以NDN和IPFS为代表的ICN架构能为互联网带来什么？

2020-05-27 19:01:21

1969年，美国国防部高级研究项目管理局APRA建立了一个有关分组交换的广域网项目，而对后世产生深远影响的互联网底层通信协议——TCP/IP就是起源于该项目。从一定意义上讲，正是有了TCP/IP协议的支撑，我们才能感受到互联网世界的互联互通。

但是，随着互联网的高速发展，TCP/IP协议开始显露出非常多的问题，包括网络服务质量QoS管控能力弱，网络带宽和性能不能满足用户的需求，更重要的是，网络安全漏洞多，容易遭受攻击和传输可信度不高。所以近些年，业界和学术界都在探索新的通信解决方案，希望能够解决掉TCP/IP协议众多不足，从而更好地顺应区块链时代发展的潮流。

在这种大背景下，信息中心网络（Information-Centric Networking，ICN）应运而生。这是一种将互联网基础通信架构从基于端到端连接的、以主机为中心的通信范式变革为以重点识别信息（内容或者数据）的网络架构体系。

ICN技术特点是，一切都是信息，信息互联；我们通过信息的名字就可以标识每一个信息；而网络的作用就是管理所有的信息流动和缓存，并用正确的信息快速响应信息的请求者。学术界很多专家都认为，ICN将会引领电信行业的第三次革命。

相对于现有的TCP/IP，信息中心网络具有哪些优势？

在以往的TCP/IP协议中，客户机必须首先选择一个可以提供内容的服务器地址。而ICN打破了这种以主机为中心的模式。在这种通信范式中，机器之间的连接可以是断断续续的，也可以同名的利用终端主机和网络路由节点作为缓存，因为存储在网络路由中和存储在终端主机中的数据具有完全的等值性，在信息中心网络网络中的一切都可以看做是信息，可以说是一个数据内容互联的网络，而非主机互联，其核心对象是信息，通过数据的名字来标识每一个信息单元。

那么，对比传统的TCP/IP协议，信息中心网络ICN具有哪些优势呢？我们将从去中心化、成本以及安全等三个角度来进行说明。

1. 避免中心化带来的垄断

众所周知，高度中心化导致网络安全性很低和高度垄断，而高度垄断化，又使得整个互联网缺乏生机，发展速度也会逐步降低。

在ICN中，每个节点既是客户端又是服务器，如此一来，既可从其他节点下载数据，也可让其他节点来下载数据，将原来专业机房的大型服务器提供的工作分散转移到无数的普通节点上。这样的话，每个节点只承担一小部分原先属于服务器的工作，即便某个节点出了问题，它的工作自动由其他节点衔接起来，所以原来一个服务器出问题，就可能造成比较大的影响（比如服务运营商出现宕机事件）。一旦使用了ICN，即使某几个节点甚至几百个节点出了问题，都不会影响到网络的运行。

2. 节约带宽成本

当下互联网TCP/IP协议，都是从中央数据中心来获取内容，这种方式导致网络拥挤不堪、文件访问效率低下。然而在ICN中，每个节点即是客户端又是服务器，换句话说有无数的服务器，下载数据时可同时从多个就近节点实时下载，可以数倍提高数据传输速度，并大幅度节约宽带成本，同时，网络运行也将变得更为通畅。

3. 隐私安全问题

如今的互联网，节点之间通信都是依赖中间服务器，故此一旦服务器受到黑客攻击，数据隐私很容易被窃取、买卖，甚至被公之于众，直接对用户造成巨大的伤害。

而ICN网络完美解决了这一问题。因为在ICN网络中，网络架构融入安全特性，ICN会以数据签名为数据传输奠定安全基础，更多地关注内容的安全，从而确保数据传输内容能够自证安全。

信息中心网路的种类有哪些？

以IPFS为代表：依然构建在现有TCP/IP网络之上

IPFS，又称「星际文件系统」。简单点说，它是一个点对点的分布式文件系统（和比特币技术一样），通过底层协议，可以让存储在IPFS系统上的文件，在全世界任何一个地方快速获取，且不受防火墙的影响。

以NDN为代表：颠覆了现有的TCP/IP通信模型

命名数据网络NDN（Named-Data Networking），该项目是2010年获得美国国家自然基金NSF（National Sicence Foundation）投入近800万美元支持的未来互联网体系架构FIND（Future Internet Design）专项研究的一个基础研究信息中心网络项目。主要由加利福尼亚大学洛杉矶分校的张丽霞教授和Van Jacobson先生（目前就职于美国Google公司，UCLA兼职教授）所领导，他们两位目前都是美国计算机协会ACM（Association for Computing Machinery）和电气和电子工程师协会IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers,）的会士，该项目共有12所美国高校和研究机构联合参加。

这个项目早前也被称为内容中心网络CCN（Content Centric Networking），是由帕洛阿托研究中心PARC（Palo Alto Research Center）在NDN项目获得NSF立项之前的项目简称。PARC实现了一个基于ICN思想的开源代码系统CCNx，这也是NDN项目的一个早期的原型研究基础。

IPFS VS NDN

在2019年9月25日通信网络领域的旗舰型会议SIGCOMM上，来自来自伦敦大学、加州大学洛杉矶分校、日本大阪大学的8位计算机科学家发布了关于全新的IPFS数据检索方案的论文得到了分布式存储行业学者和专家的关注，该论文指出——运用NDN技术实现的IPFS数据检索能力将提高20倍以上，具体数据如下：

该论文指出，NDN比IPFS表现更好的方面主要体现在内容的寻址和下载，由于IPFS 是构建在以TCP/IP 为通信的模式之上，采用DHT和Bitswap进行寻址和内容传输，从而导致过多的不必要的性能损耗，效率低下。而构建在NDN网络之上的IPFS，得益于NDN自带的自适应路由和层级数据命名协议，具有更好的性能。

NDN或将颠覆未来互联网的底层通信基础

随着互联网业务需求的不断发展，内容数据已经是当今互联网流量最大需求方，在这样的背景下，传统的TCP/IP架构的以主机寻址为核心的架构设计，在当今内容为主要流量的需求下，逐渐暴露弊端。其实早在2010年，不同于TCP/IP的以内容为中心的网络（ICN）架构设计就逐渐在科研界出现，并获得了大量高校企业和政府的支持。

近年来以NDN为代表的开源科研项目更是其中的佼佼者。NDN项目旨在通过建立全新的ICN网络架构体系，争取逐步替代主宰互联网半个世纪的TCP/IP协议。NDN力求从协议架构设计上彻底地解决TCP/IP设计上的诸多不适应性。NDN也是目前国际上学术界和产业界非常看好的项目，现在参与NDN生态的，不仅有很多学术圈的学者在关注这个项目，同时包括法国电信、英国电信、韩国电信、思科、华为、三星、Bell实验室等不少通信领域的大型运营商和设备研究企业已经在重点关注和参与该项目了。

随着互联网新时代的到来，传统的互联网架构已经摇摇欲坠，新的互联网架构呼之欲出，我们相信将会有更多的新技术和ICN结合共建互联网的美好明天。我们也相信，NDN 技术或将成为众多技术中最为耀眼的一颗明星。

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