服務定制網絡

劉韻潔，黃韜，張嬌，劉江，姚海鵬，謝人超

（北京郵電大學 網絡與交換國家重點實驗室，北京 100876）

1 引言

當前，中國互聯網規模以及用戶數量已位列全球第一。據中國互聯網信息中心（CNNIC, China internet network information center）公布的第34次中國互聯網絡發展狀況統計報告[1]顯示，截至2014年6月，我國互聯網用戶數量達到6.32億，占總人口約46.9%。另外，知名風投公司KPCB指出，截至 2013年，中國移動互聯網活躍用戶已經高達 5億，全球占比最高。

然而，隨著互聯網規模的飛速增長以及互聯網應用的多樣化，現有網絡也逐步顯現出了各種問題，其中2個非常關鍵的挑戰如下。

1) OTT業務的飛速發展。近年來，實時通信工具、在線視頻等 OTT業務蓬勃發展，用戶數量和數據流量快速增長。截至2013年10月，微信用戶數量已經突破6億，Facebook用戶數量超過10億。思科預計2016年，OTT業務數據流量將占據移動數據流量的71%。OTT業務的飛速發展帶來的數據流量增加必然會導致互聯網帶寬被大量占用。然而，由于 OTT業務服務商直接面向用戶提供服務和計費，使基礎網絡提供商變成了單純的數據傳輸通道，因此缺乏足夠的動力進行網絡基礎設施的擴容。可以預測，如果按照這一趨勢，某一天整個產業生態鏈將會崩塌。那么如何緩解流量快速增長這一問題，一些專家提出對OTT業務流量收費的方式，然而這一方法可能會影響到整個互聯網生態圈的蓬勃發展，事實上，互聯網業務的快速發展與其不按流量收費密切相關，如果按照流量收費，將會制約互聯網業務的發展，甚至可能會阻礙其創新。

另外一個可行的思路是對網絡進行改造，以提供差異性服務的能力，進而引入經濟模型，引導用戶高效合理地使用網絡資源。事實上，當前互聯網應用提供商對于網絡差異性服務能力的需求非常強烈，例如，亞馬遜指出網絡延遲每增加0.1 s，每年銷售將減少1%[2]，谷歌指出用戶搜索延遲每增加0.5 s，搜索量將會減少20%[3]。據調查，85%的內容提供商為了提高用戶的業務體驗，愿意為更好的網絡服務質量支付最高25%溢價，但是由于當前網絡體系架構不靈活，并不能為特定用戶提供差異性的服務質量。于是，Google等大型內容提供商已經開始試圖構建自己的基礎網絡來更靈活地使用網絡資源，從而滿足業務需求[4]。但是，這僅僅是少數大型企業能夠選擇的技術路線，同時也會造成基礎設施資源的巨大浪費。

如果可以構建更加靈活并能為愿意付費用戶提供有服務質量保障的基礎網絡，則互聯網可以持續健康的發展。為了構建這樣一個網絡，可以借鑒交通系統的差異化運輸方式，令網絡具有提供高速公路、普通公路、普通火車、高鐵等差異化服務的能力，普通用戶可以免費使用普通公路，但是服務質量不能得到保障；而對于服務質量有需求的用戶，可以選擇付一定費用來得到更高的服務質量。這樣一來，一方面對網絡有服務質量需求的內容提供商可以得到服務保障，而普通用戶和小型創業公司等可以繼續免費使用互聯網，促進互聯網的蓬勃發展。另一方面，基礎網絡提供者會有更高的動力去建設基礎網絡設施，來更好地滿足不同用戶對基礎網絡的需求。

2) 互聯網中信息存在大量冗余。當前互聯網中的大部分內容分發型應用存在大量重復傳輸問題，尤其是視頻流量，例如優酷 2011年播放量過億次電視劇超過 30部。而當前互聯網中視頻流量占據了大部分，思科預計未來在線視頻流量將會占據互聯網流量的90%以上。這些冗余流量會浪費大量網絡帶寬，因此消除信息冗余需求十分迫切。當前網絡中主要是利用內容分發網絡（CDN, content delivery network）技術來減少信息冗余。但是，傳統CDN的解決方案存在諸多不足，一方面，其采用重疊網（overlay network）的方式進行設計，增加了成本，造成了基礎設施資源的浪費。另一方面，通常只有較成熟的公司才有能力去購買 CDN服務，因此 CDN技術只是減小了購買其服務的內容提供商的數據流量，并不是一個整體解決方案。對于基礎網絡來說，由于缺乏對內容資源的智能調度能力，信息冗余仍然大量存在，因此基礎網絡具備信息冗余消除能力十分必要。同時調查指出，存儲容量比帶寬增長速度更快，而且存儲成本價格比帶寬價格下降更快，按照目前數據，存儲容量平均每1.7年翻倍，而帶寬平均每2.4年翻倍；存儲成本每年下降40%，而帶寬成本每年只下降26%[5]。因此從發展趨勢來看，未來在基礎網絡中部署緩存來減小信息冗余也是一個大的方向。

除了以上2個挑戰，當今互聯網業務種類飛速增加，個性化需求不斷出現，尤其是工業和工業互聯網、能源互聯網、車聯網以及更多的業務體驗需要差異化服務。因此，需要探索新的網絡體系架構來從根本上解決當今互聯網面臨的這些問題，滿足用戶的個性需求。在本文中，提出一種新的網絡體系架構服務定制網絡（SCN），試圖構建一種開放可擴展、高效靈活調度信息資源的具有差異性服務能力的網絡體系架構，從而網絡基礎設施提供商可根據用戶的個性化需求，實現計算、存儲、帶寬等網絡資源靈活調度，構建具有不同服務能力的虛擬網絡，進而構建新的產業生態鏈。

SCN基于軟件定義網絡思想設計，軟件定義網絡的主要特點是數據控制相分離以及數據平面可編程，而數據平面只提供了基本的數據轉發能力，并不具有提供服務區分以及消除信息冗余的能力。但是，這些能力在未來網絡中是非常必要的。所以，在 SCN中，增加了網絡虛擬化能力、大數據測量感知能力以及內容智能調度能力。SCN網絡體系架構主要具有3個特點。

1) 基于網絡控制（軟件實現）與數據交換（硬件實現）分離解決網絡管理復雜的問題，同時具有靈活構建不同服務質量等級的虛擬網絡功能，從而可以為不同用戶提供差異化服務。

2) 實現信息內容資源智能有序調度，內容貼近用戶部署，解決信息重復傳輸問題，從而可以更有效利用基礎網絡資源。

3) 基于大數據思想實現網絡測量、感知與分析，為網絡智能調度、控制提供支撐。

2 相關工作

當前互聯網面臨的問題日益嚴峻，近幾年學術界對未來網絡體系架構的研究很多，側重點各有不同，主要從網絡管理、信息冗余、移動性、安全性等幾個方面進行展開。本節將對當前典型未來網絡體系架構進行簡要的總結。

2.1 靈活管控

A. Greenberg等人于2005年提出了4D[6]網絡體系架構，旨在針對當前網絡邏輯決策平面和分布式硬件設備結合過緊的問題將決策邏輯從底層協議中完全分離出來，從而簡化網絡管理。4D項目倡導4個主要平面：數據平面、發現平面、分發平面和決策平面。其中，數據平面負責數據轉發功能；發現平面負責發現網絡中的物理組件，并為決策平面提供構建網絡視圖的基本信息；分發平面在決策平面和路由器之間建立可靠的通信通道；決策平面通過邏輯上集中的控制器將網絡功能轉換成數據分組處理狀態。在4D項目的基礎上，2007年，斯坦福大學研究人員 Martin Casado等人提出的Ethane[7]將安全管理策略添加到網絡管理當中，擴充了中央控制器的管理功能，實現了更細粒度的流表轉發策略。在 Ethane網絡中，中央控制器和Ethane交換機是 2個主要部件，其中中央控制器負責完成網絡主機認證、IP分配和產生交換機流表等基本功能，是整個網絡的控制決策層；Ethane交換機則負責根據控制器部署的流表進行報文轉發，是一個簡單的、啞的數據轉發單元。在Ethane工作的基礎上，斯坦福大學的研究人員于2008年提出了OpenFlow技術，并逐漸推廣SDN技術。SDN技術中的邏輯控制和數據轉發分離架構的設計思想簡化了網絡管理和配置操作，實現了高層控制邏輯的頑健性。另外，其軟件可編程的特性使得網絡體系架構更加靈活，有利于創新應用的部署以及網絡架構的演進。

2.2 信息冗余

施樂帕洛阿爾托研究中心的 Van Jacobson于2006年分析認為網絡的應用呈現以信息為中心的特點，提出了信息中心網絡的架構。其核心思想是采用類似 URL的層次化命名方式對信息命名，從而方便用戶進行信息搜索和信息獲取。這種架構將IP地址為中心過渡到了以信息為中心，網絡節點通過緩存數據可以有效降低信息冗余、加快對終端用戶的響應速度。

這類網絡體系架構的代表工作包括DONA[8]、NDN[9]、CCN[10]、ICN[11]等。它們主要有3個共性特性。1）基于分布/訂閱模式。發布者將內容公開，訂閱者需要時要請求即可。這種模式對發布者和訂閱者在空間和時間上都進行了解耦，即發布者和訂閱者不需要知道對方的位置，也不需要同時在線。2）全網緩存。當一個網絡節點收到一個內容請求時，如果本地緩存中有此內容則直接回復，否則向鄰居節點請求此內容，并在收到此內容時在本地進行緩存。這種緩存的全局性體現在3方面：對所有協議的內容都進行緩存；對所有用戶的內容都進行緩存；網絡中所有節點而非部分節點緩存數據。3）面向內容的安全模型。由于在此類網絡體系架構中，內容大都來自于網絡節點而非源服務器，因此安全模型不能基于源地址。所以，內容發布者會對發布的內容進行簽名，然后，訂閱者只需要檢驗內容簽名的有效性即可。

2.3 其他

除了以上2種未來網絡體系架構外，還有一些架構重點對移動性、安全性和可重構方面進行了考慮。在移動性方面的典型代表為美國 NSF的 FIA項目提出的對移動性支持良好的未來網絡體系架構MobilityFirst[12]。MobilityFirst以一個基于名字的服務層作為協議棧的細腰，此服務層使用全局唯一標識（GUID）來區分不同的終端對象。使用全局名字解析服務（GNRS）來動態綁定名字和地址。在安全性方面的典型代表為美國 NSF支持的 XIA項目。XIA[13]指出由于源端主機和網絡設備的協議難以改動，所以當前互聯網很難演進。XIA對主機和內容分別進行了內置安全操作，主機標識是主機公網的散列值[14]，內容標識是內容的散列值，這樣保障了安全性。最后，在可重構方面，2013年美國NSF在其FIA項目第二階段啟動了ChoiceNet[15]項目，該項目為互聯網演進開啟了一個新的架構設計思路，它注重運用經濟原則推動網絡核心創新持續進行。這種新的網絡體系架構的核心思想是支持選擇，使網絡不再是黑盒子，通過選擇和競爭生成新的應用和商業模型。以服務為中心，建立可選擇的技術方案和經濟之間的關聯。

3 服務定制網絡

上節中提到新的未來網絡體系架構都有各自的特點和優勢，然而，它們不能或者只能部分解決當前基礎網絡建設者面臨的 OTT業務飛速發展以及信息存在大量冗余等挑戰。本節將會具體介紹為解決基礎網絡建設者當前面臨的挑戰而提出的服務定制網絡。

3.1 設計目標

1) 提供差異化服務質量

SCN可以為內容提供商等用戶構建差異化服務質量的虛擬網絡，用戶可以根據特定的需求以及經濟承受能力選擇適合的服務等級，從而構建良好健康的互聯網經濟模式。通過限制OTT業務占用的網絡資源，OTT業務對網絡的沖擊也可以迎刃而解。

2) 減少信息冗余

對于信息冗余帶來的帶寬浪費問題，CDN也可以部分解決，但它是一種覆蓋網的方案。而 SCN試圖讓網絡架構本身具備避免信息冗余的能力，網絡具有感知內容、網絡狀態的功能，然后基于大數據的智能數據挖掘與分析，實現全網內容資源和網絡資源的智能調度，從而實現有效消減信息冗余，充分利用網絡基礎設施的能力。

3) 網絡可演進

雖然現有網絡存在很多問題，但是已經經受住了各種考驗，用一種革命式的未來網絡體系架構替換現有網絡是一個非常漫長的過程，也面臨著市場等各方面的壓力。因此，為了漸進式部署，使SCN有可能被運營商等基礎網絡建設者采納，以較低的成本逐步部署到現網中。SCN當前設計方案仍然兼容采用基于IP的數據分組格式，采用深度數據分組檢測（DPI, deep packet inspection）的方式進行內容解析和調度。然而，當未來出現新的內容命名標識體系（如NDN/CCN等）或更優的網絡協議后，SCN系統需要能夠方便地過渡至新的命名體系，支持新的技術。因此，SCN的設計目標之三是立足于解決現有的互聯網問題，同時符合未來的發展方向，具有可演進性。

3.2 設計框架

SCN是基于軟件定義網絡設計的，然而軟件定義網絡主要解決了物理網絡資源的調度，并沒有對信息資源進行挖掘和調度。因此，SCN在軟件定義網絡基礎上增加了一個信息平面，如圖 1所示，SCN的設計框架主要包括物理基礎設施平面、控制平面和信息平面3個平面以及相鄰平面之間的接口。

信息平面的主要特點是開放和智能。主要負責對收集到的數據進行挖掘分析，從而指導內容的智能調度，實現信息貼近用戶部署，降低信息冗余傳輸。

控制平面的主要特點是可管控、可擴展。主要負責全局網絡視圖創建與維護，虛擬子網的隔離等。從而構建不同服務等級虛擬網絡，緩解 OTT等業務的沖擊。

物理基礎設施平面需要高效、靈活可定義。例如，對于新協議，流表可以自定義；網絡測量粒度可以動態定義；網絡測量接口可方便配置等。

3.3 物理基礎設施平面

SCN中物理基礎設施平面由交換設備、存儲設備以及DPI設備等組成。控制平面通過南向接口協議可以對底層基礎設施層設備的計算、存儲、鏈路帶寬資源進行統一的控制與調配，為不同等級的服務分配所需要的資源。同時，依賴控制平面下發的存儲策略，基礎設施層的存儲設備可以對內容進行緩存，為用戶提供就近的訪問，從而減少網絡信息的冗余。此外，基礎設施層的DPI設備將對分組進行檢測分析，用于分析分組的特征與提取分組中的關鍵字段等，以支持大數據分析等，為上層做出決策。

3.4 控制平面

SCN中的控制層除了具備基本的數據轉發功能外，還具有網絡虛擬化能力來為不同用戶提供差異化的服務，解決 OTT業務流量對網絡的沖擊問題。通過構建邏輯上隔離的子網，基礎網絡建設者可以給不同用戶按照需求分配不同的網絡、帶寬等資源，同時，用戶還可以根據自身的具體需求在網絡內部使用不同的策略機制。另外，子網之間的隔離提高了不同子網間傳輸信息的機密性，有助于增加用戶之間的信息安全。

為了實現網絡虛擬化，首先 SCN需要具有虛網映射和虛網隔離的功能。用戶首先向網絡提出虛網請求，這包括節點、鏈路、每個節點的CPU、內存等需求以及每條鏈路對應的帶寬等需求。然后控制器根據用戶的請求信息在物理網絡中找到恰當的節點和路徑來實現一個邏輯上相當的虛擬子網，即虛網映射。最后，控制器通過一定的策略來實現虛網隔離。

當前對于虛網映射和虛網隔離都已經有較多的研究[16～24]，不過，虛網映射的研究大多偏重于理論研究，缺少工程實踐的驗證支持。虛網映射是NP難問題，已有工作提出了不同的啟發式算法，這些算法均可以在SCN框架中使用。

虛網隔離除了具備基本的虛擬子網之間的流量隔離外，還應該具備：1）可擴展性好，否則在大規模互聯網中使用可能會成為性能瓶頸；2）支持地址空間復用，即虛擬子網可以使用重疊的私網地址；3）支持虛擬設備配置。從用戶角度來看，操作虛擬網絡中的設備應該如同操作物理設備一樣，可以方便地對虛擬設備進行配置。

在 SCN中，設計了一個新的網絡虛擬化平臺CNVP[25]（C-lab network virtualization platform）來滿足以上特性。CNVP能夠對底層物理網絡進行抽象，并根據不同網絡層協議定義虛擬網絡，實現對網絡基礎設施的共享復用。CNVP使用MPLS標簽標識每個虛網（根據不同的需求此標簽未來可以更換）。當虛網控制器向交換機添加流表信息時，此消息會被CNVP截獲，然后CNVP根據虛網的配置信息，向即將下發給交換機的流條目增加寫MPLS標簽的行為，以標識此流所屬的虛網。當屬于一個虛網的數據分組到達此虛網的邊緣交換機時，邊緣交換機為此數據分組添加MPLS標簽，并在數據分組離開虛網時去除標簽。CNVP利用MPLS標簽識別每個虛網，從而實現各虛網的流量隔離。另外，在CNVP中還實現了對物理資源的虛擬化，例如：1）帶寬，通過為虛網內的交換機配置端口隊列來實現帶寬隔離，從而為每個虛網分配獨占的鏈路帶寬資源；2）虛擬化平臺 CPU，通過為每個虛網設定處理隊列，制定相應的處理策略來實現對虛網計算能力的分配和調度。

按照上述思路，圖2給出了CNVP網絡虛擬化平臺的功能設計框圖，各功能模塊的詳細說明如下。

圖2 CNVP的功能組成

1) 南向接口。CNVP目前支持的南向接口有OpenFlow協議，具體版本包括V1.0和V1.3這2種，未來計劃支持更多的南向接口協議，如XMPP等協議。

2) 物理網絡。提供交換機管理、拓撲管理和終端管理的功能。交換機管理實現CNVP與數據平面轉發設備通信、管理會話和端口的功能；拓撲管理通過定時發送LLDP（link layer discovery protocol）探測分組探測網絡中的鏈路狀態；終端管理提供對網絡邊緣節點進行管理的功能。

3) 虛擬網絡。提供虛網管理、拓撲管理、流空間管理、虛擬交換機管理、數據分組緩存管理、信令處理和數據庫管理的功能。虛網管理提供對虛網基本信息進行管理的操作以及虛網的創建、刪除、啟動和停止功能；拓撲管理提供對虛網拓撲的定義；流空間管理提供對流空間的配置和流空間沖突檢測的功能；虛擬交換機管理提供與控制器交互的邏輯對象，維護與控制器之間的會話；數據分組緩存管理用于交換機和控制器之間通信時對負載數據的緩存處理，以降低控制器和交換機之間的網絡流量；信令處理提供上行消息的虛網分發和下行信令的整形處理；數據庫用于保存虛網信息、拓撲定義以及流空間定義等信息。

4) 接口。CNVP目前可以提供 CLI、JSON-RPC接口和REST接口3種類型的接口，其中 JSON-RPC接口實現了基于 Web的網絡虛擬化管理系統，可對物理網絡、虛擬網絡、拓撲管理等進行可視化操作，極大地方便了用戶對網絡虛擬化平臺的了解和使用。

3.5 信息平面

SCN中的信息平面主要通過對用戶請求進行測量感知，然后對收集的信息進行大數據分析，根據分析結果指導信息資源在網絡存儲節點間的智能調度，使內容更加貼近用戶，從而減小網絡中的信息冗余，同時提高對用戶請求的響應速度。

傳統互聯網中的緩存策略通常是針對具體協議的，例如HTTP協議。而SCN中的緩存能力是網絡本身的一種屬性：一方面，不再局限于特定的內容，即可以針對更加廣義的內容進行緩存來去除信息冗余；另一方面，不再是針對特定內容提供商。所有網絡使用者均可以享用網絡緩存的這種能力來提高對用戶的響應速度。

SCN中的去除信息冗余功能主要是通過實時用戶請求處理模塊和定期內容調度模塊實現的。為了實現對廣義內容的緩存，SCN中的接入網絡設備需要具有DPI能力，控制器維護所有存儲節點上的內容分布。用戶對內容的請求與內容在不同服務器之間的調度均由控制器進行管理，2個過程是獨立的。

實時用戶請求處理。當用戶請求到達時，此模塊負責對請求內容進行解析，并找到合適的內容提供者。具體流程如圖3所示。

1) 用戶的數據分組發向接入交換機。

2) 接入交換機利用 DPI功能檢測用戶的數據分組是否是請求分組，如果是請求分組，則將整個請求數據分組發向控制器。

3) 控制器根據請求分組的請求內容，查看在存儲節點上是否已經存在。如果不存在，則將用戶此次請求的流到服務器的轉發表下發到相應的轉發節點上。如果存在，則找到一個離用戶節點最近的存儲節點的IP地址。將用戶此次請求的流到相應存儲節點的轉發表下發到相應的轉發節點上。

4) 如果用戶請求內容不在存儲網絡中，則服務器收到用戶請求，并將內容傳輸給用戶。

5) 如果用戶請求內容已經存在于存儲網絡中，則相應的存儲節點收到用戶請求后，將內容傳輸給用戶。

圖3 緩存策略

定期內容調度。控制器定期地根據用戶請求的內容進行大數據分析，然后根據數據分析結果進行服務器到存儲網絡之間的內容調度。如果存儲節點已經沒有剩余存儲空間，則可以根據某個緩存策略進行緩存替換，例如根據用戶請求的熱度對訪問頻率比較低的內容進行替換。

3.6 SCN特性

3.6.1 提供差異化服務

SCN中的網絡虛擬化平臺CNVP，可以對不同的業務進行隔離，并為不同的業務進行不同的帶寬資源分配。從而 OTT業務無法過度占用帶寬，侵占其他業務的資源。

3.6.2 減少信息冗余

SCN中的緩存策略具有全網有效性和所有內容有效性。控制器通過對用戶請求進行數據分析，并根據分析結果指導內容的智能調度，可以大大提高緩存的命中率，從而減少信息冗余。

4 SCN實現和驗證

4.1 小規模實現

為了驗證 SCN的基本性能，本文基于網絡創新實驗環境C-LAB[25]，利用其計算和存儲資源構建了一套小規模 SCN實驗平臺。此實驗平臺共包括30多個交換節點，10多個專用計算存儲節點。整個實驗平臺的網絡拓撲如圖4所示。

該實驗網絡中的主要節點間采用了光纖直連以保證骨干網絡的傳輸速度，交換節點采用了Open vSwitch軟件交換機與H3C、盛科、Pica8、xNet等硬件交換機共存的模式，并且在各個節點做了數據平面的無線擴展，以方便用戶接入。

圖4 SCN實驗平臺拓撲

4.2 性能驗證

為了驗證 SCN網絡提供的差異化服務能力和消除信息冗余能力，設計了如下2個實驗。

實驗 1提供差異化服務。在這個實驗中，用戶向SCN網絡提出2個虛擬子網請求，請求的帶寬大小不同。記這2個子網分別為A和B，拓撲如圖5所示。子網A中所有的鏈路帶寬請求值為C1 Mbit/s，子網B中所有的鏈路帶寬請求值為C2 Mbit/s，其中C2=(100-C1) Mbit/s。在完成2個子網的映射之后，為了測試SCN網絡確實按照子網的不同需求提供了不同的帶寬值，在這2個子網中的2個終端間建立TCP連接，傳輸同樣大小的文件，測試流的完成時間。在實驗中，使用的文件大小為10 MB。

如圖6所示，流的完成時間與子網請求的帶寬值是成正比的。例如，當給子網A分配的帶寬為10 Mbit/s時，傳輸完10 MB文件需要約10 MB×8/10 Mbit/s = 8 s。這與圖 6中的實驗數據（8.2 s）非常接近，說明SCN網絡確實給子網A保障了10 Mbit/s的帶寬。而對于子網B，當給子網A分配的帶寬為10 Mbit/s時，子網B得到的帶寬為90 Mbit/s，所以，傳輸完 10 MB的文件需要約 10 MB×8/90 Mbit/s=0.89 s，這與實驗數據（0.98 s）也很接近。同樣，對于圖中的第2列數據（橫坐標為20 Mbit/s），這時給子網A分配的帶寬為20 Mbit/s，所以，給子網B分配的帶寬為100-20=80 Mbit/s。在子網A中，傳輸完一個10 MB的文件，需要的時間為10 MB×8/20 Mbit/s= 4 s，這與圖中左數第2個矩形標記所示的4.1 s非常接近。在子網B中，傳輸完一個10 MB的文件，需要的時間為10 MB×8/80 Mbit/s = 1 s，這與圖中左數第2個圓形標記所示的1.18 s也非常接近。其他數據類似。因此，實驗數據表明SCN網絡確實可以按照子網的需求提供差異化的網絡帶寬資源。

圖5 子網A和子網B拓撲

圖6 不同子網中的流完成時間

實驗2減少信息冗余。此實驗主要是為了測試 SCN確實具有有效消減信息冗余的能力。為了對比，令內容提供商A使用SCN的緩存功能，而B不使用。然后，令同一個用戶分別訪問內容提供商A和B的內容1 000次，每次都記錄下響應時間。

圖7顯示了2種情況下訪問時間的累積分布函數（CDF, cumulative distribution function），CDF曲線可以表明訪問時間的分布情況。可以看到，用戶請求使用了緩存功能的內容提供商A的內容時，縱坐標從0到1對應的橫坐標（訪問時間）全部集中在2 s左右，這說明訪問內容A的所有請求均可以在 2 s左右得到響應。而訪問不使用緩存功能的內容提供商B的內容時，95%的請求在3 s內得到響應，而還有5%的請求響應時間介于3 s和23 s之間。由于緩存節點距離用戶更近，所以，訪問內容提供商A的時間分布說明大部分請求都在 2 s左右的時間得到了響應，即在緩存處得到訪問的內容，不需要再去訪問內容源服務器，這可以大大減少內容源服務器到緩存節點內容的冗余度。而訪問內容提供商B的內容時，有95%的請求在3 s左右才得到響應，說明請求不能在緩存節點得到響應，需要訪問內容源服務器，這樣會造成訪問內容在內容源服務器到用戶的重復傳輸。此實驗表明SCN的緩存功能使得向內容提供商A訪問的絕大部分重復請求可以從緩存節點直接獲取內容，從而可以有效消減服務器到用戶之間的冗余信息。

圖7 訪問不同內容的響應時間分布

5 結束語

當前互聯網中存在 2個亟待解決的問題：OTT業務飛速發展以及信息高度冗余。為了解決這2個問題，提出了一種新的未來網絡體系架構SCN。SCN主要包括基礎設施層、控制層和信息層3個平面，通過提供差分服務的能力能夠有效避免OTT業務大量占用帶寬，同時通過提供緩存功能能夠大大減少高度信息冗余對帶寬的浪費。在小規模網絡平臺上進行的實驗結果表明 SCN確實具備為不同用戶提供不同服務質量以及消減信息冗余的能力。

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