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リスト型インタレストによるCCNルータ負荷削減

栗原淳，横田健治，植田一暁，田上敦士

株式会社KDDI研究所

ICN研究会キックオフワークショップ2015/04/07

栗原淳 (KDDI研究所) List interest 2015/04/07 1 / 28

1 研究背景

2 提案手法その 1/2：Label Array for CCNLF

3 提案手法その 2/2：List Interest

4 提案手法の評価

5 まとめ


研究背景： Content-centric networking (CCN)!"#$%$&#

'("&)*$%

+%(,)'$%

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'("#$"#2(34$'#

/01

/01

501

506701

/01

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/08

/925927:2'("#$"#2"-*$

• コンテンツは複数のcontent objectで構成．個々のcontent objectはユニークなname (content name/チャンク番号) を保持．

• content object 1つに対し interest (要求パケット) 1つを発行．• 各ルータのキャッシュを利用し効率的なコンテンツ配信を実現．


研究背景：CCN ルータの基本Content store (CS) : content objectのキャッシュPending interest table (PIT) : 未処理interestのスタックForwarding information base (FIB) : name prefixと出力I/Fの対応表

CS PIT FIB

CS

PIT

interest

content

object

content

object

forward

forward cache

discard content

object

add incoming

interface

drop or

NACK

!"#$%&'()* +,%&'()*

" "

"

"

- -

-

-

" -lookup hit lookup miss


研究背景：CCN label forwarding (CCNLF) in CCN 1.0

CCN 1.0 : CCN の最新プロトコル [Sol14]CCNLF : CCN 1.0におけるパケットの高速転送方法 [Mos14]

CCNLFでは，各パケットは，interest label (IL), forwarding label (FL)の2種類のラベルをヘッダに持つ• IL ⇒ interest そのもののハッシュ値• FL ⇒ 前ホップのFIBで最長一致したprefixのハッシュ値．


iFL : ルータへの入力パケットのFLeFL : ルータのFIBと最長一致検索して得られたprefixのFL

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"#$%&%*'-)34,5!67%&%*

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/0/1/9-

,"# $%&%*'

(#)$%&%*%+'


より詳細なCCNLFの転送ルールは…

CSPIT

FIB

CS

PIT

IL

content object,

with IL and iFL (as FL)

forward interest

with IL and eFL

(as FL)

forward content object with

IL and iFL(as FL) cache content object

with IL and eFL

discard content

object

add incoming

interface

drop or

NACK

!"#$%&'()* +,%&'()*

" "

"

"

- -

-

-"-

lookup hit

lookup miss

FL (as iFL)

determine eFL

from interest name

and FIB info.

eFL

IL

FL (as eFL)output (IL, eFL, iFL)

PIT/CSは，(eFL, IL)の完全一致(exact-match)で検索


研究背景： Motivations of this research

巨大なコンテンツ=大量のcontent objectの取得時には，大量のinterestの発行が必要．

⇓

大量のinterestに対して，ルータのCS/PITの検索負荷が膨大になる可能性

加えて，CCNLF に対応したFIB/PIT/CSの構造や検索手法は未定義・未提案


研究背景： Aim of this research

目的CCN 1.0 + CCNLF において，ルータ内検索を通常時よりも大幅に軽減可能とする

• 提案手法その 1/2： Label array⇒ CCNLF に対応したFIB/PIT/CS 検索テーブルと検索アルゴリズム

• 提案手法その 2/2： List interest⇒ 共通の情報を持つ複数interestを1つに集約したinterest

interestを集約したlist interestにlabel arrayを用いることで，集約しないinterestの場合と比べて大幅なルータ内検索負荷の軽減が可能


1 研究背景




5 まとめ


提案手法その 1/2： Label array1つのFL tableと複数のsubtableから成る2層構造

FL (/xxx) FL (/xxx/yyy)

FL next FLs

FL (/xxx/yyy) null

FL table

IL (/xxx/a.jpg/1) CS

IL pointer

IL (/xxx/a.jpg/2) PIT

subtable for FL (/xxx)

IL (/xxx/yyy/c.mp3/1) PIT

IL pointer

IL (/xxx/yyy/c.mp3/2) PIT

subtable for FL (/xxx/yyy)

!"#$%&'()*# $*+,-.&'()*#

/xxx

prefix

/xxx/yyy

pointer

• FL table: FL (ハッシュ値) をキーとして持つハッシュテーブル，最長一致prefixのFL (eFL) の導出に利用

• subtable: IL (ハッシュ値) をキーとして持つハッシュテーブル，FLtableの各エントリからリンク，PIT/CSエントリへリンク

受信interestに対しFL tableとsubtableを使った2ステージの検索を行う栗原淳 (KDDI研究所) List interest 2015/04/07 11 / 28

提案手法その 1/2：第1ステージ ̶ FL table の検索 ̶

受信したinterestの iFL に対して，1 FL table を iFL で検索，さらに長いprefixのFLのエントリがないかをチェック

2 最長一致 prefix の FL (eFL) を導出3 eFL のエントリからリンクされる subtable の処理に遷移nameがおよび iFL ( ) のinterestを受信した時

FL (/xxx) FL (/xxx/yyy)

FL next FLs

FL (/xxx/yyy) null

FL table

/xxx

prefix

/xxx/yyy

pointer

to subtable

!"#

!$#

!%#&'() !*+++*,,,#


提案手法その 1/2：第2ステージ ̶ Subtable の検索 ̶

1 FL tableの検索処理結果で求められたeFLに紐づく subtable を固定2 subtable を受信interestの IL で検索⇒ content objectを返送もしくはPITエントリを更新，あるいは新規エントリ作成

eFL ( ) に対応する subtableで IL ( ) を処理

IL (/xxx/yyy/a.mpg/1) CS

IL pointer

IL (/xxx/yyy/a.mpg/2) PIT

subtable for eFL (/xxx/yyy)

FL (/xxx/yyy)

FL table

/xxx/yyy

!"#

!$#

!"

!"#$%#$&"'(%!$#$%


提案手法その 1/2： Label array まとめ

• FL table: FLのハッシュテーブル• Subtables: FL tableの各エントリに紐付いたILのハッシュテーブル• 受信interestに対して，FL table の検索の後，subtable の検索を実行(2ステージ検索)


1 研究背景




5 まとめ


提案手法その 2/2： List interests

提案手法その 2/2： List interest のモチベーションチャンク番号以外は同一のnameのinterestが連続してやって来るとき，その処理で利用する subtable は常に共通⇒ FL tableの検索を1回だけにしてsubtableだけで処理したい

List interest:• 同一のprefixを持つ複数 interest のILをパッキングしたコンテナ• 通常のinterestと同じ構造 (FL, IL等も保持)


具体例

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()))(*+,-.(/

()))(*+,-.(0

()))(*+,-.(1

()))(*+,-.(2

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!" 4()))(*+,-.(/5

!" 4()))(*+,-.(05

!"#4()))(*+,-.(15

!" 4()))(*+,-.(25

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$%%%$&'()*

&'()*"+,-#+.-/0/,-1

$%%%$&'()*$23/0-4

5.+26/74

0&.89(

• パッキングされるIL等は，list interestのoptional headerに格納• List interestそのもののname prefixは共通prefixと同一• name postfixはランダムに設定


提案手法その 2/2： Label arrayによるlist interestの処理1 List interestのFLを使ってFL tableを検索2 得られたsubtableを固定して，パッキングされたILを全て検索

!"#$%&'(

)*&$%&'( +,-#(!" ./0001.2,33,4#$,#%''#5"1

!"./0001

.61

5"./000/%7389/61

.:1#;<=>?@AB5"CDEFGHIJ

5"./000/%7389/K15"./000/%7389/L1

複数のILの処理において，FL tableの検索回数を1回のみにしてしまう栗原淳 (KDDI研究所) List interest 2015/04/07 18 / 28

提案手法その 2/2： List interest まとめ

• List interest: 同一prefixを持つ複数interestを，ILとしてパッキングしたコンテナ

• Label arrayを用いて，複数ILに対する最長一致prefixの検索回数を1回のみにする事が可能


1 研究背景




5 まとめ


提案手法の評価

L個のinterestを• L個の独立のinterestとして受信• 1つのlist interestにパッキングされたものを受信

した際の，label arrayを用いたルータ内検索の処理負荷を比較評価

L個のinterestは，チャンク番号のみが異なるものと仮定．⇒ 同一のsubtableにエントリされるものと仮定．


提案手法の評価：L個独立のinterestの処理負荷 CIndividual

CSearchFL: FL tableの検索負荷CSearchSub(Sub): subtable Subの検索負荷

L個独立のinterestの処理負荷は，

CIndividual ≃ L (CSearchFL +CSearchSub(Sub))

おおまかに FL tableの検索負荷とsubtable Subの検索負荷の単純なL倍

※メモリのリードライト処理負荷などは無視できるものとした


提案手法の評価：L個のinterestをパッキングしたlist interestの処理負荷 CList

L個のinterestをパッキングしたlist interestの処理負荷は，

CList ≃ CSearchFL + (L + 1)CSearchSub(Sub)

おおまかに FL tableの検索1回分と，subtable Subの検索L + 1回分の和．

L + 1の理由：List interestそのもののILも同じsubtableで検索するため．

※メモリのリードライト処理負荷などは無視できるものとした


提案手法の評価： Lに対する処理負荷の比 CList/CIndividual

仮定： 3.08CSearchSub(∗) = CSearchFL¹

00.20.40.60.8

11.21.4

10 20 30

Rat

ioof

the

com

plex

ityC

List/C

Indi

vidu

al

List size L

Lに対する処理負荷の比 CList/CIndividual

⇒ Lに対してCList/CIndividualは反比例⇒ この例では L > 1 であれば大幅な処理負荷の軽減が可能¹3.08は，文献[SNO13]において最長一致prefixを求めるためのFIBのハッシュテーブル検索

回数の平均最小値栗原淳 (KDDI研究所) List interest 2015/04/07 24 / 28

1 研究背景




5 まとめ


まとめ

• CCNLFに適用可能なFIB/CS/PIT検索テーブル label array を提案• 共通のprefixを持つ複数interestのILをパッキングした list interest を提案

• list interestをlabel arrayを用いて処理することで，別個に処理する通常のinterestの場合よりも，大幅に検索処理負荷が軽減できることを明示


今後の課題

• label array の実装評価• list interest 用のconsumer側での輻輳制御方式の評価，最適パラメータの導出⇐ 方式自体は3月NS/IN研究会で提案済 [YKT15]


参考文献

[Mos14] M. Mosko, “CCNx label forwarding,” Palo Alto Research Center, Inc., 2014. [Online]. Available:http://www.ccnx.org/pubs/ccnx-mosko-labelforwarding-01.txt

[SNO13] W. So, A. Narayanan, and D. Oran, “Named data networking on a router: fast and DoS-resistant forwarding with hash tables,” inProc. IEEE/ACM ANCS 2013, San Jose, CA, USA, Oct. 2013, pp. 215‒225.

[Sol14] I. Solis, “CCN 1.0 (tutorial),” in ACM ICN 2014, Paris, France, Sep. 2014.[YKT15] K. Yokota, J. Kurihara, and A. Tagami, “A study of TCP-like congestion control using interest aggregation in content-centric

networking,” IEICE Tech. Rep, vol. IEICE-114, no. 477, pp. 173‒178, Mar. 2015, ref. # IEICE-NS2014-207.


http://www.ccnx.org/pubs/ccnx-mosko-labelforwarding-01.txt

リスト型インタレストによるccnルータ負荷削減icn/wp-content/uploads/2015/04/...ccn1.0:ccnの最新プロトコル[sol14]...

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