现代计算机网络原理9ip组播ppt课件

现代计算机网络原理现代计算机网络原理 _9 IP组播组播 1SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播1、 IP组播的概念组播的概念 n 单播通信 (Unicast) 网络中两节点间的传递信息的过程 n 广播通信 (Broadcast) 网络中一节点向所有节点同时发布信息的过程 n 组播通信 (Multicast) 网络中一节点向一组节点同时发布信息的过程 2SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播1、 IP组播的概念组播的概念 n 单播通信示例：服务器节点向不同的主机节点独立发布信息 3SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播1、 IP组播的概念组播的概念 n 组播通信示例：服务器节点同时向多个主机节点发布信息 组播通信有较高的带宽利用率 4SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播1、 IP组播的概念组播的概念 n 组播通信应用网络多媒体信息传输：网络 TV、网络会议电 视系统、网络电台、广告与信息发布、 5SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播2、 IP组播的功能组播的功能 n 发布的信息只限于组内的成员接收 n 组播的成员可以位于 IP络的任何位置 n 组播的成员可以随时加入和退出，成员可动态的变化 n 一个节点可以同时加入多个不同的组播系统，接收不同的组 播信息 6SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播3、局域网的 组播组播 n 局域网技术是一种只定义了链路层和物理层的网络技术 n 局域网通常采用共享媒体的传输技术，如以太网、令牌环网 n 以太网的广播地址： 48比特的物理地址全为 “ 1” n 以太网的组播地址：在 6个字节 (48比特 )的物理地址 (MAC地址 )中，最高字节的最低比特用于标识组播地址 (“1” 组播 ) n 主机的高层软件通过某种方式获得组播地址，通过网卡的设 备驱动程序对网卡进行适当的配置后获得接收组播的能力 7SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播3、局域网的 组播组播 n 在以太网上， IP组播地址的低 23位可直接映射为物理地址的 低 23位 如： 224.2.2.2 映射为 01-00-5e-020-02-02 8SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播4、互联网的 组播组播 n 互联网上的组播：把组播的范围看作一个虚拟的网络，同时 向该虚拟网络的上的组播接收成员 “ 广播 ” 发布信息 9SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播4、互联网的 组播组播 n 互联网的结构：互联网实际上是一个通过路由器将多个网络 互连而成的一个复合的网络系统 10SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播4、互联网的 组播组播 n 单从组播传输功能实现上看，组播可以通过多次单播实现， 但传输效率低、带宽的开销大。 11SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播4、互联网的 组播组播 n 互联网上组播的实现方案：路由器自动地根据需要对组播分 组进行复制和分发 12SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播5、 IP的 组播的特点组播的特点 n 组播的信息可以一次发送给多个用户 n 有较高的带宽利用率 n 占用主机和路由器较少的处理资源 n 无需知道接收者的地址 13SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播6、 组播的地址机制组播的地址机制 n 采用 IP网中的 D类地址来作为组播地址 D类地址：最高 3比特为全为 “ 1” 地址范围： 224.0.0.0 到 239.255.255.255 n 保留的组播地址 地址范围： 224.0.0.0 到 224.0.0.255 224.0.0.1 本子网的所有组播系统 (成员 ) 224.0.0.2 本子网上的所有组播路由器 n 用户组播地址 地址范围： 224.0.0.255 到 238.255.255.255 用户可使用的组播地址动态分配 14SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播6、 组播的地址机制组播的地址机制 n 本地管理地址 地址范围： 239.0.0.0 到 239.255.255.255 n 其它常用的组播地址 (参见表 9 1) 15SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播7、 组播的模型组播的模型 n 实现组播需要具有组播功能的路由器支持 n 支持组播的路由器监听所有的组播地址，通过组播协议来管 理组播组 n 希望加入某组播组的成员将组播地址通知路由器 n 组播组成员可以分布在互联网的任何位置 n 组播组成员可以动态地加入或离开组播组 n IP地址与物理层组播地址可以建立特定的映射关系，以提高 组播实现的效率 16SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播7、 组播的模型组播的模型 n 主机 (Host)与路由器 (Router)间的交互协议： IGMP n 路由器间的交互协议：组播路由协议 17SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播8、 IP网的 组播组管理协议组播组管理协议 n 组播组管理协议： IGMP (Internet Group Management Protocol) n IGMP协议标准的演进： IGMPv1IGMPv2IGMPv3 n IGMP的主要功能 定义主机与其直接相连的路由器间的信息交互： 主机如何告知路由器它希望加入的组播组； 路由器如何知道子网中还有特定组播组的成员。 18SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播9、 IGMP的消息交互 n 查询消息 (Host Membership Query: RouterHost) 利用本消息查询希望加入组播组的主机 查询使用地址： 224.0.0.1 查询范围： TTL=1 (本地子网 ) 查询周期： 60 120秒 n 报告消息 (Host Membership Report: HostRouter) 主机对查询消息的响应 主机报告其希望加入或属于某个组播组 主机第一次加入某个组播组时，可不等查询消息直接发送报 告消息 报告范围： TTL=1 (本地子网 ) 19SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播9、 IGMP的消息交互 n 查询查询与报告消息间的交互示例 20SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播9、 IGMP的消息交互 n 组播过程防止交互消息泛滥的方法 用 TTL 1限制交互消息的转发； 在一个局域网上，同一组播组的成员收到查询消息后，采用 随机延时的机制，确定发送响应报告的时间； 在一个局域网上，对于一个组播组，只产生一条报告消息， 同组的成员会监测信道，发现报告消息已经发送，则不发送 。 21SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播9、 IGMP的消息交互 n IGMPv2的新增功能 若某主机希望脱离特定组播组，直接发送 “ 脱离组 ” 消息， 随时退出； 路由器会发出该特定组是否仍有组播组成员的查询 若收到有的响应报告，路由器继续转发组播信息 若没有收到响应报告，路由器停止组播 22SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播10、 IP组播的选路问题 n 保证组播信息可迅速到达每个组播组的成员 采用泛洪方式：接收端口若是第一次收到组播信息，转发的 其它的每一个端口。泛洪方式最可靠，但效率低 n 尽可能减少组播转发开销，提高效率 n 适应组播传播路径的动态变化 组播组的成员可随时加入或退出 n 发送节点可位于 IP网的任何位置 组播组是指接收某一组播信息组成员的集合，发送节点可以 不是组播组的成员 23SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播10、 IP组播的选路问题 n 组播选路的基本方法：首先建立组播分组的传递树 (delivery tree)/转发树，然后进行组播信息的分发； n 建立传递树 /转发树的两种基本算法 反向通路转发 (RPT)算法 核心基础树 (CBT)算法 24SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播11、组播传递树的概念 n 转发树确定了源节点到各组播组成员的所在网络 (路由器 )在 传递路径 n 在每个转发路由器上建立相应的转发路由列表 25SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播11、组播传递树的概念 n 在网络上存在多个源节点的情形 26SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播12、反向通路转发算法 n 反向通路转发 (RPF: Reverse Path Forwarding/Broadcasting) n 路由器根据收到的组播分组的源地址，利用常规的路由算法， 判断该分组应该到达的端口 n 路由器只向其它端口转发在一个至源节点最近的端口上收到的 转播分组 n 对同一分组只转播一次 27SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播12、反向通路转发算法 n 改进的反向通路转发算法：截尾反向通路转发 (TRPF: Truncated Reverse Path Forwarding/Broadcasting) 在进行组播转发时，检查转发端口有相应的组播组成员，如无 则不转发，以避免转发的盲目性 28SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播13、反向通路组播 n 基本思想： 利用 RPF确保组播信息在全网的可达性； 在此基础上优化传输路径，实现 TRPF功能，提高传输效率 n 反向通路组播的实现过程 (1)采用 RPF算法建立最短的通路树，向互联网上的所有网络转 发组播分组； (2)各网络上的路由器通过 IGMP查询组播成员是否存在 如果存在，保留组播树 如果不存在，向相邻的上级路由器发出剪枝信息，对组播 树进行修剪，最后形成一棵没有冗余的组播树 29SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播13、反向通路组播 n 反向通路组播的实现过程 (续 ) (3)如果被裁剪的分枝上重新出现特定组播组的成员 /主机，该 主机通过 IGMP通知本地路由器加入某组播组； (4)本地路由器查询原有关于该组播的记录，获得上游路由器 的地址，然后发出嫁接请求 (Graft Request)； (5)上游路由器不断通过类似的方法，最后到达组播树的一个 有效节点，使该分枝重新加入组播树。 (6)同理，若某一枝组播组的成员退出导致该分枝称为冗余的 树枝，则向上级路由器发出剪枝信息，修改组播树。 30SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播13、反向通路组播 n 反向通路组播的工作示意图 31SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播14、基于核心树的算法 n 基于核心的树 (Core Based Tree： CBT)的算法 CBT算法是一种共享传递树的算法 /协议 传递树可以被组播组的多个发送源共享 n CBT算法的基本原理 在互联网中定义一个核心路由器 (Core router)，其它路由器 为非核心路由器 组播组成员通知连接的路由器需要成为某组播组的成员 非核心的路由器向核心路由器发出加入组播组的消息 核心路由器建立一个对于该组播组的特定的传递树 该传递树的根为核心路由器，分支到所有组成员的路由器 32SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播14、基于核心树的算法 n CBT算法的基本原理 (续 ) 发送源首先将组播信息发送给核心路由器，由核心路由器转发 到传递树的各个分支上。 n CBT算法的特点 扩展性好 问题：数据流较集中，传递树通常不是最优的 33SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播14、基于核心树的算法 n CBT算法工作示意图 34SCUT DT&P Labs 第九章 IP组播组播15、组播路由协议 n 密集模式 (Dense Mode)组播路由协议 假设组播组成员在网络中密集分布，网络有足够带宽 数据驱动：数据到达时建立传递树，通过动态刷新维护传递树 常用策略：剪枝、重新嫁接和刷新 主要协议 DVMRP： Distance Vector Multicast Routing Protocol Dense-mode PIM (Protocol Independent M