作为向下一代网络演进的重要手段之一，Overlay网络的发展正受到越来越多网络研究人员的关注。在应用层组织起虚拟的通信结构，用户之间可以通过协作来实现原有网络所不能提供的新功能和新应用，并且不会对原有物理网络的工作产生任何影响。这种渐进的部署方式兼顾考虑了部署开销和运行效率，综合了各种用户的需求因素，而不是简单地根据设计人员的想法来指导网络功能的添加利实现，这最终让整个网络系统沿着各种“扭斗”的边界发展。 Overlay路由问题是针对现有IP路由在满足用户需求上的不足而提出的。通过Overlay网络中节点之间的相互协作，用户可以更充分地表达自己的应用需求(通信可靠性、通信性能如时延、带宽等)，对通信路径做出选择。 论文工作以NSFC重大研究计划项目“高可用的新一代网络服务体系结构及其关键技术的研究”(90604003)为背景，重点讨论了广域网环境下通过Overlay网络实现对现有网络通信时延的改进方案。论文的研究工作主要包括以下几个部分： ●结合网络体系结构发展的观点利相关研究结果，讨论现有Overlay系统的发展状况和发展趋势，并对现有Overlay路由系统的工作进行简单的介绍和分析。 ●针对用户通信时不同的应用需求，论文从网络连通性能的观点来考察Overlay路由的工作原理和广域网环境下实现时延估测的可行性，提出了一种基于时延测量最小值的链路时延状态检测方案，用于Overlay路由系统的实现。 ●通过对广域网环境实际测量数据的分析和仿真计算，论文对两种面向时延优化Overlay路由策略进行了效率以及性能上的比较，针对Overlay路由系统扩展性问题，使用蚁群系统进行改进求解。 ●结合目前Overlay网络的部署研究和Planet Lab平台上相关工具的使用，对面向时延优化的Overlay路由原型系统进行了设计、部署和验证。并在Planet Lab平台上进行了测试，表明Overlay路由系统在缩短通信时延方面的可行性和有效性。