ip组播中拥塞控制研究

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1背景随着网络的快速发展，带宽和网络负载承受着越来越大的压力，而组播正是一种降低带宽减少消耗的非常有效的方式。组播(Multicast)是一种允许一个或多个发送者(组播源)发送单一的数据包到多个接收者的网络层传输技术。与单播(Unicast)相比，它能够将数据报文同时发送到多个接受者；与广播相比，它传递消息的范围不局限于特定子网。独特的传输方式决定了IP组播具有极其广泛的应用前景，在一对多的新闻推送、软件发布、分布式数据库更新、视频会议等方面等应用中，都对组播技术有着极大的需求。历经多年研究发展，IP组播已经形成了较为完整的组播协议体

2、系，包括组[1-7]播主机和网络的交互协议、组播路由协议、组播的地址管理协议等；而且设备对组播的支持也很普遍。但从因特网中IP组播的应用现状看，IP组播并没有取得预期的成功。阻碍IP组播业务发展的重要原因之一就是组播技术缺少有效的拥塞控制。为了实现基于组播的上层协议的开发，组播拥塞控制是一个必须深入研究的问题。IRTF已将组播拥塞控制作为一个优先发展的领域，同时IETF也指出在标准化组播协议之前，必须有效的解决拥塞控制问题。近[8-12]年来的研究和标准化过程主要致力于解决这个问题。1.2组播技术概述利用计算机网络进行数据和信息传输，已经成为现代商业社会重要而又不可缺少的组成部

3、分和赖以生存的基础。近年来，随着信息技术的迅猛发展和网络应用大量增加，原来已经非常庞大的数据传输量仍在成倍地增长。这就带来了带宽的急剧消耗和网络拥挤问题。为了缓解由此带来的网络瓶颈问题，人们提出各种方案，如增加互连带宽、服务器的分散与集群、改变网络流量结构、减轻主干网的瓶颈、应用QoS机制、给部分应用预留带宽、采用组播技术等。相比较而言，组播技术有其独特的优越性能，它采用将数据分发给多个接收者的有效方式。与使用多个单播通信相比，组播会话可以大大减小数据源处理负载和网络的传输代价。在组播网络中，即使用户数量成倍增长，主干带宽-1-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文也不需要随之增加，这

4、个优点使它成为当前网络技术中的研究热点之一。组播源把数据包发送到特定组播组，而只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。组播可以大大的节省网络带宽，因为无论有多少个目标地址，在整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包。从图1-1和图1-2中，我们可以看出组播与单播的不同。图1-1单播示意图Figure1-1IllustrationofUnicast图1-2组播示意图Figure1-2IllustrationofMulticast比较可以看出：如果使用单播传输方式实现一对多的通信，在发送者和每个接收者之间需要单独的数据信道。如果一台主机只给少量的接收者传输数据，一般的服务器都可以

5、承受，但有大量主机希望获得数据包的同一份拷贝时(如比赛直播、电话会议等)，使用单播传输方式将导致发送者负担过重，甚至造成网络拥塞。如果使用广播传输方式，所有在子网内部的主机都将收到这些数据包，网络将向所有主机都投递一份数据包，不论这些主机是否愿意接收；而且广播的-2-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文应用范围非常小，只对同一个广播域内有效，这必然无法在互联网上应用。与前两种传输方式相比较，组播传输方式具有明显的高效性，能有效提高数据传送效率，减少了主干网出现拥塞的可能性。组播组中的主机可以是在同一个物理网络，也可以来自不同的物理网络。当将相同的内容传送给多个客户时，组播能明显地减少

6、对网络的带宽要求，并降低了服务器负载。组播的具体形式是将报文向一个“由若干个接收主机形成的组播组”传送。组播包与其他IP数据包不同在于：它的目的地址是“组播地址”：IPv4网络下，以“1110”开头的D类地址被分配作组播地址；IPv6网络下，以[13-18]“FF”开头的地址被分配用于组播。除了目的地址，组播数据包与普通UDP包没有区别。[18]组可以分为两种：永久组和临时组，由Internet管理机构分配，永久组的IP地址是众所周知的保留地址。临时组的地址则使用除永久组地址外的非保留D类地址。组播组的成员可以自由加入或者退出某个组播组，一个组播组也可能包含零个或多个主机，主机

7、也可以加入多个组播组，具有较强的动态性。组播分组在互联网上的转发由支持组播的路由器来处理。主机发出的IP组播分组在本子网内被所有主机组成员接收，同时与该子网直接相连的组播路由器会把组播报文转发到所有包含该主机组成员的网络上。组播报文传递的范围由报文的生存期值(TTL,Time-to-Live)决定，如果TTL值等于或者小于设置的路由器端口TTL限值(TTLThreshold)，路由器将不再转发该报文。组播报文通过UDP进行传输，缺乏TCP所提供的拥塞控制机制，组播的引入虽然节约了网络的资源，