数据通信笫十九讲移动IP和IP组播.ppt

1,数据通信与计算机网络（第二版） 电子教案,笫十九讲 移动IP和IP组播,2,本讲内容,第七章 网络层 7.4.5 移动IP 7.5 IP组播 7.5.1组播组和组播地址 7.5.2 组管理协议：IGMP 7.5.3 组播路由协议 7.5.4 组播应用和发展 7.6 下一代IP：IPv6* *是要求同学了解的，这些内容在本电子教案中并未讲解而是要求同学自己阅读教材。,3,7.4.5 移动IP,移动IP是IETF为移动问题设计的一个解决方案，它克服了为固定环境设计和优化的原始IP寻址模式的一些限制，允许便携式计算机从一个网络移动到另一个网络而不改变其IP地址。 移动IP正式的名称是IP移动性支持（IP mobility support），它具有透明性、与IPv4的互操作性、安全性和宏移动性等方面的特征 。,4,7.4.5 移动IP,可移动性的最大挑战在于允许主机保留其地址，而不需要给所有路由器传播一个特定于主机的路由。 为此移动IP为每个移动主机设置了两个IP地址， 主地址（primary address）：永久固定的、传统的IP地址，由本地（home）网分配，是应用程序和运输层所用的地址。 辅地址（secondary address）：临时的，随着主机的移动而改变，由外地（foreign）网分配，用于IP分组转发时的隧道传输。,5,7.4.5 移动IP,系统参考结构,6,7.4.5 移动IP,工作过程 当移动主机在原始本地网时，获得的是主地址。当它移动到一个外地网并获得辅地址时，移动主机必须把辅地址发送给位于本地网的一个本地代理（Home Agent，HA）进行登记，该代理随后截取发送给移动主机主地址的分组，并使用IP-in-IP封装，把每个分组以隧道方式传输到辅地址。 如果移动主机再次换地方，它会获得一个新的辅地址，并将它的新位置通知给HA，以便HA使用上面的方式转发分组。,7,7.4.5 移动IP,当移动主机返回到本地网，它必须与HA进行联系，以撤销登记，使HA停止截取分组。同样，移动主机可以选择在任何时候撤销登记（如当离开一个远程位置时）。 由此可见，移动IP是为宏观移动性设计的，而不是为高速移动设计的。因此，使用移动IP的情况：主机移动并不频繁，并在一个给定位置停留相对较长的一段时期。,8,7.4.5 移动IP,移动IP寻址 移动主机上的应用程序总是使用主地址，当移动主机连接到外地网络时，它必须获得一个临时的辅地址，作为一个转交地址。 实践中，有两种类型的转交地址： 第一种称为合作定位转交地址（co-located care of address），需要移动主机自己处理所有转发。 第二种称为外地代理转交地址（foreign agent care of address），需要在远程外地网络上有一个活动的参与者外地代理（Foreign Agent，FA） 。,9,7.4.5 移动IP,发现外网代理 寻找外地代理的过程使用ICMP路由器发现机制并进行了扩展，这个过程称为代理发现。 代理发现中，移动主机发送一个ICMP路由器请求报文以得到一个ICMP路由器通告报文，这些报文在原始的ICMP路由器发现报文上扩展了其它一些信息，以允许FA通告它的存在或移动主机请求一个通告。,10,7.4.5 移动IP,代理登记 移动主机移动到外地网络时，必须进行代理登记以实现数据传输（转发）。登记过程允许移动主机完成以下工作： 在外地网络上的一台代理上登记 直接在HA上登记，以请求转发 重建要过期的登记 取消登记 所有登记的报文是通过UDP发送的，代理使用端口434接受代理登记。,11,7.4.5 移动IP,移动IP数据传输 移动主机创建一个分组，这个分组的目的地址是通信对方的地址，在源地址是移动主机的本地地址（当然外地网络必须同意用任意源地址传输分组）。为了提高效率，分组沿着外地网到目的之间的最短路径进行传输。 反向的分组将不会沿着最短路径从外地网直接到达移动主机，而是会先到移动主机的本地网。HA根据登记所了解的移动主机的位置，截获分组，并使用IP-in-IP封装通过隧道把分组传输到转交地址。,12,7.4.5 移动IP,如果移动主机有合作定位转交地址，被封装的分组直接传给移动主机，由移动主机拆封外层的分组，然后处理内层的分组。 如果移动主机在使用FA进行通信，外层分组上的转交地址就指定了FA，当FA接收到HA的分组时，FA拆封外层的分组，查阅已登记移动主机表（及其MAC地址），然后将分组通过FA的本地网络、使用MAC地址传输到适当的已登记的移动主机。,13,7.4.5 移动IP,两个问题 双交叉问题（two-crossing problem） 即使和移动主机进行数据传输的主机离移动主机路由较近（即便是同一个外地网络内），其数据传输也要通过HA进行 当本地网上的主机与移动到外地网的主机进行通信时，由于本地网上的主机的目的地址（即移动主机）与源地址属于同一个IP网络，它将直接进行ARP解析而不会转发到HA。,14,什么是组播？ 单播和组播比较 组播的特点和优势,7.5 IP组播,15,7.5 IP组播,为什么需要组播？ 许多新的应用要求把消息从一个发送者递交给多个接收者。 Bulk data transfer：软件升级 Streaming continuous media：多媒体应用 Shared data applications：白版应用 Data feeds：股票 www cache updating Interactive gaming,16,7.5 IP组播,如何组播？ 通过多个点到点unicast连接模拟组播。 网络层提供显式的组播支持。 发送者只要发送一个数据报，然后那些属于组播组中的路由器都会收到该数据报的一个拷贝，如果有一个接收者连接到该路由器，则数据报被递交。 在每条链路上只有一个数据报的拷贝。,17,7.5 IP组播,如何标识多个接收者? 接收者属于某个组播组。 组播组以组播地址标识。 怎样加入一个组播组、怎样离开？加入组有没有限制？组中的成员怎么了解？ IGMP协议,18,7.5.1组播组和组播地址,IP组播中一个IP分组向一个组播组传送，这个包含零个或多个主机的组播组由一个单独的IP地址组播地址（或D类地址）标识。 组播组 组播组的成员可以动态变化，主机有权选择加入或者退出某个组播组。主机可以加入多个组播组，也可以向自己没有加入的组播组发送数据。 组播组有两种：永久组和临时组。,19,7.5.1组播组和组播地址,IP组播地址由D类IP地址标记。 地址的最高四位为“1110”； 范围55。 D类IP地址又进行了划分。,20,7.5.1组播组和组播地址,从至55的地址被IANA保留为网络协议使用，作为永久组的地址，其中比较重要的地址有： 网段上所有支持组播的主机 网段上所有支持组播的路由器 所有DVMRP路由器 所有OSPF路由器 指定的OSPF路由器 所有RIP2路由器 0 所有IGRP路由器 3 所有PIM路由器,21,7.5.2 组管理协议：IGMP,组播协议分为： 主机-路由器之间的组成员关系协议 主要有IGMP，它负责建立并维护路由器直联网段的组成员关系信息。 路由器-路由器之间的组播路由协议 根据IGMP维护的这些组播组成员关系信息，运用一定的组播路由算法构造组播分布树进行组播分组转发，主要包括DVMRP、MOSPF、CBT、PIM-DM、PIM-SM等。,22,7.5.2 组管理协议：IGMP,IGMP（Internet Group Management Protocol）协议很简单，它由主机成员关系协议发展而来。 目前已使用的有两个版本：IGMPv1和IGMPv2。 IGMP在主机和它直接连接的路由器间工作。 主机使用IGMP消息通告本地的组播路由器它想接收组播流量的组播组地址。,23,7.5.2 组管理协议：IGMP,组播路由器通过IGMP协议为其每个端口都维护一张组播组成员表，并定期探询表中的组播组成员，以确定该组播组是否存活（即该网段是否仍有属于某个组播组的成员），实现所连网络组成员关系的收集与维护。 当路由器接收到某个组G的数据分组后，只向那些有G的成员的端口上转发数据分组。 而数据分组在路由器之间如何转发则由路由协议决定，IGMP协议并不负责。,24,7.5.2 组管理协议：IGMP,IGMP消息被置于IP分组中传送。 IGMPv1消息格式 IGMPv1中定义了两种消息类型 主机成员询问 主机成员报告,25,7.5.2 组管理协议：IGMP,IGMPv2的消息格式 IGMPv2中定义了四种消息类型 0x11 - 成员询问 0x12 - IGMPv1 成员报告 0x16 - IGMPv2 成员报告 0x17 - 退出组播组,26,7.5.2 组管理协议：IGMP,IGMPv2向前兼容IGMPv1协议，IGMPv1的设备可以接收处理IGMPv2的消息分组。 IGMPv2中允许路由器对指定的组播组地址做“成员询问“，非该组的主机不必响应。如果某主机想退出，它可以主动向路由器发送“退出组播组“消息，而不必像IGMPv1中那样只能被动退出。,27,7.5.2 组管理协议：IGMP,在交换网络中，二层交换机可能即不了解哪个端口有哪些组播组，也不能在其源MAC地址表中找到组播MAC地址的表项。从而，交换机只能简单地把组播分组向所有端口转发，组播的优势将大大削弱。因此有必要在交换网络二层上建立组播管理机制。 网络二层组播相关协议包括IGMP Snooping，IGMP Proxy和CGMP协议。,28,7.5.3 组播路由协议,组播路由协议负责构建组播分组的传输路径。 组播分布树（Distribution Tree） 在传输组播分组时，指派路由器构造一个连接所有组播组成员的树。 根据这个树，路由器得出转发分组的一条唯一路径。 由于组播组成员可以动态地加入和退出，因此组播分布树也必须动态更新。,29,7.5.3 组播路由协议,根据构造方法的不同，有两种最基本的组播分布树： 源分布树（Source Distribution Tree） 以组播源为根节点构造到所有组播组成员路径都最短的生成树。也称为最短路径树（Shortest Path Tree，SPT）。 有利于流量大、时延性能要求较高的实时媒体应用。 缺点：要为每个组播源构造各自的分布树，当数据流量不大时，构造SPT的开销相对较大。,30,7.5.3 组播路由协议,共享分布树（Shared Distribution Tree） 以网络中的某一个指定的路由器为根节点，该路由器称为汇聚点（Rendezvous Point，RP）或核心，由此节点生成包含所有组成员的组播树。也称为RP树（RPT）或基于核心的树（Core-Based Tree，CBT）。 当组的规模较大，而每个成员的数据发送率较低时，使用共享树比较适合。 但当通信量大时，使用共享树将导致流量集中及出现根（RP）附近的瓶颈。,31,7.5.3 组播路由协议,组播路由协议的主要任务就是构造组播的分布树，使组播分组能够传送到相应的组播组成员。 根据对网络中的组播成员的分布和使用的不同，组播路由协议分为两类： 密集模式路由协议（DM） 稀疏模式路由协议（SM）。,32,7.5.3 组播路由协议,DM路由协议通常用于组播组成员（接收者）密集地分布且有足够带宽的网络环境。DM路由协议采用一种定期广播组播组的扩散-剪枝技术来维护组播分布树，它只使用源分布树（SPT）。 DM路由协议有： DVMRP（Distance Vector Multicast Routing Protocol，距离向量组播路由协议） MOSPF（Multicast Open Shortest Path First，组播OSPF协议） PIM-DM（Protocol Independent Multicast-Dense Mode，协议无关组播协议-密集模式）,33,7.5.3 组播路由协议,在网络中稀疏分布组播组成员、网络也没有充足带宽的情况（如广域网环境）下可以使用SM路由协议。因此，SM路由协议采用选择性的建立和维护分布树的方式，由空树开始，仅当成员显式的请求加入分布树才做出修改。 SM路由协议有： CBT：基于核心的分布树协议 PIM-SM（Protocol Independent Multicast-Sparse Mode，协议无关组播协议-稀疏模式）,34,7.5.4 组播应用和发展,IP组播技术为多媒体业务的开展提供了基础传送技术。 IP组播在许多领域有广泛的应用前景。 多媒体应用 数据分发 实时数据组播 游戏和仿真,35,7.5.4 组播应用和发展,组播最主要的问题是缺乏有效的用户管理功能。 认证难 IP组播协议不提供用户认证功能，用户可随意地加入或离开。 计费难 IP组播协议不涉及计费，加上组播源无法得知用户何时加入或离开，也无法统计某时间段到底有多少用户在接收组播内容，因此无法进行准确的计费。 管理难 组播源缺乏有效的管理手段去控制组播信