栅格环境下覆盖网络架构的研究

高艳玲+高艳萍

【摘要】 对等计算模式（Peer-to-Peer）是建设栅格网络的关键技术支撑，已经在分布式计算、文件共享中得到成功应用。而覆盖网络可以有效地实现对等计算应用的各种关键技术。本文在对已有的一些相关成果进行研究的基础上，提出了一个两层的覆盖网络架构：应用接入覆盖层和服务融合覆盖层。

【关键词】 栅格 对等计算 覆盖网络

一、介绍

对等计算又称P2P，是指一类系统或应用以非中心化的方式使用分布式资源来实现一个功能[1]。它具有这样一些特点：非中心化、可扩展性、健壮性、高性价比、隐私保护、负载均衡等。由于网络技术发展的多样化，实现异构网络之间的互联、互通亟待解决，而对等计算模式为这一难题提供了一种有力的解决办法。要将对等计算模式引入到各种应用中，就需要覆盖层的支持以实现各种关键技术。

二、相关研究进展

在覆盖层网络系统模型的研究上，文献[2-5]分别提出了一种经典的覆盖网络系统模型：Chord、CAN、Pastry、Tapestry。它们采用分布式哈希表（DHT）技术实现模型的结构化特性，因此，都具有收敛的查询路由，并且提供良好的静态负载均衡能力，另外，它们都支持大规模的分布式应用。在文献[3]中都提出了提供通用服务的统一覆盖网络平台的概念，这种覆盖层服务平台可以有效地对网络服务资源进行整合和管理，为上层应用提供统一的、通用的服务保障，这就可以有效地避免各种应用竞争使用网络资源的冲突，并有助于提升应用的整体性能。

三、应用接入覆盖层对业务的支持

3.1 应用接入覆盖层对音视频通信的支持

语音/视频通信是实时交互类业务中最主要的业务类型，通过引入覆盖层网络技术，可以增强业务功能，为其提供更好的服务质量。而采用覆盖网络技术后，引入节点的概念，加入网络中的任何一个节点都能够有选择地完成这些服务器功能，完成用户的注册、消息路由、实现呼叫接续以及用户加入、退出和移动的重定向工作，实现服务器功能的融合。

3.2 应用接入覆盖层对信息分发的支持

在基于发布-订阅的信息分发框架中，信息生产者和信息消费者被很好地进行了解藕——信息生产者无需考虑向谁提供生产的信息，信息消费者也不需要考虑从哪一个生产者那里获取所需的信息，它的核心是由信息数据空间对所有产生的信息进行统一的管理、维护和提供。通过采用覆盖网络技术对信息数据空间的支持，可以更好的保证信息的分布式存储、高效查找、实时分发以及相应的QOS。

为此，通过应用接入覆盖层所提供的功能模块针对上述信息分发的业务特点，进行应用覆盖网络系统的设计，可有效地提升信息存储和递送的整体性能。

四、服务融合覆盖层对业务的支持

4.1 拓扑发现

覆盖层网络的服务能力很大程度上依赖于对实际物理网络结构信息的获取，因此，就需要覆盖层节点通过主动探测（ping，trace route）或者查询网络层及以下所提供的拓扑探测功能（SNMP，DNS，ARP等），来获取所需信息。

服务融合覆盖层指定服务节点集利用底层网络提供的服务接口以及主动探测方式，通过信息交互完成对物理网络拓扑的发现以及链路性能信息的获取，为应用覆盖系统和服务子网的拓扑生成以及路由策略提供所需信息。考虑到实际的物理网络拓扑结构，可以将执行过程分为：域间级和域内级。

4.2 增强路由功能

该功能模块主要提供服务融合覆盖层的增强路由能力，部署的服务节点通过探测网络实现对服务融合覆盖层路径的性能评价，为上层业务根据其需求提供性能良好的路由服务。

4.3 服务节点的策略选择和应用指定的服务子网生成

考虑信息分发以及IP语音/视频通信中的部分业务如电话视频会议、多方通话、远程教育等。由于，服务节点一般部署在边缘网接入网关以及核心网内，因此采用服务融合覆盖层网络技术就可以更好地节省网络带宽资源。

五、总结和展望

对等计算模式已经被成功地用于Internet上的分布式计算、文件共享等应用，覆盖网络可以有效地实现对等计算应用的各种关键技术。本文提出了一个两层的覆盖网络架构：应用接入覆盖层用于各种应用指定的网络边缘用户节点的覆盖网络构成，针对特定的业务需求，完成分布式应用；服务融合覆盖层用于边缘网接入网关以及核心网节点的通用覆盖服务平台构成，为上层各种应用覆盖系统提供通用的统一的服务功能，提高网络的资源利用率，减少可避免的网络重复流量，确保各种应用协调、合理地使用各种网络资源，实现多种业务共存共生的目的。