《計算機網(wǎng)絡 》課件第8章

第8章組播技術8.1引言

8.2IP組播技術

8.3應用層組播技術

8.1引

言

在計算機網(wǎng)絡中，主要采用一對一的通信模式，在發(fā)送節(jié)點與接收節(jié)點之間建立單獨的連接，發(fā)送節(jié)點發(fā)送的報文只能由指定的接收節(jié)點接收，這種通信模式稱為單播(Unicast)。圖8.1(a)為單播通信模型。然而，很多的網(wǎng)絡應用(如視頻會議等)需要采用一對多通信模式，一個節(jié)點發(fā)送的報文要由多個節(jié)點同時接收。如果采用單播技術來實現(xiàn)這種通信模式，則需要分別與多個接收節(jié)點建立連接，分成多次將同一報文發(fā)送給這些接收節(jié)點。當接收節(jié)點增多時，容易產(chǎn)生網(wǎng)絡瓶頸，造成網(wǎng)絡擁塞和傳輸延遲等問題。

為了解決這個問題，人們提出了組播或多播(Multicast)技術，將參加組播的用戶組成組播組，對于發(fā)給組成員的報文，發(fā)送節(jié)點(組播源)只需發(fā)送一次，由網(wǎng)絡交換節(jié)點將報文轉發(fā)給其他組成員，從而避免了在網(wǎng)絡上產(chǎn)生重復數(shù)據(jù)報文，節(jié)省了網(wǎng)絡帶寬。圖8.1(b)為組播通信模型。目前，組播技術在網(wǎng)絡音頻/視頻廣播、視頻點播(VOD)、網(wǎng)絡視頻會議、多媒體遠程教育、信息推送(如股票行情等)、網(wǎng)絡游戲等方面得到了廣泛應用。

圖8.1網(wǎng)絡通信模型(a)單播；(b)組播

8.2IP組

播

技

術

8.2.1IP組播的基本概念

1．IP組播地址和組播組

IP組播通信依賴于IP組播地址。在IPv4中，IP組播地址是D類IP地址，地址范圍為224.0.0.0～239.255.255.255，并被劃分為局部鏈接組播地址、預留組播地址和管理權限組播地址等三種。

(1)局部鏈接組播地址：地址范圍為224.0.0.0～224.0.0.255，這是為路由協(xié)議和其他用途保留的地址，路由器并不轉發(fā)屬于此范圍的報文。

(2)預留組播地址：地址范圍為224.0.1.0～238.255.255.255，可用于全局網(wǎng)絡(如Internet)。

(3)管理權限組播地址：地址范圍為239.0.0.0～239.255.255.255，供組織內(nèi)部使用，類似于私有IP地址，不能用于Internet，可限制組播范圍。使用同一個IP組播地址接收組播報文的所有主機構成了一個組播組。一個組播組的成員是動態(tài)變化的，一臺主機可以隨時加入或離開組播組。組播組成員的數(shù)目和所在的地理位置也不受限制，一臺主機也可以屬于幾個組播組。此外，不屬于某一個組播組的主機也可以向該組播組發(fā)送報文。

2．組播分布樹

(1)有源樹以組播源作為有源樹的根，有源樹的分支構成通過網(wǎng)絡到達接收主機的分布樹。因為有源樹將以最短的路徑穿越網(wǎng)絡，因此也稱為最短路徑樹(SPT)。

(2)共享樹以多個可選擇的組播路由中的一個作為共享樹的公共根，這個根稱為匯合點或集中點(RendezvousPoint，RP)。共享樹又可分為單向共享樹和雙向共享樹。單向共享樹是指組播數(shù)據(jù)流必須從根經(jīng)過共享樹發(fā)送到接收節(jié)點；雙向共享樹是指組播數(shù)據(jù)流可以不經(jīng)過共享樹。

3．反向路徑轉發(fā)

反向路徑轉發(fā)(Reverse-PathForward,RPF)是組播路由協(xié)議中轉發(fā)組播報文的基礎。當組播報文通過有源樹時，組播路由器檢查到達的組播報文的組播源地址，以確定該組播報文所經(jīng)過的網(wǎng)絡接口是否在有源的分支上，如果在，則RPF檢查成功，轉發(fā)該組播報文；如果RPF檢查失敗，則丟棄該組播報文。

4．Internet組播主干網(wǎng)(MBONE)

Internet組播主干網(wǎng)(MBONE)是由一系列相互連接的支持IP組播的路由器和子網(wǎng)主機組成的，可以看做是一個架構在Internet上的虛擬網(wǎng)。在MBONE中，組播源發(fā)出的組播報文可直接在支持IP組播的路由器組之間傳輸，而在組播路由器組和非組播路由器組之間需要通過點對點隧道技術進行傳輸。

5．IP組播隧道傳輸機制如果組播源端和遠端之間的中間網(wǎng)絡不支持組播功能，則可利用隧道傳輸技術來穿越中間網(wǎng)絡。所謂組播隧道傳輸，是指將組播報文封裝成一個IP報頭，在不支持組播的中間網(wǎng)絡(如Internet)中進行傳輸。典型的組播隧道傳輸就是MBONE。組播源端在隧道的入口處進行組播報文封裝，在隧道的出口處則進行解封，然后再利用本地支持組播的路由器實現(xiàn)組播。

8.2.2IP組播組管理協(xié)議

IP組播是一個開放模型，一個特定組播組可通過一個D類IP地址來標識，組關系是動態(tài)變化的，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑有裕仨殞M進行管理。IP組播組管理機制包括兩部分：局域網(wǎng)(LAN)內(nèi)跟蹤組成員關系并準確傳輸組播信息的局部機制和廣域環(huán)境下路由報文的全局機制。

IGMP(InternetGroupManagementProtocol)是LAN內(nèi)的組管理協(xié)議，用于向本地組播路由器報告組成員關系。IGMP處于IPv4的第三層，消息封裝在IP報文中進行傳輸。IGMP協(xié)議的發(fā)展已經(jīng)歷了三個版本。

IGMPv.1包括主機成員關系查詢和報告兩種消息，組播路由器定期向LAN中的所有主機發(fā)送查詢消息，以獲取本地網(wǎng)絡中的組信息。為避免并發(fā)消息產(chǎn)生信息風暴，主機在收到消息后將等待一個隨機延遲(小于查詢間隔)，若在該延遲內(nèi)未收到來自相同組成員的報告，則向組播路由器及LAN中同組成員發(fā)送反饋報告。在IGMPv.1中，主機可主動請求加入組播組，但未提供顯式的離組操作。因此，當LAN內(nèi)的最后一個主機離開組后，路由器仍繼續(xù)向該LAN轉發(fā)報文，直到組關系查詢超時為止。離開延遲(LeaveLatency)浪費了網(wǎng)絡帶寬。

IGMPv.2重新定義了消息格式，擴充了消息類型，以降低離開延遲。IGMPv.2將IGMPv.1中的Version和Type字段合并成8位長的Type字段，用原unused字段定義查詢消息中的發(fā)送回復，報告所允許的最大延遲。IGMPv.2的查詢消息分成普通查詢(GeneralQuery)和組特定查詢(GroupSpecificQuery)，同時增加了離組消息。IGMPv.2要求每個組成員都必須維護組狀態(tài)信息，以便在作為最后一個組成員離開組時，向組播路由器發(fā)送離開消息。為確保準確性，組播路由器必須發(fā)送組特定查詢消息來探測組成員狀況，并在多次查詢無反饋后認為組空缺。IGMPv.2雖減少了離開延遲，但沒有從根本上消除這個問題。

IGMPv.3增加了源過濾(Per-sourceFiltering)功能，使得系統(tǒng)能接收指定源發(fā)送的數(shù)據(jù)報文和排除特定的源地址，同時可限制報文發(fā)送到特定組。IGMPv.3為支持源過濾操作提供了一個系統(tǒng)級編程接口(API)——IPMulticastListen(socket，interface，multicast-address，filter-mode，source-list)，其中：●interface可以是物理的或邏輯的，對每個接口必須執(zhí)行該調(diào)用；●

multicast-address是接收方的組播地址；

●filter-mode是關于INCLUDE和EXCLUDE的集合運算，通過在同一個接口或socket上多次調(diào)用該API，可定義是否接收從指定源單播地址發(fā)送的數(shù)據(jù)；●source-list定義了源地址，可以是0個或多個單播地址。

IGMP協(xié)議解決了LAN環(huán)境中的組管理和關系維護問題，而Internet中的組管理和報文轉發(fā)需要通過組播路由技術來完成。

8.2.3IP組播路由協(xié)議組播路由就是在組播組成員之間構造一個組播分布樹。這個分布樹連接了該組播組中的所有主機，在一個特定的“發(fā)送源—目的組”對上的IP組播流量都是通過這個分布樹從發(fā)送源傳輸?shù)浇邮照叩?。不同的IP組播路由協(xié)議使用不同的技術來構造這些組播分布樹，一旦這個樹構造完成，所有的組播流量都將通過它來傳播。

根據(jù)網(wǎng)絡中組播組成員的分布，IP組播路由協(xié)議可以分為兩種基本類型。第一種組播路由協(xié)議稱為密集模式組播路由協(xié)議，它假設組播組成員密集地分布在網(wǎng)絡中，也就是說，網(wǎng)絡中大多數(shù)子網(wǎng)都至少包含一個組播組成員，而且網(wǎng)絡帶寬足夠大，這種組播路由協(xié)議依賴于廣播技術將數(shù)據(jù)“推”向網(wǎng)絡中所有的路由器。密集模式組播路由協(xié)議主要有DVMRP(DistanceVectorMulticastRoutingProtocol)、MOSPF(MulticastOpenShortestPathFirst)和PIM-DM(Protocol-IndependentMulticast-DenseMode)等。

1．DVMRP

DVMRP是由單播協(xié)議—距離矢量路由協(xié)議(DVRP)擴展而成的。DVMRP是密集模式組播路由協(xié)議，也是第一個支持組播功能的路由協(xié)議，被廣泛應用于組播主干網(wǎng)(MBONE)上。

DVMRP為每個發(fā)送源和目的主機組構建不同的分布樹。每個分布樹都是一個以組播發(fā)送源作為根，以組播接收目的主機作為葉子的最小分布樹。這個分布樹為發(fā)送源和組中每個接收者之間提供了一個最短路徑，DVMRP的最短路徑是以“跳步數(shù)”為單位來量度的。當一個發(fā)送源要向組播組中發(fā)送報文時，路由器將根據(jù)這個請求來建立一個分布樹，并且使用“廣播和修剪”算法來維持這個分布樹。

分布樹的構建過程如下：當一個路由器接收到一個組播報文后，首先檢查它的單播路由表來查找組播組發(fā)送源的最短路徑的接口。如果這個接口就是該組播報文到達的接口，那么路由器就將這個組播組信息記錄到它的內(nèi)部路由表(指明該組數(shù)據(jù)報文應該發(fā)送的接口)中，并且將這個組播報文向其他鄰近路由器轉發(fā)。如果這個組播報文的到達接口不是該路由器到發(fā)送源的最短路徑的接口，那么將丟棄這個報文。這種機制稱為反向路徑廣播(Reverse-PathBroadcasting)機制，它能保證所構建的分布樹中不會出現(xiàn)環(huán)路，并且從發(fā)送源到所有接收者都是最短路徑。

2．MOSPF

MOSPF協(xié)議是由開放最短路徑優(yōu)先(OSPF)協(xié)議擴展而成的。OSPF是一種單播路由協(xié)議，通過選擇最小開銷路徑來轉發(fā)數(shù)據(jù)報文。這里的路徑開銷除了包括路徑中的跳步數(shù)外，還有其他的網(wǎng)絡性能參數(shù)，如負載狀況、應用程序的服務質(zhì)量(QoS)要求等。

MOSPF也是密集模式組播路由協(xié)議，它以OSPF協(xié)議為基礎。在一個OSPF/MOSPF網(wǎng)絡中，每個路由器都要維持一個最新的全網(wǎng)絡拓撲結構圖，并通過“鏈路狀態(tài)”信息來構建組播分布樹。

每個MOSPF路由器都通過IGMP協(xié)議周期性收集組播組成員關系信息，這些信息和鏈路狀態(tài)信息將發(fā)送給其路由域中的其他所有路由器。路由器將根據(jù)從鄰近路由器接收到的這些信息更新其內(nèi)部連接狀態(tài)信息。由于每個路由器都清楚整個網(wǎng)絡的拓撲結構，因而就能夠獨立地計算出一個最小開銷分布樹，將組播發(fā)送源和組播組成員分別作為樹的根和葉子，利用這個分布樹將組播數(shù)據(jù)流從發(fā)送源發(fā)送到組播組成員。

3．PIM-DM

協(xié)議獨立組播(PIM)協(xié)議是一種標準的組播路由協(xié)議，能夠在Internet上提供可擴展的域間組播路由，而不依賴于任何單播協(xié)議。PIM有兩種運行模式：一種是密集分布組播組模式，另一種是稀疏分布組播組模式。前者稱為PIM-DM，后者稱為PIM-SM。

PIM-DM與DVMRP有些類似，都使用反向路徑組播機制來構建分布樹。它們之間的主要不同是PIM完全不依賴于網(wǎng)絡中的單播路由協(xié)議，而DVMRP依賴于DVRP單播路由協(xié)議，并且PIM-DM比DVMRP簡單。

與所有的密集模式組播路由協(xié)議相同，PIM-DM協(xié)議也是由數(shù)據(jù)驅動的。由于PIM-DM不依賴于任何單播路由協(xié)議，路由器從某個接口接收到的組播報文被發(fā)送到所有下行接口，直到從樹中的分枝被修剪掉。DVMRP在構建分布樹階段，使用單播協(xié)議所提供的拓撲信息有選擇性地向下行接口發(fā)送報文。PIM-DM更加傾向于簡單性和獨立性，甚至不惜增加報文復制所引起的額外開銷。

4．CBT在組播組在網(wǎng)絡中集中分布或者網(wǎng)絡提供足夠大帶寬的情況下，密集模式組播路由協(xié)議是比較有效的。當組播組成員在廣泛區(qū)域內(nèi)稀疏分布時，就需要采用稀疏模式組播路由協(xié)議將組播流量控制在連接組播組成員的鏈路路徑上，而不會轉發(fā)到不相關的鏈路路徑上，這樣既保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，又能有效地控制網(wǎng)絡流量和路由器負載。

CBT是一種稀疏模式組播路由協(xié)議，與密集模式不同的是，它不是為每個“發(fā)送源—目的組”對構建最短路徑樹，而是只構建一個樹給組中所有成員共享，這個樹也稱為共享樹。整個組播組的組播通信量都利用這個共享樹進行收發(fā)，而不論發(fā)送源有多少或者處于什么位置。使用這種共享樹能夠大大減少路由器中的組播狀態(tài)信息。

CBT共享樹采用一個核心路由器來構建這個樹。當一個路由器需要加入時，便發(fā)送加入請求報文給核心路由器，核心路由器接收到加入請求后，返回一個確認報文，這樣就構成了共享樹的一個分支。

為了提高效率，并不是每個加入請求報文都要傳送給核心路由器。如果一個加入請求報文在到達核心路由器之前先到達共享樹上的某個路由器，則該路由器便可響應這個請求，返回確認報文，將請求加入的路由器連接到共享樹，而不再繼續(xù)向前轉發(fā)加入請求報文。

CBT將組播流量集中在最少數(shù)量的鏈路上，而不是集中在一個基于發(fā)送源的共享樹上，有利于實現(xiàn)核心路由器的流量負載平衡。

5．PIM-SM

PIM-SM也將組播限制在需要收發(fā)的路由器上。PIM-SM圍繞一個處于匯合點(RP)的路由器來構建組播分布樹。這個RP的作用與CBT核心路由器基本相同，接收者在RP能查找到新的發(fā)送源。但是PIM-SM比CBT更靈活，CBT的樹通常是組播組共享樹，PIM-SM中的獨立接收者可以選擇是構建組共享樹還是最短路徑樹。

PIM-SM最初先為組播組構建一個組共享樹，這個樹由連接到RP的發(fā)送者和接收者共同構建，就像CBT協(xié)議圍繞著核心路由器來構建共享樹一樣。當這個共享樹建立后，一個接收者(實際上是鄰近這個接收者的路由器)可以選擇通過最短路徑樹來改變到發(fā)送源的連接。這個過程是通過向發(fā)送源發(fā)送一個PIM加入請求報文完成的。一旦從發(fā)送源到接收者的最短路徑建立起來，即可通過RP修剪掉外部分支。

6．域間路由協(xié)議現(xiàn)有組播路由協(xié)議很難跨越非組播路由器提供域間(Inter-Domain)路由功能，雖然PIM-SM協(xié)議利用單播路由協(xié)議構建組播樹并且加入消息也能到達非組播路由器，但在域間使用PIM-SM還存在以下問題：不同域的實體之間一般不存在信任關系，因此很難交換路由信息。針對這個問題的一個過渡解決方案是結合使用MBGP(Multi-protocolextensionsforBGP)、MSDP(MulticastSourceDiscoveryProtocol)協(xié)議和PIM-SM。

MBGP協(xié)議允許為不同協(xié)議維護多個路由表，使得路由器能分別為單播路由器和組播路由器構造路由表。通過MBGP和PIM-SM可繞過單播路由器發(fā)送加入消息。

MSDP協(xié)議解決了ISP間的獨立性問題，為每個域建立組共享樹，不同域間的RP通過MSDP實現(xiàn)互連。該方案由于要求域中的每個RP都要維持所有發(fā)送源信息，因此伸縮性較差。

BGMP(BorderGatewayMulticastProtocol)的目標是提供一個解決域間組播的長期方案，草案的基本思想是使用一個根節(jié)點在域間建立雙向共享樹，并允許接收域根據(jù)需要建立特定源域間分支，BGMP的基本設想是域間的依賴性可以通過嚴格的地址分配方案來消除。

8.2.4IPv6組播技術

IPv6保留了組播通信，而取消了廣播通信，并且為了更好地使用和管理組播應用，

IPv6對組播作了進一步的增強，主要表現(xiàn)在組播地址和MLD協(xié)議方面。

1．組播地址在6.3.3節(jié)中詳細介紹了IPv6的組播地址格式。從組播地址格式可以看出，IPv6的組播功能要優(yōu)于IPv4的，主要表現(xiàn)為：

(1)地址空間大。IPv4定義的組播地址空間只相當于16個A類地址，這對于全球的組播應用來說是遠遠不夠的。而IPv6定義的組播地址空間最大可達到2120個。

(2)范圍字段的應用。組播地址不同于單播地址，它不專屬于某一個主機或應用，除了少數(shù)為協(xié)議實現(xiàn)而預留的地址外，其他地址都是根據(jù)需求動態(tài)地分布給組播用戶的。這樣可能會出現(xiàn)一個組播地址同時被多個組播應用所使用的情況，這就需要保證它們之間的傳播范圍不能重疊。IPv4雖然使用了TTL(報文存活期)來控制組播報文傳送的范圍，但是TTL不夠精確，還可能存在不同應用間報文范圍重疊的情況。IPv6在地址格式中規(guī)定了范圍字段，這樣就可以很方便地劃分組播域，根據(jù)組播域來控制組播應用的傳播范圍。

每個組播域有自己的組播地址空間，該地址空間的組播報文只在本組播域中轉發(fā)，域的邊界路由器不向域外轉發(fā)該地址空間的組播報文。這樣可以劃分范圍從小到大、依次包含的多層次組播域，即多個處于相同層次的范圍較小的組播域組成一個更高層次、范圍較大的組播域。不同層次的組播域的組播地址空間不相互重疊，相同層次的組播域可以有相同的組播地址空間，其優(yōu)點在于用戶可以根據(jù)自己的要求選擇使用適當組播域的組播地址，使組播報文在期望范圍內(nèi)轉發(fā)，以保證組播應用的有序運行。

2．MLD協(xié)議

MLD協(xié)議是從IGMPv2協(xié)議中派生出來的，專門用于IPv6組播組管理，其主要功能為：路由器利用MLD協(xié)議發(fā)現(xiàn)直接相連的鏈路上是否有組播組成員，以及相鄰的路由器有哪些組播地址正在監(jiān)聽。IPv6路由器上運行的組播路由協(xié)議根據(jù)這些信息將組播報文正確地發(fā)送給接收者。

8.3應用層組播技術

8.3.1應用層組播的基本概念應用層組播的基本思想是將組成員組織成一個覆蓋網(wǎng)絡，通過組成員之間的協(xié)作實現(xiàn)高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務。應用層組播將組播功能由路由器實現(xiàn)遷移至端主機應用層實現(xiàn)，即組成員主機在接收報文的同時，還將報文復制并傳遞給其他組成員主機，實現(xiàn)了應用層的數(shù)據(jù)組播(而報文在網(wǎng)絡層實際是用單播機制傳送的)。圖8.2給出了應用層組播模型，其中，圖8.2(a)是一個實際網(wǎng)絡的物理拓撲；圖8.2(b)是由組成員主機組成的覆蓋網(wǎng)絡以及利用覆蓋網(wǎng)絡進行應用層組播；圖8.2(c)是應用層組播在實際網(wǎng)絡的網(wǎng)絡層所產(chǎn)生的流量。

圖8.2應用層組播模型(a)物理拓撲；(b)覆蓋網(wǎng)絡組播；(c)網(wǎng)絡層流量

應用層組播與IP組播的主要差別有：

(1)報文轉發(fā)位置。應用層組播數(shù)據(jù)轉發(fā)節(jié)點是覆蓋網(wǎng)絡中的終端主機，而IP組播的報文轉發(fā)必須由核心路由器來處理。

(2)網(wǎng)絡拓撲的創(chuàng)建方法。應用層組播的覆蓋網(wǎng)絡是由節(jié)點間直連而成的一個邏輯網(wǎng)絡，完全隱藏了底層的物理網(wǎng)絡拓撲。這種覆蓋網(wǎng)絡拓撲是完全可控的，且可以利用一些特定的技術對網(wǎng)絡拓撲進行優(yōu)化。而在IP組播中，路由器是預先部署的，因此網(wǎng)絡拓撲難以控制和改變。

(3)組成員關系維護。IP組播的組成員關系信息分布于組播路由器，而應用層組播的成員關系由系統(tǒng)中的匯合點(RP)集中控制或完全分散于各個節(jié)點。

8.3.2應用層組播協(xié)議與IP組播協(xié)議不同，應用層組播協(xié)議不僅要提供有效的數(shù)據(jù)組播分發(fā)樹，還要針對節(jié)點的動態(tài)特性提供可靠的組管理算法，有效避免覆蓋網(wǎng)絡的割裂。通常，應用層組播協(xié)議將組播組成員組織成兩種拓撲結構：控制拓撲(ControlTopology)和數(shù)據(jù)拓撲(DataTopology)。

1．網(wǎng)優(yōu)先協(xié)議在這種協(xié)議中，首先將組成員組織成一個連通的網(wǎng)狀拓撲，即控制拓撲，任意兩個節(jié)點之間存在多條通路；然后通過路由算法在網(wǎng)狀拓撲上建立一個指定源的組播分發(fā)樹(Source-SpecificTree)。該方法的特點是網(wǎng)狀拓撲顯式生成，而組播樹的建立依賴于具體的路由算法和網(wǎng)狀拓撲，因此網(wǎng)狀拓撲質(zhì)量將直接影響組播樹的性能。基于網(wǎng)優(yōu)先算法的組播協(xié)議有Narada、Scattercast等。

1)控制拓撲當一個新成員加入時，該成員將從某一個匯合點(RP)上獲得所有已加入的組成員列表，RP保存有所有已加入成員的信息，然后隨機選擇部分成員作為自己的鄰接點。當至少有一個成員成為這個新成員的鄰接點時，該新成員便加入到這個組播組。加入成功后，該新成員開始和它的所有鄰接點交換狀態(tài)信息。在Narada中，每個成員都會保留所有組其他成員的信息，當組成員發(fā)生改變時，改變信息將會通過控制拓撲傳輸給所有成員，從而提高了整個系統(tǒng)的健壯性。每個成員也會周期性地產(chǎn)生一個狀態(tài)更新消息來發(fā)布自己所保留的所有成員狀態(tài)信息，因此也增加了網(wǎng)絡負載。

2)數(shù)據(jù)拓撲

Narada的數(shù)據(jù)拓撲實際上是控制拓撲的生成樹，它使用了距離矢量路由選擇(DVR)協(xié)議來使每個成員得到整個網(wǎng)絡的路由信息：成員間定時地交換路由信息，其中包括到每個其他成員的路由開銷和相應的路由，并且只和相鄰成員交換這種信息。Narada的數(shù)據(jù)拓撲是采用類似于DVMRP的反向路徑轉發(fā)算法在每個接收者和源點間通過計算得到的。

3)控制拓撲的優(yōu)化由于數(shù)據(jù)傳輸路徑直接是從網(wǎng)狀拓撲得到的，因此網(wǎng)狀拓撲中的連接質(zhì)量會直接影響最后得到的數(shù)據(jù)傳輸路徑。又由于成員的加入和離開、網(wǎng)絡環(huán)境的變化等都會影響到拓撲的質(zhì)量，因此Narada將周期性地對控制拓撲進行優(yōu)化：每個成員會定期與隨機選出的多個成員進行傳輸延遲測量，根據(jù)這些測量結果，利用最佳化算法來保持疊加網(wǎng)絡成員間路徑的最佳化。

2．樹優(yōu)先協(xié)議與網(wǎng)優(yōu)先協(xié)議不同的是，樹優(yōu)先協(xié)議首先根據(jù)各節(jié)點的局部信息建立一個共享樹，之后各個組成員從覆蓋樹中尋找非鄰接節(jié)點，并建立和維護到這些節(jié)點的控制鏈路。這些額外的控制鏈路和共享樹中的連接鏈路共同構成控制拓撲。典型的樹優(yōu)先協(xié)議有Yoid、ALMI、HMTP等。下面以Yoid協(xié)議為例進行介紹。

1)數(shù)據(jù)拓撲所有基于數(shù)據(jù)拓撲優(yōu)先方法的組播協(xié)議都會創(chuàng)建一個共享的數(shù)據(jù)傳輸拓撲樹，每個成員的任務就是找到適合于自己的父節(jié)點。Yoid協(xié)議直接建立數(shù)據(jù)傳輸樹，為了使組播達到更好的性能，它將對樹的結構給出直接的限制，如每個成員節(jié)點的度、鄰接點的選擇等。當有新成員需要加入時，它會查詢RP得到的已加入成員的信息，然后新成員通過這些信息找到合適的父節(jié)點。如果一個節(jié)點要成為這個新成員的合適的父節(jié)點，則必須滿足兩個條件：一是作為新成員的父節(jié)點，在數(shù)據(jù)拓撲上不能出現(xiàn)循環(huán)；二是新成員所連接的子節(jié)點數(shù)量不能過多。如果新成員找到了多個合適的父節(jié)點，那么它將根據(jù)實際的量度來找出最合適的一個父節(jié)點。由于每個成員都會選擇一定數(shù)量的子節(jié)點，因此有可能加長樹的深度，出現(xiàn)較長的數(shù)據(jù)傳輸路徑。

2)控制拓撲為了防止由于某個非葉節(jié)點的意外斷開而使得整個數(shù)據(jù)傳輸樹被分割，Yoid協(xié)議中的每個成員會在數(shù)據(jù)傳輸拓撲上隨機選取一些非父節(jié)點來填加到各自的連接中，這樣便組成了控制拓撲。

3．隱式協(xié)議隱式協(xié)議在定義控制拓撲和數(shù)據(jù)拓撲時沒有嚴格的先后次序。隱式協(xié)議創(chuàng)建具備某些特殊屬性的控制拓撲，這些特殊屬性隱含地定義了數(shù)據(jù)傳遞的規(guī)則，從而隱含地確定了組播路徑?？梢钥闯?，隱含協(xié)議同時定義了網(wǎng)格和樹，因而不需要通過組成員之間的交互來從控制拓撲中產(chǎn)生數(shù)據(jù)拓撲，或者將數(shù)據(jù)拓撲擴充為控制拓撲。典型的隱式協(xié)議有NICE、Scribe和CAN-multicast等。

隱式協(xié)議將把所有的成員節(jié)點組織到一個層次拓撲結構中，參見圖8.3。所有的成員節(jié)點都以簇的形式組織到第0層(L0)中。每個簇包含一組互相距離最近的節(jié)點，距離的量度可以是帶寬、延時等。每一個簇都會有一個中心，這個中心到簇內(nèi)其他節(jié)點的距離最近，使新加入的成員能夠通過盡可能少的查詢找到適合自己的簇。每個簇選出中心后，使這些中心組成第1層(L1)。在圖8.3中，L0層的簇是｛A，B，C，D｝、｛E，F(xiàn)，H，G｝、｛J，L，M，K｝，其中C、F、M分別為這3個簇的中心，由它們組成了L1層。L1層只包括一個簇｛C，F(xiàn)，M｝，其中F又是這個簇的中心，于是出現(xiàn)了第2層(L2)。以此類推，最高層只有一個成員。

圖8.3隱式協(xié)議的層次拓撲結構

綜上所述，隱式協(xié)議的基本特性如下：

(1)一個成員在每一層只能屬于一個簇。

(2)如果某個成員出現(xiàn)在第Li層，那么它也一定出現(xiàn)在Li－1，…，L0層，并且是這些層所在簇的中心點。

(3)如果某成員沒有出現(xiàn)在第Li層，那么它也不會出現(xiàn)在第Lj層，其中j＞i。

(4)每個簇的大小都限制在(k，3k-1)，k為常數(shù)。其中心就是簇的中心點。

(5)整個層次結構最多有l(wèi)ogN層，且最高層只有一個成員。

1)控制拓撲可以使用層次拓撲圖來定義控制拓撲和數(shù)據(jù)拓撲。在控制拓撲中，每個簇中的每個成員都保留有所屬簇中其他成員的狀態(tài)信息，并且相互周期地交換這些狀態(tài)信息，以確保所有成員都能快速地對成員變化做出反應，并能夠快速地修復被損壞的拓撲結構。當一個新成員加入到這個組中時，它會被分配到L0中離它最近的簇中。首先，新成員詢問RP，RP返回最高層的