信息中心网络的前世今生

作者 中国信息通信研究院技术与标准研究所 张杰

随着信息技术的飞速发展，网络应用的主体逐步向内容获取和信息服务演进。同时相关的硬件与通信技术的发展，为网络具有更多的能力（包括计算、存储）提供基础。信息中心网络技术（Information-Centric Networking，ICN），以互联网的主要需求为导向，以信息/内容为中心构建网络体系架构，解耦信息与位置关系，增加网络存储信息能力，从网络层面提升内容获取，移动性支持和面向内容的安全机制能力。尽管ICN处于起步阶段,具有广阔的研究空间，但已经得到业界越来越广泛的关注，尤其在ICT融合的大趋势下，搭乘5G快车正在快速发展。

信息中心网络

一个全新的网络架构

信息中心网络是以命名的信息、内容或者数据为关注点的网络架构，以期获得高效的信息共享与获取能力。它颠覆了互联网基础架构以长连接和端到端原则为基础，以主机为中心的网络范式。ICN关键技术包括信息的命名，保证信息在命名空间唯一性；网络基于名字，而不是IP地址进行信息传送；网内缓存提供信息的缓存能力以应对重复请求或链路失效；基于信息而非传输通道的安全机制。

鉴于目前内容分发巨大的成功和经验，弥补了互联网在内容（特别是流行内容）分发效率低下的不足。因此ICN研究者还在移动性、安全性以及约束场景的应用方面进行了大量工作，以期能够提供一个具有简单、高效的网络架构，实现内容高效分发，以及移动性的支持和基于内容的安全能力。

已经有研究成果显示出ICN在视频流分发等内容分发，以及在移动和约束场景下，如物联网和5G网络中移动性支持、车载自组织网络、延迟与中断容忍环境等，显示出优势。

一部未来网络研究的历史

ICN最早可以追溯到1999年，而这一年仅仅距离现有IP网络形态（IP+MPLS）中MPLS协议的出现才两年，业界正忙着部署MPLS。虽然在1998年推出了作为下一代IP网络协议的IPv6协议，但其仅仅是为了解决不久将出现的IPv4地址用完的窘况。因此当斯坦福大学的TRIAD研究者在1999年提出一个新的面向内容提供路由、缓存和传输能力的网络架构时，很显然，远远超过了所处的时代，并没有引起人们的注意。2006年，Van.Jacobson在Google Tech Talk上介绍了“内容中心网络（CCN）”的设计思想。2007年，伯克利大学发表面向数据的网络体系架构（DONA）被认为是第一个完整的ICN设计。此时正是欧盟第7框架计划（FP7）（2007～2013）的第一年。之后以FP7和美国NSF项目为代表的未来网络研究逐渐兴起。随之涌现出来一批以信息为中心的项目，包括4ward（提出了NetInf）以及后续的SAIL项目，发布-订阅模式互联网路由范式（PSIRP）及后续项目PURSUIT，采用内容中介结构的内容感知网络COMET项目，以及CONVERGENCE项目等。特别是到2010年由UCLA牵头的基于CCN概念的NDN项目NSF资助，成为FIA计划的四个提案之一，才引起业界特别是国内关注，从此ICN告别了不温不火的状况，成为未来网络研究的主流。

信息中心网络处于技术发展初期

目前信息中心网络仍然是多种方案并存，未达成共识。在这些方案中既有采用革命性技术路线的NDN、PURSUIT，也有基于现有IP网络的重叠网技术方案，如DONA。尽管都遵循ICN的基本理念，但是在命名机制、路由与转发、安全机制等关键技术存在差异，在目标及能力方面也表现不同。尽管有多篇论文对这些方案在命名机制、缓存机制、路由/解析与转发机制、移动性支持、安全机制等方面进行了分析和比较，却没有明确的结论。

目前研究领域活跃，多个项目涉及ICN。世界计算机协会（ACM）连续4年举办ICN专题会议。NDN项目在2014年获得NSF新一轮资助，开启第二阶段研究。而欧盟的Horizon 2020计划中也能够看到采用ICN技术的项目，如UMobile, POINT等。其中NDN作为面向未来网络的全新方案，从一开始就以应用出发，采用开源路线提供开源库，搭建测试床，构建生态，从众多方案中脱颖而出，成为最被看好的技术方案之一。

产业界开始行动，概念验证（PoC）开始出现。不仅在学术界，ICN在业界也得到越来越多的关注，出现了多个基于ICN的概念验证，包括：思科在去年移动大会上展示了基于ICN的增强移动自适应视频流应用，华为发布了利用ICN实现端到端的移动性服务编排，InterDigital更是展示了基于ICN的IP（IP-over-ICN）业务，富士通实验室则发布了利用ICN实现的功能链系统等。

同时，信息中心网络标准化研究工作已逐步展开。2012年IRTF成立了ICN研究组，前期研究缓慢，直到2015年才陆续发布了基础场景、研究挑战、基于ICN的自适应视频流、评估与安全考虑等5个RFCs。目前正在研究CCNx消息与语义，以及ICN的灾备场景应用等。ITU-T 第13组（未来网络研究组）2017～2020研究周期成立新的课题组研究ICN，在今年4月批准通过了一项由该组制定的标准：ITU-T Y.3071建议书：《数据感知网络（信息中心网络）的需求及能力》。该标准明确了ICN在5G通信业务方面的需求、能力及功能组件。

信息中心网络技术面临挑战

期待从局部突破

ICN典型项目NDN在2015年首次入选Gartner电信技术成熟度曲线，从侧面也印证了ICN技术仍处于初级阶段。无论哪种方案都面临着挑战。首先是扩展性问题，相较于已经出现扩展性问题的拥有有限地址空间的互联网，ICN在面对无限的信息命名空间，其扩展性问题变得更富有挑战性。同时随着每年泽字节信息的产生速度和越来越广泛的移动性支持，更是加剧了这一挑战。这种扩展性问题不仅仅只是在路由与转发层面，它还表现在ICN网络架构的各个层面。尽管ICN将信息与位置分离，具有原生的移动性支持能力，但在实际中情况并不如意。如采用订阅-发布模式的方案中虽然可以非常简单地实现信息订阅者移动性支持，但是对于信息发布者的移动性支持则存在难度。而无论哪种方案均缺乏大规模移动用户场景的验证。另外，面向信息的新的安全机制，同时也带来了新的挑战，如隐私问题、信息篡改、缓存污染，以及实名制要求下访问控制的问题。

如果作为基础设施取代现有网络，ICN技术必须解决所面临的挑战。在这之前，ICN期待从局部突破，如在约束场景下的ICN应用，包括网络基础设施差的偏远地区，特别是游牧社区、应急通信等；利用ICN理念和技术提升5G场景下内容分发、移动性管理等方面能力。无论未来ICN发展是会取代现有互联网，还是一种补充而共存，其概念、技术已经为我们开启了新的思路，也让我们重新思考通信分层模型等基本问题。

生成海报

免责声明：本网站内容主要来自原创、合作伙伴供稿和第三方自媒体作者投稿，凡在本网站出现的信息，均仅供参考。本网站将尽力确保所提供信息的准确性及可靠性，但不保证有关资料的准确性及可靠性，读者在使用前请进一步核实，并对任何自主决定的行为负责。本网站对有关资料所引致的错误、不确或遗漏，概不负任何法律责任。任何单位或个人认为本网站中的网页或链接内容可能涉嫌侵犯其知识产权或存在不实内容时，应及时向本网站提出书面权利通知或不实情况说明，并提供身份证明、权属证明及详细侵权或不实情况证明。本网站在收到上述法律文件后，将会依法尽快联系相关文章源头核实，沟通删除相关内容或断开相关链接。