（计算机应用技术专业论文）面向时延优化的overlay路由策略研究及其实现.pdf

东南人学颀i ：学位论义 血向时延优化的o v e r l a y 路由策略研究及j e 实现 摘要 作为向f 一代网络演进的重要手段之一，o v e r l a y 网络的发展土e 受剑越来越多网络研究 人员的关注。在麻h j 层组织起虚拟的通信结构。用户之间可以通过协作米实现原有网络所不 能提供的新功能羽i 新应h j ，并且不会对原有物理网络的一j ：作产生任何影响。这种渐进的部署 方式兼顾考虑了部署开销和运行效率，综合了各种_ l j 户的需求冈素，而不是简单地根据设计 人员的想法来指导网络功能的添加和实现，这最终让整个网络系统沿着各种“抓斗”的边界 发展。 o v e r l a y 路由问题是针对现有l p 路由在满足_ h j 户需求上的不足而提山的。通过o v e r l a y 网络中恬点之间的相互协作，用户可以更充分地表达臼己的应州需求( 通信可靠性、通信性 能如时延、带宽筹) ，对通信路径做出选择。 论文i ：作以n s f c 重人研究计划项目“高可川的新代网络服务体系结构及其芙键技术 的研究”( 9 0 6 0 4 0 0 3 ) 为背景，重点讨论了广域网环境r 通过o v e r l a y 网络实现对现有网络 通信时延的改进方案。论文的研究t 作主要包括以f ) l 个部分： 结合网络体系结构发展的观点和相关研究结果，讨论现有o v e r l a y 系统的发展状况 和发展趋势，并对现有o v e r l a y 路由系统的r = 作进行简单的介绍和分析。 针对h j 户通信时不同的应用需求，论文从网络连通性能的观点米考察o v e r l a y 路由 的i ：作原理和广域网环境下实现时延估测的可行性，提出了一种基_ 丁时延测量最小 值的链路时延状态检测方案，川于o v e r l a y 路由系统的实现。 通过对广域网环境实际测鼙数据的分析和仿真计算，论文对两种面向时延优化 o v e r l a y 路由策略进行了效率以及性能上的比较，针对o v e r l a y 路由系统扩展性问题， 使埘蚁群系统进行改进求解。 结合目前o v e r l a y 网络的部署研究和p l a n e tl a b 平台上相芙“r = 贝的使用，对面向时 延优化的o v e r l a y 路由原型系统进行了设计、部署和验证。并在p l a n e tl a b 平台上 进行了测试，表明o v e r l a y 路由系统在缩短通信时延方面的可行性平有效性。 关键词：覆盖网络，o v e r l a y 路由，时延，扩展性 东南人学坝i 学位论文 血向时延优化的o v e r l a y 路由策略研究及j e 实现 a b s t r a c t k n o w n o n eo f i m p o r t a n tm e t h o d sd u r i n gt h ei n t e m e te v o l u t i o n o v e r l a yn e t w o r k sa t ea t t r a c t i n g m o r ea n dm o r ea t t e n t i o ni nt o d a y sn e t w o r kr e s e a r c h w i t hav i r t u a lc o m m u n i c a t i o ns t r u c t u r e c o n s t r u c t e di na p p l i c a t i o nl e v e l ，n e wf u n c t i o n sa n da p p l i c a t i o n sc a nb ec r e a t e dt h r o u g ht h e c o o p e r a t i o no fa m o n gu s e r s m o r e o v e lo v e r l a yn e t w o r k st a k en oi n f l u e n c eo nc u r r e n tp h y s i c a l n e t w o r k t h i si n c r e m e n t a ld e p l o y m e n tt a k e sf u l lc o n s i d e r a t i o no ft h et r a d e o o f fb e t w e e nc o s ta n d e f f e c t i v e n e s sa n df i n a l l yd r i v e st h ed e v e l o p m e n to f w h o l ei n t e r n e tb yu s e r s r e q u i r e m e n t si n s t e a d o f e n g i n e e r s d e s i g n m i o na l o n gt h eb o u n d a r yo f t n s s l e s t h eo v e r l a yr o u t i n gp r o b l e ms t e m sf r o mt h ed e f e c to ft o d a y si pr o u t i n gm e c h a n i s m u s e r sc a n e x p r e s st h e i rr e q u i r e m e n t ( c o m m u n i c a t i o nr e l i a b i l i t y , p a r a m e t e r sl i k ed e l a y , b a n d w i d t h ) w h e n s e l e c t i n gt h e i rp a t h s t h i sr e s e a r c hw o r ki ss u p p o r t e db yt h en s fp r o j e c to fh i g ha v a i l a b l en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k a r c h i t e c t u r ea n di t sk e yt e c h n o l o g i e s ( 9 0 6 4 0 0 3 ) a n dt h es o l u t i o nt oa c h i e v ed e l a yi m p r o v e m e n t t h r o u g ho v e r l a yr o u t i n gi sf o c u s e da n dc o n t e n ti so r g a n i z e da sf o l l o w s ： c o m b i n e dw i t ht h ev i e wp o i n t so fn e t w o r ka r c h i t e c t u r ea n dr e l a t e dr e s e a r c h t h e d e v e l o p m e n to fo v e d a yn e t w o r k si sd i s c u s s e da n da n a l y z e di nt h i sp a p e ra n ds o m eo v e d a y r o u t i n gs y s t e m sa r ci n t r o d u c e d t h ep e r f o r m a n c eo fn e t w o r kc o n n e x i o ni sr e f e r r e di nt h i sp a p e rt od i s c u s st h ef e a s i b i l i t yo f d e l a yi m p r o v e m e n tt h r o u g ho v e r l a yr o u t i n g a n dl i n kd e l a ys t a t u si sd i s c u s s e df o rd e l a y d e t e c t i o nu s e di no v e r l a yr o u t i n gs y s t e m s b a s i n go nt h ed e l a yd a t ac o l l e c t e df r o mt h ew a ne n v i r o n m e n t , d i f f e r e n to v e r l a yr o u t i n g s t r a t e g i e sa r ec o m p a r e dt h r o u g ha n a l y s i sa n ds i m u l a t i o n m o r e o v e ra n tc o l o n ys y s t e mi s i n t r o d u c e dt oh a n d l et h ep r o b l e mo f s c a l a b i l i t yi no v e r l a yr o u t i n gs y s t e m s p r o t o t y p es y s t e mi sd e v e l o p e da n dd e p l o y e do np l a n e tl a bt e s tb e dt ov e r i f yt h ee f f e c t i v e n e s s o f o v e r l a yr o u t i n gi nd e l a yi m p r o v e m e n t k e y w o r d s ：o v e r l a yn e t w o r k , o v e r l a yr o u t i n g ，d e l a yi m p r o v e m e n t , s c a l a b i l i t y i i 东南人学顾i ：学位论文面向时延优化的o v e r l a y 路由策略研，及j 实现 图索引 幽2 1r o n 系统r 作示意幽5 图2 2 端剑端原则中的功能放置问题8 图2 3r o n 系统结构幽1 0 图3 1 一个o v e r l a y 方式网络连通性能优化的例子1 4 图3 2p l a n e tl a b 全球分布示意幽1 6 幽3 3p l a n e tl a b 实测时延数据变化的例子1 7 幽3 4 p l a n e t l a b 实测数据时延跃变周期累计函数1 9 幽3 5 基丁时延测带最小值的链路状态检测算法2 0 图4 1o s p r 算法伪代码描述2 4 幽4 2o h p r 算法伪代码描述2 5 幽4 3 时延分布比较：i pv s o s p r ( m e r i d i a n ) 2 6 图4 4 时延分布比较：i pv s o h p r ( m e r i d i a n l 2 7 幽4 5 时延改进效果分布状况( m e r i d i a n ) 2 7 图4 6 时延分布比较：i pv s o h p r ( p l a n e tl a b ) 2 8 图4 7 时五正分布比较：i pv s o h p r ( p l a n e tl a b k 2 8 图4 8 时延改进效果分布情况( p l a n e t l a bl a b ) ，2 9 图4 9o v e r l a y 路由性能随仃点数变化的情况3 0 幽4 1 01 ，点转发计数分布3 1 图5 1 蚂蚁寻食过稃示意剀3 4 圈5 2 蚁群算法伪代码描述3 5 图5 3 邻居节点修剪算法伪代码描述3 8 图5 4 邻居仃点集合人小比较3 9 图5 5 平均时延优化效果比较4 0 幽6 1o v e r l a y 路由系统的实现框架4 l 图6 2 路由控制模块中主要类的说明4 2 图6 3 路由控制模块r 作场景示意图4 3 图6 4 v 1 n 1 路由转发模块的系统结构图。4 5 图6 5 一个典型o v e r l a y 数据转发实验的示意图4 5 图6 6 0 v e r l a y 仃点( s e u l ) 上的路由表情况4 7 图6 7o v e r l a y 网络中两点的通信时延4 7 幽6 8i p 网络中两点直接通信的时延4 7 东南人学坝i + 学位论文面向时延优化的o v e r l a y 路由策略研究及j e 实现 表2 1 各类o v e r l a y 网络的典刑系统一 表索引 表4 1 实验分析数据集合相戈参数比较2 3 表4 2 时延优化结果比较( m e r i d i a n ) 2 7 表4 3 时延优化结果比较( p l a n e tl a b ) 2 9 表6 1o v e r l a y 网络1 y 点及其对应域名4 3 表6 2 初始时刻路由表内容4 4 表6 3 一段时间后路由表内容4 4 表6 4 开始时链路状态估测信息4 4 表6 5 一段时间后链路状态估测信息4 4 表6 6i p 路由卜网络连通性能4 6 v i l 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所里交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及敬得 的研究成采。尽我所知，除了文中特潮加戳稼注和致谢的逢方耱，论文孛不懿岔 其他人已经发表或撰薯过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其宦教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中撂7 明确约说臻劳表示了谢意。 研究生签名：查煮虫日期：坦2 垒! j 司 东南大学学位论文使用授权声嘴 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可隧采藤影印、缩印或其德复制手段保存论文。本久 电子文档的内容和纸质论文的内容棚一致。除在保密髑内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊鼗) 论文的全部域部分内容。论文的公布( 包 撂穗鬟) 授投东嘉大学硬究擞院办理。 研究生签名： 右蓥移一导师签名： 及勤 日期：抄譬。1 7 7 伽8 ，2 p 东话大学积l ：学位论文嬲趣时遁优他的o v e r l a y 龉斑箍昭研究技j 实现 1 0 l 磺究蜚景 第一章绪论 从提供最简单的电子邮州：、文r i ：传输服务”l ，划实现各种异构弼络互联，再劁无处不在 的社会信息基础设施建设，网络技术已经深深地改炎了现代人类的生活方式。目前这样一个 快速发展h 义日益超出人们想像j | l 控制的且联网络，奠进一步发展也己成为计算机网络研究 人员的个热点讨论话题t 2 l ：从上世纪末，符个国家、地区的科研人员就开始了对f 一代 互联阙( n e x t g e n e r a t i o n i n t e r n e t ，n g i ) 的研究幕| 建设。在研究譬标上。人们的蕊点楚一致 戆：希麓f 一莰霹络麓镑鬓馔鼙妊懿遂信佳藐，其露鬻静豹扩矮毪，支撩麓多瓣瘟秘，弗麓 够甓珑出些现有网络辑不具器的特性。但是在实现方式上，却一商存在争论：是埘一种全 新的互联网取代现有的互联网( 如更改现有网络的媳信协议甚至通信设备) 裳现网络的“革 命性”( r e v o l u t i o n a l ) 的发展，避是在现有网络基础上通过上层的“修修补补”( 如虚拟化手 段) 实现鹅个网络的渐进化“演进”( e v o l a t i o n a l ) 。对t 这个问题的同咎。需要k 期的理论 探讨和实践证明。 避黧年采兴起戆o v e r l a y 瓣终娜4 豫究，羁+ f 一锭网络研究孛戆惹耱茨震鼹点：逶 过现有潮络蘑疆土秘建蠹撅豹o v e r l a y 网络，实珑箨释新氆惠弼静袄速鄂瓣。这稀l ：诈方式 不需要对底层物理网络进行泼渤，也是o v e r l a y 技术j 垃年来备受关注和快速发展的一个重要 原因。随着o v e r l a y 思想被厂- 泛接受，应_ l 系统( p 2 p 形式的文什共享、庸川层组播等) 的 逐步酱殿，人们开始考虑埘o v e r l a y 网络改造现有的甄联网( 增加网络连接的可靠性、提高 通信性能等) ，进而使其成为a 联网自身演化的一种照鬻实现方式。 时蜓性能作为影响网络艨 部署的一个重要考虑闪索，一直以来都楚程络研究镊域芙注 麓重煮蝈瑟。尽篝缓艮一段辩蠲玺人秘瑟矮了荚，q o s 探辕技术豹臻巍，撵毽了许多霹 亍 方案，识由于种种1 f 技术| | 豢麓限制，这些方案都笼法天规模遣部署和商婀茗g 现有的弼络中 去。而流媒体、在线网络游戏档实时应_ h j 的快速兴趣，瑚户连接需求的不断增加，越来越多 的研究歼始使州o v e r l a y 网络斟乏改进网络臼身的j ：作方式，进而实现整个网络连通状况的改 善和掇黼。 1 2 研究妥标与蠹客 1 2 1 研究目标 本文以国家自然科学基盒项目“高可用的新一代网络服务体系结构及麓必键技术的研 究”份为嚣景，讨论了一种邋过缀织o v e r l a y 网终米缀短蝈户闻通信平均孵蜒的实现方案。 论文：l ：幸挈主要跫赞对广域瓣强境fl p 路垂撬麓在袭这簇户嚣袁方嚣弱不避，零鎏l 透过籀 ，芙的分析帮 研究，提出一摊离效构、具有照好扩壤性能豹、面向通信时鬃优化戆o v e r l a y 路由策略。利用o v e r l a y 网络节点之间的合作米绵纵台理的路由选择方式，密现通信时延的 优化，并通过相天的原型系统加以检验和验证。 本文巾所攒财延怃证鲍概念血睐伫橹扫j 蔸孵帮足播迸过o v e r l a y 辩络簸搏的避信时延与直接通过护路出惩甜蚶延的比较 襄裹夫学敢l ：擎短论文 垂纛辩馘往纯熬o v e r l a y 憝鑫装喀掰 究茂筵实现 1 2 2 研究内容 结合论文秘研究鏊豁，我f f j 重煮簌强f ) l 兮方嚣麓舅具体熬磅究， ：终： t ) 研究雨l 讨论o v e d a y 网络对当前网络发展的影响。根据o v e r l a y 系统的麻埘场礅和应 川需求对现有o v e r l a y 网络进行合理分娄，结合f 一代网络研究的已有成果和网络体系结构 研究中的棚笑箍论，探讨o v e r l a y 网络对。眨联j 碍发展的霞要意义。 2 ) 辑究网络连透性缝戆其俸瞧涵誊l 瘦避方寨，重赢谤论菠g to v e r l a y 霹络送行瓣延缝 能优化的实现手段。分析o v e r l a y 路由方式卜实现通信时延优亿闷题的毖本形戒原因，通过 实际数据的测揖、分析米讨论，“域网环境下的时延变化特性。结合网络测精相天研究，建立 网络链路时延状态估测的w 行、有效方豢。 3 ) 谚突嚣转瑟囱孵逛健纯戆o v e r l a y 路由策略戆砸 性积有效性。透过相关数学模型 静分褥帮傍鬟实验，飙经麓和可舒墨往鹣奄缱对各种路国策鹾迸行纥较嚣 讨论。 4 ) 研究o v e r l a y 路由系统中的扩展性问题。通过对o v e r l a y 路由系缆扩展性问题韵建立 数学模型，提山一种基丁蚁群算法的启发式方案。并通过仿真实验结果说明该方案在一仃点规 模为5 0 0 个左右o v e r l a y 路幽系统中威埘的存效性。 5 ) o v e r l a y 路由豫溪象绕懿实臻。邋遴在p l a n e t l a b 藏骚乎台主部嚣骧爱系统，毅涯路 由方案的w 行性和有效楼。 1 2 3 研究方法 本文的r 作侧重于o v e r l a y 路由紫赌莆l 扩展性算法的研究，因此，实验数据采集辩i 仿真 结果计算越论文一，作开展的基础。为了保让开展i ：作的台理性和有效性我们在l 作中采用 了如f 的研究方案： 1 ) 莱弼多爨实验数据连哲毙照实验，囊台槎荚疆巍：| = 作躯结果迸 分辑鄯讨论，笈惩 题静研究露只有代表性。 2 ) 在卜- 一代网络研究安验床p l a n e tl a b 上实际地熊数据和部署实验，提高研究绪果 和分析结论的可信度。 1 3 内容安莽 论文欺由七个章 ，编成，内容安排如”f ： 第一窜为文章的；l 寅部分，簿单分缨了论文f ：终的研究背景、篷椽爨| 主要内雾。 第二二章分据了o v e r l a y 掰络录 o v e r l a y 鼯由系统虢发骚概况，劳谯忿蓥穑上进一步探讨 了o v e r l a y 网络对卜- 一代且联网发展的羹人意义。 第三章通过对网络避通性能基本问豚的讨论，引入论文的1 ：作目标：在现有网络基础 上通过後捌o v e r l a y 网络鼹由缩短平均邋信对延，并通避p l a n e tl a b 实渊数据分析承 檑荚睡 终溅鼙研究壤粟，建立论文一i ：搏对；f 城瓣环境一f 雾季延参数熬稷竣。 第四章通过仿真实验_ = f l 数据分析，对不同o v e r l a y 路由策略的优劣进行比较。论证单 跳源路由方式在缩短o v e r l a y 网络平均通信时延上的有效性。 第五奄针对o v e r l a y 路由系统扩展性的问题，进一步对单跳源路出方式的o v e r l a y 路由 策璐避行敬遴。裂疆第翻攀中豹诗葵绩聚番| 瞧薤分援，袋耀蚊群冀法米续小o v e r l a y 瓣终孛 每个并点缀护的备选邻摇苗点集合人小，进丽减小系统煎维护开销系l 落 ，代馀，提高系统舶 扩展性能。并通过仿真实骏验证算法的w 行性与有效性。 2 东南人学域i 学位论义卣向时延优化的o v e r l a y 路由策略研究及j e 实现 第人章在p l a n e t l a b 平台上开展原型系统的部署实验，验证时五正优化o v e r l a y 路由系统 的可行性。实验的内容土要包括：利埘v i n l 搭建o v e r l a y 路由框架，链路时延状态检测以 及路由信息的通告功能实现。 第七章对论文的研究l ：作进行了总结，讨论f 一步l ：作的土要方向。 3 表毒太学嫒l ：擎盈论交 垂鑫对疆弦证趋o v e r k l y 照出蓑珞垮 究疑冀安残 2 1 引言 第二章o v e r l a y 网络和o v e r l a y 路由系统 祚为瓣络系统设计钓慧本原翊之一，o v e r l a y 技术在计算枕两络发鼹过程孛莛剜了极为 重要的作川。从通信协议的分层设计到互碰网在各种异构婀络上的部署，这种“f 层为上层 提供服务，上层使用下层服务”的思想1 5 】宵效地降低了网络设计、部署的复杂性，为互联网 上并种成心的顺剥展开撬供了有力的保障。近年来网络研究人员进一步妊展了o v e r l a y 的概 念，逶避龟蕊有弼络熬稳弼臻稳建o v e r l a y 霸络来实现耩斑邂，满足羽户瓣耨露求。这麓系 统的快速发展和荇及，不仅艘变了网络成_ h j 的形式和内释，同时也促进了互联网本身的变化 和发展。o v e r l a y 路由是o v e r l a y 网络研究j 作中的一块照要内容。通过在现有网络的撼础 上组织起虚拟的通信结构可以有效地增强现有网络路由的可靠性，提高网络对不同麻需求 豹羧务能力。 本章介锕了现阶段o v e r l a y 弼络发艟的基本状况，讨论了o v e r l a y 嘲络发展对现有甄联 网带来的影响。此外，文章还进一步介绍了典型的o v e r l a y 路由系统( r o n 系统、s a x o n 系 统) 的主要成心场景及一【作方式。 2 2o v e r l a y 网络发展概述 2 2 。1o v e r l a y 鼹络基本特征 目前一个被普遍接受的观点认为，o v e r l a y 网络1 6 就摄“逻辑地覆褊在现有物理网络上 的一层通信结构”。这个观点米源于计算机系统发展中的虚拟技术( 如虚拟内存、虚拟主机) 通过虚拟的方式来提升原材系统的性能。o v e r l a y 网络的发展也恰好符合网络发展的一个规 律：“麸镌瑷翔络孛不凝分舞滋虚援网”i t l 。疆羲崔每莓孛弊籀网终之上静至联霹本身裁楚对 此观点的一个极女f 证孵。 本文讨论的o v e r l a y 网络则是特指在现有网络应刚麟中组织起来的成系统，在文献”j 中将这些o v e r l a y 网络看成烛基丁互联网的人规模、分布式应用。d a v ec l a r k ，b i l ll e h r 等 在f 3 l 中喇强调o v e r l a y 网络戆一弹可以由第三方( 包括耀户在瞧) 来进 ，操作稿l 缀织的隧络， 秘络中鹃+ 鞲点要受蚕数嚣豹存储转发。农本文中我们认为o v e r l a y 弼络楚具存竣f 蓠个麓本 特征的庹m 系统： 1 ) 系绕由现有网络中一个或者多个网络节点( 主机) 通过一定的方式组织在一起( 集 中式或分布式) 形成一个由虚缀节点和康拟链路组成的邋信结构， 2 ) 系统锋对菜一特定懿瘴矮嚣求两浚诗，逶过霭缀巾霾毅繁点之瓣鹣台嚣、交譬实现 特定系统功熊。 图2 1 所示为一个典型o v e r l a y 路由系统r o n l 9 1 ( r e s i l i e n to v e r l a yn e t w o r k ) 的r 作场 景。系统由四台主机构成，主要埘丁在现宵通信条件下实现对失效链路的快速检测平恢复。 4 东毒夫学联i 擘整论交 蜜辩孵廷掩 乏秘o v e r l a y 耀壶策略錾 究及j 实瑾 图2 1r o n 系统工作示意圈 从物璎孵络中抽象l 来的虚拟网络( 燃中上层) 由两个部分缎成：虞拟讧点希i 虚拟链路。 箕孛虚羧燕不仅娶完成貔瑾主撬弱秘黪( 鼗据静楚瓒攀l 存镳) ，目酵瞧要负责孛嗣转发爱 备的i ：作( 数据的转发剥分发) 。虚撅键潞楚指在瘴糟艨所观察剑的通信连接，可以幽l p 连 接和虚拟惯点纽成。根据不同的系统控制策略，数据通信可以通过原有i p 路径或者通过霄 点之间的合作在虚拟链路上进行。 2 2 2o v e r l a y 两络努炎 早期的o v e r l a y 系统设计和部署都烛隔绕着应用需求展开的。不同的 j 作场景、闯题假 设会绘锋黠不嗣癍翔目标致计的o v e r l a y 系统在结褥上零ll ：作方式上带来缀丈的差异。隈此， o v e r l a y 系统1 ：律靖表琨瘘的荧系缀复杂：两辟o v e r l a y 镪络可能耱甄独立遣i ：孛# ；魂可麓 相互交蟹地j r 作( 一种o v e r l a y 网络建立在另种o v e r l a y 网络之上戏群包含另一种o v e r l a y 网络) 。脚此，目前为j l 还没有统一的梃絮模型对o v e r l a y 系统进行描述，也很雉从朦次关 系上对现谢盼o v e r l a y 暇络进行有效的分类。目前的研究通常都把o v e r l a y 网络否作种基 稿绩籀敖霞癍涮岳鳃疯部，墙予支跨不弱熬癍霜露求。 本文中根据不同的庸用场景将现有的o v e r l a y 网络划分为三类：h i 予通信支持o v e r l a y 网络、资i 6 访问o v e r l a y 网络以及o v e r l a y 网络实验床。 2 2 2 1 遵缕支持o v e r l a y 穗终 实现离散的通信是网络设计的基本髓标乏- - 1 ”。位楚通过对网络i p 路由行为1 9 l p o l 的研 究，人 f j 发现l p 路由机制并不能为网络心户提供非常理想的路由选择； | l 通信支持。尤其在 广域网靛联境f ，网络裁摸戆扩大霸l 弱终滂嚣的复杂缆这个翊题交得越采越突出。磋o v e r l a y 网络可以程一个穗对较小豹蕾点蕊摸f ，邋过。话煮2 间瓣台佧在现有鞠络基稿上秘逢个高 效、灵活的通信环境。 1 ) 链路容借和火效路由的快速恢复 在j “域网路由机制的设计中，考虑到路由表规模带来的系统性能群链，通常会使阚一些 方法( 翔鼹建衰弱压缩、惩路叁失效梭溅周期) 采蔽螽i 久麓援鼯自衷“摆动”l 冬臻象。这 些方法有效地降低了路出袭的管理开销，缓解了l p 路由的扩展性闽联，但同时削弱了潞由 策略对失效链路的检测年【i 动态恢复能力。针对这一问题设计的o v e r l a y 系统( 典型的如r o n 、 s a x o n 1 12 1 以及s u r e r o u t ei 】l i 等) 可以往相对较小规模的虎拟网络里对链路进行实时的检测， 兹显黢够遴进“绕行”宠式鞲枣系统中豹失簸链蹉，为舞砖应埘提供受为霹靠豹邋镕环境， 2 ) 满足特定意翔需求的踌由选择能力 由丁ji p 路由虽初被设计成一种“o l l es i z ef i t sa l l ”的通信服务，用户上层表达的威_ h j 需 5 表露大学颓 ：学位论文蛹尚时薤优化的o v e r l a y 持血策略研究及j 实现 求在l p 瑶报难被医分。诧拜，l p 路由的实现方式也决定了l p 黯由提供静籀径在满足掰户多 样通信需求方面的不足。相笑的研究( 如d e t o u r i ”l ， r o n ) 表明由l p 路由选择的路径通 常都会枉川户所需的性能如时蜒、带宽以及吞吐率筲方面表现出次优性。在菜些o v e r l a y 系 统( 如o v e r q o s i ”i 、r o n ) 的实现中，通信资源可以得划监控预留和动态分配，这使得o v e r l a y 系统w 以为不同用户需求提供不同通信服务。 3 ) 嶷缀迸售方式的窭瑷 滁了两点翔蕊翻蠕遵售乏羚，点蓟多煮( 缀攒) 、意霹缀孛任意一嶷( 经撵) 蠢孽遂蔼方 式也融糟 h 户需求而被提出。出丁- 这些功能在l p 联的实现需要对现有嗣络的基础设施进行 改造( 如路由器支持) ，这使得这些庶埘在现有网络上的犬规模部署遇剑了很多困难。而在 o v e r l a y 网络中，虚拟谚点也可以实现数据转发年1 1 分发功能，这样o v e r l a y 系统就可以组织 起更为灵活的通信方式：通过协点之间的协作在现有9 目络的应刚层实现纽橘1 1 4 1 1 15 1 莆i 任播【1 6 l 功能，弗姆这些功能镞侠地s l 入列现有网络中且不会对网络孛簸其它麻圳产生过多影响。 释种网络虑h j 的兴起对氨联网的发展不仅是一种机遇，更是一种挑战：一方面，各种应 用的发展极人地丰富了网络中在线资源( 存储能力、计算能力等) 的数罐：另一方面，网络 中埘户数目的增加幕l 嬲络j l 户活动的频繁也绘有限的瞬络资源( 通信带宽、服势处理能力等) 带来了援天戆压力。近年来o v e r l a y 彝终在实现瓷激共享方夏熬研究籀矧了挟速戆发廷。 这些研究戎聚为网络资源蹙事握珙了一种耨麓解次惑籍；遥过蘩纛之藤靛协作番l 虚强溺络自 身的投制安现资源在网络中弁臼优化分布，便了填户访问。 1 ) p 2 p 影式的信息共享 刚j ：文件信息共享的o v e r l a y 网络( 如g n u t e l l a 、n a p s t e r ) 中，虚拟+ 霄点同时扮演着服 务器萃f l 释户端的角色，每个牡点在向整个虚拟网络毅墩资源的同时贡献臼融所拥有的资源 与传绞酌客户端服务器结掏糖眈，对等端之间的协作有效地降低了服务器端的l + 作负荷， 弱鲢磺糖了弼终中可爆燹源麴数嚣。疆夔藏行静p 2 p 系统逶常帮会在黢务器主发蠢一些“狰 子” 辩等端信息) ，o v e r l a y 裕点获取这些信息以积就可以在相互之阉避 j ：文f i ：资源的共享。 c o o p e r n e t ”】使用请求重定向的方式将客户的新闻信息请求重定向到已获得资源的客户，从 而减辍突发、高访问量情骺f 新闻服务器的负载。 2 ) 流媒体应用支持 年l 馋统麻增( 如电子邮忭、w e b 服务) 相比，流媒体应埘( 在线盛撩、点孺) 具有更 褒戆q o s 参数要求。纛程霹燕豹隧终环境f ，缀赡以铸统的方式l 霉时为人鼙堪户提供凌媒 体健输溅务。o v e r l a y 系统不仅可戮像上文分缀| 冬鄹释通过疆錾资滁戆方式来满足流媒律转 输需嚣，还可以利用节点z 闻的协作实现流媒体数据在鹈个o v e r l a y 网络中的快速扩散。在 典魁戍刚系统( 如p p l i v ”、g r i d m e d i a 2 q 川) 中，流媒体数据进入o v e r l a y 网络扁被分割 为小的片段( s e g m e n t ) 。：常点之间按照一定策略进行数据片段的交换，：点本地通过对这些 片段的缝合获取整个数据。 3 ) 支持资源的存储番l 搜索 魏矮，还畜一些o v e r l a y 秘络剿壤缓和铡援o v e r l a y 弼终孛誊蠢戆存端麓力秘整理麓力， 透过德羽统一豹基础设施( 如d h t ( d i s t r i b u t eh a s ht a b l e ) 、c a n “( c o n t e n ta c c e s s n e t w o r k ) ) 来实现资源在嗣络巾的统一存储和搜索。c d n l 2 ”、o p e n d n s i 矧等系统可以根据 埘户使用网络的历史信息米调憋资源在网络中的分布，让资源更接近它的_ i j 户从而优化接 个网络的资源访问效果。 6 东商人攀蛳瞎位论文癍辩时i 垂掘他的o v e r l a y 路出雏略磅 宠爱j e 实斑 2 2 2 3o v e r l a yt q 络实验床 近年来兴起的o v e r l a y 网络试验床口“建设也受到了j “泛的，乏注。这些以o v e r l a y 形式组 织的实验床为f 一代网络的研究以及新璀应川的部署提供了新的试验、测试平台。从最早的 a p a r n e t 开始。计算祝鼹络、计算机1 ：程以及耀哭领域豹科学研究都延磁绕蓿攘心实验床 戆建设矮拜豹。裹绥实验性嘲终f 懿孛蓬静c e r n e t - 2 、荧国豹i n t e m e t - 2 跌发一骜逸医佳戆 高级掰络翔a p a n ，u c a i d 等) 的建设，摇动了舞国科研、教育以及经济黥俊逮发矮。帮物 理试验蜷相比，o v e r l a y 网络试骏床有如卜的几个特点： 1 ) 易下部署平升级 由】：o v e r l a y 网络构建在现有网络之上，冈此很释易覆蔫现有网络所连接的区域。加上 o v e r l a y 嚼络部署霸i 升级时只需骚对主机上的软r 进行修改和维护，这_ 币l l 物理网络实验床相 比久人减少了部署幕l 于 级的舞臻。 2 ) 群蔽嬲络兼容牲瓣影璃 o v e r l a y 网络可以提供与蜜际环境相对独立的邋信环境，。箨点之间可 冀通过虚拟连接( 如 v p n ) 臀方式进行通信。这使得在虚拟网络中可以运行独立的网络通讯协议( i p 组播，i p v 6 ) 甚至新的体系结构。新砸网络成川的实验可以在o v e r l a y 实验床上很容易得剑部署，并且不 会对现谢网络产生过多影响。 3 ) 提供囊实背景流量和网络状城 o v e r l a y 实验床逐露舔苓矮鲻专线透 连接，o v e r l a y 翅络瓣滚鼙在残存瓣络孛瞧没有分 配更糍瓣往先级羽。囡蓝，农o v e r l a y 实验寐上帮誓躬网络癍 籍需要考懑甏多静实际磊素如 带宽、时延以及链路火效等。逡使得应埘程序从原吧系统剑产品的过渡过秣照为平滑。 2 2 3o v e r l a y 系统分类小结 援镶上露翦奔绥，o v e r l a y 霹络戆一个穰重要特缀藏是铮霹务秘不弱斑删嚣求瑟设计实 现我 j 农表2 , 1 孛掰密三类o v e r l a y 耀络孛静典囊系绫： 麓2 ，1 各类o v e r l a y 祷络的典型系统 类别典型系统备注 通信支持o v e r l a y 网络 r o n ，s u r e r o u t e ，e s me r e通信方式改进羊i l 通信性能的提 高 资源访阏o v e r l a y 网络 g n u t e t l a ，c o o p e m e t ，p p l i v e ， 为辩 户提供方馁的资源访问方 g r i d m e d i a ，o p e n d n se r e 式 o v e r l a y 网络实验床 p l a n e tl 曲脚】，x b o n e i 2 7j ，m b o n e实验g 的 e r e 冀中t 通信支持o v e r l a y 网络主要考虑的是如何枉现有通信对端之间撮商通信性能，实 现更好的邋信方式；资源访问o v e r l a y 网络主要处理的越如何改进资源在现宵网络中分布的 闯题，让埘户能够更容易的访阔。o v e r l a y 实验床被设计埘3 - - $ h 对通用的目的，支持各种新 型黪庶潮系缝的部署拳l 溅试。 2 2 4o v e r l a y 网络研究意义 随糟麻h j 的广泛普及和研究1 ：作的不断深入，o v e r l a y 网络不仅改变了我们使1 i 互联网 的方式羊i l 内容，同样也给互联网自身发展带米了深远的影响。在卜- 一代网络的研究中，有观 7 东南人学颂f ：学位论文 晰向 蜻延优化的o v e r l a y 龉由箫略研究及j 盛现 点讽为；“o v e r l a y 魂缮鼢发震赢该不仅援被是佟楚辫褒有嬲络戆眷充番浣善，它氇跫我室l 对 现有阏络进行政造的一种机遇”。本文从以f 儿个方面米分拼o v e r l a y 网络对现有互联闷发 展带米的影响。 1 ) 掰户需求静袭迭 在传统网络应_ l j 中，网络服务的内容年形式都是由网络j ：程人员精心设计霸i 部署的。通 豢，耀络瑙户妖l 摄撼瓣络中黪定戆骚努器( w e b 辍务器、郎搏黢务器麓) 寒获数据应的 服务。这种客户端服务器结构的服务方式有利丁实现对网络服务的集中管理鞠i 网络状况的 监控，但同时这种方式也忽略了网络h 4 户枉网络发展中应该起剑的积极作j ；1 。 鹣络麓校鹣不断扩天蘑l 羽缮瑙户数鼙嚣增掘，溺户手串譬握静翳络资源 数据窭源，透 信资源) 在糕个网络总体资源中的比重越米越高。以o v e r l a y 形式组织起米的虑用系统w 以 将这姥资漶掇攒不同的艨嬲需求缳绂起采。一方嚣，这些系统本身可以通过灵懑的级织方式 有效的利j j 资源，增强现有网络的功能、掇供新璀的癍增。舅一方面，这些系统也把构建服 务的权利从网络殴计人员逐步转移划网络川户手中。通过户之间的协作米实现网络资源更 套效、合理蠡冬翻崩。 2 ) 新型应j j 的部署 甄联网发展的极大成功也带米了网络自身进步发展中的侄化问题。随着网络发展渗透 列社会生活静方方西瑶，稠络赢辩l 鹃疆诗和帮署已经不爵仅仅取决予技术闵豢，丽楚社会各 个方筒相互协调、协商的结果。一些新刑网络服务( m p l s 、i p 组播) 未能在旺联网上人规 模郝褒的经验巍告诉我们不能撂耀逢过毫t 会成员巾躲器秘因素共同协褒、选成致米完成对 新粥麻阁的接纳和对雅个互联网f i 勺改造。 心前部署的o v e r a y 系统或部署在o v e r l a y 网络实验床上的新型应川对现有网络了：作不 产生经秘静影螭。更重蘩麓跫，这些瘫滔可钍遥运舞耨瘫翊溪豹较9 | ：嶷瑷抉逮翦爵级。这狰 部署方式有效地降低了为网络增加新功能时的风酸和系统成本。 3 ) 网络系统的演进 麓髭放置( f u n c t i o n p l a c e m e n t ) 豹离题楚在礴终系统设计和部署串考虑鹃一个基本 讲题。 在网络中放置哪些功能，这些功能放置在网络中的哪一层? 遮些问题的同谷对网络系统的演 避承l 发震产生深远麓影璃。最譬窍1 h ，s t t z e r ，d a v i dc l a r k 2 m 等在t 9 8 4 年提出了“端尘g 端原 则”来讨论早期互联网中功能殴麓的问题。翻2 2 给出了他”j 当时考虑功能设麓时的硒个基 本权衡冈素：祭统开销羊i l 运行效率。功能放置在系统中时，越靠近