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随着计算机网络技术的迅猛发展，互联网(Internet)已经成为人类社会重要的信息基础设施。传统网络服务如今越来越难以满足人们对信息业务的需求，以视频点播、远程教育、多方在线游戏等为代表的多播应用正在人们的日常生产和生活中扮演着日益重要的角色。IP多播由于技术和经济两方面的原因，很难在互联网上实现广泛部署。于是，研究人员提出了Overlay多播技术作为IP多播的替代方案。
在Overlay多播的体系结构下，网络层仍采用IP单播的方式进行数据传输，多播的相关功能模块(包括组管理、成员管理、报文复制、数据转发等)均由终端主机完成，即将多播功能从路由器迁移到端系统来实现。其最大的优势在于无需改变下层网络基础设施，易于部署，这也正体现了新型网络服务的研究重点从网络层向应用层跃迁的趋势。
本论文以实时流媒体多播应用为背景，重点研究满足应用QoS需求的高效的Overlay多播协议和算法，设计并实现具有较好可扩展性和动态适应性的Overlay多播原型系统。
具体研究和实现工作如下：
1) 对当前比较典型的Overlay多播协议和算法展开研究，全面分析和比较了各种方案的技术特点，进而为论文的研究提供权威性和方向性的指导。
2) 对有度和延时约束的Overlay多播路由问题展开研究，提出了一种新的分布式多播路由算法——分布式自适应树算法(DATA)。节点通过运行该算法，能够在局部延时最小策略和局部资源耗费最小策略之间进行折衷，并根据不同的网络状况自适应地采取相应对策构造满足应用QoS需求的多播路由。仿真实验结果表明，无论是在较小规模还是在较大规模节点数的情况下，通过选择适当的启发因子，算法均可获得较高的数据传输性能和较低的节点拒绝率。
3) 对有度和延时约束的Overlay多播网络拓扑维护问题展开研究，提出了一种新的主动式多播树重构算法——局部拓扑维护算法(LOTA)。不同于在被动式重构策略中，节点只有在检测到父节点退出后才开始寻找新的加入位置，该算法周期性地触发树上节点计算自身的备用父节点，当非根、非叶节点退出时，其儿子节点能够立即与各自的备用父节点交互并完成多播树的重构。仿真实验结果表明，无论是在中等规模还是在较大规模节点数的情况下，算法对于多播树重构的效率都明显高于被动式策略。
4) 研究并实现了一个新的基于特定逻辑结构和分布式协议机制的Overlay多播原型系统——基于主机的Overlay多播系统(HOMS)。系统中不仅实现了路由算法DATA和拓扑维护算法LOTA，还实现了用于完成多播组管理、节点加入、节点退出、拓扑修复等控制功能的核心协议。为保证系统的可扩展性，支持数据量较大的流媒体多播应用，系统采用控制信令和媒体数据二者信道相分离的原则传输报文，实现了系统结构的优化，提高了传输效率。
5) 在开放式全球网络试验平台PlanetLab上对HOMS2生行了测试。结果显示，系统各个模块均工作正常，并且能够适应不同覆盖范同、不同组规模条件下的实时音频多播应用：同时，多播会话延时、网络传输代价以及协议控制开销等指标均表现出良好水平，表明系统能够支持较大规模的多播应用，可以实现为用户提供可扩展、高效率和高可靠的多播服务的目标。