柵格環(huán)境下覆蓋網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研究

高艷玲+高艷萍

【摘要】 對等計算模式（Peer-to-Peer）是建設(shè)柵格網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)支撐，已經(jīng)在分布式計算、文件共享中得到成功應(yīng)用。而覆蓋網(wǎng)絡(luò)可以有效地實現(xiàn)對等計算應(yīng)用的各種關(guān)鍵技術(shù)。本文在對已有的一些相關(guān)成果進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，提出了一個兩層的覆蓋網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：應(yīng)用接入覆蓋層和服務(wù)融合覆蓋層。

【關(guān)鍵詞】 柵格 對等計算 覆蓋網(wǎng)絡(luò)

一、介紹

對等計算又稱P2P，是指一類系統(tǒng)或應(yīng)用以非中心化的方式使用分布式資源來實現(xiàn)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(fù)載均衡等。由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的多樣化，實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)、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(yīng)用中，就需要覆蓋層的支持以實現(xiàn)各種關(guān)鍵技術(shù)。

二、相關(guān)研究進(jìn)展

在覆蓋層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型的研究上，文獻(xiàn)[2-5]分別提出了一種經(jīng)典的覆蓋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型：Chord、CAN、Pastry、Tapestry。它們采用分布式哈希表（DHT）技術(shù)實現(xiàn)模型的結(jié)構(gòu)化特性，因此，都具有收斂的查詢路由，并且提供良好的靜態(tài)負(fù)載均衡能力，另外，它們都支持大規(guī)模的分布式應(yīng)用。在文獻(xiàn)[3]中都提出了提供通用服務(wù)的統(tǒng)一覆蓋網(wǎng)絡(luò)平臺的概念，這種覆蓋層服務(wù)平臺可以有效地對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)資源進(jìn)行整合和管理，為上層應(yīng)用提供統(tǒng)一的、通用的服務(wù)保障，這就可以有效地避免各種應(yīng)用競爭使用網(wǎng)絡(luò)資源的沖突，并有助于提升應(yīng)用的整體性能。

三、應(yīng)用接入覆蓋層對業(yè)務(wù)的支持

3.1 應(yīng)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(yè)務(wù)中最主要的業(yè)務(wù)類型，通過引入覆蓋層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以增強業(yè)務(wù)功能，為其提供更好的服務(wù)質(zhì)量。而采用覆蓋網(wǎng)絡(luò)技術(shù)后，引入節(jié)點的概念，加入網(wǎng)絡(luò)中的任何一個節(jié)點都能夠有選擇地完成這些服務(wù)器功能，完成用戶的注冊、消息路由、實現(xiàn)呼叫接續(xù)以及用戶加入、退出和移動的重定向工作，實現(xiàn)服務(wù)器功能的融合。

3.2 應(yīng)用接入覆蓋層對信息分發(fā)的支持

在基于發(fā)布-訂閱的信息分發(fā)框架中，信息生產(chǎn)者和信息消費者被很好地進(jìn)行了解藕——信息生產(chǎn)者無需考慮向誰提供生產(chǎn)的信息，信息消費者也不需要考慮從哪一個生產(chǎn)者那里獲取所需的信息，它的核心是由信息數(shù)據(jù)空間對所有產(chǎn)生的信息進(jìn)行統(tǒng)一的管理、維護和提供。通過采用覆蓋網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對信息數(shù)據(jù)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(fā)以及相應(yīng)的QOS。

為此，通過應(yīng)用接入覆蓋層所提供的功能模塊針對上述信息分發(fā)的業(yè)務(wù)特點，進(jìn)行應(yīng)用覆蓋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計，可有效地提升信息存儲和遞送的整體性能。

四、服務(wù)融合覆蓋層對業(yè)務(wù)的支持

4.1 拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)

覆蓋層網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力很大程度上依賴于對實際物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)信息的獲取，因此，就需要覆蓋層節(jié)點通過主動探測（ping，trace route）或者查詢網(wǎng)絡(luò)層及以下所提供的拓?fù)涮綔y功能（SNMP，DNS，ARP等），來獲取所需信息。

服務(wù)融合覆蓋層指定服務(wù)節(jié)點集利用底層網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)接口以及主動探測方式，通過信息交互完成對物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞陌l(fā)現(xiàn)以及鏈路性能信息的獲取，為應(yīng)用覆蓋系統(tǒng)和服務(wù)子網(wǎng)的拓?fù)渖梢约奥酚刹呗蕴峁┧栊畔??？紤]到實際的物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以將執(zhí)行過程分為：域間級和域內(nèi)級。

4.2 增強路由功能

該功能模塊主要提供服務(wù)融合覆蓋層的增強路由能力，部署的服務(wù)節(jié)點通過探測網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對服務(wù)融合覆蓋層路徑的性能評價，為上層業(yè)務(wù)根據(jù)其需求提供性能良好的路由服務(wù)。

4.3 服務(wù)節(jié)點的策略選擇和應(yīng)用指定的服務(wù)子網(wǎng)生成

考慮信息分發(fā)以及IP語音/視頻通信中的部分業(yè)務(wù)如電話視頻會議、多方通話、遠(yuǎn)程教育等。由于，服務(wù)節(jié)點一般部署在邊緣網(wǎng)接入網(wǎng)關(guān)以及核心網(wǎng)內(nèi)，因此采用服務(wù)融合覆蓋層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就可以更好地節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。

五、總結(jié)和展望

對等計算模式已經(jīng)被成功地用于Internet上的分布式計算、文件共享等應(yīng)用，覆蓋網(wǎng)絡(luò)可以有效地實現(xiàn)對等計算應(yīng)用的各種關(guān)鍵技術(shù)。本文提出了一個兩層的覆蓋網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：應(yīng)用接入覆蓋層用于各種應(yīng)用指定的網(wǎng)絡(luò)邊緣用戶節(jié)點的覆蓋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，針對特定的業(yè)務(wù)需求，完成分布式應(yīng)用；服務(wù)融合覆蓋層用于邊緣網(wǎng)接入網(wǎng)關(guān)以及核心網(wǎng)節(jié)點的通用覆蓋服務(wù)平臺構(gòu)成，為上層各種應(yīng)用覆蓋系統(tǒng)提供通用的統(tǒng)一的服務(wù)功能，提高網(wǎng)絡(luò)的資源利用率，減少可避免的網(wǎng)絡(luò)重復(fù)流量，確保各種應(yīng)用協(xié)調(diào)、合理地使用各種網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)共存共生的目的。