關于計算機大規(guī)模交互式應用的特點(二)

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5.現(xiàn)有的技術為了提高可伸縮性

協(xié)議必須建立在IP多播（multicast）[Deering1991]的基礎上。和傳統(tǒng)的IP單播（unicast）協(xié)議（如TCP和UDP）相比，多播可以更有效地支持一對多和多對多的應用。數(shù)據(jù)源只需發(fā)送一份數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡上被復制成多份并傳遞到每個接收者，極大地提高了網(wǎng)絡傳輸?shù)男省５虸P單播一樣，IP多播是不可靠的，可能造成數(shù)據(jù)丟失、重復和亂序到達。而很多應用（如白板、文件分發(fā)）要求數(shù)據(jù)可靠傳輸，因此需要研究可靠多播協(xié)議以滿足這些應用的要求[Kuo1998]。對于單播應用來說，一種協(xié)議——TCP就可以滿足很多類型應用的需要，而不同的多播應用對可靠性的要求相差很大，沒有一種可靠多播協(xié)議能夠滿足所有類型應用的需求[Obraczka1998][Diot1997]，應用背景的不同對多播協(xié)議的設計有著決定性的影響。現(xiàn)有的可靠多播協(xié)議大致可以分為兩類：一類支持少數(shù)發(fā)送者對大量接收者的應用，如文件分發(fā)、流式數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋梢灾С殖汕先f的接收者。這類協(xié)議或者通過把會話成員組織成樹形（層次）結構、把可靠性處理的負擔分散到樹的中間節(jié)點上以提高可伸縮性，或者通過用特殊的編碼（如FEC）傳輸數(shù)據(jù)、完全取消用戶反饋以提高可伸縮性。另一類支持多個發(fā)送者對多個接收者的應用，如小型會議、實時群件、多人游戲等，有些協(xié)議還提供了全局有序的消息傳遞，可以支持白板這樣需要維護共享狀態(tài)的應用。但這些協(xié)議不支持局部差錯恢復[Nonnenmacher1998c]，可靠性處理的效率隨著會話范圍的擴大而降低，開銷隨著成員數(shù)量的增加而增加，可伸縮性不高。大規(guī)模交互式應用是一種新型的應用，它一方面支持用戶間的交互，要求傳輸協(xié)議支持多個并發(fā)數(shù)據(jù)源以及消息的全局有序；另一方面為了支持大規(guī)模的會話，要求協(xié)議具有高可伸縮性。從前面的分析可以看出，目前沒有一種協(xié)議能同時滿足這兩個要求。除了難以有效地支持大規(guī)模交互式應用外，現(xiàn)有的可靠多播協(xié)議還面臨其它問題。首先，現(xiàn)有的對可靠多播協(xié)議的研究都假設網(wǎng)絡基礎設施支持IP多播，而目前Internet的很大部分都不支持多播，因此除非網(wǎng)絡管理員在路由器上開通了對多播的支持，否則現(xiàn)有的可靠多播協(xié)議只能在局域網(wǎng)范圍內(nèi)或類似MBone的網(wǎng)絡（如某個公司的內(nèi)部網(wǎng)）上運行而無法在更大范圍的Internet上運行，這已經(jīng)成了制約多播應用推廣的一個瓶頸。其次，現(xiàn)有的可靠多播協(xié)議還不成熟，特別是缺乏有效的、經(jīng)過檢驗的擁塞控制機制，這也是目前沒有在網(wǎng)絡基礎設施上廣泛開通對多播的支持的一個重要原因。由于多播應用有可能對大范圍的網(wǎng)絡造成不良影響，因此沒有有效擁塞控制機制的可靠多播協(xié)議是不能輕易投入大范圍實際應用的。最后，現(xiàn)有的協(xié)議對網(wǎng)絡和終端的異構性缺乏足夠的支持。要實現(xiàn)給不同能力的接收者以不同質量的數(shù)據(jù)，在應用層進行內(nèi)容和編碼轉換只解決了一部分問題，必須有傳輸協(xié)議的配合才能真正實現(xiàn)自適應傳輸?shù)哪繕恕?/div>

為了更好地支持大規(guī)模交互式應用，克服現(xiàn)有協(xié)議的缺陷，本文提出了全局有序的可靠多播協(xié)議（TORM，TotallyOrderedReliableMulticast）。TORM是基于IP單播和多播兩種模式的混合傳輸層協(xié)議，它在支持多播的網(wǎng)絡上用多播傳輸數(shù)據(jù)以提高效率，在不支持多播的網(wǎng)絡上通過單播隧道轉發(fā)多播數(shù)據(jù)，可以在現(xiàn)有的不完全支持多播的網(wǎng)絡基礎設施上運行多播協(xié)議，大大降低了對網(wǎng)絡基礎設施的要求。為了支持大規(guī)模的應用，TORM采用了樹形結構以提高可伸縮性。為了支持交互式應用，TORM使用共享的確認樹以支持并發(fā)多數(shù)據(jù)源，并且實現(xiàn)了對于維護應用共享狀態(tài)至關重要的消息傳遞的全局有序。TORM還實現(xiàn)了基于單一速率的流量和擁塞控制算法，實現(xiàn)了對其它流（特別是TCP）的公平，使TORM可以安全地在網(wǎng)絡上實施。最后，TORM支持自適應的傳輸，除了把不同能力的接收者劃分到不同域中使它們不會相互干擾，還支持應用層的數(shù)據(jù)變換，較好地解決了異構性問題。

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