关于计算机大规模交互式应用的特点(二)

5.现有的技术为了提高可伸缩性

协议必须建立在IP多播（multicast）[Deering1991]的基础上。和传统的IP单播（unicast）协议（如TCP和UDP）相比，多播可以更有效地支持一对多和多对多的应用。数据源只需发送一份数据，数据在网络上被复制成多份并传递到每个接收者，极大地提高了网络传输的效率。但和IP单播一样，IP多播是不可靠的，可能造成数据丢失、重复和乱序到达。而很多应用（如白板、文件分发）要求数据可靠传输，因此需要研究可靠多播协议以满足这些应用的要求[Kuo1998]。对于单播应用来说，一种协议——TCP就可以满足很多类型应用的需要，而不同的多播应用对可靠性的要求相差很大，没有一种可靠多播协议能够满足所有类型应用的需求[Obraczka1998][Diot1997]，应用背景的不同对多播协议的设计有着决定性的影响。现有的可靠多播协议大致可以分为两类：一类支持少数发送者对大量接收者的应用，如文件分发、流式数据传输等，可以支持成千上万的接收者。这类协议或者通过把会话成员组织成树形（层次）结构、把可靠性处理的负担分散到树的中间节点上以提高可伸缩性，或者通过用特殊的编码（如FEC）传输数据、完全取消用户反馈以提高可伸缩性。另一类支持多个发送者对多个接收者的应用，如小型会议、实时群件、多人游戏等，有些协议还提供了全局有序的消息传递，可以支持白板这样需要维护共享状态的应用。但这些协议不支持局部差错恢复[Nonnenmacher1998c]，可靠性处理的效率随着会话范围的扩大而降低，开销随着成员数量的增加而增加，可伸缩性不高。大规模交互式应用是一种新型的应用，它一方面支持用户间的交互，要求传输协议支持多个并发数据源以及消息的全局有序；另一方面为了支持大规模的会话，要求协议具有高可伸缩性。从前面的分析可以看出，目前没有一种协议能同时满足这两个要求。除了难以有效地支持大规模交互式应用外，现有的可靠多播协议还面临其它问题。首先，现有的对可靠多播协议的研究都假设网络基础设施支持IP多播，而目前Internet的很大部分都不支持多播，因此除非网络管理员在路由器上开通了对多播的支持，否则现有的可靠多播协议只能在局域网范围内或类似MBone的网络（如某个公司的内部网）上运行而无法在更大范围的Internet上运行，这已经成了制约多播应用推广的一个瓶颈。其次，现有的可靠多播协议还不成熟，特别是缺乏有效的、经过检验的拥塞控制机制，这也是目前没有在网络基础设施上广泛开通对多播的支持的一个重要原因。由于多播应用有可能对大范围的网络造成不良影响，因此没有有效拥塞控制机制的可靠多播协议是不能轻易投入大范围实际应用的。最后，现有的协议对网络和终端的异构性缺乏足够的支持。要实现给不同能力的接收者以不同质量的数据，在应用层进行内容和编码转换只解决了一部分问题，必须有传输协议的配合才能真正实现自适应传输的目标。

为了更好地支持大规模交互式应用，克服现有协议的缺陷，本文提出了全局有序的可靠多播协议（TORM，TotallyOrderedReliableMulticast）。TORM是基于IP单播和多播两种模式的混合传输层协议，它在支持多播的网络上用多播传输数据以提高效率，在不支持多播的网络上通过单播隧道转发多播数据，可以在现有的不完全支持多播的网络基础设施上运行多播协议，大大降低了对网络基础设施的要求。为了支持大规模的应用，TORM采用了树形结构以提高可伸缩性。为了支持交互式应用，TORM使用共享的确认树以支持并发多数据源，并且实现了对于维护应用共享状态至关重要的消息传递的全局有序。TORM还实现了基于单一速率的流量和拥塞控制算法，实现了对其它流（特别是TCP）的公平，使TORM可以安全地在网络上实施。最后，TORM支持自适应的传输，除了把不同能力的接收者划分到不同域中使它们不会相互干扰，还支持应用层的数据变换，较好地解决了异构性问题。