柵格環境下覆蓋網絡架構的研究

高艷玲+高艷萍

【摘要】 對等計算模式（Peer-to-Peer）是建設柵格網絡的關鍵技術支撐，已經在分布式計算、文件共享中得到成功應用。而覆蓋網絡可以有效地實現對等計算應用的各種關鍵技術。本文在對已有的一些相關成果進行研究的基礎上，提出了一個兩層的覆蓋網絡架構：應用接入覆蓋層和服務融合覆蓋層。

【關鍵詞】 柵格 對等計算 覆蓋網絡

一、介紹

對等計算又稱P2P，是指一類系統或應用以非中心化的方式使用分布式資源來實現一個功能[1]。它具有這樣一些特點：非中心化、可擴展性、健壯性、高性價比、隱私保護、負載均衡等。由于網絡技術發展的多樣化，實現異構網絡之間的互聯、互通亟待解決，而對等計算模式為這一難題提供了一種有力的解決辦法。要將對等計算模式引入到各種應用中，就需要覆蓋層的支持以實現各種關鍵技術。

二、相關研究進展

在覆蓋層網絡系統模型的研究上，文獻[2-5]分別提出了一種經典的覆蓋網絡系統模型：Chord、CAN、Pastry、Tapestry。它們采用分布式哈希表（DHT）技術實現模型的結構化特性，因此，都具有收斂的查詢路由，并且提供良好的靜態負載均衡能力，另外，它們都支持大規模的分布式應用。在文獻[3]中都提出了提供通用服務的統一覆蓋網絡平臺的概念，這種覆蓋層服務平臺可以有效地對網絡服務資源進行整合和管理，為上層應用提供統一的、通用的服務保障，這就可以有效地避免各種應用競爭使用網絡資源的沖突，并有助于提升應用的整體性能。

三、應用接入覆蓋層對業務的支持

3.1 應用接入覆蓋層對音視頻通信的支持

語音/視頻通信是實時交互類業務中最主要的業務類型，通過引入覆蓋層網絡技術，可以增強業務功能，為其提供更好的服務質量。而采用覆蓋網絡技術后，引入節點的概念，加入網絡中的任何一個節點都能夠有選擇地完成這些服務器功能，完成用戶的注冊、消息路由、實現呼叫接續以及用戶加入、退出和移動的重定向工作，實現服務器功能的融合。

3.2 應用接入覆蓋層對信息分發的支持

在基于發布-訂閱的信息分發框架中，信息生產者和信息消費者被很好地進行了解藕——信息生產者無需考慮向誰提供生產的信息，信息消費者也不需要考慮從哪一個生產者那里獲取所需的信息，它的核心是由信息數據空間對所有產生的信息進行統一的管理、維護和提供。通過采用覆蓋網絡技術對信息數據空間的支持，可以更好的保證信息的分布式存儲、高效查找、實時分發以及相應的QOS。

為此，通過應用接入覆蓋層所提供的功能模塊針對上述信息分發的業務特點，進行應用覆蓋網絡系統的設計，可有效地提升信息存儲和遞送的整體性能。

四、服務融合覆蓋層對業務的支持

4.1 拓撲發現

覆蓋層網絡的服務能力很大程度上依賴于對實際物理網絡結構信息的獲取，因此，就需要覆蓋層節點通過主動探測（ping，trace route）或者查詢網絡層及以下所提供的拓撲探測功能（SNMP，DNS，ARP等），來獲取所需信息。

服務融合覆蓋層指定服務節點集利用底層網絡提供的服務接口以及主動探測方式，通過信息交互完成對物理網絡拓撲的發現以及鏈路性能信息的獲取，為應用覆蓋系統和服務子網的拓撲生成以及路由策略提供所需信息。考慮到實際的物理網絡拓撲結構，可以將執行過程分為：域間級和域內級。

4.2 增強路由功能

該功能模塊主要提供服務融合覆蓋層的增強路由能力，部署的服務節點通過探測網絡實現對服務融合覆蓋層路徑的性能評價，為上層業務根據其需求提供性能良好的路由服務。

4.3 服務節點的策略選擇和應用指定的服務子網生成

考慮信息分發以及IP語音/視頻通信中的部分業務如電話視頻會議、多方通話、遠程教育等。由于，服務節點一般部署在邊緣網接入網關以及核心網內，因此采用服務融合覆蓋層網絡技術就可以更好地節省網絡帶寬資源。

五、總結和展望

對等計算模式已經被成功地用于Internet上的分布式計算、文件共享等應用，覆蓋網絡可以有效地實現對等計算應用的各種關鍵技術。本文提出了一個兩層的覆蓋網絡架構：應用接入覆蓋層用于各種應用指定的網絡邊緣用戶節點的覆蓋網絡構成，針對特定的業務需求，完成分布式應用；服務融合覆蓋層用于邊緣網接入網關以及核心網節點的通用覆蓋服務平臺構成，為上層各種應用覆蓋系統提供通用的統一的服務功能，提高網絡的資源利用率，減少可避免的網絡重復流量，確保各種應用協調、合理地使用各種網絡資源，實現多種業務共存共生的目的。