基于IPv6的大规模可控组播网络体系结构研究

论文摘要

随着CNGI-CERNET2IPv6网络平台的建立、全球IPv4地址耗尽和IPv6的部署进入关键阶段、Internet中以IPTV和视频会议为代表的高带宽应用的日益增多，基于IPv6的组播传输系统，成为减轻路由器负载和改善视频应用体验的一个突破口。现存的组播服务由于有状态、不可控、安全性差等特点，没有得到广泛的部署。在组播网络和单播网络间缺乏有效的沟通机制，缺乏成熟的控制手段和收费模型等，阻碍了ISP的组播部署进程。任意源组播（Any Source Multicast, ASM）和特定源组播（Source SpecificMulticast, SSM）是IP组播中两种不同的传输模型。两种组播模型在现阶段均有较大的应用需求，但由于二者的模型差异，支持它们的路由协议和应用具有一定的区别。如何将两种组播模型相结合，为用户提供统一的服务接口，成为组播大规模部署和应用中的一个核心问题。另一方面，由于组播部署对于路由器升级的要求，组播在当今的互联网中部署还很有限，大部分用户所在的网络中并不具备组播支持。如何为这些用户提供视频服务，并与组播服务有机的结合起来，是组播应用的另一个关键问题。现存的一些研究工作试图解决上述问题。但是，它们均建立在网络核心节点不支持组播，而边缘小规模网络支持组播的假设上。同时，它们对于组播可扩展性、动态特性和安全性等讨论甚少。在CNGI-CERNET2中，主干网全部部署了SSM组播支持，但各校园网（边缘网络）不能保证组播支持，这与现有方案的假设相反。本研究的主要贡献是，针对上述问题，结合CNGI-CERNET2的实际情况，分析、修改和综合上述各方案在的优势和劣势，并引入对组播可扩展性、安全性等问题的讨论，设计和实现适应当前网络环境的大规模可扩展组播体系结构，并在CNGI-CERNET2中进行部署和全面的评估测试。本研究的主要创新点是，给出了适合新场景下的大规模可控组播体系结构，该体系结构中对组播融合互通、可扩展性、状态简化和安全控制方面都给出了完整的解决方案，对于当前的组播模型进行了扩展和完善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 问题的提出
• 1.1.1 单播与组播
• 1.1.2 大规模可扩展组播的技术困难
• 1.1.3 研究问题描述
• 1.2 研究背景及意义
• 1.3 文献综述
• 1.3.1 应用层组播方案
• 1.3.2 应用层和 IP 层组播混合方案
• 1.3.3 基于特定逻辑结构的方案
• 1.4 研究方法
• 1.5 论文结构安排
• 第2章 需求分析
• 2.1 现有网络状况分析
• 2.1.1 一般网络状况分析
• 2.1.2 CNGI-CERNET2 概述
• 2.1.3 网络支持需求
• 2.2 用户需求
• 2.2.1 IPv6 支持
• 2.2.2 操作系统和软件对组播的支持
• 2.3 网络管理需求
• 2.3.1 数据收发控制
• 2.3.2 网络拓扑维护
• 2.3.3 节目信息维护
• 2.3.4 用户状态维护
• 2.3.5 分层管理
• 2.4 对外接口
• 2.4.1 网管 Web 界面
• 2.4.2 用户 Web 界面
• 2.4.3 模块状态 Web 界面
• 2.4.4 操作信令请求接口
• 2.5 理想模型和过渡机制
• 第3章 体系结构
• 3.1 理论基础
• 3.1.1 总体需求
• 3.1.2 现有组播模型的解决方案
• 3.1.3 大规模可控组播体系结构的设计理念
• 3.2 体系结构
• 3.3 端到端转发方案
• 3.4 组播网关
• 3.5 管理服务器
• 3.5.1 中心化和分布式部署
• 3.6 网管系统
• 3.7 地址分配方案
• 3.8 系统信令
• 3.9 状态和信令的简化与可扩展性
• 第4章 网关
• 4.1 网关整体结构
• 4.1.1 现存组播模型中的网关模块
• 4.1.2 AUS 网关模块
• 4.2 报文转发模块
• 4.2.1 应用层网关方案
• 4.2.2 报文翻译方案
• 4.2.3 UDP 隧道方案
• 4.3 流量控制模块
• 4.3.1 原理
• 4.3.2 实现
• 4.4 网关控制模块
• 4.5 网关管控接口
• 4.6 收发控制
• 4.7 网关控制模块
• 4.7.1 系统 UML 图
• 4.7.2 线程管理
• 4.7.3 实现语言和跨平台特性
• 第5章 管理服务器
• 5.1 管理服务器整体结构
• 5.2 数据库设计
• 5.3 ORM 工具集
• 5.4 调度算法
• 5.5 管理服务器接口
• 第6章 网管系统
• 6.1 配置
• 6.1.1 主干网配置
• 6.1.2 边界网配置
• 6.2 性能
• 6.3 故障
• 6.4 安全
• 6.4.1 用户身份安全
• 6.4.2 流量安全
• 6.5 计费
• 6.6 网管系统的实现
• 6.6.1 底层工具的封装
• 6.6.2 线程安排
• 6.6.3 数据持久化和绘图
• 第7章 设计细节讨论
• 7.1 二层组播控制
• 7.1.1 问题描述
• 7.1.2 组播交换机和校园网管
• 7.1.3 身份认证策略
• 7.1.4 多重认证
• 7.2 接口
• 7.2.1 系统内部接口
• 7.2.2 系统外部接口
• 7.3 系统级异常处理
• 7.3.1 网关离线处理
• 7.3.2 管理服务器离线的处理
• 7.3.3 主干网组播不通的处理
• 7.4 计费服务支持
• 7.4.1 基于 MMS 服务器提供边界网内服务
• 7.4.2 支持 MMS 服务
• 7.5 理想模型的过渡机制
• 7.5.1 主干网和边界网组播支持阶段
• 7.5.2 全网组播支持阶段
• 7.5.3 跨自治域组播支持阶段
• 第8章 测试和评估
• 8.1 网关单转发频道测试
• 8.1.1 测试环境
• 8.1.2 测试结果
• 8.1.3 测试结论
• 8.2 网关多转发频道测试
• 8.2.1 测试环境
• 8.2.2 测试结果
• 8.2.3 测试结论
• 8.3 多级转发测试
• 8.3.1 测试环境和方法
• 8.3.2 测试结果
• 8.3.3 测试结论
• 8.4 实际部署测试
• 第9章 结论和展望
• 9.1 结论
• 9.2 本论文的创新点
• 9.3 下一步工作
• 9.3.1 根据真实的环境进行参数优化
• 9.3.2 计费模型
• 9.3.3 与其他网络技术融合
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果