以实时多媒体数据通信为代表的宽带网络应用已逐渐成为互联网承载的主要应用及流量类型之一.在这些应用中,有相当一部分具有群组通信的性质,为了节约带宽资源,提高转发效率,人们对组播路由的需求变得日益迫切.然而,在诸多技术与非技术因素的制约下,传统IP组播的发展仍十分缓慢. 为了使组播研究走出困境,人们提出了很多不同以往的解决方案:首先,在应用层或传输层实现、完全依靠单播路由的覆盖组播协议大量出现,这些协议有效地克服了传统IP组播在传输控制、可扩展性和部署等方面的不足.第二,面向无线自组织网络的Ad-Hoc组播成为了相对独立的研究方向,为适应链路窄带和物理拓扑的频繁变化,部分此类协议引入了按需触发、网状连接等行之有效的路由策略,从而提高了组播逻辑拓扑的重构速度和适应能力.第三,更多子网技术提供了高效的硬件组播支持,并且随着交换式网络的发展,链路层组播分组的传播范围变得空前广阔. 组播虽然已在互联网体系的各个协议层上实现,但是这些新兴的组播技术仍存在各自的局限性.覆盖组播的灵活是以效率为代价的,表现在组播逻辑拓扑与网络物理拓扑脱节、难以抑制链路重复报文、无法调用硬件组播等方面.Ad-Hoc组播仅根据无线自组织网络的特点进行设计和优化,既不适用于包含固定基础设施的主从式无线网,也不会被部署于有线网络.而链路级的硬件组播则无法独立跨越异构子网的边界.现有组播技术的上述局限性在结构异常复杂的有线/无线混合网络中显得尤为突出. 各类组播技术间存在多方面的互补性,其中底层技术效率较高,项层的协议灵活性较好,但现有研究还未能将它们各自的优势有效地结合起来.基于这一认识,本文以寻求面向混合网络的有效组播解决方案作为研究目标,取得了以下一些创新性成果: 1.在拓扑重构方面,提出了一种半覆盖拓扑(HalfOverlay Topology,HOT)模型.HOT模型以多层组播协同和自组织路由作为指导思想,定义了物理组播域、网络组播域、覆盖组播域等基本概念,通过由同组成员节点动态自组织地建立组播域及区域间联系的方法,把由不同层实体分别实现的复制转发和多点投递方式有机地融合在一起,从而达到兼顾效率、灵活性、可扩展性等多方面需求的目的. 2.在协议分层方面,提出了一种节点自组织的多层组播(Nodes Self-organizedMultilayer Multicastirlg,NSMM)体系结构.NSMM体系结构描述了按半覆盖拓扑模型思想实现组播路由的基础架构、协议组成及相互关系,在现有TCPfiP体系的基础上,扩展了组播适配协议(MAP)、半覆盖组播路由协议(HOMR)、组播地址端口转换协议(MAPT)和组播服务管理协议(MSMP)共四部分协议单元,分别对应于链路层群组通信、网络层多点投递、有传输层特性参与的覆盖转发,以及位于应用层的辅助支持机制. 3.在组播路由方面,设计了一种半覆盖组播路由(Half Overlay Multicast Routing, HOMR)协议.HOMR是NSMM体系结构中的核心协议,它通过一系列消息交换和信息处理算法实现了基于HOT模型的逻辑拓扑重构和位于IP层的数据复制转发,通过对MAP和MAPT协议的调用实现了对其上下层组播机制的访问,通过内置的数据结构和事件触发响应机制实现了对群组成员等信息的管理.本文在网络模拟环境中对HOMR进行了验证,并与其他组播协议作了对比. 4.在覆盖转发方面,提出了一种组播地址端口转换(MuiticastAddress Port Translation, MAPT)策略.MAPT把NAT的基本做法应用到组播领域,它充分利用了节点空闲的TCP/UDP传输端口资源,在基于单播的覆盖转发过程中,以二元组(信宿单播地址,传输端口)作为区分组播数据流的标志,从而实现了组播报文与单播报文的动态双向转换.MAPT协议具有一定的通用性,能够成为组播隧道的替代技术. 5.在访问硬件组播方面,提出了一种组播适配协议层(Multicast Adaptation Protocols,MAPs)框架.MAPs框架的基本设想是由多个面向不同子网技术的组播适配协议构成一个汇聚子层,在链路层组播与上层协议间形成一层"垫片",通过屏蔽底层细节,向上提供一致的访问服务.MAPs框架能够简化上层协议的内部结构,并使它们保持对未来硬件组播发展的适应能力,是应对底层组播技术多样化趋势的一种合理解决方案.