| Περίληψη : | Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η αξιολόγηση μιας προτεινόμενης αρχιτεκτονικής δικτύωσης βασισμένης στο περιεχόμενο. Πιο συγκεκριμένα επικεντρωνόμαστε στην ανάλυση και αποτίμηση της διαδικασίας εκκίνησης ενός δικτύου βασισμένου στην πληροφορία, το οποίο ακολουθεί το publish/subscribe παράδειγμα. Η συνεχής ανάπτυξη του Διαδικτύου την τελευταία δεκαετία έχει αλλάξει σε σημαντικό βαθμό τον αρχικό στόχο σχεδίασής του: πλέον οι χρήστες ενδιαφέρονται περισσότερο για το ≪τι≫ ανταλλάσετε στο Διαδίκτυο, παρά για να επικοινωνήσουν με ένα συγκεκριμένο χρήστη προκειμένου να αποκτήσουν πρόσβαση στο περιεχόμενο αυτό. Με βάση την παρατήρηση αυτή, η ερευνητική και βιομηχανική κοινότητα, σχετική με τη δικτύωση και τις αρχές αυτής, έχει ξεκινήσει να εξετάζει και να μελετά τις υπάρχουσες αρχιτεκτονικές ούτως ώστε να καθορίσει τις στενωπούς των τρεχουσών υλοποιήσεων και προσεγγίσεων. Τότε, νέες αρχιτεκτονικές προσανατολισμένες στην πληροφορία θα είναι δυνατό να προταθούν με σκοπό να λύσουν τα προβλήματα αυτά. Έχουν αναπτυχθεί και προταθεί διάφορες αρχιτεκτονικές και ερευνητικές δραστηριότητες, οι οποίες και ακολουθούν την προσανατολισμένη στην πληροφορία προσέγγιση. Μεταξύ άλλων αξίζουν να αναφερθούν οι ακόλουθες: CCN [11], PSIRP [12], 4WARD [13], και πιο πρόσφατα NDN [14], PURSUIT [15] και SAIL [16] είναι μόνο λίγες από αυτές τις πρωτοβουλίες. Το κοινό στοιχείο όλων αυτών είναι ότι τοποθετούν την έννοια της πληροφορίας στον πυρήνα των αρχιτεκτονικών αυτών. Στις αρχιτεκτονικές αυτές, τα πακέτα δεδομενογράμματος δεν περιέχουν πλέον καμία πληροφορία σχετική με το χρήστη και την τοποθεσία του. Αντ’ αυτού, τα πακέτα περιέχουν μια ετικέτα πληροφορίας. Η ετικέτα αυτή παρουσιάζει ιδιαίτερη σημασία, δεδομένου ότι βάση αυτής το δίκτυο είναι σε θέση να παρακολουθεί το τι ανταλλάσσεται μεταξύ των διάφορων δικτυακών στοιχείων. Με βάση τη γνώση αυτή, το δίκτυο είναι σε θέση να εκτελεί ένα σύνολο μηχανισμών οι οποίοι θα επαυξήσουν την λειτουργία του δικτύου, ενώ ταυτόχρονα παρέχουν αυξημένη απόδοση του δικτύου προς τους χρήστες του. Η παρούσα εργασία μας στηρίζεται σε δουλειά η οποία αρχικά σχεδιάστηκα από το δραστηριότητα PSIRP, συνεχίζεται στο PURSUIT, και ακολουθεί το publish/subscribe παράδειγμα. Ένα δίκτυο που ακολουθεί το παράδειγμα αυτό παρέχει στους χρήστες του δύο βασικές λειτουργίες: το publish και το subscribe. Συνεπώς οι χρήστες (είτε publishers ή subscribers) χρησιμοποιούν τις δύο αυτές λειτουργίες προκειμένου να επικοινωνήσουν. Το δίκτυο είναι υπεύθυνο για το ταίριασμα των publications και των subscriptions, λειτουργία γνωστή ως rendezvous. Σε περίπτωση όπου ένα publication ταιριάξει επιτυχώς με ένα subscription, τότε τοδίκτυο ενημερώνει τον publisher για το ταίριασμα αυτό και καθοδηγεί τη διάδοση της πληροφορίας στο subscriber. Αναλυτικότερα, στην παρούσα εργασία χρησιμοποιούμε την Rendezvous, Topology, Forwarding and Media αρχιτεκτονική (RTFM) [10]. Στην RTFM υπάρχουν και καθορίζονται συγκεκριμένες διακριτές λειτουργίες: Rendezvous, Topology, Forwarding και Media. Η λειτουργία του Rendezvous σχετίζεται με το ταίριασμα των publications και των subscriptions και τον εντοπισμό των publishers. Η λειτουργία αυτή δεν εμπλέκεται καθόλου με την παράδοση της πληροφορίας. Ο μηχανισμός αυτός είναι ευθύνη της Forwarding λειτουργίας. Προκειμένου όμως να είναι ικανό να παραδώσει επιτυχώς την πληροφορία, χρησιμοποιεί τοπολογική πληροφορία η οποία παρέχεται από την Topology λειτουργία. Βάση της αρχιτεκτονικής αυτής, τρεις διαφορετικοί τύποι δικτύων θεωρούνται σε έναδίκτυο, κάθε ένας από τους οποίους εκτελεί συγκεκριμένη λειτουργία: δρομολογητές, σημεία rendezvous και χρήστες. Οι δρομολογητές είναι απλά στοιχεία μεταγωγής πακέτων, οι οποία υπολογίζουν και διατηρούν μια τοπολογική όψη του δικτύου. Στα στοιχεία αυτά έχει ανατεθεί ένα επίπεδο και τοπολογικά ανεξάρτητο αναγνωριστικό. Προκειμένου να υπολογίσουν την τοπολογική αυτή όψη του δικτύου, κάθε δρομολογητής εκτελεί έναν αλγόριθμο δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης. Τα Rendezvous σημεία είναι κόμβοι του δικτύου οι οποίοι εκτελούν τη λειτουργία του Rendezvous, δηλαδή αποθηκεύουν και διαχειρίζονται όλα τα διαθέσιμα publications και subscriptions. Τέλος υπάρχουν και οι χρήστες οι οποίοι συνδέονται στο δίκτυο και επικοινωνούν μόνο μέσω των πληρεξούσιων δρομολογητών πρόσβασης. Ο ρόλος των δρομολογητών αυτών είναι να προωθούν για λογαριασμό των χρηστών τα publications και τα subscriptions στο δίκτυο. Κάθε πακέτο, όπως έχει ήδη αναφερθεί, αναγνωρίζεται στο δίκτυο από ένα ζεύγος αναγνωριστικών, του Scope Id και του Rendezvous Id. Το Scope Id χρησιμοποιείται για να οργανώσει το περιεχόμενο σε μεγαλύτερες συλλογές, ενώ το Rendezvous Id χρησιμοποιείται ως ετικέτα στο πακέτο. Η χρήση και ο συνδυασμός των δύο αναγνωριστικών αυτών επιτρέπει στις εφαρμογές να αναπτύσσουν συσχετισμούς μεταξύ των διαφόρων στοιχείων της πληροφορίας και συνεπώς να εφαρμόζουν διάφορους μηχανισμούς για την διαχείρισή τους. Όσον αφορά τη Forwarding λειτουργία, η προσέγγιση του LIPSIN [19] έχει υιοθετηθεί. LIPSIN χρησιμοποιεί μια συγκεκριμένη δομή φίλτρων, γνωστά ως bloom filters (zFilters), για την προώθηση των πακέτων σε ένα μονοπάτι. Ένα δίκτυο, το οποίο ακολουθεί την προσέγγιση αυτή, αναθέτει τέτοια φίλτρα, τα οποία θα καλούμε LIDs, σε όλες τις δικτυακές διεπαφές του. Προκειμένου να δημιουργήσει ένα μονοπάτι, κωδικοποιεί όλα τα LIDs των διεπαφών των δρομολογητών του μονοπατιού σε ένα μόνο LID, εκτελώντας τη δυαδική πράξη ≪Η≫, και το επισυνάπτει στο πακέτο. Όταν το πακέτο αυτό φτάσει σε ένα δικτυακό στοιχείο, το LID αυτό συγκρίνεται με LIDs όλων των διεπαφών του στοιχείου αυτού. Σε περίπτωση επιτυχούς ταιριάσματος το πακέτο προωθείται στη συγκεκριμένη ζεύξη, αλλιώς απορρίπτεται. Επιπλέον, εκτός των LIDs, κάθε δικτυακό στοιχείο έχει ένα τοπικό LID, το VLID. Το αναγνωριστικό αυτό χρησιμοποιείται ούτως ώστε να καθορίσει τον παραλήπτη ενός πακέτου. Στη συνέχεια της εργασίας μας και έχοντας ορίσει όλα τα παραπάνω, περιγράφουμετη διαδικασία εκκίνησης ενός δικτύου βασισμένου στην πληροφορία. Αρχικά παρουσιάζουμε την διαδιεργασιακή επικοινωνία στο εσωτερικό ενός κόμβου, επικοινωνία η οποία στηρίζεται στο publish/subscribe παράδειγμα. Η εσωτερική δομή ενός δικτυακού στοιχείου χτίζεται γύρω από το Local Rendezvous Component (LocRC), το οποίο παρέχει το μηχανισμό της διαδιεργασιακής επικοινωνίας στις διάφορες διεργασίες του συστήματος. Περί του LocRC, υπάρχουν οι ακόλουθες διεργασίες του συστήματος: ο Rendezvous Agent (RVA), το Topology Manager Component (TMC), το Forwarding Component (FwdC) και το Link Layer Rendezvous Component (LLRC). Το LocRC εκτελεί τη λειτουργία του Rendezvous εσωτερικά στο στοιχείο, την αποθήκευση και διαχείριση δηλαδή των publications και των subscriptions που αποστέλλονται από άλλες διεργασίες του συστήματος. Το FwdC εκτελεί τη Forward λειτουργία, μεταδίδοντας πακέτα στις δικτυακές διεπαφές μέσω του LLRC. Προκειμένου μια διεργασία του συστήματος ή του χρήστε να στείλει ένα publication σε κάποιον άλλο χρήστη, η διεργασία αυτή θα πρέπει να περάσει το publication στο FwdC μέσω του LocRC. Το TMC είναι υπεύθυνο για τη διατήρηση της τοπολογικής όψης του δικτύου, ενώ ο ρόλους του RVA είναι ο συντονισμός και η οργάνωση του Rendezvous συστήματος. Έχοντας καθορίσει τις βασικές αυτές λειτουργίες, προχωρούμε στην περιγραφή της διαδικασίας εκείνης βάση της οποίας δύο διαφορετικά δικτυακά στοιχεία είναι σε θέση να επικοινωνήσουν και να ανταλλάξουν πληροφορία. Βάση της διαδικασίας αυτής, επεκτείνουμε το μηχανισμό αυτό προκειμένου να μπορούμε να υποστηρίξουμε την επικοινωνία σε ένα ολόκληρο δίκτυο, χρησιμοποιώντας ένα αλγόριθμο δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης, ο οποίος εκτελείται στους δρομολογητές. Με την ολοκλήρωση της διαδικασίας εκκίνησης του δικτύου, η επόμενη δραστηριότητα σχετίζεται με τον καθορισμό του μηχανισμού για την ανακάλυψη του Rendezvous συστήματος. Κεντρικά στοιχεία του συστήματος αυτού είναι τα Rendezvous Points (RVPs). Τα RVPs, όπως έχουμε ήδη αναφέρει, χρησιμοποιούνται προκειμένου να αποθηκεύουν και διαχειρίζονται publications και subscription τα οποία έχουν αποσταλεί από χρήστες. Εκτελούν τη διαδικασία του ταιριάσματος, και έπειτα εντοπίζουν τον publisher και ενορχηστρώνουν την παράδοση της πληροφορίας από τον publisher στον subscriber. Η διαδικασία για την ανακάλυψη της παρουσίας ενός RVP στο δίκτυο ακολουθεί ένα μηχανισμό πλημμύρας και οργανώνεται από τα RVAs. Δύο περιπτώσεις εξετάζονται σε αυτήν την κατεύθυνση: η εγκατάσταση και ανακοίνωση της παρουσίας είτε ενός μονού RVP είτε πολλαπλών RVPs. Και στις δύο περιπτώσεις περιγράφεται ο μηχανισμός για την ανακάλυψη των RVPs αυτών. Στη τελική φάση της παρούσας εργασίας, οι προαναφερθέντες μηχανισμοί αξιολογούνται με τη χρήση του προσομοιωτή δικτύων ns-3. Συγκεκριμένες παράμετροι της διαδικασίας αποτίμησης περιλαμβάνουν το μέγεθος των πινάκων δρομολόγησης βάση του αλγορίθμου δρομολόγησης κατάστασης ζεύξης που έχει υιοθετηθεί, το επίβαρο σηματοδοσίας για την ανακάλυψη ενός RVP όπως επίσης και το επίβαρο σηματοδοσίας για την επίλυση ενός publication που έστειλε ένας χρήστης. Μελλοντικά βήματα και ανοιχτά θέματα κλείνουν και συνοψίζουν την εργασία μας.
Scope of this work is to design and evaluate a proposed content-centric network architecture. More specifically, we focus on the bootstrap process of a publish/subscribe information centric network, where a set of proposed mechanisms and approaches are evaluated. The continuous growth of the Internet over the last decade has changed its initial design goal: nowadays users are more interested in what is exchanged in the Internet than communicating to a specific user in order to gain access to the content. Based on this critical issue, the networking research and industrial community has started to reexamine and study the current architectures so as to be able to specify the bottlenecks of the current implementations and approaches; then new, information-oriented architectures could be proposed in order to face these problems. Various architectures and research activities, which follow this information centric approach, have been proposed over the last years. Among other, CCN [11], PSIRP [12], 4WARD [13], and more recently NDN [14], PURSUIT [15] and SAIL [16] are only some of these initiatives. All these approaches place the notion and concept of Information as the core of the new proposed architectures. In these architectures, the datagram packets do not anymore contain any host-related information. Now, they contain an information label; this label is of critical importance, since based on this the network is able to have an overview of what is exchanged among the various network elements. Based on this knowledge the network is now able to perform a set of mechanisms which will enhance the efficiency of the network, whilst providing improved network performance for the users. Our work is based on the work initially designed by PSIRP and PURSUIT and follows the publish/subscribe paradigm. A network following this paradigm provides users with two basic operations: publish and subscribe. Thus, users (publishers andsubscribers respectively) use these two activities in order to communicate. The network is responsible for the matching of the publications with the subscriptions, an operation known as rendezvous. In case of such a matching, it notifies the publisher of this match and guides the dissemination of information to a subscriber. More specifically, we use the Rendezvous, Topology, Forwarding and Media architecture (RTFM) [10]. In RTFM, there are specific functions, namely Rendezvous, Topology, Forwarding and Media. Rendezvous operation is related to the matching of publications with subscriptions and locating the publishers. It is not involved in the delivery of information; the delivery of information is role of the Forwarding function. In order to be able to successfully deliver any information it uses information provided by the Topology function, which has a topological overview of the network. Based on this architecture, three different types of network elements are considered in a network, each one of them performing specific operations: routers, rendezvous points and hosts. Routers are simple packet switching elements that compute and maintain a topological view of the network and are assigned with a flat, topology independent identifier. In order to compute this view of the network topology, each router executes a link state routing algorithm. Rendezvous Points are the network nodes that perform the operation of Rendezvous, thus storing and processing all the available publications and subscriptions. Hosts are simple users that connect to the network and communicate only with their gateway routers. The role of these routers is to proxy user publications and subscriptions to the network. As already mentioned each packet (i.e. publication or subscription) is identified in the network by a pair of two identifiers, the Scope Id and the Rendezvous Id. The role of the Scope Id is to organize content into larger collections, while the Rendezvous Id is used as label for this packet. The usage of these two identifiers provides applications the capability to develop correlations among the information items exchanged, and thus apply various schemes on their management. Regarding the Forwarding function LIPSIN [19] approach is adopted. LIPSIN uses bloom filters (zFilters) for the forwarding of packets along a path. A network, that follows this approach, assigns a bloom filter identifier, calls LID, to its available links. In order to create a path, it encodes all LIDs of the routers in this path into a single LID, performing binary OR, and attach it to a packet. When this packet reaches a network element, this single LID is compared using binary AND with all LIDs of this element. In case of a successful matching, the packet is forwarded to this link, else it is discarded. In addition, except the LIDs, each network element has a local LID, called VLID. This identifier is used in order to specify the receiver of a packet. Next, in our work, we describe the bootstrap operation of an information centric network. Initially we present the inter-process communication in a single node, which is based on the publish/subscribe paradigm. The internal structure of a network element is built around the Local Rendezvous Component (LocRC) which provides an inter process communication mechanism to the various system operations. Around LocRC, the Rendezvous Agent (RVA), the Topology Manager Component (TMC), the Forwarding Component (FwdC) and the Link Layer Rendezvous Component (LLRC) are specified. LocRC performs the Rendezvous operation inside the element, storing and processing the publications and subscriptions published by other processes. FwdC performs the Forward function, transmitting packets to the LLRC, and next to the network interfaces. In order a system or user process to send a publication to another host, these processes have to pass the publication to the FwdC via the LocRC. TMC is responsible for maintaining the topological view of the network, whilst the RVA’s role is to coordinate and organize the efficient operation of the Rendezvous system. Having specified these basic processes, we continue to the description of the procedure basedon which two separate network elements are able to communicate and exchange information. Based on this procedure, we extend our mechanism in order to be able to support the communication for the whole network, using a link state routing algorithm that runs in routers. Upon bootstrapping the network, the next activity is related to the specification of the mechanism for the discovery of the Rendezvous system. Core elements of this system are the Rendezvous Points (RVPs). RVPs, as already discussed, are used in order to store and manage publications and subscription sent by users. They perform the matching, and then locate the publishers and orchestrate the delivery of information from the publisher to the subscriber. The procedure for the RVP presence in the network follows a flooding mechanism and is organized by the RVAs. Two cases are examined in this direction: the deployment and announcement of presence of either a single RVP or multiple RVPs. In both cases, the mechanism for the discovery of these RVPs is presented. In the final phase of this work, the aforementioned mechanisms and approaches are evaluated using the network simulator ns-3. Specific parameters of the evaluation include the size of the routing tables based on the adopted link state routing algorithm and the signaling overhead that is required for both the discovery of the Rendezvous Point as well as the signaling overhead for resolving a publication sent by a host. Future steps and open issues are also presented in order to conclude this work.
|
|---|
Copyright © 2013 Βιβλιοθήκη Ο.Π.Α. Με την επιφύλαξη παντός δικαιώματος.