導語：覆蓋網(wǎng)絡發(fā)展現(xiàn)狀分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

當?shù)谝粋€分組到達入點后，入點將用其特有的路由選擇方式查找轉(zhuǎn)發(fā)表（稍后將介紹）為其選擇下一跳路由，即下一個RON結(jié)點——如果不需路由則直接交給接收程序，與傳統(tǒng)路由轉(zhuǎn)發(fā)機制相似——下一個結(jié)點繼續(xù)與第一個結(jié)點相同的工作，直到到達出點。在轉(zhuǎn)發(fā)的時候入點為該分組封裝一個RON包頭，其中包含“流標識”字段。入點在轉(zhuǎn)發(fā)了第一個分組之后，后續(xù)到達的屬于同一個客戶的分組將被標上相同的流標識，不再查找轉(zhuǎn)發(fā)表，直接按第一個分組所走的路徑轉(zhuǎn)發(fā)，后續(xù)的RON結(jié)點也一樣。除非探測到路徑中某條虛鏈接發(fā)生重大問題，不再適合傳輸該類型的分組，相應的結(jié)點才重新查找轉(zhuǎn)發(fā)表從另一條虛鏈接轉(zhuǎn)發(fā)。因為鏈路狀態(tài)信息的獲取十分及時，所以一旦發(fā)生故障結(jié)點可以迅速改變轉(zhuǎn)發(fā)路徑，這是傳統(tǒng)的BGP協(xié)議無法做到的。

分組轉(zhuǎn)發(fā)的機制是這樣的，圖3為RON的路由表結(jié)構(gòu)。RON結(jié)點分三步完成一個完整的查找過程，第一步查找該分組的路由策略的類型，第二步針對分組的特點選擇不同的路徑因子，第三步才是查找分組的下一跳。可以看出，查找路由表是比較復雜的工作，因此只有在第一個分組到達或鏈路狀態(tài)發(fā)生重大變化時才查找路由表。

3.2內(nèi)容傳送網(wǎng)絡（CDN）

3.2.1介紹

內(nèi)容傳送是當前比較熱門的話題之一，而且占用Internet帶寬的很大一部分。對于因特網(wǎng)內(nèi)容提供者（InternetContentProvider）來說，如果采用傳統(tǒng)的中央網(wǎng)站式的內(nèi)容傳送，會有主干網(wǎng)帶寬浪費及使用者下載內(nèi)容時間過長等問題。CDN是這樣一種覆蓋網(wǎng)絡，它將內(nèi)容和服務動態(tài)地緩存在分布在因特網(wǎng)各處的結(jié)點上，用戶不需集中訪問原始的服務器，而只需訪問物理上或邏輯上“較近”的服務器的鏡像，這樣可以大大縮短延遲，同時減少主干網(wǎng)的帶寬消耗。

3.2.2CDN的構(gòu)架

從技術(shù)角度講，CDN由許多分布在因特網(wǎng)上的緩存服務器組成，這些緩存服務器向用戶提供內(nèi)容和服務，其上緩存ICP的服務和內(nèi)容。最重要的問題是如何在覆蓋網(wǎng)絡中進行用戶請求的重定向以實現(xiàn)負載平衡。當接收到一個用戶請求時，如何為其選擇一個合適的緩存服務器取決于多個因素，主要包括：網(wǎng)絡上的距離（主要是由路由選擇決定）、物理上的距離、響應時間、服務器負載等。

用戶訪問的基本流程如下：

1)用戶在自己的瀏覽器中輸入要訪問的網(wǎng)站的域名；

2)瀏覽器向本地DNS請求對該域名的解析；

3)本地DNS將請求發(fā)到網(wǎng)站的主DNS，主DNS再將域名解析請求轉(zhuǎn)發(fā)到重定向DNS；

4)重定向DNS根據(jù)一系列的策略確定當時最適當?shù)腃DN節(jié)點，并將解析的結(jié)果IP地址發(fā)給用戶；

5)用戶向給定的CDN節(jié)點請求相應網(wǎng)站的內(nèi)容；

6)CDN節(jié)點中的服務器負責響應用戶的請求提供所需的內(nèi)容。

目前較為常見的商業(yè)性CDN網(wǎng)絡有Akamai、DigitalIsland等。最大的商業(yè)CDNAkamai自己宣稱，其占用Web流量的15%。CDN正日益受到內(nèi)容提供者和用戶的青睞，市場前景較為廣闊。

3.3應用層組播

3.3.1組播介紹

Deering很早就提出了IP組播體系結(jié)構(gòu)，設想組播功能在網(wǎng)絡層實現(xiàn)，但是實際中卻遇到了很多問題。技術(shù)上的原因是IP組播需要每個路由器維護每個組播組的狀態(tài)，路由器的路由表也需要為每個組播組維護一個地址項，這在現(xiàn)在的因特網(wǎng)上是很難實現(xiàn)的；而且IP組播中擁塞控制也太復雜。這些因素使IP組播無法得到廣泛應用。而近年對組播的越來越多的需求使人們重新考慮這一問題，新的解決方案也就應運而生了，這就是應用層組播。應用層組播是使用覆蓋網(wǎng)絡進行組播的一種組播形式，下一節(jié)將以Overcast這種較有代表性的體系結(jié)構(gòu)來介紹使用覆蓋網(wǎng)絡的應用層組播。

3.3.2Overcast：使用覆蓋網(wǎng)絡的可靠組播

Overcast被設計用于單源組播，一個Overcast覆蓋網(wǎng)絡由一個源服務器（為了應付可能出現(xiàn)的故障一般會有備份）、任意數(shù)目分布在因特網(wǎng)上的Overcast中間結(jié)點和標準的HTTP客戶端構(gòu)成。Overcast使用一個簡單的建樹協(xié)議（tree-buildingprotocol）將中間結(jié)點組織成一棵轉(zhuǎn)發(fā)樹，使用一種叫做“上/下行協(xié)議”（Up/Downprotocol）的協(xié)議來有效地維護Overcast網(wǎng)絡的全局狀態(tài)。

結(jié)點之間的虛擬鏈接是建立在下層的因特網(wǎng)上的，因此轉(zhuǎn)發(fā)樹的構(gòu)造對于覆蓋網(wǎng)絡的性能有很大的影響。在Overcast中建立轉(zhuǎn)發(fā)樹的原則是盡量增大從根結(jié)點（源服務器）到所有中間結(jié)點的帶寬。當一個新的結(jié)點加入覆蓋網(wǎng)絡時，建樹協(xié)議便開始工作了。新結(jié)點要連接根結(jié)點，根結(jié)點現(xiàn)在就被看作“當前結(jié)點”（currentnode），接著這個新結(jié)點便開始一次次地試探，在不犧牲到根結(jié)點的帶寬的前提下盡量將自己定位到遠離根結(jié)點的結(jié)點上，成為其孩子結(jié)點。每次試探中新結(jié)點都檢測其到“當前結(jié)點”的帶寬和到“當前結(jié)點”的每一個孩子結(jié)點的帶寬，如果到一些孩子結(jié)點的帶寬和到“當前結(jié)點”的帶寬一樣高，則其中距離該新結(jié)點網(wǎng)絡距離最短（跳數(shù)最少）的一個孩子結(jié)點成為“當前結(jié)點”，新的一次試探開始。這就是Overcast建樹協(xié)議的基本思想。

為了讓客戶快速方便地加入，Overcast網(wǎng)絡必須實時掌握Overcast結(jié)點的狀態(tài)，這就需要用到“上/下行協(xié)議”。網(wǎng)絡中的每個結(jié)點，包括根結(jié)點，都維護一張信息表，記錄所有在樹的層次結(jié)構(gòu)中低于自己的結(jié)點，并保存網(wǎng)絡變更的日志。協(xié)議的基礎(chǔ)是每一個結(jié)點周期性地向其直接父結(jié)點報告自己的存在，如果一個孩子結(jié)點在一定的時間間隔內(nèi)沒有報告，則父結(jié)點認為該孩子結(jié)點“死了”。有可能是結(jié)點自身的故障、鏈路故障或該孩子改變了父結(jié)點。

當一個客戶想要加入組播組時，它使用一個組的URL來發(fā)送HTTPGET請求，根結(jié)點根據(jù)結(jié)點的位置和組播樹的狀態(tài)來決定該用戶應連接到哪一個結(jié)點上去。組播樹的狀態(tài)信息能夠?qū)崟r傳到根結(jié)點，所以根結(jié)點可以很快做出決定，這就實現(xiàn)了快速加入。

4結(jié)束語

覆蓋網(wǎng)絡是一個由應用推動的研究領(lǐng)域。人們對因特網(wǎng)的諸多新的需求促使很多研究人員開始關(guān)注這一領(lǐng)域，并業(yè)已取得顯著效果，許多覆蓋網(wǎng)絡已由實驗室走向因特網(wǎng)，為人們提供了更為方便的服務。本文只介紹了三種最受關(guān)注的覆蓋網(wǎng)絡，實際上還有很多功能各異的覆蓋網(wǎng)絡，限于篇幅，本文沒有再作介紹。

覆蓋網(wǎng)絡是一個新興的研究領(lǐng)域，有著很高的應用價值和商業(yè)價值，發(fā)展前景十分廣闊，值得廣大研究人員繼續(xù)深入研究。

參考文獻

[1]DavidAndersen，HariBalakrishnan，F(xiàn)ransKaashoek，andRobertMorris，MITLaboratoryforComputerScience，ResilientOverlayNetworks

[2]JohnJannotti，DavidK.Gifford，KirkL.Johnson，M.FransKaashoek，JamesW.O''''Toole，Jr.，CiscoSystems，Overcast:ReliableMulticastingwithanOverlayNetwork

[3]FredericThouinandMarkJ.Coates，DepartmentofElectricalandComputerEngineering，McGillUniversity，AReviewOnContentDeliveryNetwork

[4]StefanSaroiu，KrishnaP.Gummadi，RichardJ.Dunn，StevenD.Gribble，andHenryM.Levy，DepartmentofComputerScience&Engineering，UniversityofWashington，AnAnalysisofInternetContentDeliverySystems

[5]徐恪，熊勇強，清華大學計算機科學與技術(shù)系吳建平，微軟亞洲研究院對等網(wǎng)絡研究綜述

[6]FieldSecurityOperationsDefenseInformationSystemsAgency，VoiceOverInternetProtocol(VOIP)SecurityTechnicalImplementationGuide

[7]RobertStone，UUNETTechnologies，Inc.，CenterTrack:AnIPOverlayNetworkforTrackingDoSFloods

[8]ZhenhaiDuan_，Zhi-LiZhang，Dept.ofComputerScience&Engineering，UniversityofMinnesota.YiweiThomasHou，BradleyDept.ofElectrical&ComputerEngineering，VirginiaTech.ServiceOverlayNetworks:SLAs，QoSandBandwidthProvisioning

摘要隨著因特網(wǎng)發(fā)展的日趨完善，出現(xiàn)了很多所謂的“覆蓋網(wǎng)絡”（OverlayNetworks），它們的形式多種多樣，功能也不盡相同。本文綜述了覆蓋網(wǎng)絡的現(xiàn)狀，并對因特網(wǎng)上目前最流行的三種覆蓋網(wǎng)絡分別進行介紹。

關(guān)鍵詞覆蓋網(wǎng)絡；內(nèi)容傳送；彈性

1引言

近年來人們不斷對因特網(wǎng)提出新的需求，例如多播、點對點文件共享以及保護隱私等。這些促使了因特網(wǎng)的進一步發(fā)展，為了更好地滿足這些要求，覆蓋網(wǎng)絡應運而生。本文主要介紹了三種應用較為普遍的覆蓋網(wǎng)絡：路由覆蓋網(wǎng)絡、內(nèi)容傳送網(wǎng)絡和應用層組播。文章安排如下：第2節(jié)介紹覆蓋網(wǎng)絡的定義和覆蓋網(wǎng)絡出現(xiàn)的原因，第3節(jié)簡述三種常見的覆蓋網(wǎng)絡，并舉例說明。

2覆蓋網(wǎng)絡的含義

因特網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)是一種分層的結(jié)構(gòu)，其最上一層是應用層，它利用傳輸層提供的服務完成相應的應用功能，如Web瀏覽、電子郵件服務、FTP服務等。但這種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能很好地滿足越來越復雜的應用需求。例如，多媒體應用的發(fā)展迫切要求網(wǎng)絡能夠支持組播功能，而目前的因特網(wǎng)尚不能完全支持組播。因此，有人提出在應用層實現(xiàn)組播，具體做法是參加組播的計算機自己構(gòu)成一個覆蓋網(wǎng)絡，然后在應用層維護組播樹的結(jié)構(gòu)并由應用結(jié)點參與進行組播轉(zhuǎn)發(fā)。

覆蓋網(wǎng)絡的基本含義就是在現(xiàn)有的因特網(wǎng)上構(gòu)建一個完全位于應用層的網(wǎng)絡系統(tǒng)。覆蓋網(wǎng)絡服務不是由因特網(wǎng)服務提供商（InternetServiceProvider）提供的，而是由一種新型的服務提供商提供。它存在于因特網(wǎng)基礎(chǔ)設施和應用程序之間，利用ISP提供的服務來向其用戶提供更加優(yōu)化的服務?？梢哉J為，覆蓋網(wǎng)絡是分布在因特網(wǎng)上的一組提供服務的主機的集合，它們?yōu)橐粋€或多個應用程序提供下層的基礎(chǔ)設施，在某種程度上轉(zhuǎn)發(fā)和處理應用程序的數(shù)據(jù)，所采用的方式與目前因特網(wǎng)上的不同；由第三方運營和管理，不是當前因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的一部分。

3常見的覆蓋網(wǎng)絡

3.1路由覆蓋網(wǎng)絡

路由覆蓋網(wǎng)絡的作用是為了控制或改善網(wǎng)絡上數(shù)據(jù)傳送的路徑，在一個路由覆蓋網(wǎng)絡中，通信雙方的端結(jié)點并不改變，改變的是其分組可能經(jīng)過的路由。我們知道，因特網(wǎng)由很多個自治系統(tǒng)（AutonomousSystem）組成，每個自治系統(tǒng)由一個ISP維護，分組在一個自治系統(tǒng)內(nèi)部的路徑由管理該自治系統(tǒng)的ISP決定，受多個因素影響，其中包括自治系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和傳送分組所需的開銷。每個ISP與其相連結(jié)的ISP一般都會有商業(yè)上的協(xié)定，這些協(xié)定決定了分組從哪一條路徑傳送到下一個自治系統(tǒng)的開銷最小。自治系統(tǒng)之間運行邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（BorderGatewayProtocol），BGP允許每個ISP設定關(guān)于接收、轉(zhuǎn)發(fā)分組的控制策略，然后通過分布式計算來確定一條從源結(jié)點到目的結(jié)點的“最佳”的路徑。

但是由于每一個ISP側(cè)重的目標不一致，比如有的ISP考慮傳送分組的開銷，有的關(guān)注可用帶寬和傳輸延遲，還有的希望盡量合理地使用下層物理鏈路以減小擁塞出現(xiàn)的幾率。因此，這種所謂的“最佳”路徑對于用戶來說很大程度上并不是最佳的。因特網(wǎng)本身的路由機制，完全由ISP決定，端用戶和應用程序無法參與，這種路由機制對于端用戶和應用程序來說是不精確的，它僅反映了ISP對開銷和運行效率的考慮，而不顧用戶和應用程序的真正需求。下一節(jié)我們將要介紹的是針對這種現(xiàn)狀而提出的，旨在改善路由選擇，并與應用程序緊密聯(lián)系的一種覆蓋網(wǎng)絡——彈性覆蓋網(wǎng)絡（RON）。

3.1.1彈性覆蓋網(wǎng)絡介紹

彈性覆蓋網(wǎng)絡是一種分布式覆蓋網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)，分布于因特網(wǎng)上的RON結(jié)點可以僅用數(shù)秒的時間檢測到鏈路的失效和周期性的性能惡化，并快速恢復，而目前的因特網(wǎng)BGP協(xié)議則需數(shù)分鐘。RON結(jié)點自動監(jiān)測連接它們的下層因特網(wǎng)鏈路的質(zhì)量，使用收集到的信息并結(jié)合該應用程序?qū)δ囊宦窂揭蜃樱ㄈ缪舆t、分組丟失率、鏈路吞吐量等）更敏感來決定某一應用程序的分組是直接由因特網(wǎng)鏈路轉(zhuǎn)發(fā)還是經(jīng)由另一RON結(jié)點，這樣可以更加優(yōu)化應用程序的路由選擇。

3.1.2RON的功能實現(xiàn)

首先要明確一個概念，所謂“RON結(jié)點”，并不是特殊的路由器硬件，第2.2節(jié)已經(jīng)闡述覆蓋網(wǎng)絡的特點之一就是不對下層的因特網(wǎng)基礎(chǔ)設施進行改變，RON結(jié)點是分布在因特網(wǎng)上的一些有組織的主機，這些主機上運行專門的RON軟件，實現(xiàn)的功能在某種意義上與路由器相同，但應區(qū)別這兩者。

RON結(jié)點在現(xiàn)有因特網(wǎng)之上構(gòu)建一個虛擬的網(wǎng)絡，這個網(wǎng)絡的任意兩個結(jié)點之間都會維護一條由下層因特網(wǎng)鏈路構(gòu)成的路徑，稱為“虛鏈接”（virtuallink）。它們之間會定期或不定期通過發(fā)送探測包和監(jiān)測來了解當前的網(wǎng)絡狀態(tài)。比如，有一個N個結(jié)點構(gòu)成的RON系統(tǒng)，每一個結(jié)點都會及時探測最新的到其余N-1個結(jié)點的虛鏈接的狀態(tài)，這個狀態(tài)包括三個方面的內(nèi)容，延遲、分組丟失率和鏈路吞吐量。結(jié)點將得到的最新的虛鏈接的狀態(tài)信息保存在本地的一個性能數(shù)據(jù)庫中，并以此作為路由選擇的重要依據(jù)。

使用RON轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的應用程序稱為“RON客戶”（RONClient），RON的主要設計目標就是為客戶程序提供更加可靠的路由機制。RON客戶通過一種叫做“管道”（conduit）的接口與RON結(jié)點進行交互，如圖1所示。通過管道接收分組的第一個結(jié)點被稱為“入點”（entrynode），相應地，分組經(jīng)過的最后一個結(jié)點稱為“出點”（exitnode）。