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　　1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 4.6 (22)申请日 2020.06.22 (71)申请人 电子科技大学 地址 611731 四川省成都市高新区 （西区） 西源大道2006号 (72)发明人 王雄周坪任婧徐世中 (74)专利代理机构 成都行之专利代理事务所 (普通合伙) 51220 代理人 温利平 (51)Int.Cl. G06F 16/957(2019.01) (54)发明名称 一种基于可编程交换机的网内缓存方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于可编程交换机的网 内缓存方法， 在网络。

　　2、中选取部分节点作为内容缓 存节点， 内容缓存节点由缓存服务器和可编程交 换机组成， 当内容请求数据包经过内容缓存节点 时， 可以判断本内容缓存节点中缓存服务器是否 缓存有内容请求的内容(热点内容)。 对于缓存服 务器缓存内容的请求将在缓存服务器中被响应， 而不用传输到内容提供服务器。 本发明通过将热 点内容缓存在网络中， 降低了用户对热点请求的 响应时延； 同时， 因为热点内容请求在内容缓存 节点被响应， 所以内容提供服务器需要处理的请 求减少了， 降低了内容提供服务器的负载； 此外， 大多内容请求的流量在网络中被响应了， 降低了 网络中的流量。 权利要求书1页 说明书4页 附图6页 CN 1。

　　3、11797341 A 2020.10.20 CN 111797341 A 1.一种基于可编程交换机的网内缓存方法， 其特征在于， 包括以下步骤： (1)、 网络的硬件处理 在被测网络中选取一部分节点作为内容缓存节点， 内容缓存节点由可编程交换机与缓 存服务器组成， 可编程交换机上配置有用于识别热点内容(网络中流行度较高的内容)的 match-action(匹配-动作)表， 缓存服务器中缓存有热点内容； (2)、 用户的内容获取 (2.1)、 用户将自己需要获取的内容的内容名， 封装至内容请求数据包， 发送至指定内 容提供服务器； (2.2)、 依据内容请求数据包是否经过内容缓存节点， 分为两种。

　　4、情况： 如果不经过， 内容 请求数据包会发送至内容提供服务器， 执行步骤(2.6)， 如果经过， 执行步骤(2.3)； (2.3)、 内容请求数据包经过内容缓存节点时， 内容缓存节点中的可编程交换机解析内 容请求数据包， 识别内容请求数据包中的内容名； (2.4)、 可编程交换机将内容请求数据包的内容名与match-action(匹配-动作)表中的 热点内容名匹配， 如果没有匹配成功， 则表明对应的内容没有缓存于缓存服务器中， 内容请 求数据包发送至内容提供服务器， 执行步骤(2.6)， 如果匹配成功， 则表明对应的内容为热 点内容， 并缓存于缓存服务器中， 进行步骤(2.5)； (2.5)、。

　　5、 可编程交换机修改内容请求数据包的目的IP地址， 将内容请求数据包转发至内 容缓存节点中的缓存服务器， 执行步骤(2.7)； (2.6)、 内容提供服务器接收到内容请求数据包， 响应内容请求， 响应完毕后结束； (2.7)、 缓存服务器接收到内容请求数据包， 响应内容请求， 响应完毕后结束。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111797341 A 2 一种基于可编程交换机的网内缓存方法 技术领域 0001 本发明属于内容缓存技术领域， 更为具体地讲， 涉及一种基于可编程交换机的网 内缓存方法。 背景技术 0002 网络内容服务商为了满足用户对于高效网络服务的需求， 并降低自己的服务器负 载，。

　　6、 一般使用内容缓存技术将用户请求分担给离用户较近的内容缓存节点处理。 0003 由于内容缓存节点的硬件资源有限， 不可能缓存所有的内容。 热点内容往往会比 其它的内容收到更多的请求， 是内容缓存技术有效的先决条件。 内容缓存节点只需要缓存 部分内容即热点内容便可以有效地减少请求响应时延以及降低服务器的负载。 0004 现有的内容缓存方案， 主要分为缓存服务器缓存以及网内缓存， CDN和CCN分别是 这两类缓存方案中最为经典的两种。 但这两种缓存方案仍然有各自的不足： CDN的全称是 Content Delivery Network， 即内容分发网络， 其通过在网络边缘部署缓存服务器实现内 容缓。

　　7、存， 没有实现内容的网内缓存， 此外它还需要复杂的DNS解析机制以及消耗更多的硬件 资源； CCN的全称是Content Centric Network， 即内容中心网络， 其使用路由器做高速网内 缓存， 但它目前没有成熟的硬件支持并且部署需要改变现有整个网络体系， 距离部署落地 还需要很长的时间。 发明内容 0005 本发明的目的在于克服现有内容缓存方案的不足， 提供一种基于可编程交换机的 网内缓存方法， 以减少内容请求响应时延， 降低服务器负载并减少网络流量。 0006 为实现上述发明目的， 本发明基于可编程交换机的网内缓存方法， 其特征在于， 包 括以下步骤： 0007 (1)、 网络的。

　　8、硬件处理 0008 在被测网络中选取一部分节点作为内容缓存节点， 内容缓存节点由可编程交换机 与缓存服务器组成， 可编程交换机上配置有用于识别热点内容(网络中流行度较高的内容) 的match-action(匹配-动作)表， 缓存服务器中缓存有热点内容； 0009 (2)、 用户的内容获取 0010 (2.1)、 用户将自己需要获取的内容的内容名， 封装至内容请求数据包， 发送至指 定内容提供服务器； 0011 (2.2)、 依据内容请求数据包是否经过内容缓存节点， 分为两种情况： 如果不经过， 内容请求数据包会发送至内容提供服务器， 执行步骤(2.6)， 如果经过， 执行步骤(2.3)； 00。

　　9、12 (2.3)、 内容请求数据包经过内容缓存节点时， 内容缓存节点中的可编程交换机解 析内容请求数据包， 识别内容请求数据包中的内容名； 0013 (2.4)、 可编程交换机将内容请求数据包的内容名与match-action(匹配-动作)表 中的热点内容名匹配， 如果没有匹配成功， 则表明对应的内容没有缓存于缓存服务器中， 内 说明书 1/4 页 3 CN 111797341 A 3 容请求数据包发送至内容提供服务器， 执行步骤(2.6)， 如果匹配成功， 则表明对应的内容 为热点内容， 并缓存于缓存服务器中， 进行步骤(2.5)； 0014 (2.5)、 可编程交换机修改内容请求数据包的目。

　　10、的IP地址， 将内容请求数据包转发 至内容缓存节点中的缓存服务器， 执行步骤(2.7)； 0015 (2.6)、 内容提供服务器接收到内容请求数据包， 响应内容请求， 响应完毕后结束； 0016 (2.7)、 缓存服务器接收到内容请求数据包， 响应内容请求， 响应完毕后结束。 0017 本发明的发明目的是这样实现的： 0018 本发明基于可编程交换机的网内缓存方法， 基于CCN(内容中心网络)的网内缓存 思想， 利用可编程交换机可以灵活解析数据包的特点， 在网络中选取部分节点作为内容缓 存节点， 内容缓存节点由缓存服务器和可编程交换机组成， 其中缓存服务器中缓存网络中 流行度较高的内容(热点内。

　　11、容)； 可编程交换机作为内容请求数据包(简称内容请求)识别设 备， 当内容请求经过内容缓存节点时， 可以判断本内容缓存节点中缓存服务器是否缓存有 内容请求的内容(热点内容)。 对于缓存服务器缓存内容的请求将在缓存服务器中被响应， 而不用传输到内容提供服务器。 本发明通过将热点内容缓存在网络中， 降低了用户对热点 请求的响应时延； 同时， 因为热点内容请求在内容缓存节点被响应， 所以内容提供服务器需 要处理的请求减少了， 降低了内容提供服务器的负载； 此外， 大多内容请求的流量在网络中 被响应了， 降低了网络中的流量。 附图说明 0019 图1是本发明基于可编程交换机的网内缓存方法一种具体实施方。

　　12、式的流程图； 0020 图2是本发明的架构一具体实例图； 0021 图3是本发明的内容请求数据包结构一具体实例图； 0022 图4是GEANT拓扑中选取的不同数目内容缓存节点图， 其中， (a)为一个内容缓存节 点， (b)为两个内容缓存节点， (c)为三个内容缓存节点， (d)为四个内容缓存节点； 0023 图5是BICS拓扑中选取的不同数目内容缓存节点图， 其中， (a)为一个内容缓存节 点， (b)为两个内容缓存节点， (c)为三个内容缓存节点， (d)为四个内容缓存节点， (e)为五 个内容缓存节点， (f)为六个内容缓存节点； 0024 图6是不同数量内容缓存节点， 不同缓存命中率的。

　　13、内容请求响应时延曲线图， 其 中， (a)为GEANT拓扑， (b)为BICS拓扑； 0025 图7是不同数量内容缓存节点， 不同缓存命中率的服务器处理数据包数曲线图， 其 中， (a)为GEANT拓扑， (b)为BICS拓扑。 具体实施方式 0026 下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述， 以便本领域的技术人员更好地 理解本发明。 需要特别提醒注意的是， 在以下的描述中， 当已知功能和设计的详细描述也许 会淡化本发明的主要内容时， 这些描述在这里将被忽略。 0027 图1是本发明基于可编程交换机的网内缓存方法一种具体实施方式的流程图。 0028 在本实施例中， 如图1所示， 本发明基于。

　　14、可编程交换机的网内缓存方法包括以下步 骤： 说明书 2/4 页 4 CN 111797341 A 4 0029 步骤S1： 网络的硬件处理 0030 在被测网络中选取一部分节点作为内容缓存节点， 内容缓存节点由可编程交换机 与缓存服务器组成， 可编程交换机上配置有用于识别热点内容(网络中流行度较高的内容) 的match-action(匹配-动作)表， 缓存服务器中缓存有热点内容。 0031 在本实施例中， 网络架构如图2所示， 用户1、 用户2可通过内容缓存节点访问内容 提供服务器， 内容缓存节点由可编程交换机与缓存服务器组成。 0032 步骤S2： 用户的内容获取 0033 步骤S2.1： 。

　　15、用户将自己需要获取的内容的内容名， 封装至内容请求数据包， 发送至 指定内容提供服务器。 0034 在本实施例中， 用户将自己需要获取的内容的内容名， 放入内容请求数据包的 cname字段， 内容请求数据包格式如图3所示， 发送至指定内容提供服务器， 并设置type为0， 表示此数据包是一个请求数据包。 0035 步骤S2.2： 依据内容请求数据包是否经过内容缓存节点， 分为两种情况： 如果不经 过， 内容请求数据包会发送至内容提供服务器， 执行步骤S2.2， 如果经过， 执行步骤S2.3。 0036 步骤S2.3： 内容请求数据包经过内容缓存节点时， 内容缓存节点中的可编程交换 机解析内容请。

　　16、求数据包， 识别内容请求数据包中的内容名。 0037 在本实施例中， 如图2所示， 用户1、 2发送的内容请求数据包经过内容缓存节点， 此 时， 内容缓存节点中的可编程交换机解析内容请求数据包， 识别内容请求数据包中的内容 名。 0038 步骤S2.4： 可编程交换机将内容请求数据包的内容名与match-action(匹配-动 作)表中的热点内容名匹配， 如果没有匹配成功， 则表明对应的内容没有缓存于缓存服务器 中， 内容请求数据包发送至内容提供服务器， 执行步骤S2.6， 如果匹配成功， 则表明对应的 内容为热点内容， 并缓存于缓存服务器中， 进行步骤S2.5。 0039 在本实施例中， 如。

　　17、图2所示， 用户1发送的内容请求数据包的内容名与match- action(匹配-动作)表中的热点内容名匹配成功； 而用户2发送的内容请求数据包的内容名 与match-action(匹配-动作)表中的热点内容名没有匹配成功， 此时， 将内容请求数据包发 送至内容提供服务器。 0040 步骤S2.5： 可编程交换机修改内容请求数据包的目的IP地址， 将内容请求数据包 转发至内容缓存节点中的缓存服务器， 执行步骤S2.7。 0041 步骤S2.6： 内容提供服务器接收到内容请求数据包， 响应内容请求， 响应完毕后结 束。 0042 内容提供服务器接收到用户2发送的内容请求数据包， 响应内容请求， 。

　　18、将内容封装 至数据包的content字段， 向用户发送内容数据包， 其中内容数据包的type字段设置为1， 表 示此数据包是一个内容数据包。 0043 步骤S2.7： 缓存服务器接收到内容请求数据包， 响应内容请求， 响应完毕后结束。 0044 缓存服务器接收到用户1发送内容请求数据包， 响应内容请求， 将内容封装至数据 包的content字段， 向用户发送内容数据包， 其中内容数据包的type字段设置为1， 表示此数 据包是一个内容数据包。 0045 实例 说明书 3/4 页 5 CN 111797341 A 5 0046 使用Zipf分布生成为每个用户生成10000条请求， 用户发送这10。

　　19、000条请求进行内 容获取。 分别在网络拓扑中放置不同数量的缓存节点。 不同数据缓存节点放置位置如图4、 图5所示， 图中的圆圈代表交换机节点， 圆圈中的数字代表交换机的编号， 用户与内容提供 服务器均使用正方形表示。 在图4中展示了GEANT拓扑中放置1到4个缓存节点的硬件处理结 果， 如图4(a)(d)所示， 其中， 用户有三个， 分别是P1、 P2、 P3， 内容提供服务器有四个， 分别 为S1、 S2、 S3、 S4。 在图5中展示了BICS拓扑中放置1到6个缓存节点的硬件处理结果， 如图5 (a)(d)所示， 其中， 用户有三个， 分别是P1、 P2、 P3， 内容提供服务器有六个，。

　　20、 分别为S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6。 在不同缓存节点数目以及缓存服务器缓存不同数量的热点内容， 测量用户所 有请求被响应的时延总和以及各个内容提供服务器需要处理的内容请求数目。 0047 图6是不同数量内容缓存节点， 不同缓存命中率的内容请求响应时延图， 其中， (a) 为GEANT拓扑， (b)为BICS拓扑。 不同缓存命中率表示当请求数据包经过缓存节点能够被缓 存节点处理概率， 从图6中可以看出在GENAT拓扑中最多可以减少51的时延， 在BICS拓扑 中最多可以减少58的时延， 并且时延随着网络拓扑中缓存节点数目的增多而降低。 缓存 命中率也是影响时延的重要因素， 缓存。

　　21、命中率增加意味着更多的内容请求包可以在离用户 较近的节点得到响应。 缓存命中率从50增加到80的过程中， 时延都在减少， 而在90却 相对与80的缓存命中率情况有少量的增加。 主要的原因是为了达到更高的缓存命中率， 在内容缓存节点需要存储更多的内容， 导致在内容缓存节点中匹配的表项数增加， 需要花 费更多的时间在可编程交换机上进行匹配。 0048 图7是不同数量内容缓存节点， 不同缓存命中率的服务器处理数据包数曲线图， 其 中， (a)为GEANT拓扑， (b)为BICS拓扑。 从图7可以看出随着内容缓存节点数目与缓存命中率 的增加， 服务器处理的数据包数目减少。 0049 从本实例来看， 通。

　　22、过在拓扑中放置缓存节点的方式可以提升用户的请求响应速度 以及减小内容提供服务器的负载， 并且也减少了网络中的流。 0050 尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述， 以便于本技术领域的技术 人员理解本发明， 但应该清楚， 本发明不限于具体实施方式的范围， 对本技术领域的普通技 术人员来讲， 只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内， 这些 变化是显而易见的， 一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。 说明书 4/4 页 6 CN 111797341 A 6 图1 说明书附图 1/6 页 7 CN 111797341 A 7 图2 图3 说明书附图 2/6 页 8 CN 111797341 A 8 图4 说明书附图 3/6 页 9 CN 111797341 A 9 图5 说明书附图 4/6 页 10 CN 111797341 A 10 图6 说明书附图 5/6 页 11 CN 111797341 A 11 图7 说明书附图 6/6 页 12 CN 111797341 A 12 。