[論文レビュー] Efficient Multicasting in Content-Centric Networks Using Datagrams

J. J. Garcia‐Luna‐Aceves, Maziar Mirzazad Barijough|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2016

Caching and Content Delivery参考文献 10被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、匿名データグラムを用いて個々のInterestの転送状態を維持せずにネイティブマルチキャストを可能にする、新しいコンテンツ指向ネットワーキング手法CCN-GRAMを提案する。従来の保留中Interestテーブル（PIT）の代わりにマルチキャストアドレス解決テーブル（MART）を採用することで、NDNと比較して転送テーブルエントリを150倍以上削減しつつ、同等または低いエンドツーエンド遅延を達成し、スケーラビリティとフィッティング攻撃に対する耐性を著しく向上する。

ABSTRACT

The Named Data Networking (NDN) and Content-Centric Networking (CCNx) architectures are the leading approaches for content-centric networking, and both require using Interests (requests that elicit content) and maintaining per-Interest forwarding state in Pending Interest Tables (PIT) to store per-Interest forwarding state. To date, PITs have been assumed to be necessary to enable native support for multicasting in the data plane, such that multicast forwarding trees (MFT) are established by the forwarding and aggregation of Interests using PITs. We present a new approach to content-centric networks based on anonymous datagrams that provides native support for multicasting, but does so without the need to maintain per-Interest forwarding state. Simulation experiments are used to show that the proposed new approach attains the same end-to-end delays for multicasting while requiring orders of magnitude fewer forwarding entries.

研究の動機と目的

• コンテンツ指向ネットワークにおける個々のInterest転送状態（PIT）の必要性を排除しつつ、ネイティブマルチキャストを維持すること。
• 特に高いリクエストレートやサービス拒否攻撃の下で、NDNおよびCCNxにおけるPITのスケーラビリティとセキュリティ上の制限を解決すること。
• 制御プレーンのシグナル伝送や複雑なルーティングプロトコルを必要としないデータプレーンメカニズムを設計すること。
• 実際のマルチキャストトラフィック条件下での性能を評価し、転送状態サイズとエンドツーエンド遅延に焦点を当てる。
• コンテンツ指向ネットワークにおける効率的でスケーラブルかつ安全なリアルタイムコンテンツストリーミングを可能にすること。

提案手法

• 個々のマルチキャストグループごとに1エントリのみを保持するマルチキャストアドレス解決テーブル（MART）に、従来の保留中Interestテーブル（PIT）を置き換える。
• 匿名データグラムを用いてInterestメッセージを伝送し、中間ルータが個々のInterestを追跡する必要を排除する。
• 最初のマルチキャストInterest受信時に、すべてのグループメンバーが信号を送信する前でもマルチキャストデータ送信をトリガーする新しい転送アルゴリズム（アルゴリズム3）を採用する。
• ループフリーな転送を保証する逆経路転送（RPF）をデータ配信に活用し、個々のInterest状態を必要としない。
• 名前ベースルーティングのためのFIBを維持するとともに、MARTを用いてマルチキャストグループのメンバーシップと転送状態を管理する。
• 制御プレーンプロトコルを一切使用せず、データプレーンシグナルのみで効率的なマルチキャストツリーの構築と維持を実現するメカニズムを導入する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コンテンツ指向ネットワークにおいて、個々のInterest転送状態を維持せずにネイティブマルチキャストをサポートできるか？
• RQ2 さまざまなリクエストレートとマルチキャストグループサイズの下で、CCN-GRAMの転送状態サイズはNDNと比べてどの程度か？
• RQ3 マルチキャスト環境下で、CCN-GRAMのエンドツーエンド遅延はNDNと比較してどの程度か？
• RQ4 リンク遅延が、NDNのPITとCCN-GRAMのMARTのスケーラビリティと状態成長に与える影響は？
• RQ5 CCN-GRAMは、NDNよりも低い遅延とリソース消費量で、高スルーレートのリアルタイムストリーミングをサポートできるか？

主な発見

• CCN-GRAMは、高いリクエストレート下で、NDNと比較してルータ1台あたりの転送エントリ平均を150倍以上削減し、MARTサイズはリクエスト量に依存せずに一定を保つ。
• 1秒あたり800個のInterestと15msのリンク遅延の下で、NDNの平均PITサイズは408エントリに達するが、CCN-GRAMのMARTサイズは平均5.26エントリにとどまる。
• 30msのリンク遅延下では、NDNの平均PITサイズは814エントリに増加し、一部のルータでは最大2,700エントリを記録するが、CCN-GRAMのMARTサイズは変化しない。
• CCN-GRAMは、特にパス遅延が非対称な状況下で、最初のInterest受信時にマルチキャストデータ送信を早期に開始できるため、NDNよりも低いエンドツーエンド遅延を達成する。
• CCN-GRAMの平均エンドツーエンド遅延は、高い負荷下でも常にNDNよりも短く、転送状態の削減とより効率的なツリー形成によるものである。
• CCN-GRAMは、リンク遅延やリクエストレートに依存しないMARTサイズのおかげで、高い負荷と長い遅延下でもスケーラビリティと信頼性を維持する。