网络编码:网络下一次革命?

网络编码可以重新设计路由,内容分发和无线,供应商和研究人员说

一些高科技巨头——包括微软、惠普和英特尔——正开始采用一种名为网络编码的技术,以提高从内容分发到无线网络等一切领域的吞吐量、可扩展性和效率。

一些高科技的最大名字 -微软惠普英特尔其中 - 开始接受一种称为网络编码的技术,以促进从内容分发到无线网络的所有内容的吞吐量,可扩展性和效率。

网络编码,在大学和供应商实验室大大覆盖,自从​​七年前由少数研究人员提出,基本上是一种算法,该算法表示可能超过双网络吞吐量,同时还提高了攻击的可靠性和抵抗力。网络编码最具热销的支持者表示,该技术可以激发网络的下一次革命,而其他技术则表示网络编码更有可能根据现有路由方案悄悄地渗透网络架构。

网络编码通过将消息分离成较小位的“证据”,然后可以由目的节点推导而不发送,不发送,重传或复制整个消息。它使此证据能够遍历向终端存储到终端的中间节点的多个路径。它不需要额外的容量或路由 - 它只是将消息的证据与已经由现有网络基础架构支持的比特流混合。

“这就像窃听:你倾听周围发生的事情,形成一种观点,然后你通过实际记住和使用你拥有的信息来提高整体吞吐量和能力,”英特尔研究中心合作无线通信首席研究员Sumeet Sandhu说。

网络编码图

网络编码可以从路由器到无线系统的任何数量的产品,或者采取完全新的设备被称为网络编码器的形式。英特尔看到了技术扩展无线基站范围的潜力。微软已经在试制网络编码以使其内容分发系统更高效(读取“微软的网络编码计划”)。其他大型网络公司,如思科,通过发言人来保持他们的计划嘘声嘘声,并通过发言人来说,“我们正在调查网络编码,因为理论有助于区分各种不同类型的流量,然后优先考虑它们以帮助提高容量增加网络。现在我们不提供任何特定的网络编码产品。“

解码网络编码

为您提供更好的网络编码所在的感觉,这是一个进一步的技术解释。

网络编码通过称为“按位异常或”(XOR)操作来使数据包自身内部的数据进行操纵,以将信息与另一个数据包的信息组合。按位XOR采用两位图案,并在每对对应位上执行逻辑操作,如果两个比特是不同的,则分配数字“1”,如果它们是相同的。

这些1和0是代码或证据,终端站或任何具有智能的节点可以据此推断从发送方接收到的信息。通过这种方式,网络编码有效地允许目标节点接收多个消息,而不增加其接收的数据包数量或整体网络容量。

“你正在使用数据的代数性质,以便让自己与您可以做的数据包的自由,”电气工程与计算机科学部门副教授Muriel Medard说:麻省理工学院以及网络编码领域的领先研究员。“您可以在网络中做事,允许您更有效地或以不同方式使用它。”

像MENARD这样的支持者表示网络编码在共享路由器基础架构中特别有益 - 例如Internet - 对等内容分发和无线网状网络。在A.文章在描述这一概念时,Medard和其他研究人员表示,网络编码有潜力极大地加快和提高各种通信系统的可靠性,并很可能引发该领域的下一次革命。

MEDARD说,网络运营商如何实现网络编码取决于操作员正在寻找的目标。它与MPLS交通工程 - 另一种,广泛实现的用于增加网络容量和效率的方法 - 因为MPLS不会改变数据包内的数据;它为数据包添加了附件或标签(“MPLS解释说明“)。

“你不仅仅是在你选择工作的包裹的任何领域;“你实际上考虑了在数据包里面的数据本身上工作和运营的可能性,”塞尔德说。“但最终你仍然恢复最初想要的信息。”

目前的路由器和交换系统不这样做。它们读取信息包的源字段和目的字段,并通过将相同节点上的输入映射到输出来引导流量——它们不会将两个不同信息包的内容组合起来,也不会将一个节点上的输入映射到另一个节点上的输出。

“但是,像XOR这样的事情的能力可以真正受益于你的网络运营中的一点,”塞尔德说。“通过为自己提供这样做的自由......你大大改变了你能做的景观。”

METARD表示网络编码器可能不会替换路由器本身,但可以用作路由的叠加。但随着时间的推移,网络编码可能变得不可或缺于路由操作,因为它的好处变得明显,基本上改变了我们今天所知的路由技术。

塞尔德称她向两三年前向思科工程师提供了技术研究。她的表现为“良好”,但强调它是技术性的,没有讨论商业影响。

惠普采取网络编码

HP,如Microsoft,看到了对等待对等内容分发的承诺的网络编码。惠普还与在该领域的工作中合作和资助麻省理工学院的工作。

“这是一个令人兴奋的新技术,”惠普实验室的研究员Mitchell Trott说。“它有很多潜力,但究竟没有清楚的是哪个系统会受益。”

Trott表示,网络基础设施中网络基础设施中的网络编码的应用程序是“更艰难的问题”,而不是网络编码是否有助于内容分发。他说,必须证明它在基础设施供应商采用之前提供了大的性能增益。

“你必须要解决一个特定的问题——多播可能是最受益的一个,”他说。“当然,大多数人甚至都没有打开多播。”

多播,它同时向一组目的地提供信息,通过网络编码可以更有效地使得传统路由可以提高。研究人员说,组播当链接到目的地分割的链接时,创建整个消息的副本,但网络编码可以缓解它的XOR证据技术。

Trott说,另一个使网络编码对网络基础设施产生疑问的因素是交换机和路由器往往在设备架上放置长达十年之久。

“滚动设备需要很长时间,以支持这些新技术,”Trott说。还必须有新的控制和管理协议,以跟踪编码路由器和交换机的所有数据包和比特流操作 - 或编码器 - 在网络中执行,以及如何通知其邻居节点。

Trott说:“我认为这是一件很难逐渐展开的事情。”“你可以逐步推出这种能力,但你必须一次全部启动。”

到目前为止,惠普还没有在商业产品中找到合适的网络编码,但Trott说,这可能会随着时间的推移而改变。他还说,无线网状网络可以从技术,尤其是临时军事传感器网络中受益。

麻省理工学院的研究人员进行的研究表明,编码提供了无线网络吞吐量的“几倍增长”。麻省理工学院的研究人员说,他们发现,在一个非常小的设置下,吞吐量增加了一倍,而在一个使用UDP流量的实验中,吞吐量增加了四倍麻省理工学院建设

英特尔进入网络编码

英特尔还希望网络编码有利于其无线举措,特别是在WiMAX中。英特尔于2006年开始了网络编码研究。

Intel Research的Sandhu说,多跳继电器由基础设施控制的WiMAX基站和中继站受益于延长基站范围内的网络编码。她说,中继站对基站执行无线回程,并且网络编码可以通过最小化冗余分组路由,在端到端基站站到客户端交互中间进行双向继电器。在这个应用程序中,网络编码可以在简单的双向路由中提供25%至50%的吞吐量增益。

“你通过在中间做这个Xor节省时间,”Sandhu说。“而不是四个时隙来完成端到端的双向通信,它只需要三个插槽,因为在一个插槽中,您实际上将两个数据包组合并将它们发送出来。”

但是WiMAX不像军事传感器网络那样是一个特别的网络——它是集中式的。Sandhu指出,在WiMAX网络中,一个为蜂窝提供服务的基站,加上一些用于扩展范围的中继,通常是常态。

“这不是一个非常丰富的基础设施;播放游戏有限的范围与网络编码等新技巧进行游戏,“她说。“所以我们只考察了这么简单的双向网络只有到目前为止。”

英特尔正在研究网络编码在OSI参考模型物理层的适用性,以及它如何在多输入多输出(MIMO)环境中与天线相互作用,Sandhu说。物理层的信息可能会丢失,因为比特向上移动到MAC层,因此英特尔正在寻找方法来捕获物理层通道信息,以进行更优的网络编码。

桑德胡无法说明英特尔是否计划或正在围绕网络编码进行产品开发。但桑德胡表示,除了无线和WiMAX,她确实看到了它对数据通信的适用性。

安全性怎么样?

研究人员承认,窃听和异或比特流混合的概念确实引起了安全方面的担忧。

但麻省理工学院的媒体表示网络编码 - 其能够基本上伪装消息和有效载荷数据 - 实际上可以通过制作流量遍历网络来实现超越加密和加密的信息安全性。

Medard说:“当你做这种组合时,它有一个数据隐藏的方面。“当你有两个比特,A和B,你和这两个比特异或,看到异或,你不知道其中任何一个比特是什么。你可能对这一对比特有所了解,但除非你完全了解比特B,否则你不可能算出比特A。”

她说,网络编码技术还提供了检测恶意“污染”攻击并纠正它们的能力。

然而,除了网络编码器是否最终会在互联网等大型共享基础设施中取代路由器之外,还需要进行大量研究,以确定网络编码对安全性和其他一些问题的影响。当信息无法在共享网络中混合时,用户必须知道如何以及何时实现网络编码;他们还必须考虑有线和无线基础设施中网络编码的细微差别;此外,当运营商将客户流量混合在一起时,电信行业必须确定如何向客户收取电信服务费用。

塞尔德说,她和他人正在考虑这些问题,因为他们继续深入研究改善对社会变得更加不可或缺的网络的方法。

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