一种应用层组播拓扑感知重叠网构建协议研究

论文摘要

应用层组播将组播的功能提升到应用层,通过端主机来实现,具有无需改变底层网络结构,部署灵活方便等IP组播无法比拟的优点,这也是著名的“端到端论点”所倡导的思想。应用层组播的基础是重叠网的构建,重叠网的效率将直接或间接影响上层的各种应用层组播协议。现有的几类应用层组播协议重叠网的构建通常采用主机之间延时探测和计算的方式,而没有利用底层网络结构信息,这将造成重叠网中存在大量高延时连接,从而导致整个协议的低效率。 互联网络具有小世界效应,在聚类的小世界中信息传递速度更快。利用底层网络的结构信息,构建同样具有聚类特点的重叠网,会提高整个组播系统的延时性能。本文从上述考虑出发,分析了网络结构特点;结合以网络结构为基础的全球统一IP地址空间注册分配机制,提出了树形的网络结构模型。模型中保存的信息由全面、权威的网络注册信息库中信息经抽取、按网络结构聚合而成。整个模型结构简单,层次分明,可以为重叠网的构建提供粗粒度的网络结构信息。 本文在研究了已有应用层组播协议的基础上,共同提出了一个可扩展的混合组播（SHM:Scalable Hybrid Multicast）协议体系。SHM由三个主要的协议组件组成:拓扑感知重叠网构建协议T-SHM（Topology-aware SHM）、组播管理协议M-SHM（Management SHM）和数据可靠传输协议R-SHM（Reliable SHM）。本文主要关注T-SHM协议的设计和分析。T-SHM协议的基础是树型的网络机构模型,根据模型的特点,设计了T-SHM的重叠网构建算法、父节点选择算法并对SHM网络域的划分机制展开了讨论。考虑到网络结构模型的通用性,在新协议设计的同时,本文对已有的ALMI协议的重叠网构建过程进行了改进,设计了T-ALMI重叠网构建算法。 本文分别采用模拟底层网络结构和探测实际网络节点延时两种方式,对T-ALMI的改进效果,及T-SHM协议的性能进行了模拟实验。实验结果表明,利用网络结构模型所构建的重叠网在链路平均延时、链路平均伸展度、最大传输延时、RP节点保存的路由信息规模各方面获得了较好的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 本文的主要工作
• 1.3 论文结构
• 第2章 拓扑感知重叠网
• 2.1 引言
• 2.2 重叠网及应用层组播
• 2.2.1 重叠网
• 2.2.2 应用层组播
• 2.2.3 应用层组播重叠网分类
• 2.3 重叠网拓扑感知问题
• 2.4 研究现状
• 2.4.1 现有拓扑发现机制的局限
• 2.4.2 静态路标机制
• 2.4.3 利用BGP路由信息
• 2.5 本章小结
• 第3章 SHM协议体系
• 3.1 引言
• 3.2 SHM协议框架概述
• 3.2.1 协议体系框架
• 3.2.2 协议包头
• 3.3 SHM重叠网拓扑构建协议（T-SHM）
• 3.4 SHM组管理协议（M-SHM）
• 3.5 SHM数据可靠传输协议（R-SHM）
• 3.6 对SHM协议体系的评价
• 3.7 本章小结
• 第4章 拓扑感知重叠网构建协议—T-SHM
• 4.1 引言
• 4.2 T-SHM协议概述
• 4.3 网络结构
• 4.4 IP地址分配机制
• 4.4.1 分配框架
• 4.4.2 网络注册信息
• 4.5 网络结构模型
• 4.5.1 IP地址前缀树
• 4.5.2 IP地址前缀树的不足
• 4.5.3 网络序号Netnum
• 4.5.4 网络结构树
• 4.5.5 对模型的评价
• 4.5.6 对网络注册信息的处理
• 4.5.7 模型的更新机制
• 4.6 T-SHM算法设计
• 4.6.1 重叠网构建算法
• 4.6.2 父节点选择算法
• 4.6.3 网络域划分机制分析
• 4.7 T-SHM协议评价
• 4.8 本章小结
• 第5章 实验及结果分析
• 5.1 引言
• 5.2 实验工具及评价指标
• 5.2.1 实验工具
• 5.2.2 评价指标
• 5.3 对ALMI协议的改进及实验评价
• 5.3.1 拓扑感知的ALMI重叠网构建算法T-ALMI
• 5.3.2 对T-ALMI实验评价
• 5.4 对T-SHM协议的实验评价
• 5.4.1 延时分布探测实验
• 5.4.2 T-SHM实验结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间发表论文目录）
• 附录B（网络注册信息模板及实例）
• 附录C（CERNET网络注册信息抽取聚合结果）