IP網(wǎng)絡主播技術發(fā)展1刖言組播(multicast)是一到多或者多到多的多方通信形式，遠程會議、交互式仿真、分布式內(nèi)容系統(tǒng)、多方游戲等應用都對組播業(yè)務(multicastservice)提出了需求。在OSI模型的網(wǎng)絡層或者應用層實現(xiàn)業(yè)務是目前組播業(yè)務的兩種實現(xiàn)體制，本文對這兩種體制的體系結(jié)構(gòu)進行了討論，對兩種體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展及其對IP網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的影響提出了一些看法。2IP組播的歷史、現(xiàn)狀及困境1988年Deering提出了將組播的功能機制增加到數(shù)據(jù)網(wǎng)IP層的組播實現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)，這種體系結(jié)構(gòu)稱為IP組播(IPmulticast)oIETFRFC1112對IP組播的業(yè)務提供的方式和形式進行了描述和定義，被看成是IP組播的標準業(yè)務模型的定義。標準IP組播業(yè)務模型定義了主機和路由器IP層應有的功能機制和上層所看到的組播業(yè)務的形式。主機組(hostgroup)是IP組播概念的核心，多個主機組成主機組，用一個IP組播地址標識，以組地址為目的地址的組播數(shù)據(jù)以IP數(shù)據(jù)報的best-effort方式轉(zhuǎn)發(fā)到主機組的各個主機。組播路由器承擔組播數(shù)據(jù)的尋路和轉(zhuǎn)發(fā)控制功能，這些路由器及鏈路在網(wǎng)絡中形成了一個控制組播數(shù)據(jù)傳送的邏輯結(jié)構(gòu)，稱為組播轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)構(gòu)(deliverystructure)，這種結(jié)構(gòu)一般是樹形的結(jié)構(gòu)，稱為轉(zhuǎn)發(fā)樹，在轉(zhuǎn)發(fā)樹上的組播路由器接收、復制、轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)。歷經(jīng)20多年的研究和發(fā)展，IP組播已經(jīng)形成了較為完整的組播協(xié)議體系，包括組播主機和網(wǎng)絡的交互協(xié)議、組播路由協(xié)議、組播的地址管理協(xié)議等。組播路由協(xié)議是IP組播協(xié)議體系中最核心的功能。IP組播路由協(xié)議的發(fā)展分成域內(nèi)(intra-domain)和域間(inter-domain)兩個階段：最初的IP組播路由協(xié)議將網(wǎng)絡看成沒有層次結(jié)構(gòu)的平面網(wǎng)絡，組播路由算法采用廣播方式交互協(xié)議消息，因而只能應用在IP網(wǎng)絡的路由自治域內(nèi)，稱為域內(nèi)路由協(xié)議;域間路由協(xié)議的出現(xiàn)是為了解決在大型的、分層的IP網(wǎng)絡中組播路由問題，大型IP網(wǎng)絡采用自治域結(jié)構(gòu)形式組織網(wǎng)絡，域間路由協(xié)議解決了分層結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡的組播路由問題。1992年IP組播實驗網(wǎng)——Mbone建立，從1992?1997年，IP組播的協(xié)議標準和部署方法在Mbone中進行研究實驗。1997年以后，分層結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡域間組播路由的標準化成為IP組播研究的主要領域，域間路由協(xié)議體系的部署實驗開始在Internet2的兩個骨干網(wǎng)(vBNS，Abilene)中進行，從1999年中開始采用MBGP/MSDP[1，2]和PIM-SM[3]協(xié)議體系實現(xiàn)域間組播路由。目前絕大多數(shù)面向內(nèi)部網(wǎng)絡的路由器都實現(xiàn)了PIM-SM組播路由協(xié)議和IGMP協(xié)議，具有支持組播業(yè)務的能力。在一些內(nèi)部網(wǎng)絡中，IP組播業(yè)務已經(jīng)得到一些應用，比如基于IP組播建立的視頻傳輸系統(tǒng)可以有效地支持大規(guī)模的接收終端，但是由于對組播業(yè)務的管理還缺乏有效的解決方案，路由器的組播功能往往沒有開放。隨著對IP網(wǎng)絡組播研究的深入，業(yè)界普遍認識到僅僅依靠標準組播業(yè)務模型無法很好地支持所有的組播應用，而大量的、可以預見的組播應用是源節(jié)點確定的應用，由此提出了采用單源組播業(yè)務模型支持單源組播應用的思想，IETF提出的SSM（sourcespecifiedmulticast乂4］體系結(jié)構(gòu)是基于單源組播思想的，SSM采用了嚴格的一到多業(yè)務模型。SSM業(yè)務模型引入了組播通道的概念，組播通道（組播源地址，組播組）是二元組，組播源地址是唯一可以發(fā)送組播數(shù)據(jù)的源主機的IP地址，組播組是一個SSM組播地址，組播通道是組播路由器轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)報使用的信息。與標準組播業(yè)務模型相比較，SSM業(yè)務模型具有以下的優(yōu)點：SSM模型提供了組播接入的限制機制;組播源節(jié)點確定，路由協(xié)議實現(xiàn)簡化;組播組的管理由源節(jié)點管理和協(xié)調(diào)，不需要全網(wǎng)絡的組地址管理機制。SSM業(yè)務模型提出后，迅速得到了學術界、工業(yè)界的重視和支持，實現(xiàn)SSM業(yè)務的協(xié)議體系研究進入了一個快速發(fā)展時期，提出了PIM-SSM和IGMPv3草案，PIM-SSM是支持SSM業(yè)務模型的組播路由協(xié)議，IGMPv3草案支持SSM業(yè)務模型。從因特網(wǎng)中IP組播的應用現(xiàn)狀看，盡管經(jīng)過了20多年的發(fā)展，IP組播并沒有取得預期的成功。一方面，因特網(wǎng)中的網(wǎng)絡極少開放IP組播業(yè)務，至今還沒有全因特網(wǎng)范圍的組播業(yè)務;另一方面，基于IP組播的上層應用也屈指可數(shù)，相對于WWW等新的體系結(jié)構(gòu)，IP組播的發(fā)展非常緩慢。從因特網(wǎng)發(fā)展的過程和IP網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)看，阻礙IP組播業(yè)務發(fā)展的主要因素為:IP組播體系結(jié)構(gòu)缺乏可擴展性。路由器需要為每個活動的組維護路由狀態(tài)信息，而且這些組播地址不能聚合，網(wǎng)絡中大量的活動組將需要路由器巨大的存儲和處理開銷。此外，組播組成員的動態(tài)使網(wǎng)絡必須動態(tài)維護路由狀態(tài)，更增加了組播路由器的處理開銷。開放的IP組播模型在開放的因特網(wǎng)環(huán)境中難以支持有效的管理和控制機制。標準的IP組播業(yè)務模型是一種anysource、anyreceiver的開放模型，任何節(jié)點都可以創(chuàng)建組，可以向組發(fā)送數(shù)據(jù)，節(jié)點可以加入任何感興趣的組接收數(shù)據(jù)，發(fā)送節(jié)點不知道具體的單個接收節(jié)點，接收節(jié)點也不需要知道發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點。在這種模型下，接入控制、組管理、組地址的協(xié)調(diào)機制一直沒有有效的解決方案.IP組播還沒有清晰的商業(yè)費用模型，網(wǎng)絡運營商之間有不同的利益取向。目前骨干網(wǎng)運營商以帶寬使用獲得收益，對承載的是IP單播業(yè)務還是IP組播業(yè)務沒有必要區(qū)分，也就沒有動力在路由器中增加對IP組播的支持。3應用層組播面對IP組播業(yè)務在因特網(wǎng)中的困境，一些研究者開始反思IP組播體系結(jié)構(gòu)本身的問題，提出將復雜的組播功能放在端系統(tǒng)實現(xiàn)的新思想。端系統(tǒng)實現(xiàn)組播業(yè)務的思想是將組播作為一種疊加的業(yè)務，實現(xiàn)為應用層的服務，因此，端系統(tǒng)組播又稱為應用層組播(applicationlayermulticast)。圖1顯示了應用層組播在IP體系結(jié)構(gòu)中所處的位置。應用層組播網(wǎng)的節(jié)點是組播成員主機，數(shù)據(jù)路由、復制、轉(zhuǎn)發(fā)功能都

由成員主機完成，成員主機之間建立一個疊加在IP網(wǎng)絡之上的、實現(xiàn)組播業(yè)務邏輯的功能性網(wǎng)絡，稱為疊加網(wǎng)(overlaynetwork)，主機基于自組織算法建立和維護疊加網(wǎng)。圖2示意了應用層組播的基本思想及其與IP組播的差別，IP組播的數(shù)據(jù)沿著物理鏈路復制和轉(zhuǎn)發(fā)，而應用層組播的數(shù)據(jù)則在主機實現(xiàn)復制和轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)報沿著邏輯鏈路轉(zhuǎn)發(fā)，多跳邏輯鏈路可能經(jīng)過同一條物理鏈路。自組織算法是端系統(tǒng)組網(wǎng)的核心功能和機制，自組織算法的主要功能包括：周期性地交換節(jié)點狀態(tài)信息，通報組成員狀態(tài);周期性地收集網(wǎng)絡邏輯連接的帶寬、時延等動態(tài)參數(shù);動態(tài)地調(diào)整疊加網(wǎng)拓撲。直觀上，端系統(tǒng)實現(xiàn)組播功能可以避開網(wǎng)絡層實現(xiàn)組播功能的許多難題：一是應用層組播的狀態(tài)在主機系統(tǒng)中維護，不需要路由器保持組的狀態(tài)，解決了業(yè)務的擴展性問題，網(wǎng)絡可以支持大量的組播組。二是組播應用可以隨時部署，不需要網(wǎng)絡設備的升級和功能擴展。三是可以簡化組播的控制、可靠等功能的實現(xiàn)，建立在網(wǎng)絡連接之上的應用層組播可以使用TCP、UDP服務，如可以利用TCP的可靠和擁塞控制簡化組播的可靠和擁塞控制。報的咪葵堤史如罔*當然，應用層組播也有許多局限：一是端系統(tǒng)對IP網(wǎng)絡的了解IF1報的咪葵堤史如罔*當然，應用層組播也有許多局限：一是端系統(tǒng)對IP網(wǎng)絡的了解IF1.［版忘-—色貝隅自有限，節(jié)點參與組網(wǎng)時，只能通過探測獲得一些網(wǎng)絡性能參數(shù)，選取的邏輯鏈路難以優(yōu)化;二是主機不了解IP網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)，只能通過帶寬和時延等外在的特性參數(shù)，以啟發(fā)式的方式建立疊加網(wǎng)，邏輯鏈路不能較好地利用質(zhì)量較好的底層網(wǎng)絡資源，疊加網(wǎng)的多條鏈路可能經(jīng)過同一條物理鏈路。4應用層組播的研究現(xiàn)狀和進展應用層組播思想提出后的短短幾年內(nèi)，多個研究機構(gòu)開展了應用層組播體系結(jié)構(gòu)的研究項目，如：ESM(endsystemmulticast)[5]、YOID[6]、Scattercast[7]、Overcast[8]、ALMI[9]、HM(hostmulticast)[10]等，我們首先對這幾個項目進行簡單的介紹，然后做一個比較。ESMESM是CMU(卡耐基?梅隆大學)開展的一個端系統(tǒng)組播研究項目，是目前為止最成功的一個項目。2000年，ESM的研究表明，在端系統(tǒng)中實現(xiàn)組播功能的體系結(jié)構(gòu)是可行的，可以支持組成員在幾百范圍內(nèi)、分布稀疏的、較小規(guī)模的多方通信。2001年，通過在因特網(wǎng)中實際運行基于ESM的視頻會議，驗證了ESM采用的自組織協(xié)議可以在動態(tài)的、異構(gòu)的因特網(wǎng)中支持較小規(guī)模的視頻應用。Narada是ESM的組網(wǎng)協(xié)議。Narada協(xié)議首先在組播成員之間建立一個網(wǎng)狀的疊加網(wǎng)，然后在疊加網(wǎng)上運行組播路由協(xié)議，建立一棵組播轉(zhuǎn)發(fā)樹。通過動態(tài)探測網(wǎng)絡狀態(tài)，Narada動態(tài)地對疊加網(wǎng)進行維護和改良。YOIDYOID是ACIRI(AT&TCenterforInternetResearchatICSI)研究中心在2000年提出的，基于應用層組播的一整套內(nèi)容分發(fā)的解決方案，包括了應用層組播之上的可靠、安全、擁塞控制等機制。YMTP(YOIDmulticasttreeprotocol)是YOID體系的核心，是一種自組織的拓撲管理協(xié)議，將主機組織成網(wǎng)狀網(wǎng)和共享的組播轉(zhuǎn)發(fā)樹。Scattercast2000年，Berkeley大學的Y.Chawache在其博士論文中提出了Scattercast的體系結(jié)構(gòu)。這是一種基于