一個適用于廣域網的可靠多對多廣播通信協議的設計與分析

陳剛

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一個適用于廣域網的可靠多對多廣播通信協議的設計與分析

陳剛

國家新聞出版廣電總局七二五臺，山西 靈石 031308

本文主要對廣域網環境下的廣播通信協議的設計和分析進行闡述。對基于發送方可靠的Multicast協議--SIGRMP進行分析。在不影響通信系統傳輸的基礎上，減少應答報文堵塞現象，為Internet網絡廣播的節點提供比較可靠的程序，實現傳輸服務。

計算機網絡；組播Multicast；協議

本文主要對Multicast同性的性能和一般性能分析的方法進行研究，對SIGMP在使用此方法的性能進行分析，將電信網和路由器之間通信流量、局部網絡應答、路由器的通信流量各個組內的局部網絡應答報文流量進行推導，給出報文傳輸延時的計算方式，介紹SIGRMP協議的實現和測試情況。

1 SIGRMP通信協議的設計

首先，Multicast分組的思想-MG（Multicast Groups）。節點的分組可以按照以下原則進行：

（1）將局部互聯網的所有節點組成一個MG。節點多采用一個LAN上參加的所有節點進行分組；節點不多，采用網絡鏈路LAN 上所有的節點組成MG。（2）按照路由器形成的廣域網位置進行分組。如圖1所示.（3）按照節點IP組件MG。（4）由同數量不同速率的節點構成MG。本次討論主要以（2）節點間探討。

圖1 按照路由器實現分組

Multicast分組托管節點-MGT（ Multicast Group Trustee）可完成額外的通信任務：應答報文處理；局部報文重傳；分組成員管理；報文傳輸的有序進行。

特殊 Multicast Group Trustee可以保證MGT節點收到發送的正確報文。每個MGT都屬于兩個Multicast分組，一個自身的MG，另一個是TrusteeMG分組。

其次，SIGRMP可靠多對多協議描述。節點想要獲得可靠系統的其他節點，發送節點采用“基于發送方”的ACK將報文處理策略發送到的所有MGT節點。MGT節點用“基于發送方”的ACK處理將受到的報文廣播給系統所有節點。在廣播的時候主要是：（1）節點發送到Trustee MG分組；在發送節點的發送報文序號計數器中發送，記為SendPacketSeq加1。（2）使用發送定時器進行倒計時。（3）受到報文用“點到點”的方式實現應答。（4）發送方如果在發送計時器之前收到肯定應答(ACK),發送方就認為本次發送報文完成，在SendPacketSeq加1。如圖2所示。（5）MGTk節點將受到的可靠報文傳輸到MGk界定需要“轉發報文序號”計量器，TransitPacketSeq。轉發成功后都要將TransitPacketSeq加1.（6）將Max RRT-L組到MGTk組間的最大報文當做定時器初始值。（7）MGk組接收到正確節點就用“點到點”的方式ACK回答報文。每個節點都有“接收報文序列計時器”用于判斷報文的重傳。（8）當MGTk等待報文時，定時器將零階段收到的所有節點進行ACK報文，MGTk認為此報文已經完成分組。如圖3所示。

圖2 發送方到MGT的報文流向

圖3 MGT到MG的可靠傳輸

最后，進行SIGRMP系統管理。進行系統管理的時候分為兩部分進行。一部分是SIGRMP系統的建立和新節點的加入。系統剛開始沒有節點加入，隨著節點的增加，建立各個Multicast分組，形成統一系統。加入一個新節點，就將節點加入Multicast分組。在加入的時候利用分組原則進行MG組確定。在系統完成D類IP廣播地址后，及時向Multicast分組廣播報文，詢問應答情況，如果未收到應答，說明此節點已經是MG內的節點；否則就是普通節點。另一部分是節點動態退出。

節點退出的時候，需要對MGT 發送控制報文，通知離開。當MGT節點收到通知后，可以對此成員的信息進行刪除，不需要等待節點應答。在退出的時候，需要向MGT節點推薦新MGT節點，向整個系統進行通知。

2 廣播通信可靠性設計的分析

2.1 一般方法

2.1.1 星形拓撲圖

星形網絡拓撲圖如圖4所示。將系統的節點假設為n，報文傳輸錯誤和丟失的頻率用p表示。接受節點r在經過s個節點少于或者等于m次報文傳輸后，成功接受的報文頻率是：

在星形拓撲結構中，由于各個節點丟失報文事件獨立，收到報文的頻率表示為：

圖4 星形拓撲路徑圖

星形拓撲結構中平均廣播傳輸的次數是：

2.1.2 線型網絡拓撲結構

線型網絡拓撲結構圖形展示如圖5所示。

圖5 星型拓撲結構圖

線型網絡拓撲最后節點收到的次數就是平均次數表示為：

2.1.3 簡單的混合拓撲結構

簡單的混合拓撲結構圖如圖6所示。在星型和線型結構拓撲圖的基礎上，對于混合拓撲的研究也變得簡單，報文給所有節點發送成功節點后，所需要的平均次數是：

圖6 簡單的混合拓撲結構

2.2 分析和計算

將上述的計算和理論作為基礎，設某個局部網絡報文的傳輸率pw =0.01,報文傳輸錯誤概率是p1 =0.01；此廣播系統中有1000個節點，分為20個MG；每個節點的報文速率=2報文/s，其中70%不依靠廣播，剩余的30%需要廣播；局部網絡傳輸的速率是10Mbps，公共電信網絡傳輸的速率為1Mbps；報文長度是160個字節，根據計算我們可以得出：

SIGRMP協議可以減輕公共電信網絡中的負荷；減少路由器的通信壓力；可以支持大規模的廣播網絡應用系統；報文平均傳輸的時間比傳統協議少。

3 結束語

本文主要對一個適用于廣域網的可靠多對多廣播通信協議的設計與分析進行探討，從具體的SIGRMP通信協議的設計，廣播通信可靠性設計的分析兩方面進行了詳細說明，利用星形、線型和一般復雜性的拓撲結構對節點的次數進行計算。

[1]楊永高.適用于分布式虛擬環境的網絡協議研究[D].西南交通大學,2013,(4).

[2]楊永高;潘啟敬.一個適用于廣域網的可靠多對多廣播通信協議的設計與分析[J].計算機學報,2010，(2).

TP393.02

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1009-6434（2016）01-0006-02