1969年，美國國防部高級研究項(xiàng)目管理局APRA建立了一個(gè)有關(guān)分組交換的廣域網(wǎng)項(xiàng)目，而對后世產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的互聯(lián)網(wǎng)底層通信協(xié)議——TCP/IP就是起源于該項(xiàng)目。從一定意義上講，正是有了TCP/IP協(xié)議的支撐，我們才能感受到互聯(lián)網(wǎng)世界的互聯(lián)互通。
但是，隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，TCP/IP協(xié)議開始顯露出非常多的問題，包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量QoS管控能力弱，網(wǎng)絡(luò)帶寬和性能不能滿足用戶的需求，更重要的是，網(wǎng)絡(luò)安全漏洞多，容易遭受攻擊和傳輸可信度不高。所以近些年，業(yè)界和學(xué)術(shù)界都在探索新的通信解決方案，希望能夠解決掉TCP/IP協(xié)議眾多不足，從而更好地順應(yīng)區(qū)塊鏈時(shí)代發(fā)展的潮流。
在這種大背景下，信息中心網(wǎng)絡(luò)（Information-Centric Networking，ICN）應(yīng)運(yùn)而生。這是一種將互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)通信架構(gòu)從基于端到端連接的、以主機(jī)為中心的通信范式變革為以重點(diǎn)識別信息（內(nèi)容或者數(shù)據(jù)）的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系。
ICN技術(shù)特點(diǎn)是，一切都是信息，信息互聯(lián)；我們通過信息的名字就可以標(biāo)識每一個(gè)信息；而網(wǎng)絡(luò)的作用就是管理所有的信息流動(dòng)和緩存，并用正確的信息快速響應(yīng)信息的請求者。學(xué)術(shù)界很多專家都認(rèn)為，ICN將會引領(lǐng)電信行業(yè)的第三次革命。
相對于現(xiàn)有的TCP/IP，信息中心網(wǎng)絡(luò)具有哪些優(yōu)勢？
在以往的TCP/IP協(xié)議中，客戶機(jī)必須首先選擇一個(gè)可以提供內(nèi)容的服務(wù)器地址。而ICN打破了這種以主機(jī)為中心的模式。在這種通信范式中，機(jī)器之間的連接可以是斷斷續(xù)續(xù)的，也可以同名的利用終端主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點(diǎn)作為緩存，因?yàn)榇鎯υ诰W(wǎng)絡(luò)路由中和存儲在終端主機(jī)中的數(shù)據(jù)具有完全的等值性，在信息中心網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)中的一切都可以看做是信息，可以說是一個(gè)數(shù)據(jù)內(nèi)容互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，而非主機(jī)互聯(lián)，其核心對象是信息，通過數(shù)據(jù)的名字來標(biāo)識每一個(gè)信息單元。
那么，對比傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議，信息中心網(wǎng)絡(luò)ICN具有哪些優(yōu)勢呢？我們將從去中心化、成本以及安全等三個(gè)角度來進(jìn)行說明。
1. 避免中心化帶來的壟斷
眾所周知，高度中心化導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)安全性很低和高度壟斷，而高度壟斷化，又使得整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)缺乏生機(jī)，發(fā)展速度也會逐步降低。
在ICN中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)既是客戶端又是服務(wù)器，如此一來，既可從其他節(jié)點(diǎn)下載數(shù)據(jù)，也可讓其他節(jié)點(diǎn)來下載數(shù)據(jù)，將原來專業(yè)機(jī)房的大型服務(wù)器提供的工作分散轉(zhuǎn)移到無數(shù)的普通節(jié)點(diǎn)上。這樣的話，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只承擔(dān)一小部分原先屬于服務(wù)器的工作，即便某個(gè)節(jié)點(diǎn)出了問題，它的工作自動(dòng)由其他節(jié)點(diǎn)銜接起來，所以原來一個(gè)服務(wù)器出問題，就可能造成比較大的影響（比如服務(wù)運(yùn)營商出現(xiàn)宕機(jī)事件）。一旦使用了ICN，即使某幾個(gè)節(jié)點(diǎn)甚至幾百個(gè)節(jié)點(diǎn)出了問題，都不會影響到網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。
2. 節(jié)約帶寬成本
當(dāng)下互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP協(xié)議，都是從中央數(shù)據(jù)中心來獲取內(nèi)容，這種方式導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁擠不堪、文件訪問效率低下。然而在ICN中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)即是客戶端又是服務(wù)器，換句話說有無數(shù)的服務(wù)器，下載數(shù)據(jù)時(shí)可同時(shí)從多個(gè)就近節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)下載，可以數(shù)倍提高數(shù)據(jù)傳輸速度，并大幅度節(jié)約寬帶成本，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行也將變得更為通暢。
3. 隱私安全問題
如今的互聯(lián)網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)之間通信都是依賴中間服務(wù)器，故此一旦服務(wù)器受到黑客攻擊，數(shù)據(jù)隱私很容易被竊取、買賣，甚至被公之于眾，直接對用戶造成巨大的傷害。
而ICN網(wǎng)絡(luò)完美解決了這一問題。因?yàn)樵贗CN網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)融入安全特性，ICN會以數(shù)據(jù)簽名為數(shù)據(jù)傳輸?shù)於ò踩A(chǔ)，更多地關(guān)注內(nèi)容的安全，從而確保數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容能夠自證安全。
信息中心網(wǎng)路的種類有哪些？
以IPFS為代表：依然構(gòu)建在現(xiàn)有TCP/IP網(wǎng)絡(luò)之上
IPFS，又稱「星際文件系統(tǒng)」。簡單點(diǎn)說，它是一個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)的分布式文件系統(tǒng)（和比特幣技術(shù)一樣），通過底層協(xié)議，可以讓存儲在IPFS系統(tǒng)上的文件，在全世界任何一個(gè)地方快速獲取，且不受防火墻的影響。
以NDN為代表：顛覆了現(xiàn)有的TCP/IP通信模型
命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)NDN（Named-Data Networking），該項(xiàng)目是2010年獲得美國國家自然基金NSF（National Sicence Foundation）投入近800萬美元支持的未來互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)FIND（Future Internet Design）專項(xiàng)研究的一個(gè)基礎(chǔ)研究信息中心網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目。主要由加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的張麗霞教授和Van Jacobson先生（目前就職于美國Google公司，UCLA兼職教授）所領(lǐng)導(dǎo)，他們兩位目前都是美國計(jì)算機(jī)協(xié)會ACM（Association for Computing Machinery）和電氣和電子工程師協(xié)會IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers,）的會士，該項(xiàng)目共有12所美國高校和研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合參加。
這個(gè)項(xiàng)目早前也被稱為內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)CCN（Content Centric Networking），是由帕洛阿托研究中心PARC（Palo Alto Research Center）在NDN項(xiàng)目獲得NSF立項(xiàng)之前的項(xiàng)目簡稱。PARC實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于ICN思想的開源代碼系統(tǒng)CCNx，這也是NDN項(xiàng)目的一個(gè)早期的原型研究基礎(chǔ)。
IPFS VS NDN
在2019年9月25日通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的旗艦型會議SIGCOMM上，來自來自倫敦大學(xué)、加州大學(xué)洛杉磯分校、日本大阪大學(xué)的8位計(jì)算機(jī)科學(xué)家發(fā)布了關(guān)于全新的IPFS數(shù)據(jù)檢索方案的論文得到了分布式存儲行業(yè)學(xué)者和專家的關(guān)注，該論文指出——運(yùn)用NDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)的IPFS數(shù)據(jù)檢索能力將提高20倍以上，具體數(shù)據(jù)如下：
該論文指出，NDN比IPFS表現(xiàn)更好的方面主要體現(xiàn)在內(nèi)容的尋址和下載，由于IPFS 是構(gòu)建在以TCP/IP 為通信的模式之上，采用DHT和Bitswap進(jìn)行尋址和內(nèi)容傳輸，從而導(dǎo)致過多的不必要的性能損耗，效率低下。而構(gòu)建在NDN網(wǎng)絡(luò)之上的IPFS，得益于NDN自帶的自適應(yīng)路由和層級數(shù)據(jù)命名協(xié)議，具有更好的性能。
NDN或?qū)㈩嵏参磥砘ヂ?lián)網(wǎng)的底層通信基礎(chǔ)
隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求的不斷發(fā)展，內(nèi)容數(shù)據(jù)已經(jīng)是當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)流量最大需求方，在這樣的背景下，傳統(tǒng)的TCP/IP架構(gòu)的以主機(jī)尋址為核心的架構(gòu)設(shè)計(jì)，在當(dāng)今內(nèi)容為主要流量的需求下，逐漸暴露弊端。其實(shí)早在2010年，不同于TCP/IP的以內(nèi)容為中心的網(wǎng)絡(luò)（ICN）架構(gòu)設(shè)計(jì)就逐漸在科研界出現(xiàn)，并獲得了大量高校企業(yè)和政府的支持。
近年來以NDN為代表的開源科研項(xiàng)目更是其中的佼佼者。NDN項(xiàng)目旨在通過建立全新的ICN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系，爭取逐步替代主宰互聯(lián)網(wǎng)半個(gè)世紀(jì)的TCP/IP協(xié)議。NDN力求從協(xié)議架構(gòu)設(shè)計(jì)上徹底地解決TCP/IP設(shè)計(jì)上的諸多不適應(yīng)性。NDN也是目前國際上學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界非常看好的項(xiàng)目，現(xiàn)在參與NDN生態(tài)的，不僅有很多學(xué)術(shù)圈的學(xué)者在關(guān)注這個(gè)項(xiàng)目，同時(shí)包括法國電信、英國電信、韓國電信、思科、華為、三星、Bell實(shí)驗(yàn)室等不少通信領(lǐng)域的大型運(yùn)營商和設(shè)備研究企業(yè)已經(jīng)在重點(diǎn)關(guān)注和參與該項(xiàng)目了。
隨著互聯(lián)網(wǎng)新時(shí)代的到來，傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)已經(jīng)搖搖欲墜，新的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)呼之欲出，我們相信將會有更多的新技術(shù)和ICN結(jié)合共建互聯(lián)網(wǎng)的美好明天。我們也相信，NDN 技術(shù)或?qū)⒊蔀楸姸嗉夹g(shù)中最為耀眼的一顆明星。
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