http-ndn 网关的设计与实现

HTTP-NDN网关的设计与实现

答 辩 人 ：杨 旭  

指 导 教 师 ：樊海宁 副教授

联合指导教师 ：毕 军 教 授

答辩提纲

• 选题意义和背景• 主要研究工作

– HTTP-NDN 网关需求分析– HTTP-NDN 网关设计– 一种 HTTP-NDN 网关应用场景

• 总结及未来研究展望• Q&A

答辩提纲

• 选题意义和背景• 主要研究工作

– HTTP-NDN 网关需求分析– HTTP-NDN 网关设计– 一种 HTTP-NDN 网关应用场景

• 总结及未来研究展望• Q&A

选题意义和背景

–解决 NDN 缺少原生应用的困境

–作为 NDN 实验网络核心部分

–利用 HTTP 应用推进 NDN 研究

问题 : 什么是 NDN？

Named Data Networking

– 一种内容中心网络：位置到内容的转变

TRIADhttp://www-dsg.stanford.edu/triad/

Named Data Networking

– 一种内容中心网络：位置到内容的转变

TRIADhttp://www-dsg.stanford.edu/triad/

Named Data Networking

基于订阅 / 发布 (Publish/Subscribe) 模式，围绕“命名数据”展开数据传输

传统网络体系结构 当前 NDN 网络位置 未来 ( 若干年后 ) 体系结构

NDN 研究困境

NDN 原生应用缺乏 NDN 原生应用与IP 网络不兼容

缺少大规模 NDN实验网

理论论证，或仿真模拟，或小范围实验

利用 HTTP 网络建立 NDN 实验网

HTTP-NDN 网关

问题 : 怎么解决这种困境？

答辩提纲

• 选题意义和背景• 主要研究工作

– HTTP-NDN 网关需求分析– HTTP-NDN 网关设计– 一种 HTTP-NDN 网关的应用场景

• 总结及未来研究展望• Q&A

答辩提纲

• 选题意义和背景• 主要研究工作

– HTTP-NDN 网关需求分析– HTTP-NDN 网关设计– 一种 HTTP-NDN 网关应用场景

• 总结及未来研究展望• Q&A

答辩提纲

• 选题意义和背景• 主要研究工作

– HTTP-NDN网关需求分析– HTTP-NDN 网关设计– 一种 HTTP-NDN 网关应用场景

• 总结及未来研究展望• Q&A

HTTP-NDN 网关需求分析

HTTP-NDN 网关需求分析

HTTP-NDN 网关需求分析

HTTP-NDN 网关需求分析

HTTP-NDN 网关需求分析

HTTP-NDN 网关需求分析

HTTP-NDN 网关需求分析

答辩提纲

• 选题意义和背景• 主要研究工作

– HTTP-NDN 网关需求分析– HTTP-NDN 网关设计– 一种 HTTP-NDN 网关应用场景

• 总结及未来研究展望• Q&A

答辩提纲

• 选题意义和背景• 主要研究工作

– HTTP-NDN 网关需求分析– HTTP-NDN网关设计– 一种 HTTP-NDN 网关应用场景

• 总结及未来研究展望• Q&A

HTTP-NDN 网关系统架构

NDN网络

WEB服务器

用户

管理员

WEB管理系统

出口网关

出口网关

入口网关

入口网关

WEB浏览器

WEB浏览器

管理和监控命令

NDN协议

HTTP协议

NDN终端NDN终端

WEB浏览器

HTTP请求NDN内容

HTTP-NDN 网关系统架构

NDN网络

WEB服务器

用户

管理员

WEB管理系统

出口网关

出口网关

入口网关

入口网关

WEB浏览器

WEB浏览器

管理和监控命令

NDN协议

HTTP协议

NDN终端NDN终端

WEB浏览器

HTTP请求NDN内容

问题 : 为什么有入口网关和出口网关之分？

HTTP-NDN 网关角色

• 借用 HTTP 流量– 入口网关

• 与 HTTP 用户端交互• 连接 NDN 网络

– 出口网关• 与 HTTP 服务端交互• 连接 NDN 网络

HTTP-NDN 网关角色

Http Request

Http Response

NDN(内容分发和获取 )

HTTP-NDN 入口网关Web 浏览器

Http RequestResponse Http

HTTP-NDN 出口网关

Web

服务器

Http Request

Http Response

HTTP-NDN 出口网关

NDN Interest

NDN Content

NDN Content

NDN Interest

HTTP-NDN 模块分析

数据包处理时序

WEB浏览器入口网关 出口网关

WEB服务器NDN节点

Req

HTTP模块

翻译模块

NDN 模块

Req->Interest

Interest

Interest

CS命中Content

YesInterest

No

NDN模块

Interest

Interest->Req

翻译模块

HTTP模块

Req

Reply

Content<-Reply

Content

Content

Content

Content

Reply<-Content

Reply

Content

Reply<-Content

Reply

Req: HTTP Request Reply: HTTP Response Interest: NDN Interest Content: NDN Content CS: NDN Content Store入口网关: 与WEB浏览器通信，接受普通用户HTTP Request，并将Response发送至浏览器出口网关: 与WEB服务器通信，发送HTTP Request至服务器，并等待接收Response

由NDN直接完成响应的会话

答辩提纲

• 选题意义和背景• 主要研究工作

– HTTP-NDN 网关需求分析– HTTP-NDN 网关设计– 一种 HTTP-NDN 网关的应用场景

• 总结及未来研究展望• Q&A

答辩提纲

• 选题意义和背景• 主要研究工作

– HTTP-NDN 网关需求分析– HTTP-NDN 网关设计–一种 HTTP-NDN网关应用场景

• 总结及未来研究展望• Q&A

应用场景设计

– 目标：验证 NDN的 Interest 聚合和 Content多路径转发特性

– 方法： HTTP 用户端同时通过两个网关下载HTTP 服务器上同一个文件

– 实验设计：• 平台： PlanetLab[1]• 节点：不同国家的 7 个节点（用户 x1 ，服务器 x1 ，

网关 x3， NDN 路由器 x2 ）• 工具： wget

[1] PlanetLab: An open platform for developing, deploying, and accessing planetary-scale services. http://www.planet-lab.org

实验节点拓扑

tu132120.ip.tsinghua.edu.cn166.111.132.120

pl02.comp.polyu.edu.hk

202.125.215.12

pl2.zju.edu.cn

210.32.181.184

nis-planet2.doshisha.ac.jp

202.23.159.52

lefthand.eecs.harvard.edu

140.247.60.123host3-plb.loria.fr

152.81.47.4

www.onelab.eu

46.165.193.53

IG

IG EG

HTTP流NDN流

网关 用户 服务器NDN路由器

IG: 入口网关 EG: 出口网关

实验节点地理分布

NDN节点 路由配置（ ZJU） pl2.zju.edu.cn

[210.32.181.184]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 202.23.159.52 （ J

P ）

（ HK） pl02.comp.polyu.edu.h

k

[202.125.215.12]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 202.23.159.52 （ J

P ）

（ JP） nis-

planet2.doshisha.ca.jp

[202.23.159.52]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 140.247.60.123 （ U

S ）

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 202.125.215.12 （ H

K ）

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 210.32.181.184 （ ZJ

U ）

（ US） lefthand.eecs.harvard.ed

u

[140.247.60.123]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 152.81.47.4 （ F

R ）

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 202.23.159.52 （ J

P ）（ FR） host3-plb.loria.fr

[152.81.47.4]

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 140.247.60.123 （ U

S ）

FRUS

NDN 实验节点路由配置ZJU

HK

JP

FRUS

NDN 实验节点路由配置NDN Interest 路由 -HTTP GET&POST

ZJU

HK

JP

NDN节点 路由配置（ ZJU） pl2.zju.edu.cn

[210.32.181.184]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 202.23.159.52 （ J

P ）

（ HK） pl02.comp.polyu.edu.h

k

[202.125.215.12]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 202.23.159.52 （ J

P ）

（ JP） nis-

planet2.doshisha.ca.jp

[202.23.159.52]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 140.247.60.123 （ U

S ）

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 202.125.215.12 （ H

K ）

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 210.32.181.184 （ ZJ

U ）

（ US） lefthand.eecs.harvard.ed

u

[140.247.60.123]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 152.81.47.4 （ F

R ）

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 202.23.159.52 （ J

P ）（ FR） host3-plb.loria.fr

[152.81.47.4]

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 140.247.60.123 （ U

S ）

NDN节点 路由配置（ ZJU） pl2.zju.edu.cn

[210.32.181.184]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 202.23.159.52 （ J

P ）

（ HK） pl02.comp.polyu.edu.h

k

[202.125.215.12]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 202.23.159.52 （ J

P ）

（ JP） nis-

planet2.doshisha.ca.jp

[202.23.159.52]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 140.247.60.123 （ U

S ）

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 202.125.215.12 （ H

K ）

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 210.32.181.184 （ ZJ

U ）

（ US） lefthand.eecs.harvard.ed

u

[140.247.60.123]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 152.81.47.4 （ F

R ）

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 202.23.159.52 （ J

P ）（ FR） host3-plb.loria.fr

[152.81.47.4]

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 140.247.60.123 （ U

S ）

FRUS

NDN 实验节点路由配置NDN Interest 路由 -HTTP GET&POST

ZJU

HK

JP

NDN节点 路由配置（ ZJU） pl2.zju.edu.cn

[210.32.181.184]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 202.23.159.52 （ J

P ）

（ HK） pl02.comp.polyu.edu.h

k

[202.125.215.12]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 202.23.159.52 （ J

P ）

（ JP） nis-

planet2.doshisha.ca.jp

[202.23.159.52]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 140.247.60.123 （ U

S ）

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 202.125.215.12 （ H

K ）

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 210.32.181.184 （ ZJ

U ）

（ US） lefthand.eecs.harvard.ed

u

[140.247.60.123]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 152.81.47.4 （ F

R ）

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 202.23.159.52 （ J

P ）（ FR） host3-plb.loria.fr

[152.81.47.4]

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 140.247.60.123 （ U

S ）

FRUS

NDN 实验节点路由配置NDN Interest 路由 -HTTP GET&POST

ZJU

HK

JP

NDN节点 路由配置（ ZJU） pl2.zju.edu.cn

[210.32.181.184]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 202.23.159.52 （ J

P ）

（ HK） pl02.comp.polyu.edu.h

k

[202.125.215.12]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 202.23.159.52 （ J

P ）

（ JP） nis-

planet2.doshisha.ca.jp

[202.23.159.52]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 140.247.60.123 （ U

S ）

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 202.125.215.12 （ H

K ）

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 210.32.181.184 （ ZJ

U ）

（ US） lefthand.eecs.harvard.ed

u

[140.247.60.123]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 152.81.47.4 （ F

R ）

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 202.23.159.52 （ J

P ）（ FR） host3-plb.loria.fr

[152.81.47.4]

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 140.247.60.123 （ U

S ）

FRUS

NDN 实验节点路由配置NDN Interest 路由 -HTTP GET&POST

ZJU

HK

JP

FRUS

NDN 实验节点路由配置

NDN节点 路由配置（ ZJU） pl2.zju.edu.cn

[210.32.181.184]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 202.23.159.52 （ J

P ）

（ HK） pl02.comp.polyu.edu.h

k

[202.125.215.12]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 202.23.159.52 （ J

P ）

（ JP） nis-

planet2.doshisha.ca.jp

[202.23.159.52]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 140.247.60.123 （ U

S ）

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 202.125.215.12 （ H

K ）

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 210.32.181.184 （ ZJ

U ）

（ US） lefthand.eecs.harvard.ed

u

[140.247.60.123]

ccnx:/.gateway/http/IG tcp 152.81.47.4 （ F

R ）

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 202.23.159.52 （ J

P ）（ FR） host3-plb.loria.fr

[152.81.47.4]

ccnx:/.gateway/http/EG tcp 140.247.60.123 （ U

S ）

NDN Interest 路由 -HTTP GET&POST

NDN Interest 路由 -HTTP POSTZJU

HK

JP

需手动配置

下载任务示意

任务 1 启动

任务 1 完成

任务 1 连接到入口网关pl02.comp.plyu.edu.hk

任务 2 启动

任务 2 完成

任务 2 连接到入口网关pl2.zju.edu.cn

NDN Interest 聚合和多路径转发示意

NDN Content多路径转发

NDN Interest聚合

NDN 节点各相关接口流量数据节点 [节点代码 ] NDN接口 流量 (Bytes/sec In/Out)

pl2.zju.edu.cn[ZJU]

ZJU<->JP 6210/107

pl02.comp.polyu.edu.hk[HK]

HK<->JP 4991/88

nis-planet2.doshisha.ca.jp[JP]

JP <-> ZJUJP <-> HKJP <-> US

121/5418156/50173836/161

lefthand.eecs.harvard.edu[US]

US <-> JPUS <-> FR

80/59564821/129

host3-plb.loria.fr[FR]

FR <-> US 85/6456

IP 网络

FRUS

ZJU

HK

JP FRUS

ZJU

HK

JP+ +

NDN 网络

NDN 节点各相关接口流量数据节点 [节点代码 ] NDN接口 流量 (Bytes/sec In/Out)

pl2.zju.edu.cn[ZJU]

ZJU<->JP 6210/107

pl02.comp.polyu.edu.hk[HK]

HK<->JP 4991/88

nis-planet2.doshisha.ca.jp[JP]

JP <-> ZJUJP <-> HKJP <-> US

121/5418156/50173836/161

lefthand.eecs.harvard.edu[US]

US <-> JPUS <-> FR

80/59564821/129

host3-plb.loria.fr[FR]

FR <-> US 85/6456

IP 网络

FRUS

ZJU

HK

JP FRUS

ZJU

HK

JP+ +

NDN 网络

NDN 节点各相关接口流量数据节点 [节点代码 ] NDN接口 流量 (Bytes/sec In/Out)

pl2.zju.edu.cn[ZJU]

ZJU<->JP 6210/107

pl02.comp.polyu.edu.hk[HK]

HK<->JP 4991/88

nis-planet2.doshisha.ca.jp[JP]

JP <-> ZJUJP <-> HKJP <-> US

121/5418156/50173836/161

lefthand.eecs.harvard.edu[US]

US <-> JPUS <-> FR

80/59564821/129

host3-plb.loria.fr[FR]

FR <-> US 85/6456

IP 网络

FRUS

ZJU

HK

JP FRUS

ZJU

HK

JP+ +

NDN 网络NDN Interest 聚合特性

实验结论

• 可在可在 PlanetLabPlanetLab 顺利部署顺利部署

• 可有效验证可有效验证 NDNNDN 的特性的特性

• 大规模大规模 NDNNDN 实验网络快速构建实验网络快速构建

答辩提纲

• 选题意义和背景• 主要研究工作

– HTTP-NDN 网关需求分析– HTTP-NDN 网关设计– 一种 HTTP-NDN 网关应用场景

• 总结及未来研究展望• Q&A

答辩提纲

• 选题意义和背景• 主要研究工作

– HTTP-NDN 网关需求分析– HTTP-NDN 网关设计– 一种 HTTP-NDN 网关应用场景

• 总结及未来研究展望• Q&A

总结

• HTTPHTTP和和 NDNNDN 协议分析协议分析

• HTTP-NDNHTTP-NDN 网关网关

• 利用网关和利用网关和 PlanetLabPlanetLab 验证验证 NDNNDN 特性特性

进一步研究方向

• NDNNDN 协议扩展协议扩展

• NDNNDN 路由集中式自动配置或动态路由算法路由集中式自动配置或动态路由算法

谢谢！

Q&A

HTTP-NDN 网关需求分析

HTTP-NDN 网关

协议适配

内容服务

内容缓存

协议识别和解析

网关监控和运行管理

安全管理

协议转换

HTTP服务器

访问

NDN内容列

表

NDN内容访

问

磁盘持久缓存 路由器内

存缓存

网关状态信息查询网关

注册

网关运行管理

用户认证

HTTP-NDN 网关需求分析

HTTP-NDN 网关

协议适配

内容服务

内容缓存

协议识别和解析

网关监控和运行管理

安全管理

协议转换

HTTP服务器

访问

NDN内容列

表

NDN内容访

问

磁盘持久缓存 路由器内

存缓存

网关状态信息查询网关

注册

网关运行管理

用户认证

NDN 节点各相关接口流量数据

IP 网络

FRUS

ZJU

HK

JP

FRUS

ZJU

HK

JP

+

+

NDN 网络