论文摘要
随着宽带多媒体网络的不断发展,各种宽带网络应用层出不穷。IPTV、视频会议、数据和资料分发、网络音频应用、网络视频应用、多媒体远程教育等宽带应用都对现有宽带多媒体网络的承载能力提出了挑战。采用单播技术构建的传统网络已经无法满足新兴宽带网络应用在带宽和网络服务质量方面的要求,随之而来的是网络延时、数据丢失等等问题。此时通过引入组播技术,有助于解决以上问题。组播网络中,即使组播用户数量成倍增长,骨干网络中网络带宽也无需大规模扩展。简单来说,成百上千的组播应用用户和一个组播应用用户消耗的骨干网带宽是基本均等的,从而最大限度的解决目前宽带应用对带宽和网络服务质量的要求。IP三层组播作为IP网络中较新的一种通信方式具有传输效率高、带宽消耗低以及应用范围广泛的优势。PIM-SM作为目前广泛使用的域内组播路由协议,在IP组播体系结构中拥有举足轻重的地位和作用。如何使IP组播转发机制和组播路由选择机制更好的结合起来以提高组播数据包在网络中的转发效率也是目前广泛讨论的议题。本文通过分析PIM-SM协议,结合当前二、三层设备中转发硬件不能完全满足协议对硬件转发需要的现状,提出了一种基于通用硬件实现的协议方案。同时,本文围绕该方案提出了若干的改进并给出了改进后协议的实验结果,表明其满足对协议通用性、兼容性、可靠性和高效性的需求。本文的主要工作和创新点如下：首先,本文分析了目前三层组播协议软件的实现框架和体系结构,提出了一套完整的,可以兼容多种转发方式的三层组播框架模型。该模型通过将三层组播软件划分成多个层次模块,各个层次模块构造并维护与其相关的组播表项。同时,该模型根据组播数据包转发过程中各阶段的特点,有针对性的选择合适的处理模块,保证了软件的整体性能。其次,本文针对当前PIM-SM的协议实现受到设备网络接口硬件实现限制的现实,提出了若干基于硬件通用的PIM-SM协议的改进算法。该项改进通过在RPT上建立（*,G）协议表项的扩展（S,G,rpt）表项并利用其刷新路由信息表和转发信息表,利用底层的（S,G）转发表模拟（*,G）转发,越过了硬件平台对（*,G）转发的限制。再次,本文在硬件通用的PIM-SM协议改进算法的基础上,对PIM-SM协议表项出接口集合进行了扩展；随后,根据扩展后的出接口列表集合对PIM-SM协议中（*,G）、（S,G）和（S,G,rpt）三个重要协议状态机下接口增删算法做出了修改。保证改进后的协议在接口变化事件发生后,各个层次的表项的一致性。最后,本文在二、三层设备上对改进协议进行了可行性实验以及和原有协议的对比实验。实验表明基于新的三层组播框架模型实现的PIM-SM协议有效的屏蔽了底层硬件实现差异造成的组播数据包转发的复杂性,实现了对软件转发和硬件转发等多种转发方式的支持并保证了协议运行的高效和可靠。