覆盖路由

Posted 2020-08-15

当前在 Internet 上,覆盖网络(overlay network)得到了广泛应用,包括文件共享和流媒体服务的 P2P 覆盖网
络、内容分发网络(content deliver network,简称 CDN)、应用层组播(application layer multicast,简称 ALM)、虚
拟实验床 EmuLab 和 PlanetLab 等.
覆盖网络是以底层物理网络为基础,在其上构建的虚拟网络系统.在覆盖网络中,节点之间的虚拟链路是逻
辑上的,通常对应于底层网络的物理路径.覆盖网络可以根据应用环境和需求定义自己的拓扑结构和路由模式,
结构比较灵活,可以用来构建特定于应用(application-specific)的服务,大大扩展了 Internet 的服务.
覆盖路由(overlay routing)是通过覆盖网络进行的路由模式,是覆盖网络的关键部分.图 1 演示了覆盖路由
的基本概念.如图 1 所示,A,B,C 是覆盖网络节点,当 Internet 路径 AB 发生故障或者拥塞时,A 通过节点 C,经过路
径 AC 和 CB,与 B 进行通信,从而绕过原来的故障路径.
与底层 Internet 路由相比,覆盖路由具有更大的灵活自主性.覆盖网络中的转发节点可被看成“智能网关”,
它不仅可以根据“源地址、目的地址”,也可以根据报文的内容,并且结合其他需求决策下一跳节点.然而这种灵
活性伴随较大的开销,使用范围和规模会有一定的局限性.
近年来,覆盖网络的相关研究备受关注.我们不仅可以使用覆盖网络提供各种新型应用,而且可以利用其中
的覆盖路由改善覆盖网络或者 Internet 端到端服务性能.对于后者,可以把覆盖路由看成一种服务.在这方面有
许多研究做了尝试.在早期,Detour 和 RON 项目提出使用覆盖路由改善覆盖网络的性能,随着研究深入,开始使
用覆盖路由提高 Internet 端到端的服务性能,比如传输速率、可靠性、 QoS 等.然而这种覆盖路由若要在 Internet
得到广泛部署和应用,还有许多关键问题有待解决.本文将对相关的覆盖路由研究进展进行总结,并探讨覆盖路
由存在的关键问题和研究前景.本文第 1 节对当前主要的覆盖路由结构和方法进行分类介绍,并分析一些方法
的不足之处.第 2 节介绍覆盖路由相关问题的研究.第 3 节分析当前的关键问题,并展望未来可能的研究方向.第
4 节对全文进行总结.
1 覆盖路由主要结构和方法
1.1 概 述
覆盖路由具有很强的灵活性,可以针对应用环境和需求采用特定的路由方法,因此当前有许多不同的覆盖
路由结构和方法.Internet 的 TCP/IP 分层模型在物理层上有网络层、传输层和应用层,每一层关注特定的需求目
标.本文按照这种层次和相应的需求目标,对当前主要的覆盖路由方法进行了分类.重点关注覆盖网络节点之间
路径的可用性和性能(丢包率、延迟)的覆盖路由划分在网络层面;主要目标是提高覆盖网络节点之间传输层会
话的吞吐率和可靠性的覆盖路由划分在传输层面.还有一些覆盖路由主要是应用层资源的查找定位和分发,比
如 P2P 覆盖网络和应用层组播网络中的资源查找分发模式,它们可以看作应用层面上的覆盖路由.这种分类方
法的优点是可以比较全面地覆盖已有的和未来可能的覆盖路由,但是并不十分严格.有些覆盖路由可能需要考
虑多个层面上的问题,这时可以根据其所针对的重点问题所在层面进行归类.表 1 列举了主要覆盖路由方法的
分类情况