应用层组播研究报告.doc

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1、应用层组播——数据驱动构建重叠网络小组成员：SA06006074陈正军SA06006028谢孟浩SA06006097钱雪松SA06006106王松SB06006012周俊山（成员分工见附录）一．引言组播是网络研究的一个重要课题，IP组播模型是对Internet基本的“单播、尽力发送”模型的一个重要扩充，它把组播的主要功能放在路由器上实现。在IP组播体系结构中，网络中的路由器采用分布式算法构造一棵数据转发树。当组播分组沿着转发树进行转发时，在树的分支节点处，由路由器进行分组复制。IP组播是实现组播分组转发的最有效的方式，因为它可以使全网范围的分组复制数量达到最少，从而

2、实现减少带宽浪费和降低服务器处理负担的目的。从提出IP组播模型到现在，IP组播并没有得到广泛应用，这是由于IP组播在传输技术和管理上存在严重的问题。首先，IP组播的可扩展性问题，IP组播需要每个路由器为每个组维护状态，有时甚至需要为每个组播组中的源维护状态，和单播地址不同，组播地址很难聚合，这就增加了路由器的负担和实现的复杂性。其次，IP组播中实现可靠性和拥塞控制非常复杂，难以支持高层功能。第三，缺乏有效的网络管理和计费模型，这使得ISP迟迟不愿意在自己的路由器上实现IP组播。针对IP组播的部属实现困难，同时为了满足不断增长的组播应用需求，研究人员提出了应用层组播方

3、案。在应用层组播中，组播功能是在应用层实现的。应用层组播的主要思想是通过保持Internet原有的“单播、尽力发送”模型，在尽量不改变原有网络体系结构的情况下，增加端系统的功能来实现组播的功能。由于对网络本身改变很少，应用层组播具有很好的灵活性。图1给出了应用层和网络层组播示意图。在网络层组播中，分组由网络中的路内器进行复制，如果主机A向主机B、C和D发送分组，则分组在路由器1处进行复制。而在应用层组播中，分组在端系统处进行复制。端系统构成了逻辑上的重叠网络(OverlayNetwork)，应用层组播的目标就是为了便于进行数据传输，构造并维护高效率的重叠网络。由于应

4、用层组播可能会在同一条链路上多次发送相同的分组，因此它的效率要低于网络层组播。图10(a)IP层组播图10(b)应用层组播方案一．应用层组播分类应用层组播方案通常都按照两个拓扑结构组织组成员，一个是控制拓扑，另一个是数据拓扑。控制拓扑中的组成员周期性的交互刷新消息以相互标识身份并从节点失效中恢复。而数据拓扑通常是控制拓扑的子集，它用于标识组播转发时使用的数据路径。数据拓扑一般是树状结构，而控制拓扑则具有网状结构。根据构造控制拓扑和数据拓扑的顺序，我们可以把应用层组播方案分为3类：基于Mesh网优先建立的方案（Mesh-First）、基于树优先建立的方案（Tree-F

5、irstbasedApproach）和基于隐含组播转发拓扑结构的方案。基于Mesh网优先建立的方案（Mesh-First）：首先，组成员构造一个基于应用层的重叠网络作为自己的控制拓扑。其次，在重叠网上使用标准的组播路由协议例如DVMRP(DistanceVectorMulticastRoutingProtocol)生成基于源的组播树(数据拓扑)。典型方法有ESM、ScatterCast等。在基于树优先的方案中，首先直接采用分布式算法构造数据转发树；然后各个组成员通过主动探测，发现该组播树中的其它节点（不一定是自己邻居节点），并和这些节点保持控制连接。在基于树优先的方

6、案中，数据转发树加上这些额外的连接就构成了控制拓扑。这类方案的典型例子是Yoid、HostMulticast、ALMI等。在基于隐含组播转发拓扑结构的方案中，使用面向大规模对等网络的路由机制创建带有某些特殊属性的控制拓扑。在控制拓扑中就隐含定义了数据转发路径，因此在这类方案中，Mesh和转发树是同时根据应用层网络路由机制创建的，组成员之间并不需要进行额外的信息交互。这种方式的应用层组播协议通常可以支持规模相当大的组播组，具有良好的可扩展性。这类方案包括：NICE、CAN、Bayeux等。在本研究报告中，我们将重点介绍基于数据驱动来构建拓扑结构（Data-Driven

7、OverlayNetwork）方案。该方案的特点是：1）构建了非结构化的，每个节点（peer）拥有多个父节点的重叠网络；2）采用了一种节点发现机制，使得每个节点能够发现对自己最有利的多个父节点。这种数据为中心的设计更适应组播组中节点的动态的加入和退出。典型的方案有：CoolStreaming，PRO，GnuStream等。在具体介绍这些方案之前，我们先简要介绍与应用层组播的相关的媒体编码传送技术。一．应用层组播相关技术3.1媒体编码传送技术媒体编码传送技术对应用层组播，特别是实时的视频流业务影响很大。目前的媒体编码传送技术方案主要有：1）信息重复的单速率方案：发