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(xié)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(huán)境下的廣播通信協(xié)議的設計和分析進行闡述。對基于發(fā)送方可靠的Multicast協(xié)議--SIGRMP進行分析。在不影響通信系統(tǒng)傳輸的基礎上，減少應答報文堵塞現象，為Internet網絡廣播的節(jié)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(xié)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(xié)議的實現和測試情況。

1 SIGRMP通信協(xié)議的設計

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

（1）將局部互聯(lián)網的所有節(jié)點組成一個MG。節(jié)點多采用一個LAN上參加的所有節(jié)點進行分組；節(jié)點不多，采用網絡鏈路LAN 上所有的節(jié)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(jié)點IP組件MG。（4）由同數量不同速率的節(jié)點構成MG。本次討論主要以（2）節(jié)點間探討。

圖1 按照路由器實現分組

Multicast分組托管節(jié)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(jié)點收到發(fā)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(xié)議描述。節(jié)點想要獲得可靠系統(tǒng)的其他節(jié)點，發(fā)送節(jié)點采用“基于發(fā)送方”的ACK將報文處理策略發(fā)送到的所有MGT節(jié)點。MGT節(jié)點用“基于發(fā)送方”的ACK處理將受到的報文廣播給系統(tǒng)所有節(jié)點。在廣播的時候主要是：（1）節(jié)點發(fā)送到Trustee MG分組；在發(fā)送節(jié)點的發(fā)送報文序號計數器中發(fā)送，記為SendPacketSeq加1。（2）使用發(fā)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(fā)送方如果在發(fā)送計時器之前收到肯定應答(ACK),發(fā)送方就認為本次發(fā)送報文完成，在SendPacketSeq加1。如圖2所示。（5）MGTk節(jié)點將受到的可靠報文傳輸到MGk界定需要“轉發(fā)報文序號”計量器，TransitPacketSeq。轉發(fā)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(jié)點就用“點到點”的方式ACK回答報文。每個節(jié)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(jié)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(fā)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(tǒng)管理。進行系統(tǒng)管理的時候分為兩部分進行。一部分是SIGRMP系統(tǒng)的建立和新節(jié)點的加入。系統(tǒng)剛開始沒有節(jié)點加入，隨著節(jié)點的增加，建立各個Multicast分組，形成統(tǒng)一系統(tǒng)。加入一個新節(jié)點，就將節(jié)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(tǒng)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(jié)點已經是MG內的節(jié)點；否則就是普通節(jié)點。另一部分是節(jié)點動態(tài)退出。

節(jié)點退出的時候，需要對MGT 發(fā)送控制報文，通知離開。當MGT節(jié)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(jié)點應答。在退出的時候，需要向MGT節(jié)點推薦新MGT節(jié)點，向整個系統(tǒng)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(tǒng)的節(jié)點假設為n，報文傳輸錯誤和丟失的頻率用p表示。接受節(jié)點r在經過s個節(jié)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(jié)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(jié)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(jié)點發(fā)送成功節(jié)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(tǒng)中有1000個節(jié)點，分為20個MG；每個節(jié)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(jié)，根據計算我們可以得出：

SIGRMP協(xié)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(guī)模的廣播網絡應用系統(tǒng)；報文平均傳輸的時間比傳統(tǒng)協(xié)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(xié)議的設計與分析進行探討，從具體的SIGRMP通信協(xié)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(jié)點的次數進行計算。

[1]楊永高.適用于分布式虛擬環(huán)境的網絡協(xié)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(xié)議的設計與分析[J].計算機學報,2010，(2).

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