發(fā)布時間：2018-06-17 14:52

  本文選題：多播 + SDN��； 參考：《上海大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算及網(wǎng)絡(luò)媒體的快速發(fā)展逐漸改變了互聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)和業(yè)務(wù)需求,這主要體現(xiàn)在以下四個方面:1)底層網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)可能會根據(jù)使用者的彈性需求而動態(tài)地改變;2)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)移動終端規(guī)模爆發(fā)式增長;3)流媒體成為網(wǎng)絡(luò)流量的主要貢獻者;4)視頻點播、在線會話等與流媒體相關(guān)的分布式應(yīng)用成為一類重要的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。這一新的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢可以概括為底層網(wǎng)絡(luò)及終端設(shè)備的動態(tài)化,網(wǎng)絡(luò)流量的媒體化,以及信息生產(chǎn)者的多元化。因此,在新的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下需要有一種高效的通信方式為分布式應(yīng)用提供有力地支撐。單播、廣播、多播是互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)三類主要的通信方式。與單播和廣播相比,多播是用以支撐這類應(yīng)用的理想手段。它不需要像單播一樣在多方通信的參與者之間建立點對點連接,因此減少了帶寬資源的占用;它也不需要像廣播一樣通過泛洪的形式向網(wǎng)絡(luò)的所有分支發(fā)送大量數(shù)據(jù)包,因此有效減少了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)無效數(shù)據(jù)包的數(shù)量,緩解了網(wǎng)絡(luò)沖突�？梢�,多播通信在當(dāng)前新的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢下顯得越來越重要。多播通信是在多播框架的支撐下實現(xiàn)的,多播框架起到了管理多播組和執(zhí)行多播路由算法的作用。然而,在經(jīng)典IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下,現(xiàn)存的多播框架在設(shè)計之初就具有通用性和獨占性。其缺省的多播路由算法沒有為底層網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備的動態(tài)性做出特別的優(yōu)化,同時客制化的多播路由算法也無法被部署于該框架上。因此,現(xiàn)存的多播框架無法滿足各種應(yīng)用程序?qū)Χ嗖ネㄐ诺牟煌琎o S需求。不僅如此,目前所廣泛采用的PIM、CBT等多播協(xié)議都基于匯集點建立多播樹,這有可能引起數(shù)據(jù)包在匯集點附近產(chǎn)生擁塞,同時也引入了“最優(yōu)匯集點選擇”的新問題。為了解決上述問題,必須向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部署一個額外的多播框架,然后將面向動態(tài)多播的路由算法或面向其他Qo S需求的多播路由算法部署在這個多播框架上。然而,由于在多播通信設(shè)計之初并沒有考慮其擴展性和靈活性,因此當(dāng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存在兩個多播框架時,它們之間將會產(chǎn)生嚴(yán)重的沖突。為了向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部署客制化的路由算法,傳統(tǒng)的方法是使用應(yīng)用層多播框架,通過應(yīng)用層協(xié)議管理多播組。而現(xiàn)存多播框架通過網(wǎng)絡(luò)層的IGMP協(xié)議管理多播組,兩種多播框架因此彼此隔離開來從而避免了沖突。然而,正是由于應(yīng)用層多播框架沒有采用標(biāo)準(zhǔn)的IGMP協(xié)議管理多播組,造成過去已經(jīng)開發(fā)完成的海量經(jīng)典多播應(yīng)用程序無法兼容于該框架。多播應(yīng)用程序的開發(fā)者不得不為每個多播路由算法開發(fā)專用的應(yīng)用層協(xié)議和相應(yīng)的應(yīng)用層程序,這違反了軟件工業(yè)的可重用原則。因此,如何向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部署適用于動態(tài)應(yīng)用場景的多播路由算法而又保持與經(jīng)典多播應(yīng)用程序的兼容性成為多播研究領(lǐng)域內(nèi)的一個待解的難題。為了解決這一問題,本文基于新興SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),對動態(tài)多播從物理框架、數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)、路由算法、實際應(yīng)用四個方面進行了研究。提出了一個基于SDN的插件化多播框架,該框架能夠在不與現(xiàn)存多播框架產(chǎn)生干擾的情況下允許使用者向本框架內(nèi)部署客制化的多播路由算法,同時又保持與經(jīng)典多播應(yīng)用程序的兼容性。在此框架的基礎(chǔ)上,本文提出了面向動態(tài)應(yīng)用場景的非重構(gòu)動態(tài)多播路由算法和可重構(gòu)多播路由算法。最后,我們基于本文所提出的多播框架和算法實現(xiàn)了一個分布式共享內(nèi)存系統(tǒng),該系統(tǒng)證明了多播框架和算法的可行性和高效性。全文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點包括:針對現(xiàn)存多播框架的擴展性和靈活性不佳的問題提出了基于SDN的插件化多播框架。該多播框架能夠在不與現(xiàn)存多播框架產(chǎn)生沖突的前提下使得客制化多播路由算法作用于網(wǎng)絡(luò)。更重要的是,與應(yīng)用層多播框架相比,它完全遵循標(biāo)準(zhǔn)IGMP協(xié)議實現(xiàn),因此保持了與經(jīng)典多播應(yīng)用程序的兼容性。針對可重構(gòu)多播路由算法對多播樹的擾動而引起的丟包,提出了基于SDN的丟包保護機制。將鏈路的帶寬因素引入到時變圖理論內(nèi)并將該理論從時間空間推廣到時間空間和多播組空間,以更清晰、精確、全面地形式化描述SDN環(huán)境下的動態(tài)多播和可重構(gòu)多播路由算法。針對新的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下多播的高動態(tài)特性以及匯聚點對現(xiàn)有動態(tài)多播路由算法所帶來的缺陷提出了基于任播模型的非重構(gòu)多播路由算法和可重構(gòu)多播路由算法。在上述四個研究成果的基礎(chǔ)上提出了基于SDN的分布式共享內(nèi)存。
[Abstract]:Mobile Internet, cloud computing and the rapid development of network media have gradually changed the form and business needs of the Internet. This is mainly reflected in the following four aspects: 1) the topology of the underlying network may be dynamically changed according to the user's elastic demand; 2) the scale of the mobile terminal in the network is increasing; 3) streaming media becomes a network flow. The main contributors of the quantity; 4) the distributed applications related to streaming media, such as video on demand, online session and so on, become an important class of network services. This new trend of Internet development can be summarized as the dynamics of the underlying network and terminal devices, the media of network traffic and the diversity of information producers. Therefore, in the new network environment, the new network environment is in the new network environment There is a need for an efficient way of communication to provide strong support for distributed applications. Unicast, broadcast, multicast are the three main types of communication in the Internet. Compared with unicast and broadcast, multicast is an ideal means to support such applications. It does not require a point to point connection between participants in a multiparty communication like a unicast. Therefore, it reduces the occupancy of bandwidth resources; it does not need to send a large number of packets to all branches of the network through flood like broadcast, so it effectively reduces the number of invalid packets within the network and alleviates the network conflict. It is clear that multicast communication is becoming more and more important in the current trend of new network development. Under the support of multicast framework, the multicast framework plays the role of managing multicast groups and executing multicast routing algorithms. However, under the classic IP network architecture, the existing multicast framework is universal and exclusive at the beginning of the design. Its default multicast routing algorithm does not do the dynamic performance of the underlying network and terminal devices. There is a special optimization, and the custom-made multicast routing algorithm can not be deployed on the framework. Therefore, existing multicast frameworks cannot meet the different Qo S requirements for various applications to multicast communications. Not only that, the currently widely used multicast protocols such as PIM, CBT and other multicast protocols are based on the pooling point to build multicast trees, which may cause data. In order to solve the problem, an additional multicast framework must be deployed to the network, then a dynamic multicast routing algorithm or a multicast route oriented to the other Qo S requirements are deployed on the multicast framework. It does not take into account its scalability and flexibility at the beginning of the multicast communication design, so there will be a serious conflict between them when the network is stored in two multicast frameworks. In order to deploy a customized routing algorithm to the network, the traditional method is to use the application layer multicast frame to manage the multicast group through the application layer protocol. Multicast frameworks manage multicast groups through the IGMP protocol of the network layer, and the two multicast frameworks are isolated from each other to avoid conflicts. However, it is precisely because the application layer multicast framework does not use standard IGMP protocols to manage multicast groups, resulting in the mass Scripture multicast applications that have been developed in the past can not be compatible with the framework. The developers of sowing applications have to develop special application layer protocols and corresponding application layer programs for each multicast routing algorithm, which violates the reusable principle of the software industry. So, how to deploy the multicast routing algorithm for dynamic application scenarios to the network and keep compatibility with the classic multicast application to the network. In order to solve this problem in the field of multicast, in order to solve this problem, this paper, based on the new SDN network architecture, studied four aspects of the dynamic multicast from the physical framework, the mathematical theory basis, the routing algorithm and the practical application. A SDN based plug-in multicast framework, which can not be used with existing multicast frames, is proposed. On the basis of this framework, a non reconfigurable dynamic multicast routing algorithm and a reconfigurable multicast routing algorithm for dynamic application scenarios are proposed. Finally, we are based on this framework. The multicast framework and algorithm proposed in this paper implements a distributed shared memory system, which proves the feasibility and efficiency of the multicast framework and algorithm. The main research content and innovation of the full text include: a plug-in multicast framework based on SDN is proposed for the problem of the scalability and flexibility of the existing multicast framework. The multicast framework can make the custom-made multicast routing algorithm act on the network without conflict with existing multicast frameworks. More importantly, it is fully consistent with the standard IGMP protocol implementation compared with the application layer multicast framework, so it keeps compatibility with the classic multicast application. Packet loss caused by multicast tree disturbance, a packet loss protection mechanism based on SDN is proposed. The bandwidth factor of the link is introduced into the time-varying graph theory and the theory is extended from time space to time space and multicast group space. The dynamic multicast and reconfigurable multicast routing algorithm in the SDN environment is described more clearly, accurately and fully topographic. In view of the high dynamic characteristics of multicast in the new network environment and the defects brought by the convergence point to the existing dynamic multicast routing algorithm, the non reconfigurable multicast routing algorithm and reconfigurable multicast routing algorithm based on the broadcast model are proposed. Based on the four research results, the distributed shared memory based on SDN is proposed.
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP393.0

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本文編號：2031427