一个适用于广域网的可靠多对多广播通信协议的设计与分析

陈刚



一个适用于广域网的可靠多对多广播通信协议的设计与分析

陈刚

国家新闻出版广电总局七二五台，山西 灵石 031308

本文主要对广域网环境下的广播通信协议的设计和分析进行阐述。对基于发送方可靠的Multicast协议--SIGRMP进行分析。在不影响通信系统传输的基础上，减少应答报文堵塞现象，为Internet网络广播的节点提供比较可靠的程序，实现传输服务。

计算机网络；组播Multicast；协议

本文主要对Multicast同性的性能和一般性能分析的方法进行研究，对SIGMP在使用此方法的性能进行分析，将电信网和路由器之间通信流量、局部网络应答、路由器的通信流量各个组内的局部网络应答报文流量进行推导，给出报文传输延时的计算方式，介绍SIGRMP协议的实现和测试情况。

1 SIGRMP通信协议的设计

首先，Multicast分组的思想-MG（Multicast Groups）。节点的分组可以按照以下原则进行：

（1）将局部互联网的所有节点组成一个MG。节点多采用一个LAN上参加的所有节点进行分组；节点不多，采用网络链路LAN 上所有的节点组成MG。（2）按照路由器形成的广域网位置进行分组。如图1所示.（3）按照节点IP组件MG。（4）由同数量不同速率的节点构成MG。本次讨论主要以（2）节点间探讨。

图1 按照路由器实现分组

Multicast分组托管节点-MGT（ Multicast Group Trustee）可完成额外的通信任务：应答报文处理；局部报文重传；分组成员管理；报文传输的有序进行。

特殊 Multicast Group Trustee可以保证MGT节点收到发送的正确报文。每个MGT都属于两个Multicast分组，一个自身的MG，另一个是TrusteeMG分组。

其次，SIGRMP可靠多对多协议描述。节点想要获得可靠系统的其他节点，发送节点采用“基于发送方”的ACK将报文处理策略发送到的所有MGT节点。MGT节点用“基于发送方”的ACK处理将受到的报文广播给系统所有节点。在广播的时候主要是：（1）节点发送到Trustee MG分组；在发送节点的发送报文序号计数器中发送，记为SendPacketSeq加1。（2）使用发送定时器进行倒计时。（3）受到报文用“点到点”的方式实现应答。（4）发送方如果在发送计时器之前收到肯定应答(ACK),发送方就认为本次发送报文完成，在SendPacketSeq加1。如图2所示。（5）MGTk节点将受到的可靠报文传输到MGk界定需要“转发报文序号”计量器，TransitPacketSeq。转发成功后都要将TransitPacketSeq加1.（6）将Max RRT-L组到MGTk组间的最大报文当做定时器初始值。（7）MGk组接收到正确节点就用“点到点”的方式ACK回答报文。每个节点都有“接收报文序列计时器”用于判断报文的重传。（8）当MGTk等待报文时，定时器将零阶段收到的所有节点进行ACK报文，MGTk认为此报文已经完成分组。如图3所示。

图2 发送方到MGT的报文流向

图3 MGT到MG的可靠传输

最后，进行SIGRMP系统管理。进行系统管理的时候分为两部分进行。一部分是SIGRMP系统的建立和新节点的加入。系统刚开始没有节点加入，随着节点的增加，建立各个Multicast分组，形成统一系统。加入一个新节点，就将节点加入Multicast分组。在加入的时候利用分组原则进行MG组确定。在系统完成D类IP广播地址后，及时向Multicast分组广播报文，询问应答情况，如果未收到应答，说明此节点已经是MG内的节点；否则就是普通节点。另一部分是节点动态退出。

节点退出的时候，需要对MGT 发送控制报文，通知离开。当MGT节点收到通知后，可以对此成员的信息进行删除，不需要等待节点应答。在退出的时候，需要向MGT节点推荐新MGT节点，向整个系统进行通知。

2 广播通信可靠性设计的分析

2.1 一般方法

2.1.1 星形拓扑图

星形网络拓扑图如图4所示。将系统的节点假设为n，报文传输错误和丢失的频率用p表示。接受节点r在经过s个节点少于或者等于m次报文传输后，成功接受的报文频率是：

在星形拓扑结构中，由于各个节点丢失报文事件独立，收到报文的频率表示为：

图4 星形拓扑路径图

星形拓扑结构中平均广播传输的次数是：

2.1.2 线型网络拓扑结构

线型网络拓扑结构图形展示如图5所示。

图5 星型拓扑结构图

线型网络拓扑最后节点收到的次数就是平均次数表示为：

2.1.3 简单的混合拓扑结构

简单的混合拓扑结构图如图6所示。在星型和线型结构拓扑图的基础上，对于混合拓扑的研究也变得简单，报文给所有节点发送成功节点后，所需要的平均次数是：

图6 简单的混合拓扑结构

2.2 分析和计算

将上述的计算和理论作为基础，设某个局部网络报文的传输率pw =0.01,报文传输错误概率是p1 =0.01；此广播系统中有1000个节点，分为20个MG；每个节点的报文速率=2报文/s，其中70%不依靠广播，剩余的30%需要广播；局部网络传输的速率是10Mbps，公共电信网络传输的速率为1Mbps；报文长度是160个字节，根据计算我们可以得出：

SIGRMP协议可以减轻公共电信网络中的负荷；减少路由器的通信压力；可以支持大规模的广播网络应用系统；报文平均传输的时间比传统协议少。

3 结束语

本文主要对一个适用于广域网的可靠多对多广播通信协议的设计与分析进行探讨，从具体的SIGRMP通信协议的设计，广播通信可靠性设计的分析两方面进行了详细说明，利用星形、线型和一般复杂性的拓扑结构对节点的次数进行计算。

[1]杨永高.适用于分布式虚拟环境的网络协议研究[D].西南交通大学,2013,(4).

[2]杨永高;潘启敬.一个适用于广域网的可靠多对多广播通信协议的设计与分析[J].计算机学报,2010，(2).

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1009-6434（2016）01-0006-02