IP组播在IP网络中实现了多点通信模型,促进了视频点播、音视频会议和数据分发等多点通信业务在互联网上的发展。下一代互联网采用IPv6协议,解决了IPv4协议地址空间匮乏的问题,通过设计灵活的IPv6包头格式、高效的地址分配机制和网络自动配置机制,提高了路由效率,提供了对服务质量和节点移动的支持。但是由于IP组播技术本身的局限性,如组播转发状态的扩展性较差,下一代互联网无法为组播业务特别是实时组播业务提供有效支持,难以保证多媒体组播服务的质量。 本文对IP组播在应用过程中出现的主要问题进行了深入的研究,分析了这些问题的成因,结合IPv6协议提供的主要功能,提出了解决方案,为IP组播的大规模部署和应用提供了技术基础。本文的主要贡献和创新点如下: (1)提出基于接口格式的组播转发状态压缩方案。在稀疏模式组播中,组成员的加入/离开将引起组播转发树上分支路由器的数量和位置动态变化。基于接口格式的转发状态压缩方案根据相邻两个关键路由器之间的跳数,动态调整组播转发表项中的接口结构,进一步减少了转发状态占用的存储空间。当相邻两个关键路由器的跳数大于一个门限值时,对应的接口格式采用结构较为复杂的通用压缩格式,否则,接口格式为相对简单的常见组播路由协议实现中采用的标准组播格式。组播路由器根据出接口格式转发组播数据包:如果格式为标准组播格式,直接发送组播包,否则,修改数据包的目的地址为下游关键路由器的地址,并在IPv6扩展包头的目的地址选项中存储组播地址,以单播方式转发给下游关键路由器。与将组播数据包封装在单播包内的方法相比,采用IPv6目的地址选项降低了转发处理负载和数据包的包头开销。 (2)提出基于多模式通用加增乘减算法的组播拥塞控制方案。该方案是一个基于拥塞代表的单速率组播拥塞控制方案,在组播源和拥塞代表之间,根据相邻两次单向路径延时达到最大时的间隔和最大速率包络的变化幅度判断网络环境的变化程度,采用不同的加性因子和乘性因子调整组播会话速率,在网络环境较为稳定时,提高速率平滑性,网络状态发生显著变化时,提高拥塞响应速度。作为非拥塞代表的接收者实时监测拥塞时的会话速率和相邻两次单向路径延时最大时的间隔,根据这些信息来确定是否发送拥塞反馈,并在发送反馈时等待一个往返时间,以防止发生拥塞代表的误切换。最大速率包络和一个往返时间的延时用于抑制拥塞反馈,提高了反馈扩展性。而相邻两次单向路径延时最大时的间隔信息用于快速检测网络环境的变化,有助于提高拥塞代表的切换速度。该方案无须在收端测量精确的往返时间和基于定时器抑制拥塞反馈,实现更为简单。 (3)提出适用于单速率和多速率组播业务的轻量级服务质量保证机制,通过结合轻量级的动态资源预留协议和基于队列管理的带宽保证机制,降低了为IP组播提供服务质量的复杂度,具有较好的扩展性。本文提出的组播服务质量保