应用层多播协议的多维特性研究

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1、第3期廖海宁等：应用层多播协议的多维特性研究·121·应用层多播协议的多维特性研究廖海宁,卢锡城（国防科学技术大学计算机学院，湖南长沙410073）摘要：从数据转发策略、服务模型、优化目标、优化技术和容错机制等5个维度综合研究分析了应用层多播领域的主要协议，并针对应用层多播协议设计过程中所需考虑的协议开销、可靠性、拓扑适配性、可伸缩性和优化目标等若干问题给出建议，最后对未来的研究作了展望。关键词：应用层多播；覆盖网；数据转发；优化技术；容错机制中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1000-436X(2007)04-0114-09Research

2、onmulti-dimensionfeaturesofapplicationlayermulticastprotocolsLIAOHai-ning,LUXi-cheng(SchoolofComputer,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:Asetofapplicationlayermulticastprotocolsweredescribedandclassifiedbasedonsomepropertiessuchasdataforwardingpol

3、icy,servicemodel,optimizationobjectives,optimizationtechniques,andfaultmechanism.ThensomerecommendationswereprovidedaboutthedesignofALMprotocols.Finallysomeimportantdirectionsforfutureresearcharediscussed.Keywords:applicationlayermulticast;overlaynetwork;dataforwarding;optimizati

4、ontechniques;faultmechanism第3期廖海宁等：应用层多播协议的多维特性研究·121·1引言随着网络技术的发展，诸如视频点播、视频会议、大规模分布式交互仿真、计算机协同计算等应用日益增多，多播已成为这些应用的关键支撑技术。收稿日期：2006-11-10；修回日期：2006-12-30基金项目：国家重点基础研究发展计划（“973”计划）基金资助项目(2005CB321801)FoundationItem:TheNationalBasicResearchProgramofChina(973Program)(2005CB321801)IP

5、多播需路由器的支持，它适用于时间同步、空间分布、实时不可靠的应用。由于各种原因，迄今为止IP多播在因特网上的部署仍是十分有限[1]，为此研究人员近年来提出了应用层多播。应用层多播将复杂的多播功能放在端系统实现，不需路由器的支持就可为广域网提供多播通信服务，它不仅可支持时间同步空间分布的应用，更可支持诸如视频点播等的时间异步空间分布的应用。应用层多播的发展深受媒体编码、P2P、自组织覆盖网、网络性能测量、覆盖网端到端拥塞控制和安全等使能技术的影响。目前常用的应用层多播协议性能评价标准可分为2类[2]：数据分发路径的质量和终端的性能。另外由于端系统的资源有限

6、，故而需限制每个成员节点的邻居数，因此应用层多播树是度数受限的多播树。关于数据分发路径的质量，一般使用下列3个指标来衡量：①强度(stress)：流经某一物理链路或节点的相同报文的数量。②展度(stretch)第3期廖海宁等：应用层多播协议的多维特性研究·121·：覆盖网中源到组成员的路径长度与单播路径长度的比值，常用跳步数表示。通常还可表示为RMP和RAP，RMP是覆盖网中源到组成员的最大时延与单播最大时延的比值，RAP是覆盖网中源到组成员的平均时延与单播平均时延的比值[3]。③代价：应用层多播树的代价可表示为覆盖网链路时延之和。通常用TCR(tree

7、costratio)来表示资源消耗情况，TCR是覆盖网多播树代价与对应的网络层多播树代价之比[4]。关于终端性能，常使用下列3个指标来衡量：①控制开销：反映多播协议用于维持覆盖网络所交换的控制信息数量及其所占用的带宽。②失效后包丢失率(lossafterfailure)：单点失效后的平均包丢失情况，反映协议的顽健性。③首包等待时间(timetofirstpacket)：一个节点加入传输会话开始到接收到第一个包的时间间隔。虽然应用层多播从提出至今不到十年，却已涌现了许多针对不同应用、具有不同性能优化目标和服务模型的协议[5~26]，如最早提出的应用层多播系

8、统ESM使用Narada[5]实现了中等规模的视频通信，并已成功地应用于SIGC