端到端网络多路径路由的设计目的是通过应用层的多路径选路和路由机制，来提高实际网络的传输可靠性和服务质量(QoS)，减少网络拥塞和时延，满足基于Internet的多媒体通信的需要。本文首先分析了端到端网络多路径路由的应用架构，提出了端到端网络多路径路由的体系结构。该体系结构工作在网络节点的应用层，由流量分类/重组、前向纠错编码/解码、IP网络性能探测、链路状态交换、不相交多路径选择、流量均衡分配、包发送和包接收模块构成。 为了实现多路径路由，端节点需要网络路径的状态信息。通常，端到端网络中节点间的一个链路映射为底层IP网络的一条路径，IP网络路径的性能决定了端到端网络的服务质量。本文详细研究了端到端网络的路径性能探测技术，提出了一种采用主动探测技术来动态获得底层IP网络一条路径的时延、可用带宽和包丢失率的方法。 在分析研究多路径QoS路由的功能模型的基础上，本文重点研究了多路径QoS路由算法。首先对多路径负载分配算法和最宽不相交路径算法进行了分析和改进，然后基于最宽不相交路径算法在瓶颈链路上不相交多路径的设计思想，提出了一种端到端网络的不相交多路径QoS路由(DMQR)算法。DMQR算法能够动态地计算时延最短、带宽最宽、在瓶颈链路上不相交的路径，且保证每条路径都能满足带宽和时延服务质量约束，同时采用路径的时延、可用带宽和包丢失率来简化流量比例系数的计算。性能分析表明，所提出的DMQR算法具有较低的计算复杂度且总是收敛的；实验结果显示，当网络流量增加时，该算法具有较低的包丢失率和较高的吞吐量，提升了网络性能。同时，为了能够自适应网络状态的动态变化，本文还探讨和研究了基于蚂蚁网络的多路径QoS路由算法，该算法采用动态更新的概率表替代传统的路由表，并具有较快的收敛速度。 最后，本文研究了多路径QoS路由算法在视频通信中的应用，提出了DMQR算法结合视频数据分层、编码和传输的视频通信应用方案。DMQR路由算法和基于重要性的视频分层传输机制相结合，基本层和增强层数据传输的带宽利用率和端到端的可靠性都有所提高，且具有较小的迟延和抖动。 本文的研究对于提高端到端网络的可靠性和服务质量，提高网络链路带宽利用率，平衡网络负载等具有一定的理论意义，所提出的算法对于远程视频会议、远程教育、远程医疗、网络电话、网络电视等多媒体通信具有一定的应用价值。