基于overlay网络的多速率组播速率分配问题的研究

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1、第一章绪论第一章绪论1.1选题背景随着Internet和计算机技术的发展，Internet中用户以及应用表现出了新的特点：个人计算机能力的不断增强和与之对应的需求变化。如今个人计算机的计算能力、存储能力、接入带宽都有了飞速提高，并且个人计算机的数量也在爆炸式地增长。由于计算机能力的不断增强，用户已经不再满足于仅仅在Internet上浏览网页、收发邮件等基本的功能，新出现的一类应用需求（诸如在Internet上进行实时音视频交流、音视频点播、网络直播、用户之间的文件共享、虚拟社区、网络游戏等）逐渐成为网络应用的主体。1.1.1组播技术的发展组播是网络研究

2、的一个重要课题。传统的IP组播方案是为一对多，多对多的通信模型而设计的，一直以来被认为是最有效的实现数据的群分发的方法。然而，虽然历了十多年的发展，由于其自身缺陷[1]，IP组播至今未能得到广泛应用。¨从技术角度，IP组播体系结构缺乏可扩展性。路由器需要为每个活动的组/源维护路由状态信息，而且这些组播地址不能聚合，网络中大量的活动组将需要路由器巨大的存储和处理开销。此外，组播组成员的动态加入和退出使网络必须动态维护路由状态，也会增加组播路由器的负担。¨从管理和安全角度，开放的IP组播模型在Internet环境中难以支持有效的管理和控制机制。IP组播业务

3、模型是一种anysource、anyreceiver的开放模型，任何节点都可以创建组，可以向组发送数据，节点可以加入任何感兴趣的组接收数据，发送节点不知道具体的接收节点，接收节点也不需要知道发送数据的节点。在这种模型下，接入控制、组管理、组地址协调机制一直没有有效的解决方案，安全机制也较单播复杂。¨从市场角度，IP组播采用UDP作为传输协议，提供尽力而为（BestEffort）的服务，缺乏对高层的特性如可靠传输、拥塞控制、流量控制及安全管理的有效处理；同时IP组播还没有清晰的商业费用模型和计费模式，以至于，许多Internet1电子科技大学硕士学位论文

4、服务提供商仍不情愿在广域环境下提供对组播服务的支持。¨从应用角度，IP组播的实施涉及到对现有网络底层架构的改变，进一步限制和阻碍了IP组播应用的大规模开展。因此在IP组播难以部署无法满足新出现的应用需求情况下，需要寻求新的方案和技术，来满足应用的需求。近年来，随着P2P覆盖网络技术出现，一些研究者开始研究新的组播架构，绕开IP组播的种种难题，提出了基于应用层的组播机制（ApplicationLayerMulticastorALM），作为IP组播的替代实现技术。ALM研究旨在将组成员节点自组织成覆盖网络，直接在组成员之间建立数据传递树，将组播相关功能（包

5、括组成员管理、报文复制、数据分发等）实现于终端节点，在网络层采用IP单播实现数据传输，通过节点协作实现数据多点并发传输。和IP组播相比，ALM具有以下优点：¨可扩展性好。ALM的状态在主机系统中维护，不需要路由器保持组的状态，可以支持大量的组播组。¨易于实施和推广。ALM不需要网络设备的升级和功能扩展，其应用只需要在端系统主机上安装相关软件，可以随时部署和卸载。¨易于实现高层功能。ALM建立在下层网络连接之上，可以使用传输层协议提供的服务，如直接利用TCP固有的差错控制和拥塞控制机制保证端到端逻辑链路的传输可靠性并进行拥塞控制。¨无统一模型，便于针对特

6、定应用进行优化，减少网络的异构对服务的影响。组播功能从路由器到端系统的迁移，一方面可以避开网络层实现组播功能的许多难题，另一方面也带来一些新的挑战。¨主机不了解下层网络的拓扑结构，只能通过探测获得带宽和延迟等外在的特性参数，以启发式方法建立叠加网；逻辑链路不能较好地利用底层网络资源，叠加网的多条链路可能经过同一条物理链路。由于主机和路由器之间的迂回转发，不可避免在同一物理链路上存在报文的多个副本，因此ALM的带宽利用率不如IP组播。¨增加了端系统的复杂性、处理开销以及传输延迟，在服务响应能力等方面不及IP组播。¨可靠性受到端系统的影响。终端主机不如路由

7、器稳定，如果终端主机退出传输组或失效，数据分发路径的重建和恢复开销较大。¨破坏了网络的分层结构模型。虽然由于端系统固有的局限性使得ALM不可能达到IP组播的性能和效率，2第一章绪论但是ALM的易实施性以及其相对良好的性能使得其成为了近来组播研究的热点。当前应用层组播研究集中于视频会议系统、流媒体的分发系统和订阅/分发系统等。它主要用于实时的多媒体传输。1.1多速率组播异构性是Internet的固有特征。网络资源的异构不仅有静态的原因，包括硬件的计算处理能力、接入带宽的不同等，也有动态的原因，如拥塞而引起的可用带宽异构等[2]。网络拥塞的控制一直是网络研

8、究中的一个热点问题。多速率组播是解决网络异构性和拥塞控制的有效方案，它能够使网络资源的得到更好