信息通信专业资料基于拓扑结构的应用层组播综述(word版)

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1、基于拓扑结构的应用层组播综述一、应用层组播的提出20世纪80年代末90年代初Deering提出了IP组播的概念[1]。在IP组播中，与组播相关的功能都放在IP层即由路由器来实现。路由器负责记录组的存在和组成员的变化，并在组成员之间构造一棵组播发送树。数据源只需要向组内发送一份组播数据，由路由器在恰当的分支点复制数据，就可以让所有组成员收到数据。而任何一份数据包的拷贝只会在每个组播树的链路上出现一次。由于IP组播能够有效地利用网络资源并降低服务器的负荷，因此它被认为是解决组内通信的最理想的方式。然而到目前为止，经过十多年的研究

2、，虽然IP组播在实验系统上比如Mbone,Internet2上得到了应用，但是一直没有进入商业领域。概括地说，主要是由以下原因造成的。第一，IP组播需要路由器的支持，每个组播路由器需要为每个组地址甚至组播业务源保存组状态。由于组地址是动态分配的，不能够像单播地址那样得到有效会聚，需要路由器内保存大量组状态，这增加了路由器的开销和实现的复杂性。第二，IP组播目前缺乏有效的可靠传输和拥塞控制机制，对拥塞不响应的组播流会对正常的单播业务流造成伤害，组播的拥塞控制机制非常难解决，因此在没有可靠的拥塞控制机制以前，ISP不会在它们的网

3、络中大规模配置组播业务。第三，目前还缺乏对组播流的合理的收费模型。以上几个原因导致了IP组播迟迟得不到大规模的应用。SimpleMulticast,Express和SourceSpecificMulticast针对IP组播存在的问题进行了一些改进，简化了多播发送的地址分配和接入控制，但是大规模运行这些协议需要大规模改动目前的网络基础设施，并且同IP组播一样，这些组播方式对路由器有很大依赖[2]。应用层组播就是为解决上述问题出现的,应用层组播将对组播功能的支持从路由器转移到终端系统,在终端之间运用原来的单播方式进行传输,也就是

4、说将数据的路由、复制和转发功能由成员主机完成，成员主机间建立一个叠加在IP网络之上的，实现组播业务的功能性网络。这样不必改变原有网络中基础设施,也不需要路由器维护组播组的路由表,可以比较容易地实现组播,加速了应用。图1.1是应用层组播网的结构模型。图1.1应用层组播网模型应用层组播的基本思想和它与IP组播的对比可以用图1.2来说明。应用层组播树也需要在组成员之间建立一颗组播分发树。然而与IP组播不同的是应用层组播树中的分叉点必须是终端系统，也就是说组播数据的复制是在终端系统中实现的。从图1.2(b)可以看到在某些链路上如A-

5、1同一份组播数据被发送了两次，而且从源到目的节点如A-C所经过的路径长度也大于IP组播中相同组成员所经历的路径长度。可见，应用层组播在网络资源的使用效率上不如IP组播。然而应用层组播的好处体现在首先它不需要路由器的支持，其次由于任何两个组成员之间在发送或接收数据时都可以使用单播流量控制和差错控制协议，从而简化了IP组播繁杂的拥塞控制机制。因此应用层组播更有可能成为组播的实现方式。图1.2aIP组播示意图图1.2b应用层组播示意图二、应用层组播算法的分类[3]应用层组播协议在把组成员组织在一起时，在它们之间构造了两个拓扑即控制

6、拓扑和数据拓扑。其中数据拓扑实际上就是一颗组播分发树，它定义了数据在组成员之间分发的路径。而控制拓扑则是一个网状结构，它的目的在于增加组成员之间的连通性以及健壮性。控制拓扑上互为邻居的对等点相互之间周期性的交换信息以识别组成员的动态变化(或者是主动离开，或者是意外崩溃)并恢复受到影响的数据拓扑。换句话说，控制拓扑起到了保护数据拓扑的作用。根据构建控制拓扑和数据拓扑的顺序，我们可以把应用层组播协议采用的策略分为以下几类:基于Mesh优先的策略、基于树优先的策略和基于隐含组播转发拓扑结构的策略。在基于Mesh优先的策略中，组成员

7、首先分布式地构造一个应用层的叠加网络，建立一个控制拓扑，在控制拓扑上成员与成员之间可以存在多条可达路径。每个成员都要参加分布式的路由协议，计算自己到其它节点的转发路径。在建立的控制拓扑上每个组成员随后再通过反向路径转发协议(RPF)构造从数据源到每个组成员的组播分发树，也就是数据拓扑。其代表性协议有Narada,Scattercast和Kudos等。所谓的叠加网络（也叫覆盖网络）其实就是位于应用层的主机自己构成的一个实现特定功能的逻辑网络。叠加网络在现有的Internet传输网络之上构建一个完全位于应用层的网络系统，拓扑发现

8、、路由等功能完全由应用层自己完成，不依赖网络层，是基于Internet网络的大规模的分布式应用技术。基于树优先的方式与网状优先恰好相反，组成员首先在它们之间构造组播分发树，随后每个组成员再通过相互之间交换信息发现其他非邻居成员，并建立与这些非邻居成员的连接，从而构造控制拓扑。这类协议主要有