跨网络获取内容，充分利用新的网络架构带来的性能提升，从而提高网络性能和用户的使用感受。高网络性能和用户的使用感受。高网络性能和用户的使用感受。
技术研发人员：谭小彬 和毅 杨坚 郑烇 张勇东
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：2022.12.12
技术公布日：2023/1/6
技术领域：
：1.本发明涉及信息
技术领域：
：，尤其涉及一种面向内容访问的ip-ndn互通方法、系统、设备及存储介质。
背景技术：
：：2.随着互联网行业的不断发展，传统的以tcp/ip协议（传输控制协议/网际协议）栈为主的互联网体系已经暴露出一些固有的问题和局限。为解决现有网络问题而提出的icn网络（信息中心网络）通信模型将传统的以主机为中心的网络转变为以信息为中心的新网络。3.ndn网络（命名数据网络）是基于icn思想的一个重要网络架构，在ndn网络中，用户可以发送仅指定内容名称的请求，而无需知道内容在网络中的位置，这是对网络架构的一次根本性的改进和创新。与传统网络相比，ndn网络在可扩展性、可管可控性、安全性、移动性、节能等方面具有显著的优势。4.目前tcp/ip网络已经非常成熟，网络架构的变革无法轻易实现，因此研究ndn与tcp/ip网络的融合问题是网络架构演进的重要一步。5.现有互通方案及其存在主要问题如下：1）根据配置文件实现翻译的互通网关，它的问题在于：名字需要由互通网关生成、分配和同步；仅能根据已有配置文件进行处理，无法加入新的客户端和内容源；并且，仅试验了简单聊天场景，没有处理长数据及执行实际任务的能力。2）doctor项目：将ndn与nfv（虚拟网络功能）结合，基于网络捕获和监控工具实现的ndn－http（超文本传输协议）互通方案，它的问题在于：构建较为复杂，需要开发ndn虚拟化架构；需要在网络中部署openvswitch（开放虚拟交换标准）；一个大的http请求对应较多ndn分片，引起较大时延。3）igate项目（在ip网络中建立ndn的通信隧道的方式实现互通），它的问题在于：客户端和内容服务器必须部署在ndn网络。总体而言，以上现有互通方案的各项性能还有待提升。技术实现要素：6.本发明的目的是提供一种面向内容访问的ip-ndn互通方法、系统、设备及存储介质，使得用户在网页浏览、观看多媒体视频等实际使用场景中能够实现ndn网络与传统ip网络的高性能互相通信，使愿意部署新一代网络架构的用户既能够获得ndn带来的网络性能提升，又能跨网络获取内容，是研究新一代信息中心网络的必经之路。7.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，包括：运行tcp/ip协议框架与ndn协议框架；其中，所述tcp/ip协议为传输控制协议/网际协议，ndn协议为信息中心网络协议；通过所述tcp/ip协议框架，接收来自ip网络的请求报文，并进行解析；通过调度器构建并维护请求队列与发送队列，调度器利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中查询相应的响应报文，若查询到相应的响应报文，则将相应的响应报文加入发送队列，若未查询到相应的响应报文，则结合请求报文的解析结果封装为请求实体，并将请求实体加入请求队列，以及使用调度算法决策出下一个处理的请求实体；通过翻译机将下一个处理的请求实体转换为ndn标准的名字，经请求处理程序处理后传输至ndn协议框架，再由ndn协议框架将ndn标准的名字封装为ndn兴趣包后，向ndn网络发送，以及接收所述ndn网络反馈的ndn数据包，并将ndn数据包解析后交由请求处理程序，由所述请求处理程序生成分片名字并按照分片将数据包拼接为完整的内容数据体；通过所述翻译机将所述完整的内容数据体翻译为响应报文后存入内容缓存单元中，并由调度器从内容缓存单元中提取相应的响应报文，加入发送队列；由所述tcp/ip协议框架按照发送队列的顺序将响应报文通过ip网络向外发送。8.一种面向内容访问的ip-ndn互通系统，包括：tcp/ip协议框架、ndn协议框架、调度器、翻译机、以及请求处理程序；其中：通过所述tcp/ip协议框架，接收来自ip网络的请求报文，并进行解析；通过调度器构建并维护请求队列与发送队列，调度器利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中查询相应的响应报文，若查询到相应的响应报文，则将相应的响应报文加入发送队列，若未查询到相应的响应报文，则结合请求报文的解析结果封装为请求实体，并将请求实体加入请求队列，以及使用调度算法决策出下一个处理的请求实体；通过翻译机将下一个处理的请求实体转换为ndn标准的名字，经请求处理程序处理后传输至ndn协议框架，再由ndn协议框架将ndn标准的名字封装为ndn兴趣包后，向ndn网络发送，以及接收所述ndn网络反馈的ndn数据包，并将ndn数据包解析后交由请求处理程序，由所述请求处理程序生成分片名字并将按照分片将数据包拼接为完整的内容数据体；通过所述翻译机将所述完整的内容数据体翻译为响应报文后存入内容缓存单元中，并由调度器从内容缓存单元中提取相应的响应报文，加入发送队列；由所述tcp/ip协议框架按照发送队列的顺序将响应报文通过ip网络向外发送。9.一种处理设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现前述的方法。10.一种可读存储介质，存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时实现前述的方法。11.由上述本发明提供的技术方案可以看出，打通了在异构网络之间进行消息传输的壁垒，用户在搭建网络环境时可以将先进的ndn网络架构部署在传统的tcp/ip网络环境中，充分利用新的网络架构带来的性能提升，从而提高网络性能和用户的使用感受。附图说明12.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。13.图1为本发明实施例提供的一种面向内容访问的ip-ndn互通方法的框架示意图；图2为本发明实施例提供的调度器调度过程示意图；图3为本发明实施例提供的请求聚合过程示意图。具体实施方式14.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。15.首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素（如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等），应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。16.下面对本发明所提供的一种面向内容访问的ip-ndn互通方法、系统、设备及存储介质进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。17.实施例一本发明实施例提供一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，该方法主要包括：运行tcp/ip协议框架与ndn协议框架；通过所述tcp/ip协议框架，接收来自ip网络的请求报文，并进行解析；通过调度器构建并维护请求队列与发送队列，调度器利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中查询相应的响应报文，若查询到相应的响应报文，则将相应的响应报文加入发送队列，若未查询到相应的响应报文，则结合请求报文的解析结果封装为请求实体，并将请求实体加入请求队列，以及使用调度算法决策出下一个处理的请求实体；通过翻译机将下一个处理的请求实体转换为ndn标准的名字，经请求处理程序处理后传输至ndn协议框架，再由ndn协议框架将ndn标准的名字封装为ndn兴趣包后，通过ndn端口向ndn网络中发送ndn兴趣包，以及接收所述ndn网络反馈的ndn数据包，并将ndn数据包解析后交由请求处理程序，由所述请求处理程序生成分片名字并按照分片将数据包拼接为完整的内容数据体；通过所述翻译机将所述完整的内容数据体翻译为响应报文后存入内容缓存单元中，并由调度器从内容缓存单元中提取相应的响应报文，加入发送队列；由所述tcp/ip协议框架按照发送队列的顺序将响应报文通过ip网络向外发送。18.如图1所示，展示了上述方法的整体框架，中间部分为互通网关，能够实现左侧ip客户端与右侧ndn服务端的互通，中间部分的互通网关运行了tcp/ip协议框架与ndn协议框架，还设有调度器、翻译机、请求处理程序等。示例性的，可以在linux操作系统之上运行tcp/ip网络协议栈，安装ndn-cxx0.7.0程序库，安装对应的nfd0.7.0程序，在ip客户端与互通网关之间建立tcp连接，在互通网关、ndn中间节点（ndn网络中非内容服务器的其它设备）与内容服务器（dnd服务端）之间搭建ndn网络环境。互通网关程序以实施环境为基础构建请求队列、调度器、翻译机等结构和单元。19.下面针对实现ip-ndn互通过程中所涉及的所有部分及其工作流程做详细的介绍。20.一、tcp/ip协议框架。21.本发明实施例中，运行的tcp/ip协议框架，可通过网络端口在ip网络中传递报文（包含请求报文与响应报文）。在所述互通网关运行tcp/ip协议框架后，当ip客户端发起连接请求时与ip客户端建立连接，将响应报文发往ip客户端主机，接收ip客户端主机发送的请求报文（http报文），完成全部传输过程后切段连接。22.示例性的，可以将互通网关地址设置为192.168.1.1，ip客户端地址设置为192.168.1.2、192.168.1.3、192.168.1.4等。将网页浏览作为实施场景，所浏览的网页包含文字内容、图片内容、视频内容，ip客户端使用网页浏览器，浏览器访问192.168.1.1/index.html，将浏览请求发送至互通网关，互通网关在获取内容后将响应报文发回至ip客户端。23.如图1所示，所述tcp/ip协议框架包括：端口（网络端口）以及http解析器。24.所述端口主要负责实现tcp/ip协议框架与ip客户端的数据交互。http（超文本传输协议）解析器主要负责请求报文的解析工作，具体的，可以对请求报文的首部字段进行解析，获得统一资源定位符（url）与报文首部的字段值。25.示例性的，http解析器可以调用http_parser工具（一种http解析工具），将从传输层获取的原始http报文进行解析完毕后获得url及多个首部字段信息。26.二、调度器。27.本发明实施例中，所述调度器主要负责构建请求队列与发送队列，以及实现请求聚合、请求调度、请求分发等工作。28.1、构建与维护请求队列。29.本发明实施例中，调度器构建请求队列，如果利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中未查询到相应的响应报文，则将请求报文的解析结果封装为请求实体，具体的：则按照系统时间、报文首部的字段值中的优先级字段以及网络信息封装为请求实体，并将请求实体加入请求队列。30.本发明实施例中，在初始化时初始化了空的请求队列，开始工作后，收到ip客户端发来的请求报文，通过http解析器解析得到url（例如：192.168.1.1/index.html），在与时间、优先级、对端网络信息共同封装为请求实体，放入请求队列，在收到多个ip客户端的多个请求报文后按照相同的处理方式放入请求队列。31.2、请求调度与请求分发。32.本发明实施例中，所述调度器，用于使用调度算法决策出下一个处理的请求实体。33.本发明实施例中，调度器选择优先级与先来先服务结合的调度算法进行调度，从请求队列中拉取到了相应的请求实体，并通过翻译机翻译后发送给请求处理成程序。34.本发明实施例中，调度算法的输入包括：请求队列中请求实体、用户对之前传输过程的反馈信息、网关自身的系统参数等，由调度算法进行决策，最终实现效率优化和用户使用感受的提升。35.具体的，调度算法以请求报文的接收时间作为初始判断依据，结合系统参数（例如系统时间、操作系统类型、ndn版本号等等）、请求报文中的网络信息（速率、带宽、吞吐量、时延等）计算出各请求报文的优先级，结合请求报文的优先级与最短任务优先（sjf）算法，计算出各个请求报文的调度参数值（rank值），按照调度参数值由高到低的顺序决策出下一个处理的请求实体。如图2所示，展示了调度器的请求调度过程示意图，决策出下一个处理的请求实体后通过翻译机处理为ndn标准的名字再发送至请求处理程序，图2省略了翻译机。36.3、请求聚合。37.如之前所述，调度器利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中查询相应的响应报文，若查询到相应的响应报文，则将相应的响应报文加入发送队列，从而实现请求聚合；具体的：可以使用基于url的匹配查找，将url字符串作为键值，收到请求报文并完成解析获取到url后在内容缓存中进行查找，当缓存命中后跳过之后的报文转换等操作并直接将响应报文发送回ip客户端，缓存没有命中则将解析结果封装为请求实体并加入请求队列等待调度器对其进行调度，图3展示了请求聚合的主要过程。38.示例性的：将url字符串作为键，以192.168.1.1/index.html为例，请求处理程序得到完整的响应报文后放入该键对应的缓存中，当再次收到url为192.168.1.1/index.html的请求报文时，请求聚合模块先在缓存中进行查找，缓存命中后将响应报文直接发送回ip客户端。39.4、构建与维护发送队列。40.本发明实施例中，调度器还需要构建与维护发送队列，发送队列中的信息为来自内容缓存的响应报文，将发送队列中的响应报文按照顺序传输至tcp/ip协议框架。41.三、翻译机。42.本发明实施例中，所述翻译机主要负责两部分翻译工作：1、用于将下一个处理的请求实体转换为ndn标准的名字。2、将完整的内容数据体（具体在后文介绍）翻译为响应报文后存入内容缓存单元。43.1、将请求实体转换为ndn标准的名字。44.本发明实施例中，结合请求实体中包含的统一资源定位符、从所述ndn协议框架获取的需要拼接至名字中的信息（由不同的应用程序来决定，本发明不做限定），以及从本地（互通网关）操作系统中获取的信息，将请求实体转换为ndn标准的名字，ndn标准的名字是指符合ndn协议标准的名字格式。45.本发明实施例中，操作系统是指互通网关上运行的操作系统，例如，可以为linux操作系统，当然也可以其他类型的操作系统。46.示例性的，如果url为192.168.1.1/video.mp4，则映射为名字/example/home/web_file/video.mp4，获取映射关系后建立映射表，在表内动态地填充不同网络协议的报文格式中所需的必要字段，构成ndn标准的名字。47.2、将完整的内容数据体翻译为响应报文后存入内容缓存单元。48.所述完整的内容数据体是请求处理程序拼接获得的数据，具体将在后文进行介绍，此部分翻译主要是将完整的内容数据体翻译为ip客户端可以识别的信息，也就是前文所述的响应报文。49.四、请求处理程序。50.本发明实施例中，请求处理程序，用于将ndn标准的名字封装为元数据兴趣包，通过ndn协议框架获取元数据数据包，并从中读取元数据数据体；计算元数据数据体中内容数据的总分片数n，利用所述ndn标准的名字制作n个分片名字，封装成n个分片数据的兴趣包，再通过ndn协议框架获取分片数据的数据包，从中读取对应分片数据的数据体，按照分片顺序将分片数据的数据体拼接成完整的内容数据体，再调用翻译机将所述完整的数据体转换为响应报文。此处的元数据兴趣包与分片数据的兴趣包均属于ndn兴趣包，元数据数据包与分片数据的数据包均属于ndn数据包。51.本发明实施例中，加密与解密是ndn协议框架提供的功能，主要用于请求处理程序与ndn协议框架之间数据信息的加密与解密。可以根据实际情况选择相应的内容加密算法，例如，可使用3des加密算法进行加密和解密。52.此次部分的主要工作流程如下：1）请求处理程序从ndn协议框架中获取ndn报文相关信息（例如，ndn报文的存活时间、跳数限制、复用次数等），将ndn标准的名字与获得的ndn报文相关信息一起，按照ndn协议规定的格式（tlv格式）封装成元数据兴趣包，加密后发送至ndn协议框架。53.2）ndn协议框架通过ndn网络向ndn服务端发送加密的元数据兴趣包，获得元数据数据包，由ndn解析器解析后写入数据队列，并依次反馈给请求处理程序。54.3）请求处理程序接收ndn协议框架反馈的元数据数据包解析结果后进行解密，获得元数据数据体，在元数据数据体中读取内容数据的数据大小、格式、版本号、优先级等信息。55.4）请求处理程序计算内容数据的总分片数目n，利用ndn标准的名字制作n个分片名字，将每个分片名字分别与ndn报文相关信息一起，按照ndn协议规定的格式封装成分片数据的兴趣包（数目为n），加密后发送至ndn协议框架。此处所有分片名字的前缀相同，为ndn标准的名字拼接格式、版本号、优先级号，分片名字的后缀为分片序号，分片序号为数字1到n。56.5）ndn协议框架通过ndn网络向ndn服务端发送所有加密的分片数据的兴趣包，获得分片数据的数据包，由ndn解析器解析后写入数据队列，并依次反馈给请求处理程序。57.6）请求处理程序接收ndn协议框架反馈的分片数据的数据包的解析结果后进行解密，读取出分片数据的数据体，按照分片顺序将分片数据的数据体拼接成完整的内容数据体，如果缺少某个分片数据的数据体，则请求处理程序向ndn协议框架重新发送相应的加密的分片数据的兴趣包。58.7）请求处理程度调用翻译机将完整的内容数据体翻译为响应报文。59.示例性的：若计算的分片数量为5，则根据分片总数依次生成名字/example/home/web_file/video.mp4/segno.x，此处的segno.x表示分片序号，x取1至5这五个数，分别组装为分片兴趣包向ndn网络请求数据，接收到同一内容的不同分片的数据包后，发现某个序号（例如，序号3）的数据包丢包，对其进行丢包重传，待全部分片都收到后对分片进行排序，将排好序的分片去除非必要字段后将内容拼接成完整的内容数据体。60.本发明实施例中，需要将所述完整的内容数据体转换为响应报文，具体的，在所述完整的数据体添加首部字段（按照http协议的要求添加），获得响应报文。示例性的，根据映射表找到目的请求url或名字，抽取必要的信息，根据http或ndn报文格式进行填充和组装。61.五、内容缓存单元。62.本发明实施例中，所述内容缓存单元，用于存储响应报文，以及根据调度器的指令将相应的响应报文加入发送队列。63.六、ndn协议框架。64.本发明实施例中，ndn协议框架可通过常规技术实现，在互通网关上运行ndn协议及其下层协议，不同的ndn实现方式其下层协议是不同的，因此，可以根据实际情况选择相应的下层协议，本发明不做限定；运行ndn协议所需的pit（pendinginteresttable，未决请求表）、fib（forwardinginformationbase，转发信息库）、cs（contentstore，内容存储库）三个结构，将名字封装为ndn兴趣包向ndn网络中发送。65.上述pit、fib、cs均为ndn协议中已有的结构，本发明不赘述。66.本发明实施例中，可以在互通网关的终端界面输入nfd启动命令，在需要建立ndn连接的主机（内容服务器）之间输入与对方建立连接的命令，并输入nfdcregister/exampleudp://192.168.1.1命令来注册名字前缀。在内容服务器（ndn服务端）之上运行专门编写的服务程序响应特定内容的名字并返回封装和加密好的数据包。67.本发明实施例提供的一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，打通了在异构网络之间进行消息传输的壁垒，用户在搭建网络环境时可以将先进的ndn网络架构部署在传统的tcp/ip网络环境中，充分利用新的网络架构带来的性能提升，从而提高网络性能和用户的使用感受。68.实施例二本发明还提供一种面向内容访问的ip-ndn互通系统，其主要基于前述实施例提供的方法实现，还可参见前述图1，该系统即为中间部分的互通网关，主要包括：tcp/ip协议框架、ndn协议框架、调度器、翻译机、以及请求处理程序；其中：通过所述tcp/ip协议框架，接收来自ip网络的请求报文，并进行解析；通过调度器构建并维护请求队列与发送队列，调度器利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中查询相应的响应报文，若查询到相应的响应报文，则将相应的响应报文加入发送队列，若未查询到相应的响应报文，则结合请求报文的解析结果封装为请求实体，并将请求实体加入请求队列，以及使用调度算法决策出下一个处理的请求实体；通过翻译机将下一个处理的请求实体转换为ndn标准的名字，经请求处理程序处理后传输至ndn协议框架，再由ndn协议框架将ndn标准的名字封装为ndn兴趣包后，向ndn网络发送，以及接收所述ndn网络反馈的ndn数据包，并将ndn数据包解析后交由请求处理程序，由所述请求处理程序生成分片名字并将按照分片将数据包拼接为完整的内容数据体；通过所述翻译机将所述完整的内容数据体翻译为响应报文后存入内容缓存单元中，并由调度器从内容缓存单元中提取相应的响应报文，加入发送队列；由所述tcp/ip协议框架按照发送队列的顺序将响应报文通过ip网络向外发送。69.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。70.实施例三本发明还提供一种处理设备，其主要包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现前述实施例提供的方法。71.进一步的，所述处理设备还包括至少一个输入设备与至少一个输出设备；在所述处理设备中，处理器、存储器、输入设备、输出设备之间通过总线连接。72.本发明实施例中，所述存储器、输入设备与输出设备的具体类型不做限定；例如：输入设备可以为触摸屏、图像采集设备、物理按键或者鼠标等；输出设备可以为显示终端；存储器可以为随机存取存储器（randomaccessmemory，ram），也可为非不稳定的存储器（non-volatilememory），例如磁盘存储器。73.实施例四本发明还提供一种可读存储介质，存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时实现前述实施例提供的方法。74.本发明实施例中可读存储介质作为计算机可读存储介质，可以设置于前述处理设备中，例如，作为处理设备中的存储器。此外，所述可读存储介质也可以是u盘、移动硬盘、只读存储器（read-onlymemory，rom）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。75.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
：的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。当前第1页12当前第1页12
技术特征：
1.一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，其特征在于，包括：运行tcp/ip协议框架与ndn协议框架；其中，所述tcp/ip协议为传输控制协议/网际协议，ndn协议为信息中心网络协议；通过所述tcp/ip协议框架，接收来自ip网络的请求报文，并进行解析；通过调度器构建并维护请求队列与发送队列，调度器利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中查询相应的响应报文，若查询到相应的响应报文，则将相应的响应报文加入发送队列，若未查询到相应的响应报文，则结合请求报文的解析结果封装为请求实体，并将请求实体加入请求队列，以及使用调度算法决策出下一个处理的请求实体；通过翻译机将下一个处理的请求实体转换为ndn标准的名字，经请求处理程序处理后传输至ndn协议框架，再由ndn协议框架将ndn标准的名字封装为ndn兴趣包后，向ndn网络发送，以及接收所述ndn网络反馈的ndn数据包，并将ndn数据包解析后交由请求处理程序，由所述请求处理程序生成分片名字并按照分片将数据包拼接为完整的内容数据体；通过所述翻译机将所述完整的内容数据体翻译为响应报文后存入内容缓存单元中，并由调度器从内容缓存单元中提取相应的响应报文，加入发送队列；由所述tcp/ip协议框架按照发送队列的顺序将响应报文通过ip网络向外发送。2.根据权利要求1所述的一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，其特征在于，所述tcp/ip协议框架包括：端口以及http解析器；其中，所述端口负责实现tcp/ip协议框架与ip客户端的数据交互；http解析器为超文本传输协议解析器，负责解析请求报文。3.根据权利要求1所述的一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，其特征在于，所述调度器负责构建请求队列与发送队列，以及实现请求聚合、请求调度与请求分发；其中，构建与维护请求队列：调度器构建请求队列，若利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中未查询到相应的响应报文，则将请求报文的解析结果封装为请求实体，并将请求实体加入请求队列；请求调度与请求分发：调度器使用调度算法决策出下一个处理的请求实体，并发送给翻译机；请求聚合：调度器利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中查询相应的响应报文，若查询到相应的响应报文，则将相应的响应报文加入发送队列，实现请求聚合；构建与维护发送队列：调度器构建发送队列，发送队列中的信息为来自内容缓存的响应报文，将发送队列中的响应报文按照顺序传输至tcp/ip协议框架。4.根据权利要求3所述的一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，其特征在于，所述使用调度算法决策出下一个处理的请求实体包括：调度算法以请求报文的接收时间作为初始判断依据，结合系统参数、请求报文中的网络信息计算出请求报文的优先级，结合请求报文的优先级与最短任务优先算法，计算出各个请求报文的调度参数值，按照调度参数值由高到低的顺序决策出下一个处理的请求实体。5.根据权利要求1所述的一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，其特征在于，翻译机将下一个处理的请求实体转换为ndn标准的名字包括：结合请求实体中包含的统一资源定位符、从所述ndn协议框架获取的需要拼接至名字中的信息，以及从本地操作系统中获取的信息，将请求实体转换为ndn标准的名字，ndn标准的名字是指符合ndn协议标准的名字格式。6.根据权利要求1所述的一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，其特征在于，请求处理
程序的工作流程包括：将ndn标准的名字封装为元数据兴趣包，通过ndn协议框架获取元数据数据包，并从中读取元数据数据体；计算元数据数据体中内容数据的总分片数n，利用所述ndn标准的名字制作n个分片名字，封装成n个分片数据的兴趣包，再通过ndn协议框架获取分片数据的数据包，从中读取对应分片数据的数据体，按照分片顺序将分片数据的数据体拼接成完整的内容数据体，再调用翻译机将所述完整的数据体转换为响应报文；此处的元数据兴趣包与分片数据的兴趣包均属于ndn兴趣包，元数据数据包与分片数据的数据包均属于ndn数据包。7.根据权利要求6所述的一种面向内容访问的ip-ndn互通方法，其特征在于，所述将ndn标准的名字封装为元数据兴趣包，通过ndn协议框架获取元数据数据包，并从中读取元数据数据体包括：从ndn协议框架中获取ndn报文相关信息，将ndn标准的名字与获得的ndn报文相关信息一起，按照ndn协议规定的格式封装成元数据兴趣包，加密后发送至ndn协议框架；接收ndn协议框架反馈的元数据数据包解析结果后进行解密，获得元数据数据体；所述利用所述ndn标准的名字制作n个分片名字，封装成n个分片数据的兴趣包，再通过ndn协议框架获取分片数据的数据包，从中读取对应分片数据的数据体，按照分片顺序将分片数据的数据体拼接成完整的内容数据体包括：利用ndn标准的名字制作n个分片名字，将每个分片名字分别与ndn报文相关信息一起，按照ndn协议规定的格式封装成分片数据的兴趣包，加密后发送至ndn协议框架；接收ndn协议框架反馈的分片数据的数据包的解析结果，读取出分片数据的数据体，按照分片顺序将分片数据的数据体拼接成完整的内容数据体，如果缺少某个分片数据的数据体，则请求处理程序向ndn协议框架重新发送相应的加密的分片数据的兴趣包。8.一种面向内容访问的ip-ndn互通系统，其特征在于，基于权利要求1~7任一项所述的方法实现，该系统包括：tcp/ip协议框架、ndn协议框架、调度器、翻译机、以及请求处理程序；其中：通过所述tcp/ip协议框架，接收来自ip网络的请求报文，并进行解析；通过调度器构建并维护请求队列与发送队列，调度器利用请求报文的解析结果在内容缓存单元中查询相应的响应报文，若查询到相应的响应报文，则将相应的响应报文加入发送队列，若未查询到相应的响应报文，则结合请求报文的解析结果封装为请求实体，并将请求实体加入请求队列，以及使用调度算法决策出下一个处理的请求实体；通过翻译机将下一个处理的请求实体转换为ndn标准的名字，经请求处理程序处理后传输至ndn协议框架，再由ndn协议框架将ndn标准的名字封装为ndn兴趣包后，向ndn网络发送，以及接收所述ndn网络反馈的ndn数据包，并将ndn数据包解析后交由请求处理程序，由所述请求处理程序生成分片名字并将按照分片将数据包拼接为完整的内容数据体；通过所述翻译机将所述完整的内容数据体翻译为响应报文后存入内容缓存单元中，并由调度器从内容缓存单元中提取相应的响应报文，加入发送队列；由所述tcp/ip协议框架按照发送队列的顺序将响应报文通过ip网络向外发送。9.一种处理设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1~7任一项所述的方法。
10.一种可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，当计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1~7任一项所述的方法。
技术总结
本发明公开了一种面向内容访问的IP-NDN互通方法、系统、设备及存储介质，它们是一一对应的方案，其中方法方案中，通过运行TCP/IP协议框架与NDN协议框架的互通网关能够实现IP客户端与NDN服务端的互通，打通了在异构网络之间进行消息传输的壁垒，使得用户在网页浏览、观看多媒体视频等实际使用场景中能够实现NDN网络与传统IP网络的高性能互相通信，用户在搭建网络环境时可以将先进的NDN网络架构部署在传统的TCP/IP网络环境中，使用户既能够获得NDN带来的网络性能提升，又能跨网络获取内容，充分利用新的网络架构带来的性能提升，从而提高网络性能和用户的使用感受。高网络性能和用户的使用感受。高网络性能和用户的使用感受。
技术研发人员：谭小彬 和毅 杨坚 郑烇 张勇东
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：2022.12.12
技术公布日：2023/1/6
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