基于集中控制的命名数据网络流量调度方法
数据中心技术的网络流量调度方法(二)
数据中心技术的网络流量调度方法随着云计算技术的迅猛发展，数据中心扮演着日益重要的角色。
作为存储和处理海量数据的核心地方，数据中心的网络流量调度成为了一项极其关键的任务。
本文将介绍一些常见的数据中心网络流量调度方法，以及它们在解决网络拥塞、提高网络性能和节约能源等方面的优势与挑战。
一、可变带宽调度方法可变带宽调度方法是一种基于流量波动的动态调度技术。
它允许网络在不同时间段内根据实际需求自适应地调整带宽利用率，从而在高峰期和低谷期间实现较好的网络性能。
该方法通过分析历史数据和预测未来的流量变化，根据需求调整数据中心各个子系统的运行状态，以最大限度地提高网络带宽利用率。
但可变带宽调度方法存在一定的挑战。
首先，要准确地预测网络流量的波动和变化趋势并不是一件容易的事情。
其次，需要实时监控和调整数据中心的各个子系统，这对系统的稳定性和可靠性提出了较高的要求。
此外，在网络拥塞的情况下，调度算法可能导致部分流量被丢弃或延迟，影响用户体验。
二、网络拥塞控制方法网络拥塞控制是数据中心网络调度的核心问题之一。
拥塞控制方法旨在通过合理的资源调度和数据包调度策略，有效降低网络拥塞程度，并保证数据中心内的各项服务正常运行。
在数据中心网络拥塞控制中，最常见的方法是基于传输控制协议（TCP）的拥塞控制机制。
TCP拥塞控制机制用于监测网络的拥塞状态，并根据拥塞程度调整数据包的发送和接收速率。
这种方法通过动态调整数据包传输速率，避免突发的高流量情况导致网络拥堵，并确保网络的高效稳定运行。
然而，TCP拥塞控制机制存在一些问题，例如网络传输的时延、吞吐量等。
因此，许多研究人员致力于改进拥塞控制机制，包括提出新的调度算法、优化网络拓扑以及使用智能算法进行网络拥塞的预测和控制等。
三、能量感知流量调度方法随着全球能源危机的加剧，节能已经成为了数据中心建设和运营中的一大挑战。
为了解决这一问题，研究人员提出了能量感知流量调度方法。
该方法通过分析数据中心网络中不同节点的能耗情况，并结合网络流量需求，调整数据中心网络中各个节点的工作状态，以实现能耗的降低。
数据中心技术的网络流量调度方法(十)
数据中心技术的网络流量调度方法数据中心是一个关键的基础设施，用于存储、处理和管理大量的数据。
在数据中心运行的过程中，网络流量调度起着至关重要的作用。
它涉及到如何有效地分配带宽资源，确保快速、可靠的数据传输和处理。
本文将介绍一些数据中心技术的网络流量调度方法，以及它们的工作原理和应用。
一、负载均衡调度负载均衡是一种常见的网络流量调度方法，它通过合理地分配网络流量，使得各个网络节点的负载相对均衡，提高整体网络性能和可用性。
负载均衡调度可以分为两种类型：基于流量的负载均衡和基于节点的负载均衡。
基于流量的负载均衡调度主要通过将网络流量分散到不同的网络路径或链路上，以避免出现瓶颈和拥塞现象。
常用的流量负载均衡算法包括基于轮询、加权轮询、哈希和最少连接等。
例如，基于轮询的算法会按照固定的顺序将网络流量分配给不同的路径或链路，以实现负载均衡。
而基于节点的负载均衡调度则是根据网络节点的负载情况，将流量动态地分配给负载较低的节点。
这种调度方法可以通过监测节点的负载状态和网络拓扑结构，动态地调整流量分配策略。
例如，当某个节点的负载过高时，调度系统可以自动将流量分配给其他空闲的节点，以实现负载均衡。
负载均衡调度方法在数据中心中起着重要的作用。
通过合理地分配网络流量，能够提高数据中心的整体性能和可靠性，减少系统的延迟和拥塞。
二、流量工程调度流量工程调度是一种优化网络流量的方法，目的是通过有效地调度和优化网络路径，以减少网络延迟、提高网络吞吐量，从而提供更好的用户体验。
流量工程调度主要包括路径选择、流量控制和拥塞控制等方面。
路径选择是流量工程调度的核心。
在数据中心中，网络流量通常会经过多个网络路径传输。
通过选择最优的网络路径，可以减少网络延迟和拥塞，提高数据传输的效率。
路径选择可以根据网络的负载情况、传输延迟、带宽和成本等因素进行优化。
常用的路径选择算法包括最短路径、最小带宽、最低成本和拓扑感知等。
流量控制是指通过对网络流量进行限制和调整，以避免网络拥塞和资源浪费。
数据中心技术的网络流量调度方法(五)
数据中心技术的网络流量调度方法随着云计算和大数据技术的兴起，数据中心已经成为现代信息技术的核心组成部分。
数据中心作为大规模计算和存储设备的集群，其重要性不言而喻。
然而，随着数据中心规模的增加和应用数量的增长，网络流量调度成为了一个亟待解决的问题。
本文将讨论数据中心技术中的网络流量调度方法，并介绍一些常见的调度算法。
首先，我们需要理解数据中心的网络结构。
在数据中心中，一般采用三层结构：核心层、汇聚层和接入层。
核心层负责数据中心内外的数据传输，汇聚层负责连接核心层和接入层，而接入层则是连接用户设备和数据中心服务器的入口。
在网络流量调度中，最重要的问题是如何将流量高效地引导到目标服务器上，以实现负载均衡和提高网络性能。
有几种常见的调度算法可以用于实现这一目标。
1. 传统的负载均衡算法传统的负载均衡算法可以通过基于轮询、基于权重的方法实现流量调度。
轮询算法将网络流量依次分配给每个服务器，以达到负载均衡的效果。
而基于权重的算法则会根据服务器的性能和处理能力设置不同的权重，从而使得具有较高性能的服务器获得更多的流量。
2. 基于流量预测的调度算法随着大数据技术的快速发展，数据中心可以通过对历史数据的分析和预测，预测未来一段时间内的网络流量情况。
基于流量预测的调度算法可以根据预测结果，合理地分配服务器资源，以便在高峰时段提供更好的网络服务。
3. 基于机器学习的调度算法近年来，机器学习在数据中心技术中的应用也越来越重要。
基于机器学习的调度算法可以根据历史数据中的模式和趋势，自动学习和调整网络流量的分配。
这种算法可以不断优化网络流量调度策略，以适应不断变化的网络环境和用户需求。
除了上述的调度算法，还有一些其他的方法也可以用于网络流量的调度和优化。
例如，负载感知调度算法可以根据服务器的负载情况，动态地调整流量分配策略。
同时，虚拟化技术也可以通过将物理服务器划分为多个虚拟机，从而提高资源利用率和网络性能。
综上所述，数据中心技术的网络流量调度方法是一个复杂而重要的课题。
如何利用网络层技术实现网络流量控制与调度？(系列六)
网络流量控制与调度是网络层中的重要技术，它对网络的稳定性和性能具有至关重要的作用。
本文将介绍如何利用网络层技术实现网络流量控制与调度，从而提高网络的可靠性和效率。
一、背景介绍随着互联网的快速发展，网络流量不断增加，给网络的稳定性和性能带来了挑战。
流量控制与调度作为一种解决方案，可以帮助网络实现更好的管理和调配，从而提高网络的可靠性和效率。
二、网络流量控制技术1.流量限制流量限制是网络流量控制的一种重要手段。
通过设置流量限制规则，可以限制单个用户或单个应用程序的流量使用量，防止网络拥堵和过载。
流量限制可以根据实际需求进行设置，例如限制下载速度、上传速度或总流量。
2.拥塞控制拥塞控制是流量控制的另一种关键技术。
在网络拥塞发生时，通过减少数据包的发送速率、增加数据包的重传次数等手段，可以降低网络拥塞的程度，保证网络的稳定性和性能。
常用的拥塞控制算法有TCP拥塞控制算法和RED算法等。
3.负载均衡负载均衡是一种流量调度的技术，通过将流量从繁忙的服务器或网络设备转移到空闲的服务器或网络设备上，从而实现流量的均衡分配和负载优化。
负载均衡可以根据流量情况进行智能调度，提高网络的整体性能和可用性。
三、网络调度技术1.路由选择路由选择是网络调度的基础。
通过选择合适的路由，可以将流量从源节点传输到目的节点，从而实现流量的调度。
常用的路由选择算法有最短路径算法、链路状态路由算法和距离矢量路由算法等。
路由选择可以根据网络拓扑和链路状态进行动态调整，提高网络的可靠性和效率。
2.虚拟专用网络（VPN）VPN是一种通过公共网络建立私密连接的技术，通过创建虚拟通道，在公共网络上实现流量的隔离和调度。
通过VPN技术，可以将流量根据不同的需求进行调度，优化网络资源的利用，实现流量的高效传输。
3.分组调度分组调度是一种将网络流量划分为不同优先级的技术，通过设置优先级和调度策略，实现流量的有序传输。
通过分组调度，可以保证网络中关键数据的传输质量，提高网络的服务质量和用户体验。
数据中心技术的网络流量调度方法(三)
数据中心技术的网络流量调度方法随着云计算和大数据的快速发展，数据中心已经成为支撑现代社会信息技术的核心基础设施。
而在数据中心中，网络流量的合理调度和管理显得尤为重要。
本文将探讨一些常见的数据中心技术网络流量调度方法，旨在提高数据中心的运行效率和性能。
一、负载均衡负载均衡是数据中心网络流量调度的基本方法之一。
在数据中心中，往往存在大量的服务器和网络设备，负载均衡通过将流量在这些设备之间有效地分配，实现了对系统资源的合理利用。
最常见的负载均衡算法包括轮询、加权轮询、最少连接等。
这些算法可以根据不同的情况和需求来选择，以实现流量的均衡分配，提高系统的性能和稳定性。
二、优先级调度除了简单的负载均衡方法，优先级调度是另一种有效的网络流量调度策略。
在数据中心中，不同的应用程序和任务可能具有不同的优先级，优先级调度通过给予高优先级任务更高的带宽和资源分配，确保其能够优先完成。
这不仅可以提高关键任务的性能和响应时间，还可以避免低优先级任务对系统的占用过多。
优先级调度的实现可以通过标记和分类流量来实现，以便对不同流量进行不同的调度和管理。
三、流量分组在数据中心中，网络流量的规模和复杂性不断增长，传统的调度方法往往无法满足高效的流量管理需求。
因此，流量分组技术应运而生。
流量分组将网络流量分为若干组，然后对每组流量进行独立调度和管理。
这样可以便于针对不同组的流量应用不同的调度算法和策略，提高网络的灵活性和适应性。
流量分组可以基于应用类型、服务质量要求、地理位置等进行组织，以实现更精细化的流量调度。
四、拥塞控制拥塞是数据中心网络流量调度中的一个常见问题。
当网络流量过大，超出网络设备和带宽的承载能力时，就容易发生拥塞，导致网络延迟和性能下降。
因此，拥塞控制成为必要的流量调度手段。
拥塞控制通过监测网络流量和设备负载情况，及时调整流量分配和传输速率，以避免拥塞的发生。
常见的拥塞控制算法包括基于TCP的拥塞控制和主动队列管理（Active Queue Management, AQM）等，这些算法可以有效地预防和解决网络拥塞问题。
如何利用网络层技术实现网络流量控制与调度？(系列四)
网络层技术作为计算机网络中的重要组成部分，承担着数据包的传输和路由选择等功能。
如何利用网络层技术实现网络流量的控制和调度，成为当前网络优化中的重点研究问题。
本文将从网络流量控制和调度两个方面进行探讨，并介绍一些常用的技术手段。
一、网络流量控制网络流量控制在整个网络系统中起着重要的作用，它能够限制网络中各个节点之间的数据传输速度，避免网络拥塞和资源浪费。
常见的网络流量控制技术有以下几种：1. 拥塞控制拥塞控制是网络流量控制中的基础，它通过监测网络中的拥塞情况，动态地调整数据传输的速度。
常见的拥塞控制算法有TCP Tahoe、TCP Reno等，它们通过调整拥塞窗口和重传超时的时间来控制网络流量。
2. 差异化服务差异化服务是一种将网络流量进行分类和调度的技术，通过为不同类型的数据流量分配不同的优先级和带宽，实现对网络流量的控制和调度。
常用的差异化服务技术包括DiffServ和IntServ，它们通过定义不同的服务类别和流量标记，实现对网络流量的精细控制。
3. 流量限速流量限速是一种简单有效的网络流量控制技术，它通过设置流量阈值，限制数据传输的速度。
常见的流量限速技术包括令牌桶算法和漏桶算法，它们通过控制数据包的生成和发送速率，实现对网络流量的控制。
二、网络流量调度网络流量调度是指在网络中根据一定的策略和算法来决定数据包的路由和传输路径，以达到提高网络性能和服务质量的目的。
常见的网络流量调度技术有以下几种：1. 最短路径优先最短路径优先是一种常用的网络流量调度算法，它通过计算节点之间的距离和带宽等参数，选择最短路径来传输数据。
最短路径优先算法常用的实现方式有Dijkstra算法和Bellman-Ford算法，它们能够有效降低网络延迟和提高带宽利用率。
2. 负载均衡负载均衡是一种通过分散网络中的流量，均衡各个节点的负载，提高网络性能和服务质量的技术。
常见的负载均衡技术包括基于轮询、基于权重和基于哈希的负载均衡算法，它们能够有效避免网络拥塞和节点负载不均衡问题。
数据中心技术的网络流量调度方法(一)
数据中心技术的网络流量调度方法引言近年来，随着云计算和大数据技术的迅猛发展，数据中心的规模和负载也不断增加。
数据中心作为现代互联网基础架构的核心，必须具备高效的网络流量调度方法，以确保数据中心的稳定运行和高性能。
本文将探讨数据中心技术的网络流量调度方法，并探索其在现实应用中的优势和挑战。
一、负载均衡算法负载均衡是数据中心网络流量调度的重要组成部分。
通过合理分配网络流量，负载均衡算法旨在避免某个节点的过度负载，提高整个数据中心网络的性能。
常见的负载均衡算法包括轮询、最少连接和随机算法等。
轮询算法按照顺序将请求分配给不同的服务器，最少连接算法选择当前负载最小的服务器处理请求，而随机算法则将请求随机分配给各个服务器。
这些算法各有优势和适用场景，数据中心运维人员可根据实际需求选择最合适的负载均衡算法。
二、拥塞控制与流量优化数据中心网络的流量通常非常庞大，而拥塞控制与流量优化则是保证网络性能和稳定的关键环节。
拥塞控制方法包括传统的TCP拥塞控制算法和基于网络状态的主动队列管理算法。
传统的TCP拥塞控制算法通过减少数据包传输速率来避免拥塞，但这种方法对实时性要求较高的应用可能存在问题。
而基于网络状态的主动队列管理算法则通过监测网络拥塞状态，灵活地调整队列长度和流量控制策略，以实现更加精确的拥塞控制。
流量优化则旨在提高数据中心网络的利用率和性能。
常见的流量优化方法包括数据压缩、流量分类和缓存，以及对流量分布的动态调整。
通过数据压缩和流量分类，数据中心网络可以减少带宽占用率，提高网络的响应速度。
而缓存则可以有效减少网络延迟，提高数据的获取速度。
同时，对流量分布的动态调整可以根据实时负载情况，合理分配数据中心资源，进一步优化网络流量的调度。
三、软件定义网络（SDN）软件定义网络（SDN）是一种新兴的网络架构，通过将网络控制平面与数据平面进行解耦，实现对网络的集中管理和灵活配置。
在数据中心网络中，SDN技术可以广泛应用于网络流量调度。
如何利用网络层技术实现网络流量控制与调度？(系列一)
网络流量控制与调度是今天互联网领域中非常重要的一个问题。
随着互联网的迅猛发展，网络流量呈爆炸式增长，传统的网络架构已经很难满足高负载、高性能的需求。
因此，利用网络层技术实现网络流量控制与调度成为解决这一问题的关键。
一、网络流量控制的重要性网络流量控制是指通过合理分配和管理网络资源，以保证网络的稳定性和高效性。
在网络拥塞的情况下，合理的流量控制可以避免网络负载过大，造成网络延迟和数据包丢失，从而提高网络的可用性和服务质量。
二、网络流量控制的技术原理网络流量控制的核心技术包括流量分类、流量监测、拥塞控制和流量调度等。
流量分类是指将不同类型的流量进行区分和标记，以便对其进行不同的处理。
流量监测则是通过收集和分析网络流量数据，实时监测和掌握网络的状况和性能。
拥塞控制则是在检测到网络拥塞时，通过调整网络中的传输速率和流量分布，以减缓网络拥塞的发生和发展。
流量调度则是在网络资源有限的情况下，根据不同的流量要求和优先级，进行合理的调度和分配。
三、网络流量控制的常见技术手段1. Differentiated Services (DiffServ)DiffServ是一种基于服务质量(QoS)的流量控制机制，通过对流量进行标记和分类，实现对不同类型流量的区分和处理。
DiffServ通过使用不同的优先级和服务级别来对流量进行调度和控制，从而保证网络的性能和服务质量。
2. 网络流量监测与动态路由通过网络流量监测，可以实时掌握网络中的拥塞情况和带宽利用率等关键指标。
基于网络流量监测的动态路由技术可以根据实时的网络状况，动态调整路由策略，实现流量的合理调度和分配。
3. 拥塞控制算法拥塞控制算法是保证网络流量控制和调度的关键。
常见的拥塞控制算法有TCP/IP协议中的拥塞控制算法（如拥塞避免算法、快速重传机制等），以及最小往返时间优先（Minimum RTT）等基于网络条件的动态拥塞控制算法。
四、网络流量控制与调度实现的挑战虽然网络流量控制和调度的技术手段已经相对成熟，但是实际的实现仍然面临着挑战。
如何利用网络层技术实现网络流量控制与调度？(系列三)
如何利用网络层技术实现网络流量控制与调度在当今信息时代，网络已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。
而网络的正常运行离不开良好的流量控制和调度。
网络流量控制与调度可以实现对网络中的数据包的控制和管理，以提高网络的效率和稳定性。
本文将介绍如何利用网络层技术实现网络流量控制与调度的方法和原理。
一、网络层技术的基本原理网络层技术是指在OSI模型中的第三层，主要负责数据包的传输和路由。
网络层技术包括IP（互联网协议）、ICMP（Internet消息控制协议）等。
其中，IP协议是互联网最核心的协议之一，它为数据包提供了唯一的源和目的地地址，实现了数据包在网络中的传输。
二、网络流量控制的原理和方法1. 队列管理算法队列管理算法是实现网络流量控制的一种常见方法。
它通过对数据包进行排队和处理，来有效地管理网络中的流量。
常见的队列管理算法有先进先出（FIFO）、最短作业优先（SJF）、公平队列（Fair Queueing）等。
这些算法可以根据数据包的特性和网络的需求来选择适当的处理策略。
2. 流量限制流量限制是另一种常见的网络流量控制方法。
它通过设置网络的带宽限制，限制数据包的传输速度，以达到控制和调度的目的。
常见的流量限制方法有速率限制、令牌桶（Token Bucket）等。
这些方法可以有效地控制网络中的数据包数量和速度，以保证网络的正常运行。
三、网络流量调度的原理和方法网络流量调度是指根据网络中数据包的特征和需求，合理地调度数据包的传输路径和优先级。
它可以提高网络的传输效率和带宽利用率，减少网络的拥塞和延迟。
1. 路由选择路由选择是网络流量调度的基本原理之一。
它通过选择合适的路径，来调度和管理数据包的传输。
常见的路由选择方法有静态路由和动态路由。
静态路由是指事先配置好的路由策略，不能根据实时情况进行调整；动态路由则可以根据网络的实时状态和负载来动态地选择合适的路径，以达到最优的调度效果。
2. 负载均衡负载均衡是另一种常见的网络流量调度方法。
数据中心技术的网络流量调度方法(九)
数据中心是现代互联网时代的核心，它承载着海量数据的存储、处理和传输。
在数据中心中，网络流量调度是至关重要的一环。
本文将介绍数据中心技术的网络流量调度方法，包括负载均衡、流量分析和优化算法等。
一、负载均衡在数据中心中，负载均衡是实现高效网络流量调度的关键。
负载均衡旨在合理分配数据中心的负载，保证各个服务器的负载均衡，并提高整体的性能和可用性。
随机负载均衡随机负载均衡是最简单的负载均衡方法之一，通过随机选择服务器来处理请求。
这种方法简单高效，但缺乏针对性，无法有效优化网络流量分布，容易导致某些服务器过载而其他服务器负载过低。
基于轮询的负载均衡基于轮询的负载均衡是一种较为常用的方法，通过依次选择服务器来处理请求。
这种方法能够相对均衡地分配负载，但无法根据服务器的状态和性能进行动态调节，可能导致负载不均衡的情况。
基于性能的负载均衡基于性能的负载均衡是一种更为智能化的方法，通过监测服务器的状态和性能指标，如CPU利用率、带宽利用率等，选择最优的服务器来处理请求。
这种方法能够在实时监测服务器负载情况的基础上进行动态调整，达到最佳的负载均衡效果。
二、流量分析流量分析是对数据中心网络流量的深入研究和分析，通过对网络流量的统计、监测和分析，可以识别出流量中的异常行为，优化网络调度算法，提升数据中心的性能和安全性。
流量分类流量分类是对数据中心网络流量进行分类和标记的过程，将不同类型的流量分别识别和处理。
常见的流量分类方法包括基于端口号、协议类型和应用特征等，通过对网络流量的深度解析和识别，可以实现网络流量的精确分类和调度。
异常检测异常检测是指通过对网络流量的监测和分析，识别出异常的网络流量行为，如DDoS攻击、流量突增等，及时采取措施进行防护和应对。
基于机器学习和数据挖掘等技术，可以建立流量行为模型，实现实时监测和异常检测。
三、优化算法优化算法是数据中心网络流量调度的关键环节，通过应用合适的算法和策略，可以优化网络流量的分布和调度，提高数据中心的性能和效率。
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2018年7月Journal on Communications July 2018 第39卷第7期通信学报V ol.39No.7 基于集中控制的命名数据网络流量调度方法董谦1,2,3，李俊1，马宇翔1,2（1. 中国科学院计算机网络信息中心，北京 100190；2. 中国科学院大学，北京 100049；3. 佛山科学技术学院电子信息工程学院，广东佛山 528000）摘要：针对命名数据网络流量全局性优化调度问题，分析已有工作，提出一种基于集中控制的方法。
所提方法兼顾网络性能与通信开销，先选择合适节点作为E-NDN节点，再利用控制器根据网内缓存、Interest包聚合情况和热门内容的流量需求计算相应的多路径转发策略并下发至E-NDN节点，以达到全局性优化的目的。
实验结果表明，所提方法可显著降低最大链路利用率，提高网络性能，同时优化代价较小，控制器与节点间的通信开销仅略有增加。
关键词：命名数据网络；集中控制；流量调度；混合网络；线性规划中图分类号：TP393文献标识码：Adoi: 10.11959/j.issn.1000−436x.2018121Traffic scheduling method based on centralizedcontrol in named data networkingDONG Qian1,2,3, LI Jun1, MA Yuxiang1,21. Computer Network Information Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China3. Department of Electronic and Information Engineering, Foshan University, Foshan 528000, ChinaAbstract: In order to address the global optimization problem for traffic scheduling in named data networking, related works were analyzed, a method based on centralized control was proposed. The proposed method took network perfor-mance and communication overhead into account. In the proposed scheme, appropriate nodes would be selected as E-NDN nodes, then the controller calculated the corresponding multi-path forwarding policies and sent them to E-NDN nodes according to the in-network cache, the aggregation of Interest packets, and the traffic demands of popular contents to achieve global optimization. The evaluation results indicate that the proposed method can significantly reduce the maximum link utilization and improve network performance. Simultaneously, the proposed method will not cause a large optimization cost, and communication overhead between the controller and nodes will increase slightly.Key words: named data networking, centralized control, traffic scheduling, hybrid network, linear programming1引言当今互联网以TCP/IP协议族为中心，但是以IP为细腰[1]的结构已经越来越难以满足互联网的发展趋势，而以内容为中心的需求使内容分发网络（CDN, content delivery network）和对等网络（P2P, peer-to-peer network）等技术[2]得以广泛应用。
除此之外，各种全新设计的互联网架构也引起了研究者们的极大兴趣，其中，以信息中心网络（ICN, in-formation centric network）为代表的未来互联网已收稿日期：2017−10−19；修回日期：2018−06−05通信作者：李俊，lijun@基金项目：国家重点研发计划基金资助项目（No.2017YFB1401500）；国家自然科学基金资助项目（No.61672490）Foundation Items: The National Key Research and Development Program of China (No.2017YFB1401500), The National Natural Science Foundation of China (No.61672490)第7期董谦等：基于集中控制的命名数据网络流量调度方法·69·被视为5G的关键技术之一[3]。
ICN以信息为中心，替换原有的细腰即IP，它的代表性实例之一是命名数据网络（NDN, named data network）[4]。
当前，ICN及NDN的研究工作主要集中在体系结构、路由和转发控制、缓存、移动性、安全、应用等方面[5]。
其中，路由与转发控制已有若干重要成果，如自适应转发面[6]、命名数据链路状态路由（NLSR, named-data link state route）[7]、双曲路由[8]等，每个路由器根据转发策略和相关信息决定将Interest包转发到哪个端口，自适应转发面维护转发状态。
同时，本文也注意到NDN中还有若干有待进一步研究的问题。
在此，主要关注NDN中应如何调度流量，使全网流量更趋近于合理分布的状态，特别是在有多个消费者和多个生产者的情况下如何进行网络性能优化，如尽可能地最小化最大链路利用率、提高其吞吐量。
尽管NDN支持多路径转发和负载均衡[5]，但Interest包的转发通常只由消费者或中间节点控制，难以实现全局性优化调度，制约了网络性能的提升。
而若要对NDN流量做全局性优化调度则必须获取全网信息，因此集中控制的引入十分必要，特别是NDN如何与集中控制相结合，如何合理设计集中控制的整体架构，取得性能和开销的平衡。
NDN结合集中控制成为混合网络即网络中存在不同功能的节点时，应考虑如何建立流量模型，选择合适的调度节点并通过这些节点调度流量以及如何快速计算流量分配。
软件定义网络（SDN, software defined network）已取得极大成功，其核心思想是集中控制、控制面与数据面分离[9]，已有一些工作探讨如何将NDN与SDN相结合[10-16]。
然而，NDN的名字空间相对IPv4来说要大得多，NDN的转发过程也完全不同于IPv4，如要借助集中控制对网络流量进行控制，必须充分考虑NDN 本身的特点，并加以针对性设计。
为此，本文分析了已有的NDN多路径转发策略以及NDN与SDN结合的相关工作，提出了一种基于集中控制的命名数据网络流量调度方法，引入集中控制机制优化NDN中的流量转发，结合NDN 的特点设计整体架构、建立流量模型。
本文的主要贡献如下。
1) 分析已有工作，针对NDN中流量的全局性优化调度问题，提出一种基于集中控制的方法，设计整体架构和各类设备的功能。
2) 对NDN流量调度问题建模和分析，提出一种可行的算法，只在部分节点针对热门内容请求部署合适的转发策略，即可有效对流量进行全局性优化调度，也减轻了控制器与节点间的通信开销。
3) 考虑NDN中Interest包的作用和特点及网内缓存和Interest包聚合等因素，针对已建立的模型提出简便的处理方法。
2NDN转发基本流程和相关工作2.1NDN转发基本流程NDN中有2种不同类型的包：Interest和Data。
这2种包都携带了内容的名字，用以确认和区分不同的内容。
消费者向网络发送Interest包来请求相应的内容，一旦Interest包到达拥有该内容的节点，节点会沿反向路径将包含名字和内容的Data包返回给消费者，同时还携带有内容生产者的签名[5]。
每个NDN路由器都会维护3种数据结构：待定Interest表（PIT, pending Interest table）、转发信息库（FIB, forwarding information base）和内容存储（CS, content store）。
同时，路由器还要维护转发策略模块，以决定Interest包如何转发。
PIT 存储了路由器已转发但还未返回相应Data包的所有Interest列表，PIT中的每个条目记录相应的数据名字和出入端口；而CS存储了本地缓存的所有内容，如果收到相应的Interest请求，则沿原端口返回相应内容，如果CS中未找到，则路由器检查PIT，如有相关记录则添加其端口，如无则继续查找FIB，并按相应策略转发，FIB中一个名字可对应多个接口；如果收到多个完全相同的Interest包，则只转发第一个Interest包，Interest 包的聚合机制是NDN中防止环路及广播风暴特性的基础[5]。
反过来，对于Data包，情况就简单多了。
当Data包抵达时，NDN路由器会查找PIT，按照其条目中的相应端口进行转发，并将内容存入CS，移除PIT相应条目，此时，相应Interest请求已经得到满足，Data包则沿着Interest的反向路径转发[5]。
显然，在NDN转发模型中，Interest包由消费者驱动，由于Data包的转发严格按照Interest包的反向路径，故NDN可通过控制Interest包的转发路径来管理Data包的转发路径，从流量调度的角度来看，Interest包不直接传递内容，可将其看作一种信令，它为流量调度和路径控制提供了简便的方式。