CN117837135A - 虚拟化网络中的共享缓存 - Google Patents

Abstract

一种由虚拟化网络中的虚拟网络装置进行的用于支持虚拟化网络中的共享缓存的方法。该方法包括：接收(310)对内容的请求消息；确定(320)内容在共享虚拟高速缓存中是否可用，其中共享虚拟高速缓存由虚拟化网络中的多个虚拟网络装置共享；响应于确定内容在共享虚拟高速缓存中不可用，从上游网络装置获得(350)内容；将内容存储(360)在共享虚拟高速缓存中，以使内容可用于多个虚拟网络装置；以及朝对内容的请求消息的发起者发送(370)包含内容的响应消息。

Description

虚拟化网络中的共享缓存

技术领域

本发明的实施例涉及虚拟化计算机网络领域，并且更具体地，涉及虚拟化计算机网络中的缓存(caching)。

背景技术

以信息为中心的联网(ICN)是将因特网基础设施从现有的以主机为中心的设计演进到以数据为中心的设计的架构，其中通过名称访问数据变为基本的网络原语。ICN的目标是要让应用独立于它们的位置或传输方式来引用数据，这有助于使能本地多播递送、无处不在的网络内缓存和数据对象的复制。ICN的预期益处是改进的效率、关于信息/带宽需求的更好的可扩展性，以及面对挑战性通信场景(例如，突发访问事件)时更强的鲁棒性。

以内容为中心的联网(CCN)是ICN范式中的一种方法。代替聚焦于连接通信端点(如诸如因特网协议(IP)的传统的联网协议那样)，它聚焦于被检索的内容对象。利用CCN，基于内容对象的全局唯一名称而不是引用物理装置的端点地址(正如传输控制协议(TCP)和IP的情况一样)来路由消息。

在CCN中，通过向网络发布包含内容对象名称的兴趣消息来检索内容对象。兴趣消息由网络朝内容对象的公布者路由。沿着接收到兴趣消息的路径的路由器检查它们是否具有内容对象的缓存副本。如果是，它们利用包含所请求的内容对象的内容对象消息来响应兴趣消息，并且兴趣消息不需要被进一步传播。通过使内容对象的名称成为结构化名称(类似于域名，但具有更丰富的语法)来帮助路由。每个路由器维护转发信息库(FIB)，所述转发信息库包括关于如何基于兴趣消息中包含的名称或名称前缀来转发兴趣消息的信息。此外，每个路由器在未决兴趣表(PIT)中保存它已经转发的兴趣消息的记录(例如，兴趣消息来自哪里以及它们命名了什么内容对象)。如果命名相同内容对象名称的其他兴趣消息到达路由器，路由器不会转发它们，而是在针对内容对象名称的PIT条目中记下它们和它们通过其到达的接口。这种技术被称为兴趣聚合。兴趣聚合的使用防止兴趣消息的不必要的上游传播。以这种方式，相同内容对象名称的PIT条目可以在网络中形成树，其中接收者在叶子处。

当兴趣消息到达具有内容对象的副本(可能被缓存)的端点或路由器时，该端点或路由器通过生成包含内容对象作为有效载荷的内容对象消息来响应所述兴趣消息，所述内容对象消息沿着兴趣消息经过的路径向后传播。从存储在沿着路径的路由器的PIT中的针对内容对象名称的PIT条目中学习向后路径。如果存在到达路由器的命名相同内容对象的多个兴趣消息(其将被记录在PIT中)，则朝接收那些兴趣消息的每个方向复制内容对象消息。

内容对象被缓存在中间路由器的内容存储装置中，以便能够直接从中间路由器服务命名内容对象的未来兴趣消息，而不是必须朝公布者转发兴趣消息。路由器的内容存储装置可以被认为是“本地”高速缓存(cache)或“专用”高速缓存的形式，在这种意义上，它通常在与路由器相同的物理装置上实现(例如，为了容易/快速访问)，并且仅由该路由器使用(例如，不可由其他路由器访问)。在转发对应于未决兴趣消息的内容对象消息之后，路由器可以删除PIT中的对应条目(因此PIT中的条目预期是寿命短的)。当发起兴趣消息的端点接收到内容对象消息时，事务被认为完成。

CCN和其他ICN方法(例如，被命名为数据联网(NDN))的益处是向网络中的多方发送相同信息的能力。由于内容对象潜在地被缓存在沿着兴趣消息经过的路径的路由器的内容存储装置中，所以内容对象不需要从原始公布者提供，并且因此不需要每次新的请求者对它们变得感兴趣就经过整个网络——中间路由器提供内容对象的副本就足够了。CCN和其他ICN方法的另一个益处是兴趣信息的聚合。在突发访问事件的情况下，其中数千请求者突然同时(或大约同时)请求相同的内容对象，公布者可能仅被一个兴趣消息到达，而所有其他兴趣消息由沿着朝公布者的路径的路由器的内容存储装置服务。

当在ICN网络中实现本地高速缓存(例如，CCN网络中的路由器的内容存储装置)时，希望本地高速缓存尽可能大，以确保高的高速缓存命中率。同时，本地高速缓存的大小受到财务和技术上合理的事物的限制。

发明内容

一种由虚拟化网络中的虚拟网络装置进行的用于支持虚拟化网络中的共享缓存的方法。方法包括：接收对内容的请求消息；确定内容在共享虚拟高速缓存中是否可用，其中共享虚拟高速缓存由虚拟化网络中的多个虚拟网络装置共享；响应于确定内容在共享虚拟高速缓存中不可用，从上游网络装置获得内容；将内容存储在共享虚拟高速缓存中，以使内容可用于多个虚拟网络装置；以及朝对内容的请求消息的发起者发送包含内容的响应消息。

一种其中存储有计算机代码的非暂时性机器可读介质的集合，所述计算机代码当由实现虚拟化网络中的虚拟网络装置的物理网络装置的一个或多个处理器的集合执行时，使得虚拟网络装置执行用于支持虚拟化网络中的共享缓存的操作。操作包括：接收对内容的请求消息；确定内容在共享虚拟高速缓存中是否可用，其中共享虚拟高速缓存由虚拟化网络中的多个虚拟网络装置共享；响应于确定内容在共享虚拟高速缓存中不可用，从上游网络装置获得内容；将内容存储在共享虚拟高速缓存中，以使内容可用于多个虚拟网络装置；以及朝对内容的请求消息的发起者发送包含内容的响应消息。

一种物理网络装置，被配置成实现虚拟化网络中支持虚拟化网络中的共享缓存的虚拟网络装置。物理网络装置包括一个或多个处理器以及其中存储有计算机代码的非暂时性机器可读介质，所述计算机代码当由一个或多个处理器执行时，使得虚拟网络装置：接收对内容的请求消息；确定内容在共享虚拟高速缓存中是否可用，其中共享虚拟高速缓存由虚拟化网络中的多个虚拟网络装置共享；响应于确定内容在共享虚拟高速缓存中不可用，从上游网络装置获得内容；将内容存储在共享虚拟高速缓存中，以使内容可用于多个虚拟网络装置；以及朝对内容的请求消息的发起者发送包含内容的响应消息。

附图说明

通过参考用于说明本发明的实施例的以下描述和附图，可以最好地理解本发明。在附图中：

图1是根据一些实施例的实现具有共享虚拟高速缓存的虚拟化的以信息为中心的联网(ICN)网络的***的框图。

图2是根据一些实施例的用于支持虚拟化ICN网络中的共享缓存的过程的流程图。

图3是根据一些实施例的用于支持虚拟化网络中的共享缓存的过程的流程图。

图4A图示了根据一些实施例的示范性网络内的网络装置(ND)之间的连接性，以及ND的三个示范性实现。

图4B图示了根据一些实施例的实现专用网络装置的示范性方式。

具体实施方式

以下描述描述了用于实现虚拟化网络中的共享缓存的方法和设备。在以下描述中，阐述了许多具体细节，诸如逻辑实现、操作码、指定操作数的方式、资源划分/共享/复制实现、***组件的类型和相互关系以及逻辑划分/集成选择，以便提供对本发明的更彻底的理解。然而，将由本领域技术人员领会到，可以在不具有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他实例中，为了不混淆本发明，还没有详细示出控制结构、门级电路和完整的软件指令序列。利用所包括的描述，本领域的普通技术人员将能够实现适当的功能性，而无需过度的实验。

说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例可能不一定包括特定的特征、结构或特性。此外，这样的短语不一定指相同的实施例。进一步，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，认为结合其他实施例影响这样的特征、结构或特性在本领域技术人员的知识内，无论是否明确描述。

括号内的文本和具有虚线边界的框(例如，大划线、小划线、点划线和点)可以在本文中用于说明向本发明的实施例添加附加特征的可选操作。然而，这样的符号不应被认为意味着这些是仅有的选项或可选操作，和/或在本发明的某些实施例中，具有实线边界的框不是可选的。

在以下描述和权利要求中，可以使用术语“被耦合”和“被连接”以及它们的派生词。应该理解，这些术语并不意图作为彼此的同义词。“被耦合”用于指示两个或更多元件彼此协作或交互，所述元件可以或可以不彼此直接物理接触或电接触。“被连接”用于指示彼此耦合的两个或更多元件之间的通信的建立。

电子装置使用机器可读介质(也称为计算机可读介质)存储和传送(在内部和/或通过网络与其他电子装置)代码(其由软件指令组成，并且其有时被称为计算机程序代码或计算机程序)和/或数据，所述机器可读介质诸如机器可读存储介质(例如，磁盘、光盘、固态驱动器、只读存储器(ROM)、闪速存储器装置、相变存储器)和机器可读传输介质(也称为载体)(例如，电、光、无线电、声或其他形式的传播信号，诸如载波、红外信号)。因此，电子装置(例如，计算机)包括硬件和软件，诸如耦合到一个或多个机器可读存储介质的一个或多个处理器的集合(例如，其中处理器是微处理器、控制器、微控制器、中央处理单元、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、其他电子电路、前述中的一个或多个的组合)，以存储用于在处理器的集合上执行的代码和/或存储数据。例如，电子装置可以包括包含代码的非易失性存储器，因为非易失性存储器即使在电子装置被关闭时(当移除功率时)也可以保存代码/数据，并且当电子装置被开启时，要由该电子装置的(一个或多个)处理器执行的代码的那部分通常从较慢的非易失性存储器复制到该电子装置的易失性存储器(例如，动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM))。通常的电子装置还包括一个或多个物理网络接口((一个或多个)NI)的集合，以建立与其他电子装置的网络连接(以使用传播信号传送和/或接收代码和/或数据)。例如，物理NI的集合(或者(一个或多个)物理NI的集合与执行代码的处理器的集合相组合)可以执行任何格式化、编码或翻译，以允许电子装置通过无论是有线连接和/或无线连接发送和接收数据。在一些实施例中，物理NI可以包括能够通过无线连接从其他电子装置接收数据和/或经由无线连接向其他装置发出数据的无线电电路。该无线电电路可以包括适合用于射频通信的(一个或多个)传送器、(一个或多个)接收器和/或(一个或多个)收发器。无线电电路可以将数字数据转换成具有适当参数(例如，频率、定时、信道、带宽等)的无线电信号。然后，无线电信号可以经由天线传送到适当的(一个或多个)接收者。在一些实施例中，(一个或多个)物理NI的集合可以包括(一个或多个)网络接口控制器(NIC)，也称为网络接口卡、网络适配器或局域网(LAN)适配器。(一个或多个)NIC可以促进将电子装置连接到其他电子装置，允许它们通过将电缆***到连接到NIC的物理端口来经由线路通信。本发明的实施例的一个或多个部分可以使用软件、固件和/或硬件的不同组合来实现。

网络装置(ND)是与网络上的其他电子装置(例如，其他网络装置、终端用户装置)通信互连的电子装置。一些网络装置是“多服务网络装置”，其提供对多种联网功能(例如，路由、桥接、交换、层2聚合、会话边界控制、服务质量和/或订户管理)的支持，和/或提供对多种应用服务(例如，数据、语音和视频)的支持。

如上面所提及的，当实现以信息为中心的联网(ICN)网络(例如，以内容为中心的联网(CCN)网络)时，希望本地高速缓存(例如，CCN网络中路由器的内容存储装置)尽可能大，以确保高的高速缓存命中率。同时，本地高速缓存的大小受到财务上可承受/合理的事物的限制。确保更高的高速缓存命中率而不显著增加财务成本的一种方式是将高速缓存资源集中到由多个ICN路由器共享的一个大型高速缓存中。然而，与使用本地高速缓存相比，这种方法以增加网络业务和时延为代价，因为访问共享高速缓存需要通过潜在的多跳和长距离的网络通信。这种时延使得在传统的ICN网络中不希望使用共享高速缓存。

在构建网络时，当前的趋势是虚拟化网络中的大部分。例如，ICN网络可以在物理网络基础设施之上被虚拟化。虚拟化的ICN网络可以包括使用虚拟连接性连接的虚拟ICN路由器。现有的虚拟化ICN网络使用与传统ICN网络相同的缓存模型，因为它们使用“专用”缓存方法，其中每个虚拟ICN路由器具有其自己的专用虚拟高速缓存以用于存储数据对象。也就是说，现有的虚拟化ICN网络基本上采取以下天真的方法：采用在传统(非虚拟化)ICN网络中使用的相同缓存方法。

与现有方法相比，本文中公开的实施例实现了由虚拟化ICN网络中的多个虚拟ICN路由器共享的共享虚拟高速缓存。已经观察到，当ICN网络被虚拟化时，存储在专用虚拟高速缓存中的数据对象或多或少跨底层物理网络基础设施的物理装置随机分布。例如，当在底层物理网络基础设施中使用分布式哈希表(DHT)或分布式存储器-缓存***(例如，Memcached)来实现虚拟高速缓存时，这个观察成立。同样，当ICN网络被虚拟化时，虚拟ICN路由器在底层物理网络基础设施的物理装置上实现。这意味着存储在虚拟ICN路由器的专用虚拟高速缓存中的数据对象将具有相对于该虚拟ICN路由器或多或少随机的物理位置(对于多个不同数据对象的多个不同虚拟ICN路由器的高速缓存查找时延的统计将反映这种位置随机性)，基本上否定了具有专用高速缓存的主要优点(即，低时延)。与使用专用虚拟高速缓存相比，在虚拟化ICN网络中使用共享虚拟高速缓存将具有更高的高速缓存命中率，因为共享虚拟高速缓存可以更大，并且将包括将存储在专用虚拟高速缓存中的数据对象的联合。因此，在虚拟化ICN网络中，与使用专用虚拟高速缓存相比，使用共享虚拟高速缓存将导致类似的整体时延，但提供更高的高速缓存命中率。

虽然在本文中主要在虚拟化ICN网络的上下文中描述了共享缓存技术，但是该技术可以应用于实现缓存以提供类似优点的其他类型的虚拟化网络。

实施例是由虚拟化网络中的虚拟网络装置进行的用于支持虚拟化网络中的共享缓存的方法。该方法包括：接收对内容的请求消息；确定内容在共享虚拟高速缓存中是否可用，其中共享虚拟高速缓存由虚拟化网络中的多个虚拟网络装置共享；响应于确定内容在共享虚拟高速缓存中不可用，从上游网络装置获得内容；将内容存储在共享虚拟高速缓存中以使内容可用于多个虚拟网络装置；以及朝对内容的请求消息的发起者发送包含内容的响应消息。

如本文中所使用的，兴趣消息是用于请求数据对象的消息。兴趣消息可以包括被请求的数据对象的名称。数据对象的名称可以是结构化的/层次化的(例如，名称成分的序列)，并且可以是语义上有意义的，以使其有表现力的、灵活的和应用特定的(例如，类似于域名或统一资源定位符(URL))。在一个实施例中，兴趣消息包括除数据对象名称之外的附加信息，诸如附加限制(例如，兴趣选择器)、兴趣寿命、跳限制、转发提示和/或标签。兴趣消息中包括的信息可取决于使用的ICN类型而变化。兴趣消息也可以简单地被称为兴趣或被称为信息请求。

如本文中所使用的，数据消息是作为对兴趣消息的响应而提供的消息。数据消息可以包含所请求的数据对象、数据对象的名称和公布者的签名。可以通过加密签名机制来保护数据消息。在CCN中，数据消息可以被称为内容对象响应。

如本文中所使用的，未决兴趣表(PIT)是用于记录接收到的但尚未满足的兴趣消息以及从其接收过它们的接口的表(或其他类型的数据结构)。PIT还可以记录经由其将兴趣消息发出的接口，以及用于评估数据平面性能的信息。对相同数据对象的兴趣消息可以聚合在相同的PIT条目中。

如本文中所使用的，转发信息库(FIB)是用于存储关于如何朝公布者转发兴趣消息的信息的数据结构。FIB可以存储数据对象名称前缀和可以用于转发具有匹配那些前缀的名称的兴趣消息的接口。可以对每个前缀的接口列表进行等级排序，并且每个接口可以与附加信息相关联，以促进转发策略决定。

如本文中所使用的，ICN公布者(或简称为“公布者”)是充当数据对象的权威来源的ICN节点。ICN公布者也可以被称为ICN生产者。可以使用一个或多个网络装置来实现公布者。

如本文中所使用的，ICN请求者(或简称为“请求者”)是通过生成并朝ICN公布者发送兴趣消息来请求数据对象的ICN节点。ICN请求者也可以被称为ICN消费者。可以使用一个或多个网络装置来实现请求者。

如本文中所使用的，ICN路由器是朝公布者发送兴趣消息并朝请求者发送数据消息的ICN节点。虚拟ICN路由器是ICN路由器的虚拟化实现(例如，使用虚拟机(VM)、容器或类似的隔离机制来实现)。

现在将参考附图描述实施例。

图1是图示根据一些实施例的实现具有共享虚拟高速缓存的虚拟化ICN网络的***的框图。

如图中所示出的，***100包括物理网络基础设施160、虚拟化层150和虚拟化ICN网络140。物理网络基础设施160可以包括物理网络组件，诸如物理路由器和物理链路(例如，有线链路和无线链路)。虚拟化的ICN网络140可以是使用虚拟化层150在物理网络基础设施160之上虚拟化的ICN网络。在一个实施例中，物理网络基础设施160和虚拟化层150由云基础设施服务提供商(例如，Web服务)提供。虚拟化的ICN网络140可以是物理ICN网络的逻辑抽象。如图中所示出的，虚拟化ICN网络140包括使用虚拟连接性130连接的虚拟ICN路由器110A-X和共享虚拟高速缓存120。共享虚拟高速缓存120是由虚拟化ICN网络140中的多个虚拟ICN路由器110共享(例如，由虚拟ICN路由器110A-X共享)的虚拟高速缓存。

请求者(未示出)可以通过生成并朝数据对象的公布者发送包含数据对象名称的兴趣消息来请求数据对象。包含数据对象名称的兴趣消息在本文中可以被称为对数据对象的兴趣消息。对数据对象的兴趣消息可以在其朝公布者的路径上经过虚拟化ICN网络140。当沿着朝公布者的路径的虚拟ICN路由器110接收到对数据对象的兴趣消息时，它可以确定数据对象在共享虚拟高速缓存120中是否可用。如果虚拟ICN路由器110确定数据对象在共享虚拟高速缓存120中不可用，则它可以在其PIT中记录兴趣消息，并根据存储在其FIB中的转发信息朝数据对象的公布者发送兴趣消息(例如，向上游虚拟ICN路由器110)。如本文中所使用的，术语“上游”指的是朝公布者行进的网络路径方向。如本文中所使用的，术语“下游”指的是朝请求者行进的网络路径方向。

虚拟ICN路由器110随后可以从上游ICN节点接收包含所请求的数据对象的数据消息(例如，作为另一个虚拟ICN路由器110或公布者本身对数据对象的兴趣消息做出响应的结果)。虚拟ICN路由器110可以将包含在数据消息中的数据对象存储在共享虚拟高速缓存120中(如果还没有存储的话)，使得可以使其可用于虚拟化ICN网络140中的其他虚拟ICN路由器110。虚拟ICN路由器110然后可以根据存储在其PIT中的信息朝请求者(对数据对象的兴趣消息的发起者)发送包含所请求的数据对象的数据消息(例如，虚拟ICN路由器110可以将数据消息从通过其接收了兴趣消息的接口发送出去)。

现在，由于数据对象存储在共享虚拟高速缓存120中，如果共享共享虚拟高速缓存120的虚拟ICN路由器110中的任何虚拟ICN路由器接收到对相同数据对象的兴趣消息，则该虚拟ICN路由器110可以从共享虚拟高速缓存120获得数据对象(而不必朝数据对象的公布者发送对数据对象的兴趣消息)，并朝请求者发送包含数据对象的数据消息。

如上面所提及的，现有的虚拟化ICN网络使用“专用”缓存方法，其中每个虚拟ICN路由器具有其自己的专用虚拟高速缓存，以用于存储数据对象。与现有方法相比，本文中公开的实施例使用由多个虚拟ICN路由器110共享的共享虚拟高速缓存120。已经观察到，当ICN网络被虚拟化时，存储在专用虚拟高速缓存中的数据对象或多或少跨底层物理网络基础设施的物理装置随机分布。例如，当在底层物理网络基础设施中使用分布式哈希表(DHT)或分布式存储器-缓存***(例如，Memcached)来实现虚拟高速缓存时，这个观察成立。同样，当ICN网络被虚拟化时，虚拟ICN路由器110在底层物理网络基础设施的物理装置上实现。这意味着存储在虚拟ICN路由器的专用虚拟高速缓存中的数据对象将具有相对于该虚拟ICN路由器或多或少随机的物理位置(对于多个不同数据对象的多个不同虚拟ICN路由器的高速缓存查找时延的统计将反映这种位置随机性)，基本上否定了具有专用高速缓存的主要优点(即，低时延)。与使用专用虚拟高速缓存相比，在虚拟化ICN网络140中使用共享虚拟高速缓存120将具有更高的高速缓存命中率，因为共享虚拟高速缓存120可以更大，并且将包括将存储在专用虚拟高速缓存中的数据对象的联合。因此，在虚拟化ICN网络140中，与使用专用虚拟高速缓存相比，使用共享虚拟高速缓存120将导致类似的整体数据对象检索时延，但是提供更高的高速缓存命中率。

在虚拟化ICN网络140中使用共享虚拟高速缓存120可以以下列方式中的一种或多种改进高速缓存命中率：

(1)共享虚拟高速缓存120只需要为多个虚拟ICN路由器110存储每个数据对象的一个副本。这种高效的去重复意味着，可以在共享虚拟高速缓存120中存储比当使用专用缓存方法时本该存储在虚拟ICN路由器的专用虚拟高速缓存的总和中的数据对象更多的数据对象。

(2)可能已经从更小的专用虚拟高速缓存中逐出的数据对象将在更大的共享虚拟高速缓存120中保留更长时间。

(3)由虚拟ICN路由器110中的一个存储在共享虚拟高速缓存120中的数据对象实际上是共享共享虚拟高速缓存120的其他虚拟ICN路由器110中的所有虚拟ICN路由器的高速缓存的预填充。这可以在诸如突发访问事件(其中多个请求者同时或几乎同时请求相同的数据对象)之类的关键网络事件期间提供显著的性能优势。

实施例基于以下观察：在虚拟化的ICN网络140中，使用共享虚拟高速缓存120与使用专用虚拟高速缓存相比更高效，因为它提供了更高的高速缓存命中率而不牺牲时延。

虽然本文中主要在虚拟化ICN网络140的上下文中描述了共享缓存技术，但是该技术可以应用于实现缓存以提供类似优点的其他类型的虚拟化网络。在一个实施例中，共享缓存技术可以应用于虚拟化内容递送网络或虚拟化内容分发网络(CDN)。例如，虚拟化CDN可以包括共享相同的虚拟高速缓存(例如，以缓存用于提供web页面的内容，诸如超文本标记语言(HTML)文件、JavaScript文件(.js文件)、层叠样式表(CSS)文件(.css文件)、图像文件等)的一组虚拟CDN服务器。与对于每个虚拟CDN服务器具有更小的专用虚拟高速缓存相比，共享虚拟高速缓存120的使用将在CDN中提供更高的高速缓存命中率，同时仍然具有类似的总体内容检索时延(例如，由于专用虚拟高速缓存跨底层物理网络基础设施中的物理装置的基本随机分布)。

图2是图示根据一些实施例的用于支持虚拟化ICN网络中的共享缓存的过程的流程图。在一个实施例中，该过程由虚拟化ICN网络中的虚拟ICN路由器来实现。该过程可以使用硬件、软件、固件或其任何组合来实现。

将参考其他图的示范性实施例来描述流程图中的操作。然而，应该理解，流程图的操作可以由本发明的除了参考其他图讨论的那些实施例之外的实施例来执行，并且本发明的参考这些其他图讨论的实施例可以执行与参考流程图讨论的那些实施例不同的操作。

在框210，虚拟ICN路由器接收对数据对象的兴趣消息。

在框220，虚拟ICN路由器确定数据对象在共享虚拟高速缓存中是否可用，其中共享虚拟高速缓存由虚拟化ICN网络中的多个虚拟ICN路由器共享。

参考判定框230，如果数据对象在共享虚拟高速缓存中不可用，则在框250，虚拟ICN路由器从上游网络装置获得数据对象(例如，通过朝数据对象的公布者发送兴趣消息)。在框260，虚拟ICN路由器将数据对象存储在共享虚拟高速缓存中(如果还没有存储的话)，以使数据对象可用于多个虚拟ICN路由器。然后，在框270，虚拟ICN路由器朝对数据对象的兴趣消息的发起者(即，原始请求者)发送包含数据对象的数据消息。

回到判定框230，如果数据对象在共享虚拟高速缓存中可用，则在框240，虚拟ICN路由器从共享虚拟高速缓存中获得数据对象，并且在框270，朝对数据对象的兴趣消息的发起者(即，原始请求者)发送包含数据对象的数据消息。

虚拟ICN路由器可以对它接收到的任何另外的兴趣消息重复框210-270的操作。

图3是图示根据一些实施例的用于支持虚拟化网络中的共享缓存的过程的流程图。这个过程是图2中所示的过程的更一般化的版本。例如，图3中所示的过程可以在虚拟化ICN网络或非ICN虚拟化网络中可适用。在一个实施例中，该过程由虚拟化网络中的虚拟网络装置来实现。该过程可以使用硬件、软件、固件或其任何组合来实现。

在框310，虚拟网络装置接收对内容的请求消息。

在框320，虚拟网络装置确定内容在共享虚拟高速缓存中是否可用，其中共享虚拟高速缓存由虚拟化网络中的多个虚拟网络装置共享。在一个实施例中，虚拟网络装置不具有专用于虚拟网络装置的用于存储由虚拟网络装置看到的内容的专用虚拟高速缓存(替代地，虚拟网络装置将共享虚拟高速缓存用于缓存)。在一个实施例中，共享虚拟高速缓存为多个虚拟网络装置维护内容的单个副本(不存在内容的复制)。

参考判定框330，如果内容在共享虚拟高速缓存中不可用，则在框350，虚拟网络装置从上游网络装置获得内容(例如，通过朝内容的公布者发送请求消息)。在框360，虚拟网络装置将内容存储在共享虚拟高速缓存中(如果还没有存储的话)，以使内容可用于多个虚拟网络装置。然后，在框370，虚拟网络装置朝对内容的请求消息的发起者(即，原始请求者)发送包含内容的响应消息。

回到判定框330，如果内容在共享虚拟高速缓存中可用，则在框340，虚拟网络装置从共享虚拟高速缓存获得内容，并且在框370，朝对内容的请求消息的发起者发送包含内容的响应消息。

虚拟网络装置可以对它接收到的任何另外的请求消息重复框310-370的操作。

在一个实施例中，虚拟网络装置是虚拟化ICN网络中的虚拟ICN路由器，对内容的请求消息是对数据对象的兴趣消息，并且包含内容的响应消息是包含数据对象的数据消息。在这样的实施例中，可以基于朝数据对象的公布者发送对内容的兴趣消息来从上游网络装置获得内容。

在一个实施例中，虚拟网络装置是虚拟化CDN中的虚拟CDN服务器。在这样的实施例中，上游网络装置可以是托管内容的源服务器。

图4A图示了根据一些实施例的示范性网络内的网络装置(ND)之间的连接性，以及ND的三种示范性实现。图4A通过400A-400B、400B-400C、400C-400D、400D-400E、400E-400F、400F-400G和400A-400G之间的线路以及400H与400A、400C、400D和400G中的每个之间的线路示出了ND 400A-H及其连接性。这些ND是物理装置，并且这些ND之间的连接性可以是无线的或有线的(经常被称为链路)。从ND 400A、400E和400F延伸的附加线路图示了这些ND充当网络的入口点和出口点(并且因此，这些ND有时被称为边缘ND；而其他ND可以被称为核心ND)。

图4A中的示范性ND实现中的两个是：1)使用定制专用集成电路(ASIC)和专用操作***(OS)的专用网络装置402；以及2)使用普通现货(COTS)处理器和标准OS的通用网络装置404。

专用网络装置402包括联网硬件410，该联网硬件410包括一个或多个处理器412的集合、(一个或多个)转发资源414(其通常包括一个或多个ASIC和/或网络处理器)和物理网络接口(NI)416(通过其进行网络连接，诸如由ND 400A-H之间的连接性所示的那些网络连接)以及其中存储有联网软件420的非暂时性机器可读存储介质418。在操作期间，联网软件420可以由联网硬件410执行，以实例化一个或多个联网软件实例422的集合。(一个或多个)联网软件实例422中的每个以及执行该网络软件实例的联网硬件410的那部分(无论是专用于该联网软件实例的硬件和/或由该联网软件实例与(一个或多个)联网软件实例422中的其他联网软件实例暂时共享的硬件的时间切片)形成单独的虚拟网络元件430A-R。(一个或多个)虚拟网络元件(VNE)430A-R中的每个包括控制通信和配置模块432A-R(有时被称为本地控制模块或控制通信模块)和(一个或多个)转发表434A-R，使得给定的虚拟网络元件(例如430A)包括控制通信和配置模块(例如432A)、一个或多个转发表(例如434A)的集合以及执行虚拟网络元件(例如430A)的联网硬件410的那部分。

在一个实施例中，软件420包括诸如共享缓存组件423的代码，所述代码当由联网硬件410执行时，使得专用网络装置402作为联网软件实例422的一部分来执行本发明的一个或多个实施例的操作(例如，以支持虚拟化网络中的共享缓存)。

专用网络装置402经常在物理上和/或逻辑上被认为包括：1)包括执行(一个或多个)控制通信和配置模块432A-R的(一个或多个)处理器412的ND控制平面424(有时被称为控制平面)；以及2)包括利用(一个或多个)转发表434A-R和物理NI 416的(一个或多个)转发资源414的ND转发平面426(有时被称为转发平面、数据平面或媒体平面)。作为示例，在ND是路由器(或者正在实现路由功能性)的情况下，ND控制平面424(执行(一个或多个)控制通信和配置模块432A-R的(一个或多个)处理器412)通常负责参与控制要如何路由数据(例如，分组)(例如，数据的下一跳和该数据的外出物理NI)以及将该路由信息存储在(一个或多个)转发表434A-R中，并且ND转发平面426负责接收物理NI 416上的该数据，并基于(一个或多个)转发表434A-R将该数据转发出物理NI 416中的适当物理NI。

图4B图示了根据一些实施例的实现专用网络装置402的示范性方式。图4B示出了包括卡438(通常是可热插拔的)的专用网络装置。虽然在一些实施例中，卡438具有两种类型(作为ND转发平面426操作的一个或多个(有时被称为线路卡)，以及操作以实现ND控制平面424的一个或多个(有时被称为控制卡))，但是备选实施例可以将功能性组合到单个卡上和/或包括附加的卡类型(例如，一种附加类型的卡被称为服务卡、资源卡或多应用卡)。服务卡可以提供专门的处理(例如，层4到层7服务(例如，防火墙、因特网协议安全性(IPsec)、安全套接字层(SSL)/传输层安全性(TLS)、入侵检测***(IDS)、对等(P2P)、IP上的语音(VoIP)会话边界控制器、移动无线网关(网关通用分组无线电服务(GPRS)支持节点(GGSN)、演进分组核心(EPC)网关))。作为示例，服务卡可用于终止IPsec隧道并执行伴随的认证和加密算法。这些卡通过图示为背板436的一个或多个互连机制耦合在一起(例如，耦合线路卡的第一全网格和耦合卡中的所有卡的第二全网格)。

回到图4A，通用网络装置404包括硬件440，所述硬件440包括一个或多个处理器442(其经常是COTS处理器)的集合和物理NI 446，以及其中存储有软件450的非暂时性机器可读存储介质448。在操作期间，(一个或多个)处理器442执行软件450以实例化一个或多个应用464A-R的一个或多个集合。虽然一个实施例不实现虚拟化，但是备选实施例可以使用不同形式的虚拟化。例如，在一个这样的备选实施例中，虚拟化层454表示操作***的内核(或在基础操作***上执行的填隙程序(shim))，其允许创建被称为软件容器的多个实例462A-R，所述软件容器可以各自用于执行应用464A-R的集合中的一个(或多个)；其中多个软件容器(也被称为虚拟化引擎、虚拟专用服务器或监狱)是彼此分离并且与其中操作***运行的内核空间分离的用户空间(通常是虚拟存储器空间)；并且其中除非明确允许，否则在给定用户空间中运行的应用集不能访问其他过程的存储器。在另一个这样的备选实施例中，虚拟化层454表示管理程序(有时被称为虚拟机监测器(VMM))或在主机操作***之上执行的管理程序，并且应用464A-R的集合中的每个运行在被称为虚拟机的运行在管理程序之上的实例462A-R(其在一些情况下可以被认为是软件容器的紧密隔离形式)内的客户操作***之上-客户操作***和应用可能不知道它们正在运行在虚拟机上而不是运行在“裸机”主机电子装置上，或者通过半虚拟化，操作***和/或应用可以出于优化目的而知道虚拟化的存在。在又一备选实施例中，应用中的一个、一些或所有被实现为(一个或多个)单内核，其可以通过直接用应用仅编译库(例如，来自包括OS服务的驱动程序/库的库操作***(LibOS))的有限集合来生成，所述库提供由应用所需的特定OS服务。由于单内核可以被实现为直接在硬件440上运行、直接在管理程序上运行(在这种情况下，单内核有时被描述为在LibOS虚拟机内运行)、或者在软件容器中运行，因此实施例可以完全用直接在由虚拟化层454表示的管理程序上运行的单内核、在由实例462A-R表示的软件容器内运行的单内核、或者作为单内核和上面描述的技术的组合来实现(例如，两者都直接在管理程序上运行的单内核和虚拟机、在不同软件容器中运行的应用集合和单内核)。

一个或多个应用464A-R的一个或多个集合的实例化以及虚拟化(如果实现的话)被统称为(一个或多个)软件实例452。应用464A-R的每个集合、对应的虚拟化构造(例如，实例462A-R)(如果实现的话)以及执行它们的硬件440的该部分(无论是专用于该执行的硬件和/或临时共享的硬件的时间切片)形成单独的(一个或多个)虚拟网络元件460A-R。

(一个或多个)虚拟网络元件460A-R执行与(一个或多个)虚拟网络元件430A-R类似的功能性，例如，类似于(一个或多个)控制通信和配置模块432A和(一个或多个)转发表434A(硬件440的这种虚拟化有时被称为网络功能虚拟化(NFV))。因此，NFV可用于将许多网络设备类型整合到可位于数据中心、ND和客户驻地设备(CPE)中的行业标准的大容量服务器硬件、物理交换机和物理存储设备上。虽然利用对应于一个VNE 460A-R的每个实例462A-R来说明本发明的实施例，但是备选实施例可以以更精细水平的粒度实现这种对应(例如，线路卡虚拟机虚拟化线路卡，控制卡虚拟机虚拟化控制卡，等)；应当理解，本文中参考实例462A-R与VNE的对应关系描述的技术也适用于其中使用这样的更精细水平的粒度和/或单核的实施例。

在某些实施例中，虚拟化层454包括提供与物理以太网交换机类似的转发服务的虚拟交换机。具体地，这种虚拟交换机在实例462A-R和(一个或多个)物理NI 446之间，以及可选地在实例462A-R之间转发业务；此外，这种虚拟交换机可以在根据策略不允许彼此通信的VNE 460A-R之间实施网络隔离(例如，通过尊重虚拟局域网(VLAN))。

在一个实施例中，软件450包括共享缓存组件453，所述共享缓存组件453当由(一个或多个)处理器442执行时，使得通用网络装置404作为软件实例462A-R的一部分来执行本发明的一个或多个实施例的操作(例如，以支持虚拟化网络中的共享缓存)。

图4A中的第三示范性ND实现是混合网络装置406，其在单个ND或ND内的单个卡中包括定制ASIC/专用OS和COTS处理器/标准OS两者。在这样的混合网络装置的某些实施例中，平台VM(即，实现专用网络装置402的功能性的VM)可以为混合网络装置406中存在的联网硬件提供半虚拟化。

无论ND的上述示范性实现如何，当正在考虑由ND实现的多个VNE中的单个VNE时(例如，只有VNE中的一个是给定虚拟网络的一部分)，或者在当前只有单个VNE正在由ND实现的情况下，简称网络元件(NE)有时用于指代该VNE。此外，在上述示范性实现中的所有示范性实现中，VNE(例如，(一个或多个)VNE 430A-R、VNE 460A-R以及混合网络装置406中的那些VNE)中的每个接收物理NI(例如，416、446)上的数据，并且将该数据转发出物理NI(例如，416、446)中适当的物理NI。

已经在计算机存储器内数据位上的事务的算法和符号表示方面呈现前面详细描述的一些部分。这些算法描述和表示是由数据处理领域的技术人员用来最有效地向本领域的其他技术人员传达他们工作的实质的方式。算法在这里并且一般地被认为是导致希望结果的自洽的事务序列。事务是需要对物理量进行物理操纵的那些事务。通常，尽管不是必须的，但这些量采取能够被存储、转移、组合、比较和以其他方式操纵的电或磁信号的形式。有时，主要出于通用的原因，将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、术语、数字等已经被证明是方便的。

然而，应该记住，这些术语和类似的术语中的所有术语都要与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便的标签。除非以其他方式具体陈述，否则如从上述讨论中显而易见的是，要领会到，贯穿描述，利用诸如“处理”或“计算”或“运算”或“确定”或“显示”等的术语的讨论指的是计算机***或类似的电子计算装置的动作和过程，所述计算机***或类似的电子计算装置将表示为计算机***的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据操纵和转换成类似地表示为计算机***存储器或寄存器或其他这样的信息存储、传输或显示装置内的物理量的其他数据。

本文中呈现的算法和显示并不固有地与任何特定的计算机或其他设备相关。根据本文中的教导，各种通用***可以与程序一起使用，或者可以证明构造更专用的设备来执行所需的方法事务是方便的。各种这些***所需的结构将从上面的描述中显现。此外，没有参考任何特定的编程语言来描述实施例。将领会到，可以使用各种编程语言来实现如本文中描述的实施例的教导。

实施例可以是制品，其中非暂时性机器可读存储介质(诸如微电子存储器)在其上存储有指令(例如计算机代码)，所述指令对一个或多个数据处理组件(这里被统称为“处理器”)进行编程以执行上面描述的操作。在其他实施例中，这些操作中的一些操作可以由包含硬连线逻辑的特定硬件组件(例如，专用数字滤波器块和状态机)来执行。备选地，那些操作可以由编程的数据处理组件和固定的硬连线电路组件的任何组合来执行。

贯穿描述，已经通过流程图呈现了实施例。将领会到，这些流程图中描述的事务和事务的顺序仅仅是意图用于说明性的目的，而不是意图作为对本发明的限制。本领域的普通技术人员将认识到，在不脱离如随附权利要求中阐述的本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可以对流程图进行变化。

在前面的说明书中，已经参考其特定的示范性实施例描述了实施例。将显然的是，在不脱离如随附权利要求中阐述的本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改。因此，要在说明性的意义上而不是限制性的意义上看待说明书和附图。

Claims (20)

1.一种由虚拟化网络中的虚拟网络装置进行的用于支持所述虚拟化网络中的共享缓存的方法，所述方法包括：

接收(310)对内容的请求消息；

确定(320、330)所述内容在共享虚拟高速缓存中是否可用，其中所述共享虚拟高速缓存由所述虚拟化网络中的多个虚拟网络装置共享；

响应于确定所述内容在所述共享虚拟高速缓存中不可用，从上游网络装置获得(350)所述内容；

将所述内容存储(360)在所述共享虚拟高速缓存中，以使所述内容可用于所述多个虚拟网络装置；以及

朝对所述内容的所述请求消息的发起者发送(370)包含所述内容的响应消息。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

接收(310)对所述内容的另外的请求消息；

响应于确定所述内容在所述共享虚拟高速缓存中可用，从所述共享虚拟高速缓存获得(340)所述内容；以及

朝对所述内容的所述另外的请求消息的发起者发送(370)包含所述内容的响应消息。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述虚拟网络装置是虚拟的以信息为中心的联网(ICN)路由器，对所述内容的所述请求消息是对数据对象的兴趣消息，并且包含所述内容的所述响应消息是包含所述数据对象的数据消息。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，基于朝所述数据对象的公布者发送对所述内容的所述兴趣消息，从所述上游网络装置获得所述内容。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述虚拟网络装置是虚拟内容递送网络(CDN)服务器。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述上游网络装置是托管所述内容的源服务器。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述虚拟网络装置不具有专用于所述虚拟网络装置以用于存储由所述虚拟网络装置看到的内容的专用虚拟高速缓存。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述共享虚拟高速缓存为所述多个虚拟网络装置维护所述内容的单个副本。

9.一种其中存储有计算机代码的非暂时性机器可读介质的集合，所述计算机代码当由实现虚拟化网络中的虚拟网络装置的物理网络装置的一个或多个处理器的集合执行时，使得所述虚拟网络装置执行用于支持所述虚拟化网络中的共享缓存的操作，所述操作包括：

接收(310)对内容的请求消息；

确定(320、330)所述内容在共享虚拟高速缓存中是否可用，其中所述共享虚拟高速缓存由所述虚拟化网络中的多个虚拟网络装置共享；

响应于确定所述内容在所述共享虚拟高速缓存中不可用，从上游网络装置获得(350)所述内容；

将所述内容存储(360)在所述共享虚拟高速缓存中，以使所述内容可用于所述多个虚拟网络装置；以及

朝对所述内容的所述请求消息的发起者发送(370)包含所述内容的响应消息。

10.根据权利要求9所述的非暂时性机器可读介质的集合，其中，所述操作进一步包括：

接收(310)对所述内容的另外的请求消息；

响应于确定所述内容在所述共享虚拟高速缓存中可用，从所述共享虚拟高速缓存获得(340)所述内容；以及

朝对所述内容的所述另外的请求消息的发起者发送(370)包含所述内容的响应消息。

11.根据权利要求9所述的非暂时性机器可读介质的集合，其中，所述虚拟网络装置是虚拟的以信息为中心的联网(ICN)路由器，对所述内容的所述请求消息是对数据对象的兴趣消息，并且包含所述内容的所述响应消息是包含所述数据对象的数据消息。

12.根据权利要求11所述的非暂时性机器可读介质的集合，其中，基于朝所述数据对象的公布者发送对所述内容的所述兴趣消息，从所述上游网络装置获得所述内容。

13.根据权利要求9所述的非暂时性机器可读介质的集合，其中，所述虚拟网络装置是虚拟内容递送网络(CDN)服务器。

14.根据权利要求13所述的非暂时性机器可读介质的集合，其中，所述上游网络装置是托管所述内容的源服务器。

15.一种物理网络装置(404)，被配置成实现虚拟化网络中支持所述虚拟化网络中的共享缓存的虚拟网络装置，所述物理网络装置包括：

一个或多个处理器(442)；以及

其中存储有计算机代码的非暂时性机器可读介质(448)，所述计算机代码当由所述一个或多个处理器执行时，使得所述虚拟网络装置：

接收对内容的请求消息，

确定所述内容在共享虚拟高速缓存中是否可用，其中所述共享虚拟高速缓存由所述虚拟化网络中的多个虚拟网络装置共享，

响应于确定所述内容在所述共享虚拟高速缓存中不可用，从上游网络装置获得所述内容，

将所述内容存储在所述共享虚拟高速缓存中，以使所述内容可用于所述多个虚拟网络装置，以及

朝对所述内容的所述请求消息的发起者发送包含所述内容的响应消息。

16.根据权利要求15所述的物理网络装置，其中，所述非暂时性机器可读介质当由所述一个或多个处理器执行时，进一步使得所述虚拟网络：

接收对所述内容的另外的请求消息；

响应于确定所述内容在所述共享虚拟高速缓存中可用，从所述共享虚拟高速缓存获得所述内容；以及

朝对所述内容的所述另外的请求消息的发起者发送包含所述内容的响应消息。

17.根据权利要求15所述的物理网络装置，其中，所述虚拟网络装置是虚拟的以信息为中心的联网(ICN)路由器，对所述内容的所述请求消息是对数据对象的兴趣消息，并且包含所述内容的所述响应消息是包含所述数据对象的数据消息。

18.根据权利要求17所述的物理网络装置，其中，基于朝所述数据对象的公布者发送对所述内容的所述兴趣消息，从所述上游网络装置获得所述内容。

19.根据权利要求15所述的物理网络装置，其中，所述虚拟网络装置是虚拟内容递送网络(CDN)服务器。

20.根据权利要求19所述的物理网络装置，其中，所述上游网络装置是托管所述内容的源服务器。