下一代互联网中名系统的研究

3.2重叠化名系统中解析映射系统的设计

我们设计的名字解析映射系统主要分为两层，如图5所示。顶层具有全球性，并采用DHT结构，主要作用是维护和管理全球的名字；下层具有局域性，可以以国家为单位，采用DHT结构作为路由形式，主要用于处理本域内的名字解析，以及与上层、其它域的交互。在下层网络中，主要有两类服务器：平常服务器和网关服务器。对于平常服务器，其名字注册和解析方式与本身DHT算法保持一致；对于网关服务器，在维持原来路由表的基础上，增加了两个路由表：一个用于指向上层服务器；另一个用于指向其它域内的网关服务器。

3.2.1资源的注册

资源注册过程就是生成名字并注册到名字解析系统的过程，主要有以下几个步骤：

（1）提取资源的元信息。

（2）将提取到的元信息Hash生成名字的资源标识部分。

（3）将所在国家代码填入地理位置部分。

（4）将自己所在的区域信息或QoS信息等填入备用或国内自定义段（备用时可以不填）。到此为止已生成了一个合法的名字，下面将名字注册到名字解析系统中。

（5）根据本身域内的算法将名字和连接信息注册到域内某个平常服务器上。

（6）经过距离自己最近的网关服务器将名字及连接信息注册到上层DHT上。

下面用一个例子说明这个过程，如图6所示。中国一家服务提供商需要注册《数字通信原理》这本书。首先提取它的元信息，如"数字通信原理"；Hash元信息生成一个160 bit的字符串101010101111…001；提取"中国"的代码111000100；填入QoS信息，如QoS等级为3--0000111；合并到一起生成一个合法名字1110001000000111101010…001.

3.2.2资源的解析

资源的解析过程就是通过网络名字获取连接信息的过程。这个过程中可能包含两种情况：资源请求者知道所请求资源的存储地；资源请求者不知道所请求资源的存储地。对于第一种情况又可以分为两类：资源存储地在本国和本国外的其它国家时。下面分别介绍各种解析方式，如图7所示。

（1）当请求的资源在本国时：Hash资源的元信息生成名字的资源标识部分，此时将国家信息填入地理位置部分，将QoS信息填入QoS或备用部分，即可生成一个合法的名字；在平常服务器接入点，利用生成的资源标识部分，在本国所采用的DHT结构中可以找到该资源所对应的连接信息。

（2）当请求的资源在其它国家时：Hash资源的元信息生成名字的资源标识部分，此时将国家信息填入地理位置部分，将QoS信息填入QoS或备用部分，即可生成一个合法的名字；在平常服务器接入点，将该名字递交给最近的网关服务器，网关服务器利用地理位置部分解析该名字所在国家的一个网关服务器，并将此请求递交给它；收到请求的网关服务器采用自己域内的DHT路由形式找到这个资源所对应的连接信息。

（3）当不清楚资源存储地时：Hash资源的元信息生成名字的资源标识部分，此时将地理位置部分填入000000000，QoS信息填入QoS或备用部分，则会生成一个合法的名字；在平常服务器接入点，将该名字递交给最近的网关服务器，网关服务器将该请求发送到上层DHT上，上层DHT利用自己的路由算法，将资源标识部分解析为连接信息。

3.3时延分析

本节将分析各种情况下的网络解析时延，在文献[8]中提到网络时延主要是由跳数引起的。下面将以跳数为度量单位研究我们设计的名字解析映射系统的时延性能。在该系统中，一次解析时延可以分为3种情况：

（1）域内解析：名字解析请求只需要在本域内解析。所需最大跳数为logN1（以域内服务器组织形式为Chord为例），其中N1代表的是域内服务器数量。

（2）域间解析：名字解析请求发送到本域网关节点，网关节点再转发到相对应邻域的网关节点上，邻域网关节点负责解析该名字。所需最大跳数为2+ log N2，其中N2为领域内服务器数量。

（3）路由到顶域解析：名字解析请求发到本域网关节点，网关节点再利用顶域路由表进行名字解析。所需要的最大跳数为log N3，其中N3为顶域服务器数量。假设上述3种情况的比例为p 1、p 2、p 3则该系统解析时所需最大跳数为：

T Hop = p1log N1+ p2（2+log N2）+ p3log N3

参数设置：为了方便分析，假设全世界每个国家所需要处理的名字一样多。每个国家可设置50个网关服务器，贡献50台顶域服务器，则顶层DHT系统由1万个服务器组成。3种名字解析方式--域内解析、域间解析和顶层解析，假设其所对应的比例为98%、1%、1%.

T Hop = 0.98log 1000+0.01（2+log 10000）+ 0.01log 10000= 0.98×13.287+0.01×13.287= 13.307

在文献[6]中提到用Chord环直接代替DNS，实现名字的解析映射。当处理同样数目的名字解析，即服务器数量与重叠化名系统相当时，解析一个名字请求所需的最大跳数为：

T‘Hop = log（200×10000）= 20.9316

比较T Hop和T‘Hop可得：新的解析系统在性能方面要优于文献[6]所设计的系统。

4设计优势

上述两种名系统主要有以下几方面的好处：

（1）消除了某个国家对解析系统的完全控制，使得各个国家都能和平利用该网络资源。一方面映射系统节点可以至少在每个国家部署一个，整个系统为全球用户共同服务；另一方面注册到名字映射系统中的网络名字是一个没有语义的字符串，从中不能显示出任何实际意义，从根本上消除了某个国家对解析系统的完全控制，因此将政治因素从网络应用中剥离出去。

（2）该映射系统是以一个元信息Hash生成的值作为新网络名字在系统中注册与查询。从这方面看，主要有两个好处：新服务可以提取自己的元信息生成新的网络名字，在服务映射系统中注册与查找。可以说该解析系统为新服务的接入提供了恰当的接口，新的网络名字是一个没有实际意义的Hash值，不带有语义，所以就不会产生所有权归属纠纷。

（3）在现有网络应用中，数据的复制和移动是不可避免的，而现行网络技术不能很好地解决该问题。当一个数据移动后，再重新注册它，则必然得到的全新的域名。对于用户来说需要很长时间才能获得此全新的域名，因此上网时常会出现"Http 404错误"。于是研究者设计了Http重定向，它可以解决数据在一个域内的移动问题，然而对于域间的移动没有很好的解决方案。在我们设计的映射系统中，新的网络名字是用数据的同一个元信息生成的。所以，当数据移动后对该数据重新注册，所用的新网络名字是仍然是原来的。对于用户端来说，过程完全是透明的，不会感觉到数据已经发生移动或复制，应用原来的网络名字进行解析映射就可以获得此项服务的连接信息。