应用层组播综述
信息通信专业 应用层组播tree结构的探讨
应用层组播tree结构的探讨
一、综述
6、应用层组播的主要优势
（1）应用层组播便于实现和推广。它只需要改变端系统，而 不需要对路由器进行任何修改。
（2）应用层组播便于针对特定应用进行优化，可以针对不同 的应用使用不同的实现方案，而不必象IP 组播那样必须统一 到一个模型中。
应用层组播tree结构的探讨
应用层组播tree结构的探讨
二、关于tree的一些概念和分析
1、几种常见的tree结构
（1）应用层组播体系 (Application Layer Multicast Archetecutre,ALMA)
早期的ALMA版本依据网络距离如RTT(round trip time)，选择离 自己最近的节点作为自己的父节点。在新的版本中，ALMA依 据丢失率和RTT的共同考虑来选择父节点。组成员定期向DS提 供它们的丢失率。通过端对端的测量方法收集成员至成员的 RTT。Gossip-style算法用来在成员离开tree时的分割恢复。组 成员通过定期地和一些gossip candidates交换丢失率和RTT以选 择更好的父节点。
应用层组播tree结构的探讨
图9
应用层组播tree结构的探讨
二、关于tree的一些概念和分析
1、几种常见的tree结构
另外还有Application Level Multicast Infrastructure，
Overcast’s等树结构。
应用层组播tree结构的探讨
三、Tree结构发展的一种新型算法
应用层组播tree结构的探讨
一、综述
3、应用层组播的主要思想
保持Internet原有的“单播、尽力发送”模型，尽量不改 变原来网络的体系结构，而主要通过增加端系统的功能来实现 组播的功能。由于对网络本身的改变很少，应用层组播具有很 好的灵活性。但是，端系统的稳定性一般不如专用网络设备， 应用层组播在带宽利用效率方面也无法和IP组播相比。另外， 应用层组播中的系统框架和很多细节技术也还在研究当中。这 些问题的存在为应用层组播的研究提供了广阔的空间。媒体编 码技术、Peer-to-Peer 和Overlay Network等技术的发展对应 用层组播的研究也有很大的促进作用
基于智能算法的应用层组播算法设计与研究
基于智能算法的应用层组播算法设计与研究组播是互联网研究的重要课题,由于IP组播在传输技术和管理上存在严重问题,目前没有在互联网中普遍采用。
应用层组播(Application Layer Multicasting, ALM)作为一种替代技术出现并逐渐进入实际应用。
在一些点对多点的应用,如视频会议、远程教育、在线广播、视频直播等应用中。
常见的网络应用都是基于单播方式实现的,但是无法应对上述一些点对多点的场景。
应用层组播避开网络层,在应用层实现了组播功能,在实际部署中具有很大的优势。
在应用层组播研究中,组播树的构建是一类比较重要的研究课题。
由于数据到达组播组之后,需要建立相应的拓扑网络来实现数据在组内的传递,因此组播树的构建对整个组播组的性能影响十分大。
通过对组播树构建过程中可能产生影响的因素进行分析,采取度约束最小生成树作为组播树的拓扑结构,并将影响网络性能的因素加入优化约束条件。
由于度约束最小生成树是一类NP-hard问题,无法在多项式时间内求解,人们普遍采用一系列优化逼近算法来求最优解。
一类解决度约束最小生成树构建问题的方法是基于智能算法的。
通过对基于智能算法的度约束最小生成树方法的广泛研究,提出了基于遗传算法的度约束最小生成树构建算法(GA based DCMST, GA-DCMST)和基于粒子群和分布估计算法的度约束最小生成树构建算法(PSO and EDA based DCMST,PE-DCMST),并通过实验仿真证明了算法的可行性。
基于遗传算法的度约束最小生成树构建算法通过模拟自然界的进化理论进行全局最优解的求解。
算法经过编码、构建种群、选择、交叉、变异等操作,并设定合理的终止条件将度约束最小生成树问题中的拓扑图转化为染色体,通过多次交叉变异来求解最优解。
该算法在全局范围内求解最优解,具有收敛速度快,收敛效率高,可扩展性强以及并行性好的特点。
基于粒子群和分布估计算法的度约束最小生成树构建算法结合了粒子群算法的收敛速度快、全局最优的特点,并引入了分布估计概率模型作为评估最优位置的方法。
应用层组播综述
应用层组播综述
李珺晟;余镇危;潘耘;李霞;曹建华;武浦军
【期刊名称】《计算机应用研究》
【年(卷),期】2004(021)011
【摘要】为了加速组播的应用,解决现有组播存在的问题,近年来提出了应用层组播.将组播的功能从路由器转移到终端,不需要路由器维护组播组的路由表,且不用改变现有网络设施,方便实现组播功能.论述了现有的应用层组播,并对它们进行比较和评价,最后提出发展前景和进一步的研究方向.
【总页数】4页(P14-17)
【作者】李珺晟;余镇危;潘耘;李霞;曹建华;武浦军
【作者单位】中国矿业大学(北京)计算机系,北京,100083;中国矿业大学(北京)计算机系,北京,100083;中国矿业大学(北京)计算机系,北京,100083;中国矿业大学(北京)计算机系,北京,100083;中国矿业大学(北京)计算机系,北京,100083;中国矿业大学(北京)计算机系,北京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】TP393.04
【相关文献】
1.应用层组播研究综述 [J], 章淼;徐明伟;吴建平
2.应用层组播研究综述 [J], 章淼;徐明伟;吴建平
3.应用层组播稳定性提高技术综述 [J], 苏金树;曹继军;张博锋
4.基于隐含组播转发拓扑结构的应用层组播协议研究 [J], 廉佐政;王海珍
5.基于应用层组播和IP组播的P2P流媒体传输的改进方法 [J], 张国旺;张新家;张二萌;余式刚
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应用层组播综述
!" 应用层组播介绍
&) 应 用层组播的基本模型 ( 如图 % 所示 & 图 % " # 为@ 2 - 组播
数据传输的方式 ! 数 据 在 网 络 内 部 的 路 由 器 上 进 行 复 制% 图% " # 为应用层组播的数据包在网络的终端系统进行复制 & ; 收稿日期 !! " " # $ % % $ ! !! 修返日期 !! " " # $ % ! $ ! ) 基金项目 ! 教育部博士点基金资助项目 " # ! " " # " ! . " " " #
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%) !) & 组播 ( 自提出到现在已经有十多年了 ! 却还没有被 输效率 ( () 广泛地应用到 @ 主要有以下一些原因 $ 7 < 0 3 7 0 <# !
图 %" 应用层组播的模型
! # !" 应用层组播的优点 " # 应用层组播能 够 很 快 就 进 入 应 用 ! 不需要改变现有网 % 络路由器 & " # 接入控制更容易实现 & 由于单播技术在这方面比较 成 ! 而应用层组播是通过 终 端 系 统 之 间 单 播 来 实 现 的 ! 所以差 熟! 错控制 ’ 流控制 ’ 拥塞控制容易实现 & " # 地址分配问题也就可以有相应的解决方案 & # ! # "" 应用层组播的缺点 " # 可靠性 $ 终端系统的可靠性比路由器差 & % " # 可扩展性 $ 底层 的 路 由 信 息 对 应 用 层 组 播 来 说 是 隐 藏 ! 可扩展性不好 & 起来的 ! " # 延迟比较 大 $ 而在应用 # @ - 组 播 主 要 是 链 路 上 的 延 迟! 数据还要经过终端系统 ! 因而延迟相对要大一点 & 层组播中 ! " # 传输效率不如 @ 应用层组播在数据传输 过 程 中 & - 组播 $ 会产生数据冗余 ! 因此它们比 @ - 组播的效率差 & ! # ," 应用层组播的性能参数 . " # 数据分发路径的质量 % 主要有下面三个指标 $ # & 在一条物理链路中发送相同数据包的数 J < 3 0 1 1 ! 强度 " 量 & 显然 @ 所以是 - 组播进行 转 发 的 时 候 并 进 行 多 余 的 复 制 !
互联网组播综述
信 息 科 学 的 迅 猛 发 展 和 广 泛 应 用 ， 在 对 正 人 类 社 会 以及 人 们 的 工 作 方 式 、 活 方 式 生
机 技 术 与 通 信 技 术 紧 密 结 合 、 势 互 补 的 优 创 新 成 果 ， 算 机 网 络 的 出现 和 快 速 发 展 计 无疑 是 二 十 世 纪 最 具 代 表 性 的 科 学 与 技 术 奇 迹 之 一 。 联 网 便 是 计 算 机 网 络 最 成 功 互 的 范 例 。自 １ ６ ９ ９年 美 国 的 ＡＲＰＡ和 英 国 的
须 要 有很 高 的数 据 传 输 速 率 。 外 ， 同的 性 好 、 活 性 高 等 方 面 。 而 ， 使 其 最终 另 相 灵 然 要 须 解 决 好 传 输 高 效 性 、 播 可 靠 性 、 制开 组 控 销 等 方 面 的 问题 。
中 ， Ｔ ＨＴ Ｐ、 ＭＴ 等传 统 网络 服 务 已 络 层仍 采 用 Ｉ 单 播 进 行 数 据 传 输 ， 播 的 Ｆ Ｐ、 Ｔ Ｓ Ｐ Ｐ 组 经 越 来 越 难 以 满 足 人 们 对 信 息 业 务 的 需 相 关 功 能 模 块 （ 括 组 管 理 、 员 管 理 、 包 成 报 闻 、 方 在 线 游 戏 等 为 代 表 的新 型 网 络 应 现 。 系 统 节 点 之 间通 过 一 定 的 应 用 层 组 多 端
其性 质 已经 从 最 初 的 覆 盖 范 围 有 限 、 能 功 相 对 单 一 的 小 规 模 试 验 网络 ， 展 成 为 今 发 天这 样 一 个 由 多种 计 算 机 网络 组 成 的 、 提 供 多元 化 服 务 的 全 球 性 巨型 信 息 网 络 。 随 着 互 联 网 技 术 的 不 断 发 展 ， 型 应 新 用 的 大 量 涌 现 以 及 互联 网商 业 化 趋 势 的 出 现 ， 们 对 其 应 用 和 服 务 提 出 了 更 多 更 高 人 的 需 求 ， 要 包 括 服 务 质 量 保证 、 主 网络 安 全 制 、 规模扩展 能力 、 大 电信 级 计 费 等 需 求 。 其 社 会 化 。 天 的 互 联 网 已经 成 为 人 类 信 今
【大学课件】信息通信专业：应用层组播技术的研究PPT
University
of
Science
and
Technology
of
C
应用层组播和IP组播结合的方案
• 集成现有IP组播技术并向非IP组播区域提供组播服 务 • Host Multicast
• 每个IP组播网络选出一个代表成员DM(Designated Member) 来代表整个组播网络 • 在IP组播网络中通过DM来进行IP组播，而在IP 组播构成的 “小岛”（island）之间使用应用层的方式连接（DM之间 的连接）
• 采用MDC编码，将编码后的m个包，通过m个不 同的但是都以服务器为根节点的树发送，每个树 将分到它的包分发到n个目的主机 University
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基于特定逻辑结构的应用层组播
• CAN
• 基于CAN(Content-Addressable Networks)的多点发送 • 优点：
• ALMI
互联网组播综述
互联网组播综述摘要:本文主要就互联网组播的分类与发展进行综述。
关键词:互联网IP组播应用层组播诚如著名的计算机科学家Andrew S. Tanenbaum教授所言:“过去的300年中,每个世纪都有一种主流技术”[1],18世纪是机械时代,19世纪是蒸汽机时代,20世纪则是信息时代。
以计算机理论和技术为核心的信息科学的迅猛发展和广泛应用,正在对人类社会以及人们的工作方式、生活方式和思维方式产生深远的影响。
而作为计算机技术与通信技术紧密结合、优势互补的创新成果,计算机网络的出现和快速发展无疑是二十世纪最具代表性的科学与技术奇迹之一。
互联网便是计算机网络最成功的范例。
自1969年美国的ARPA和英国的NPL首次建成分组交换计算机网络以来,互联网走过了40多年的建设和发展历程,其性质已经从最初的覆盖范围有限、功能相对单一的小规模试验网络,发展成为今天这样一个由多种计算机网络组成的、提供多元化服务的全球性巨型信息网络。
随着互联网技术的不断发展,新型应用的大量涌现以及互联网商业化趋势的出现,人们对其应用和服务提出了更多更高的需求,主要包括服务质量保证、网络安全保障、移动性支持、组播支持、高效资源控制、大规模扩展能力、电信级计费等需求。
与此同时,互联网的商业化又进一步导致其社会化。
今天的互联网已经成为人类信息社会主流的一个重要组成部分。
与人类的经济活动、文化活动、政治活动等类似,社会各个组织、集团或群体除了共同参与互联网的建设外,往往还因各自不同的甚至相互对立的利益而发生争斗,从而产生了 D. Clark所说的“扭斗”(Tussle)[2]现象。
除此之外,现代计算机网络还面临着服务定制、资源控制和用户管理三大难题。
研究表明,以上问题都与传统互联网体系结构过于简单有着密切关系。
目前,互联网的服务提供方式正在从核心路由器(网络层)向端系统(应用层)迁移。
在这种趋势下,基于应用层技术的应用层网络(亦称覆盖网络)技术正在迅速兴起。
第3章第2节 应用层组播
（1）中心式组播网络
控制拓扑：采用集中式目录服务体系描述端系统的地址、所属接收群组 等信息，用以构建和维护组播覆盖网络。 数据拓扑：基于目录服务，构建以中心服务器为源节点、端系统为接收 节点的最小代价树。
中心服务器
单源单树 特点：Tree优先策略。 优点：算法简单、效率高。
主机 主机 主机
主机
缺点：适用范围小，容易造 成单点故障。 结构化P2P网络
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1、应用层组播覆盖网
组播覆盖网：由端系统构成的应用层组播拓扑结构,包括: 1) 控制拓扑：监视端系统变化，维护覆 盖网络的连通性。 2) 数据拓扑：在控制拓扑结构上，构建 从组播源到所有接收端系统的最小 代价树。 组播覆盖网算法 1) tree 优先：先构建数据拓扑，再引入额外的边，形成控制拓扑。 2) mesh 优先：先构造控制拓扑，再在控制拓扑上构建数据拓扑。 组播覆盖网的类型: 中心式 vs.结构化P2P vs.混合式
A
B
C
结构化 P2P 的不足：网络负荷大,管理复杂度高。 ⇒ 混合结构
（3）混合式组播网络
基本思想： 采用高性能服务器作超级节 点，超级节点之间为结构化 P2P组播模式。 超级节点与端系统之间为中 心式组播模式。 优点：性能和可扩展性较好， 容易管理。 缺点：对超级节点依赖性大， 容错性受到影响。
基于最大延迟路径的生成树算法 基于最大延迟路径的生成树算法
输入:图 G(V,E),每个节点的度约束 d , 传输延迟 p[e],源节点 r。 输出:满足最大延迟路径的生成树 T。 过程 初始化：T = Φ,将源节点 r 纳入到树 T 中。 （1） 修改每条边的传输延迟 p(u,v)=p(u,v)+w0; 度(最短路径长度)l(u,v); （3） while (|VT|≠|V|) do { max 1) 从 T 中选择节点 u,满足 l(r,u)最大 ∧ deg[v]<d [v],其中 v∈I 为 （r， u） 路径在 T 中最后经过的节点；若选择失败则重新选取 l(r,u)次大的节点 //反映发送延迟的影响 （2） 计算每对节点之间的延迟路径(最短路径)Path(u,v),u,v∈V 和延迟路径长
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应用层组播研究综述章淼1，徐明伟2，吴建平2（1.清华大学信息网络工程研究中心, 北京100084； 2.清华大学计算机科学与技术系, 北京100084）摘要：组播是互联网研究的一个重要课题。
最近的研究发现IP组播方案存在一些很难解决的问题。
基于互联网的性质和应用的特点，在IP组播模型、Overlay Network和Peer-to-Peer等技术的基础上，发展出了应用层组播技术。
本文总结了目前应用层组播领域的主要算法，重点分析了其中的主要研究问题，概括了应用层组播算法研究中主要使用的评价方法，并对应用层组播的相关研究问题进行了讨论，并对未来的研究作了展望。
关键词：组播；应用层；Ｏｖｅｒｌａｙ；互联网 中图分类号: TP393 文献标识码: A文章编号: 0372-2112( ) Survey on Application Layer MulticastZHANG Miao1, Xu Ming-wei2, WU Jian-ping2(1. Network Engineering Research Center, Tsinghua University, Beijing 100084,China;2. Dept. of Computer Science & Technology, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: Multicast is an important research topic for the Internet. Recent research shows some intrinsic limitation in IP Multicast, and Application Layer Multicast (ALM) is proposed. In this article we discuss and classify some major algorithms proposed for ALM. The fundamental problems in ALM research are identified and the metrics for evaluation of ALM algorithms are summarized. Some topics (e.g., Overlay Network, media encoding method) are also discussed for their close relationship with ALM research. Finally, some possible directions for future research are discussed.Key words: Multicast; application layer; overlay; Internet.１ 引言 组播是互联网研究的重要课题。
IP组播是对互联网的“单播、尽力发送”模型的重要扩充，组播的主要功能在路由器上实现，通过合并重复信息传输来减少带宽浪费和降低服务器的负担。
由于IP组播在传输技术和管理上存在严重问题，目前没有在互联网中普遍采用。
最近出现了“应用层组播”（ALM: Application Layer Multicast）技术。
它保持了互联网的“单播、尽力发送”模型，主要通过端系统来实现组播功能。
应用层组播的系统框架和很多技术还在研究当中。
媒体编码技术、Peer-to-Peer和Overlay Network等技术的发展对应用层组播也有很大的促进。
本文组织如下：第2部分分析IP组播的问题；第3部分总体介绍应用层组播；第4部分分类介绍应用层组播的主要算法；第5部分讨论应用层组播相关的其它技术；第6部分讨论应用层组播的关键技术；第7部分讨论应用层组播算法的评价方法；第8部分总结全文。
２ ＩＰ组播的回顾 IP组播的主要思想是在Internet单播的框架上进行扩展，功能主要通过路由器来实现。
收稿日期： YYYY-MM-DD; 修回日期： YYYY-MM-DD基金项目：国家自然科学基金（No.90104002，60373010，60303006）资助课题；973项目（No.2003CB324801）资助课题组播适用于那些在时间上具有集中性、而在空间上具有分布性的应用。
IP组播适用于实时、不可靠的应用[1]。
IP组播存在以下问题[1][2][3][4]：(1)路由器必须为每个组播组保存状态，扩展性差；(2)要求所有路由器都支持，不利于推广使用；(3)用统一的模型来适应所有应用，算法设计困难；(4)组播组加入、退出和管理等开销大；(5)组播地址空间太小（针对IPv4）；(6)打破了传统的根据进入流量计费的机制。
IP组播在安全、拥塞控制等方面也存在问题。
３ 应用层组播研究的概况 应用层组播的基本思想是保持互联网原有的简单、不可靠、单播的转发模型，由端系统实现组播转发功能。
这也是”end-to-end argument”[5]所倡导的思想。
它有一些假设：(1)网络的带宽和转发资源相对丰富，服务器能力是主要瓶颈；(2)组播组成员可贡献资源用于转发；(3)应用对性能要求并不苛刻，可容忍报文丢失和较大延迟。
应用层组播的优势有：只需改变端系统，便于实现和推广；便于针对特定应用优化。
它的缺点为[4]：一般比IP组播使用更多网络资源；端系统可能不稳定，导致组播的可靠性受影响；端系统性能无法保证，可能导致延迟、转发速率等性能的下降。
目前应用层组播研究集中于视频会议系统、媒体流的分发系统（如视频广播）和订阅/分发系统（Publish/Subscribe System）等。
它主要用于实时的多媒体传输。
这利用了多媒体信息的性质，即在传输链路质量下降时，用户仍可利用收到的低速率或者不完整的信息；也发挥了组播“时间上集中、空间上分布”的特点。
４ 应用层组播中的主要算法 用单一方法对应用层组播的算法分类很困难，这里从应用特点和算法设计方法这两个角度分类介绍。
４．１ 小规模的多源组播方案 代表是End System Multicast[4][6] 和ALMI[2]，针对小规模、多数据源的情况，典型应用是视频会议系统。
End System Multicast的方案是：首先将组播组的成员组织成一个“网”（mesh），每个成员都维护所有组成员的列表，提高了组播组的可靠性；在mesh上以每个数据源为根各构造一个生成树（spanning tree），这样可针对每个数据源进行性能优化。
其缺点是系统开销比较大，降低了系统的可扩展性，适合小规模组播组的情况。
ALMI在组播成员之间维护一个“最小生成树”（MST：Minimum Spanning Tree），减小了维护开销，但从每个源出发传输开销无法单独优化。
生成树的维护开销限制了组播组的规模。
４．２ 大规模的单源组播方案 代表是NICE[7]和Zigzag[8]，它们解决在只有一个数据源时构造大规模组播树的问题，都使用了“分层”（Hierarchical）和“分群”（Cluster）的思路。
大部分组成员位于分层结构的底层，只和少量固定数目的节点存在联系，这样就大大降低了大部分组播成员的处理开销。
它们的不同是：NICE把Cluster管理和数据分发这两个功能放在一个节点上；而在ZigZag 中是由不同节点完成的，目的是提高系统的可靠性。
４．３ 基于多树的方案 代表是CoopNet[9]。
它假设网络带宽比较充足，而组播节点的稳定性不能保证。
主要思路是：在组成员之间同时维护多个组播树；利用MDC 算法[10]把媒体编码成N个媒体流，沿多个组播树传播；组成员收到N个媒体流中的任何M（M < N）个就可完成解码。
算法的问题是：维护多个组播树开销较大；在“多路同时传送”机制下，数据的同步是一个难点；MDC编码和单路编码相比效率较低，对网络带宽的浪费较大。
４．４ 应用层网关的方案 代表是Scattercast[11]和Overcast[12]。
主要思路是：在网络中部署一些专用服务器，在应用层构造一个实现组播转发功能的特殊网络。
这和完全基于用户主机的方案相比具有更高的稳定性；但使用专用的服务器降低了灵活性。
４．５ 应用层组播和ＩＰ组播结合的方案 代表是Yoid [1]和Host Multicast [13]。
主要思想是在局部、小规模、支持IP组播的网络中使用IP组播，而在IP组播构成的“小岛”或没有IP组播支持的主机之间使用应用层方式连接。
它是一种混合方案，不受网络条件的限制，而且可以充分利用IP组播的优点。
４．６ 基于特定逻辑结构的方案 代表是Bayeux [14]和CAN (Content-Addressable Network)[15]。
它们使用特殊的逻辑结构对组播节点映射或编址；组播转发可使用简单的规则实现，从而减少状态维护开销和转发开销，避免路由协议的使用。
Bayeux 基于Tapestry [16]。
每个节点拥有全局唯一的ID，并维护一个邻居表，这些邻居节点的ID和本节点的ID在一定数量的位上相同。
转发中第n跳节点ID和目的节点ID 至少有n位相同。
Bayeux在Tapestry的基础上将组播树的状态信息保存在“中间节点”上。
其主要问题是这种维护状态的方式会限制算法的可扩展性。
CAN组播是对CAN[17]的扩展。
CAN将一个d维坐标空间划分成若干部分，每个节点拥有其中某部分。
两个直接相邻部分的坐标在d-1维上相同，而在另一维上不同。
转发报文时把报文发给邻居中和目标坐标最接近的节点。
CAN组播将组播组构造为CAN，使用“洪泛”方法在CAN内转发报文。
这样可减少节点上维护的状态信息，提高数据传输的可靠性，但也会产生大量重复报文。
文献[15]试图用启发式方法减少重复报文，但无法完全避免。
这类方案还有Delaunay Triangulation [18]等。
它们共同的问题是，逻辑空间中节点间的关系并不能对应实际网络中的关系，得到的报文转发路径很有可能在性能方面存在问题。
４．７ 利用拓扑信息的方案 代表是TAG[19]。
它把组播节点之间的拓扑信息用于组播树构造，减少报文的转发延迟和在同一链路上重复传递的报文数。
拓扑测量时它将延迟作为最重要的指标，也考虑带宽。
构造组播树时它使新加入的节点和父节点能够共用尽可能长的网络路径。
TAG使用拓扑信息获得性能提高，但它破坏了网络的分层结构；拓扑测量和网络性能测量还需要研究。
５ 和应用层组播有关的其它技术 ５．１ 媒体编码传送技术 媒体编码传送技术对组播算法影响很大。
著名的RLM [20] 算法就是基于层次编码算法设计的。