（通信与信息系统专业论文）mldv2协议的设计、实现和测试.pdf

中文摘要 中文摘要 随着网络技术的飞速发展，尤其是近年来多媒体应用的出现，网络带宽急剧 消耗。为了更有效地利用带宽，减少网络拥塞和延迟，人们提出了组播这种解决 方案。目前组播飞速发展，作为i p v 6 组播组管理协议的m l d ( m u l t i c a s tl i s t e n e r d i s c o v e r y ) 协议也更新到m l d v l 和m l d v 2 两个版本。 本文的工作是基于国家“8 6 3 ”高性能i p v 6 路由器协议栈滚动项目的基础上 的进一步扩展，是c n g i2 0 0 6 年研究开发、产业化及应用试验中“互联网和移动 通信融合的业务试验”中的重要部分。 本文首先综述了i p v 6 组播技术产生的背景、优势以及发展的趋势，介绍了组 播路由协议和组播组管理协议的研究现状。阐明了i p v 6 组管理协议m i d 在i p v 6 组播网络必备协议之一，表明研究和实现安全高效的组播组管理协议的重要意义。 第二章介绍了组播组管理协议的基础知识，包括用于i p v 4 的i n t e r n e t 组管理协 议i g m p 和用于i p v 6 的i n t e r n e t 组管理协议m l d 的各个版本的工作机制及它们的 特点和改进。第三章阐述了m l d v 2 协议如何被用来作为主机和路由器之间基本的 通信机制，简述了m l d v l 和m l d v 2 的互操作性。 随后，在剖析m l d v 2 协议的工作原理的基础上，研究了m l d v 2 的实现机制和 流程，分析m l d v 2 协议模块的主要数据结构，给出了l i n u x 操作系统上m l d v 2 协 议的路由器端和侦听者端的实现方案，并通过搭建试验环境对结果进行验证。 最后，在总结论文工作的基础，针对当前i p 组播技术存在问题，指出了i p v 6 组播技术的几个发展方向。 关键词：i p v 6 组播i g p p m l d v 2l i n u xp i m - s s m 分类号：t n g l 5 0 4 北京交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r n e tt e c h n o l o g y ，e s p e c i a l l yt h e a p p e a r a n c eo fm u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n si nr e c e n ty e a r s ，n e t w o r kb a n d w i d t h i sd e p l e t e ds h a r p l y 。i no r d e rt ou s en e t w o r kb a n d w i d t hm o r ee f f i c i e n t l y a n dd e c r e a s en e t w o r kc o n g e s t i o na n dd e l a y ，m u l t i c a s ti sp r e s e n ta san e w s o l u t i o n t h ew o r ko ft h i sp a p e ri ss u p p o r t e db yn a t i o n a l “8 6 3 ”p r o g r a ma n d c n g i2 0 0 6i n t e r n e ta n dm o b il ec o m m u n i c a t i o np r o j e c t f i r s t l y ，t h ea r i s e nb a c k g r o u n d ，p r e d o m i n a n c ea n dd e v e l o p i n gt r e n do f i pm u l t i c a s tt e c h n o l o g yw h i c hi si n c l u d et h em u l t i c a s tr o u t ep r o t o c o la n d i n t e r n e tg r o u pm a n a g e m e n tp r o t o c o la r ei n t r o d u c e d w ed i s c u s sm u l t i c a s t 1 i s t e n e rd i s c o v e r y ，i e i g m p v l ，i g m p v 2 ，i g m p v 3 ，m l d v la n dm l d v 2 。w o r k i n g m e c h a n i s m sb e t w e e nt h eh o s ta n dt h er o u t e r o nt h eb a s i so fa n a l y z i n gp r i m a r yd a t as t r u c t u r e so fm l d v 2p r o t o c o l m o d u l e d si nc h a p t e r4 ，w ei n t r o d u c et h em e c h a n i s ma n dt h ep r o c e d u r e r e a li z a t i o no fm l d v 2 b a s e do nl i n u xk e r n e lo v e ri p v 6b o t ht h eh o s ta n dt h e r o u t e r a n dt h e nw ed i s c r i b et h en e t w o r kw eu s e dt ov e r i f yt h es o f t w a r ea n d g i v et h et e s t st op r o v em l d v 2h a sb e e nd o n e i nt h ee n do ft h i sp a p e r ，w em a d eap r o s p e c tf o rt h ed e v e l o p i n gf u t u r e o fm u l t i c a s t k e y w o r d s ：i p v 6m u l t i c a s ti g m pm l d v 2l i n u xp i m s s m c l a s s n o ：t n 9 1 5 0 4 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 别雠：物。够 签字日期：年 月 同 签字日期：年月同 北京交通大学硕士学位论文 致谢 作为研究生学习和科研工作的总结，这篇论文凝结着我多年求学的思索和努 力，同样也蕴涵着我的老师、亲人、同学和朋友的支持与帮助。 本论文是在我的导师张思东教授和张宏科教授的悉心指导下完成的，论文的 每一步工作都倾注着导师的心血。两位张老师作为通信领域知名的专家教授，对 科学技术的发展方向有着很准确的预测和把握。两位老师经常高屋建瓴地给我指 出前进的方向，而且在具体问题上给我以悉心指导，帮助我理清概念，扩展思路， 发现和解决实际问题，提高了我的科研能力。藉此论文完成之际，谨向培育我的 导师表示诚挚的谢意! 感谢周华春老师，在学习和工作中，您鞭策我要勇于面对挑战、勤钻研、多 思考，您对我的影响和教育将是我一生享受不尽的宝贵财富! 您孜孜以求的敬业 精神给我留下深刻的印象。感谢实验室的秦雅娟老师，郜帅老师、刘颖老师、苏 伟博士，在此一并向你们表示深深的谢意，没有你们的帮助和鼓励，也就没有我 的进步! 感谢和我一起学习和工作过的董平、李昕、关键峰和郭华明博士，刘玉兰、 高国亮、王崇、马云飞、郝永亮等硕士在生活上给予我的关心和帮助以及学业上 的切磋和指点，在此表示诚挚的谢意! 感谢我同宿舍的马晶晶、戴晓苗、梁玉芬和段倩硕士，我的进步和取得的成 绩都离不丌她们对我的学习和工作的理解、鼓励、支持和帮助。 最后特别感谢我的父母，是你们含辛茹苦地把我养育成人，支持和鼓励我不 断进取，我的每一个进步，都凝刻着你们无私的支持和关爱，你们始终不渝的关 心是我进步的源泉和动力! 最后衷心祝愿我的老师，同学和朋友们身体健康，万事如意! 祝愿我的家人 平安幸福、健康快乐! 赵玲 2 0 0 7 年6 月于北京交通大学 引言 i 引言 本章首先综述了m l d v 2 “1 产生的原因和背景，m l d v 2 协议的优势，然后对 p i m - s m 御组播路由选择协议中p i m - s m 和的以及基于m l d v 2 的p i m - s s m 伽组播研究现 状作了简要的描述，最后归纳了论文所做的工作并介绍了论文的组织结构。 1 1 研究背景与意义 当代社会已经进入信息时代，网络技术在飞速地发展，人们对互联网的要求 与日增，其中不少是高带宽的可视化i p 电话会议、语音传送、视频服务、多媒体 远程教育信息传输等应用。这就带来了带宽的急剧消耗和网络拥挤问题。为了解 决由于带宽带来的网络瓶颈可以使用的方法有：增加网络带宽；应用q o s 机制， 使不同的业务使用不同的带宽资源：服务器的分散与群集，以改变网络流量结构， 减轻主干网瓶颈。比较而言各种方案，i p 组播技术具有独特的优越性，使它成为 当前网络技术中的研究热点之一。 i p 组播是一种优化使用网络带宽的路由技术。它允许一个或多个组播源发送 单一的数据包到多个接收者的网络技术，避免了不必要的数据包复制，即使用户 数量成倍增加，主干网络带宽不需要随之增加，减少了骨干网络的数据流量。与 一对一的单播发送相比，组播提高了数据传送效率，有效地利用了带宽，减少了 主干网出现拥塞的可能性。同时也避免了单播和广播中可能出现的广播风暴问题。 在飞速发展过程中，组播技术在商业应用中还存在许多需要解决的问题和需 要改进的方面，组播在网络中的部署和应用也还不够广泛。尤其是针对i p v 6 的组 播，其中很多新特性在i e t f 仍处于研究、制订标准草案阶段，i p v 6 的组播理论与 标准还在不断完善中，有关组播协议的实现也迫在眉睫。 在提高i p 业务性能的同时，更需要确保了网络通信的服务质量和数据传输的 安全性，因此组播的安全和组播的转发控制一直是国际国内组播研究的关注问题。 组播技术虽然有独有的优势，但却一直未得到广泛应用。究其原因一方面有 其自身原因，如可靠性、组管理能力较弱、组播安全及网络拥塞等问题还未得到 解决；但更重要的因素是，组播应用需要网络中绝大多数的设备都支持组播，而 目前很多i p v 4 的网络设备不支持组播功能。 网络舰模和资源需求的急剧膨胀导致了i p v 6 的产生，i p v 6 扩展了地址空间， 并提供了对数据传输的完整性和安全性的支持，并且i p v 6 可以支持规模更大的网 引言 i 引言 本章首先综述了m l d v 2 “1 产生的原因和背景，m l d v 2 协议的优势，然后对 p i m - s m 御组播路由选择协议中p i m - s m 和的以及基于m l d v 2 的p i m - s s m 伽组播研究现 状作了简要的描述，最后归纳了论文所做的工作并介绍了论文的组织结构。 1 1 研究背景与意义 当代社会已经进入信息时代，网络技术在飞速地发展，人们对互联网的要求 与日增，其中不少是高带宽的可视化i p 电话会议、语音传送、视频服务、多媒体 远程教育信息传输等应用。这就带来了带宽的急剧消耗和网络拥挤问题。为了解 决由于带宽带来的网络瓶颈可以使用的方法有：增加网络带宽；应用q o s 机制， 使不同的业务使用不同的带宽资源：服务器的分散与群集，以改变网络流量结构， 减轻主干网瓶颈。比较而言各种方案，i p 组播技术具有独特的优越性，使它成为 当前网络技术中的研究热点之一。 i p 组播是一种优化使用网络带宽的路由技术。它允许一个或多个组播源发送 单一的数据包到多个接收者的网络技术，避免了不必要的数据包复制，即使用户 数量成倍增加，主干网络带宽不需要随之增加，减少了骨干网络的数据流量。与 一对一的单播发送相比，组播提高了数据传送效率，有效地利用了带宽，减少了 主干网出现拥塞的可能性。同时也避免了单播和广播中可能出现的广播风暴问题。 在飞速发展过程中，组播技术在商业应用中还存在许多需要解决的问题和需 要改进的方面，组播在网络中的部署和应用也还不够广泛。尤其是针对i p v 6 的组 播，其中很多新特性在i e t f 仍处于研究、制订标准草案阶段，i p v 6 的组播理论与 标准还在不断完善中，有关组播协议的实现也迫在眉睫。 在提高i p 业务性能的同时，更需要确保了网络通信的服务质量和数据传输的 安全性，因此组播的安全和组播的转发控制一直是国际国内组播研究的关注问题。 组播技术虽然有独有的优势，但却一直未得到广泛应用。究其原因一方面有 其自身原因，如可靠性、组管理能力较弱、组播安全及网络拥塞等问题还未得到 解决；但更重要的因素是，组播应用需要网络中绝大多数的设备都支持组播，而 目前很多i p v 4 的网络设备不支持组播功能。 网络舰模和资源需求的急剧膨胀导致了i p v 6 的产生，i p v 6 扩展了地址空间， 并提供了对数据传输的完整性和安全性的支持，并且i p v 6 可以支持规模更大的网 北京交通大学硕士学位论文 络结构，以及网络的自动配置、更快的路由聚合、增强的组播技术等。i p v 6 的出 现给组播技术的广泛应用带来了一个新的契机。 i p 组播的研究和实现分为组播路由协议和组播的组管理协议两部分。与i p v 4 组播中的i g m p 协议类似，作为i p v 6 组播组管理协议的m l d ( m u l t i c a s tl i s t e n e r d i s c o v e r y ) 协议也是i p v 6 组播不可缺少的协议之一。 为了满足以上的要求，m l d 协议更新到m l d v l 和m l d v 2 两个版本。m l d v 2 增 加了源过滤( s o u r c e f i l t e r e dm u l t i c a s t ) 功能，支持特定源模式的组播路由协 议。源过滤组播服务既满足了地址要求，使用组播技术构建网络，能够提高带宽 利用率，避免重复发送相同的数据包造成的网络资源的浪费，减少主干网出现拥 塞的可能性，又克服因特网服务提供商担忧的组播控制问题，减少了用户担心的 网络未知攻击风险，减轻了组播建树传输中对共享树汇聚点( r p ) 的压力。m l d v 2 简化了网络的控制过程，改善了网络的可扩展性，具备一定的q o s 功能，还可以 进行有效的扩展，更好的使用在移动i p 网络“1 和a dh o c 网络6 1 中，有效结合其它 技术可以减小在移动或切换中的重建组播信息连接的时问。 1 2 研究现状 i p 组播从1 9 8 8 年提出到现在已经经历了多年的发展，许多国际组织对组播 的技术研究和业务开展进行了大量的工作。组播被誉为互连网领域最具有革命性 的网络技术之一。组播的发展历程：1 9 8 8 年，s t e v ed e e r i n g 提出了标准的i p 组 播服务模型。1 9 9 2 年，i p 组播实验网- - m b o n e 建立，多种域内组播协议相继提出。 由于组播具有的优越性，i e t f 在制订i p v 6 协议时保留了组播，而取消了广播，要 求所有的设备都必须支持组播。 组播的研究和实现分为组播路由协议和组播的组管理协议两部分。下面分别 叙述组播路由协议和组播的组管理协议的研究现状。 1 2 1组播路由协议的研究 组播路由协议是i p 组播协议体系中核心的功能。i p 组播路由协议的发展分成 域内( i n t r a - d o m a i n ) 和域间( i n t e r d o m a i n ) 两个阶段：最初的i p 组播路由协议将 网络看成没有层次结构的平面网络，组播路由算法采用广播方式交互协议消息， 因而只能应用在i p 网络的路由自治域内，称为域内路由协议；域问路由协议的出 现是为了解决在大型的、分层的i p 网络中组播路由问题，大型i p 网络采用自治 北京交通大学硕士学位论文 络结构，以及网络的自动配置、更快的路由聚合、增强的组播技术等。i p v 6 的出 现给组播技术的广泛应用带来了一个新的契机。 i p 组播的研究和实现分为组播路由协议和组播的组管理协议两部分。与i p v 4 组播中的i g m p 协议类似，作为i p v 6 组播组管理协议的m l d ( m u l t i c a s tl i s t e n e r d i s c o v e r y ) 协议也是i p v 6 组播不可缺少的协议之一。 为了满足以上的要求，m l d 协议更新到m l d v l 和m l d v 2 两个版本。m l d v 2 增 加了源过滤( s o u r c e f i l t e r e dm u l t i c a s t ) 功能，支持特定源模式的组播路由协 议。源过滤组播服务既满足了地址要求，使用组播技术构建网络，能够提高带宽 利用率，避免重复发送相同的数据包造成的网络资源的浪费，减少主干网出现拥 塞的可能性，又克服因特网服务提供商担忧的组播控制问题，减少了用户担心的 网络未知攻击风险，减轻了组播建树传输中对共享树汇聚点( r p ) 的压力。m l d v 2 简化了网络的控制过程，改善了网络的可扩展性，具备一定的q o s 功能，还可以 进行有效的扩展，更好的使用在移动i p 网络“1 和a dh o c 网络6 1 中，有效结合其它 技术可以减小在移动或切换中的重建组播信息连接的时问。 1 2 研究现状 i p 组播从1 9 8 8 年提出到现在已经经历了多年的发展，许多国际组织对组播 的技术研究和业务开展进行了大量的工作。组播被誉为互连网领域最具有革命性 的网络技术之一。组播的发展历程：1 9 8 8 年，s t e v ed e e r i n g 提出了标准的i p 组 播服务模型。1 9 9 2 年，i p 组播实验网- - m b o n e 建立，多种域内组播协议相继提出。 由于组播具有的优越性，i e t f 在制订i p v 6 协议时保留了组播，而取消了广播，要 求所有的设备都必须支持组播。 组播的研究和实现分为组播路由协议和组播的组管理协议两部分。下面分别 叙述组播路由协议和组播的组管理协议的研究现状。 1 2 1组播路由协议的研究 组播路由协议是i p 组播协议体系中核心的功能。i p 组播路由协议的发展分成 域内( i n t r a - d o m a i n ) 和域间( i n t e r d o m a i n ) 两个阶段：最初的i p 组播路由协议将 网络看成没有层次结构的平面网络，组播路由算法采用广播方式交互协议消息， 因而只能应用在i p 网络的路由自治域内，称为域内路由协议；域问路由协议的出 现是为了解决在大型的、分层的i p 网络中组播路由问题，大型i p 网络采用自治 北京交通大学硕士学位论文 络结构，以及网络的自动配置、更快的路由聚合、增强的组播技术等。i p v 6 的出 现给组播技术的广泛应用带来了一个新的契机。 i p 组播的研究和实现分为组播路由协议和组播的组管理协议两部分。与i p v 4 组播中的i g m p 协议类似，作为i p v 6 组播组管理协议的m l d ( m u l t i c a s tl i s t e n e r d i s c o v e r y ) 协议也是i p v 6 组播不可缺少的协议之一。 为了满足以上的要求，m l d 协议更新到m l d v l 和m l d v 2 两个版本。m l d v 2 增 加了源过滤( s o u r c e f i l t e r e dm u l t i c a s t ) 功能，支持特定源模式的组播路由协 议。源过滤组播服务既满足了地址要求，使用组播技术构建网络，能够提高带宽 利用率，避免重复发送相同的数据包造成的网络资源的浪费，减少主干网出现拥 塞的可能性，又克服因特网服务提供商担忧的组播控制问题，减少了用户担心的 网络未知攻击风险，减轻了组播建树传输中对共享树汇聚点( r p ) 的压力。m l d v 2 简化了网络的控制过程，改善了网络的可扩展性，具备一定的q o s 功能，还可以 进行有效的扩展，更好的使用在移动i p 网络“1 和a dh o c 网络6 1 中，有效结合其它 技术可以减小在移动或切换中的重建组播信息连接的时问。 1 2 研究现状 i p 组播从1 9 8 8 年提出到现在已经经历了多年的发展，许多国际组织对组播 的技术研究和业务开展进行了大量的工作。组播被誉为互连网领域最具有革命性 的网络技术之一。组播的发展历程：1 9 8 8 年，s t e v ed e e r i n g 提出了标准的i p 组 播服务模型。1 9 9 2 年，i p 组播实验网- - m b o n e 建立，多种域内组播协议相继提出。 由于组播具有的优越性，i e t f 在制订i p v 6 协议时保留了组播，而取消了广播，要 求所有的设备都必须支持组播。 组播的研究和实现分为组播路由协议和组播的组管理协议两部分。下面分别 叙述组播路由协议和组播的组管理协议的研究现状。 1 2 1组播路由协议的研究 组播路由协议是i p 组播协议体系中核心的功能。i p 组播路由协议的发展分成 域内( i n t r a - d o m a i n ) 和域间( i n t e r d o m a i n ) 两个阶段：最初的i p 组播路由协议将 网络看成没有层次结构的平面网络，组播路由算法采用广播方式交互协议消息， 因而只能应用在i p 网络的路由自治域内，称为域内路由协议；域问路由协议的出 现是为了解决在大型的、分层的i p 网络中组播路由问题，大型i p 网络采用自治 引言 域结构形式组织网络，域间路由协议解决了分层结构网络的组播路由问题。 以下简述各个组播路由协议的发展过程。 最早在1 9 8 8 年，i p 组播的概念由斯坦福大学的s t e v ed e e r i n g 博士提出，并 发表了两篇论文：对互联网协议的组播扩展( am u l t i c a s t e x t e n s i o nt ot h e i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) ( r f c 0 9 6 6 ) ”和对i p 组播的主机扩展( h o s te x t e n s i o n sf o r i pm u l t i c a s t i n g ) ( r f c 0 9 8 8 ) ”1 。随后，d w a l t z m a n ，c p o r t r i d g e 。s e d e e r i n g 发表论文：距离向量组播路由选择协议( d i s t a n c ev e c t o rm u l t i c a s tr o u t i n g p r o t o c 0 1 ) ( r f c l 0 7 5 ) ”1 。文中提出了新的组播体系结构：将组播的运行机制增加 到数据网i p 层。 1 9 9 1 年，i p 组播的主机扩展( h o s te x t e n s i o n sf o ri pm u l t i c a s t i n g ) ( r f c l l l 2 ) “1 由s e d e e r i n g 起草提出，替代了r f c 0 9 8 8 。r f c l l l 2 对i p 组播 的业务提供的方式和形式进行了描述和定义，被当作是i p 组播的标准业务模型的 定义。它不仅奠定了组播网络体系结构和路由协议的基础，也成为i n t e r n e t 组管 理协议i g m p ( i n t e r n e tg r o u pm a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 的原型。 1 9 9 4 年，形成了对o s p f 协议的扩展协议m o s p f ( m u l t i c a s te x t e n s i o n st o o s p f ) ( r f c l 5 8 4 ) 。 1 9 9 7 年，有核树( c b t v 2 ) 组播路由版本2 ( c o r eb a s e dt r e e s ( c b tv e r s i o n 2 ) m u l t i c a s tr o u t i n g ) 标准形成( r f c 2 1 8 9 ) i n ；i n t e r n e t 组管理协议i g m p v 2 ( i n t e r n e tg r o u pm a n a g e m e n tp r o t o c o l ，v e r s i o n2 ) ( r f c 2 3 3 6 ) ”1 得到，i e t f 的批准；此时组播网络的规模不断增加，一层网络拓扑结构显示出了不可扩展、 不稳定等一系列的缺点。因此分层的拓扑结构出现，分层结构网络域问组播路由 的标准化成为了i p 组播研究的主要领域。 1 9 9 9 年中开始采用m b g p m s d p 和p i m s m 协议体系实现域间组播路由。目前绝 大多数面向内部网络的路由器都实现了p i m - s m 组播路由协议和i g m p 协议，具有 支持组播业务的能力。 2 0 0 2 年，制订了r f c 3 3 5 3 “”，i p 组播在多协议标记交换环境的概述( o v e r v i e w o fi pm u l t i c a s ti nam u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ( m p l s ) e n v i r o n m e n t ) 表明组播技术在m p l s 网络上开始研究和使用。 2 0 0 3 年，对于组播监听发现协议的源地址选择( s o u r c ea d d r e s ss e l e c t i o nf o r t h em u l t i c a s tl i s t e n e rd i s c o v e r yp r o t o c 0 1 ) ( r f c 3 5 9 0 ) 制订，显示出i p v 6 相关的组播技术正在加快研究步伐。 综合组播的发展过程可以看出i p v 6 协议中组播的必要性。目前，p i m - s m 协议 是域内组播的公认标准，同时国际国内也在努力将它的扩展p i m s s m 实用化。 p i m s m 使用一种拉( p u l l ) 模式来传送组播数据报，只有包含活动接收者， 北京交通大学硕士学位论文 并且接收者直接地发送数据接收请求的网段才会收到数据。它围绕一个被称为集 中点( r e n d e z v o u sp o i n t ，r p ) 乜1 的路由器构建组播分布树，通过共享树转发数据 报的方式来分发关于活动信源的信息，与c b t 相似，p i m - s m 被设计成将组播限制 在需要收发的路由器上，但是p i m s m 比c b t 更灵活。p i m - s n 中的独立的接收者可 以选择是构建共享树还是最短路径树。共享树建立以后，一个接收者( 实际上是 最接近这个接收者的路由器) 可以选择通过最短路径树改变到发送源的连接。这 个操作的过程是通过向发送源发送一个p i m 加入请求完成的，一旦从发送源到接 收者的最短路径建立了，通过r p 的外部分枝就被修剪掉了。 p i m - s s m 协议是对p i m - s m 协议的扩展。随着对i p 网络组播研究的深入，业界 普遍认识到仅仅依靠标准组播业务模型a s m ( a n ys o u r c em u l t i c a s t ) 无法很好地 支持所有的组播应用，而大量的、可以预见的组播应用是源节点确定的应用，由 此提出了采用单源组播业务模型支持单源组播应用的思想，i e t f 提出的特定源组 播( s o u r c es p e c i f i e dm u l t i c a s t ，s s m ) 体系结构是基于单源组播思想的，s s m 采用了严格的一到多业务模型，以便在一对多的通信中能理有效地传输数据。 s s m 业务模型引入了组播通道( c h a n n e l ) 的概念，组播通道( s ，g ) 是一个二元 组，其中s 是组播源地址，g 是组播组地址。组播源地址是唯一可以发送组播数据 的源主机的i p 地址，组播组是一个s s m 组播地址，组播通道是组播路由器转发组 播数据报使用的信息。接收主机不仅要知道组播组地址g ，还要知道组播源地址s 。 若通道中仅有组播地址而无源地址，该通道是非法的，组播请求将会被拒绝。为 了实现源特定组播，需要有协议的支持。 s s m 业务模型具有以下的优点： ( 1 ) s s m 模型提供了组播接入的限制机制。 ( 2 ) 组播源节点确定，路由协议实现简化。 ( 3 ) 组播组的管理由源节点管理和协调，不需要全网络的组地址管理机制。 ( 4 ) 能较好的处理熟知的组播地址：s s m 只需要有源转发树，从而不再依赖 于共享树模式，因此，它既不需要基于r p 的p i m s m ，也不需要m s d p ，使得路由 结构简单。 p i m - s s m 协议对p i m - s m 协议的修改主要体现在当组地址是源特定组播地址时， 所采取的操作不同，主要包括以下方面： ( 1 ) 指定路由器( d r ) 收到一个( s ，g ) 加入消息，若g 是一个源特定组播 地址，则d r 必须发送( s ，g ) 加入消息。 ( 2 ) 在( s ，g ) 加入消息和注册消息中，若g 是一个特定源组播地址，则该 消息将被r p 忽略。 4 引言 ( 3 ) 若组播数据报的目的地址属于源特定组播地址，则该数据报不被共享树 转发。 为了支持p i m - s s m 协议，在接收者和边缘路由器上需要运行m l d v 2 ，利用其对 源地址的过滤功能，以完成对组成员的管理。 i 2 2组播组管理协议的研究 一个组播路由器建立路由并传送其组播组成员关系信息之前，它必须确定在 本地网络上是否有接收主机加入了某个组播组。为此组播路由器和接收主机必须 进行组成员关系的交互，这种功能是通过组管理协议i g m p 【i ”( i n t e r n e tg r o u p m a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 和组播监听发现协议m l d ( m u l t i c a s tl i s t e n e rd i s c o v e r y v e r s i o n2f o ri p v 6 ) 来实现。两者的主要区别是组管理协议i g w p 是针对对于i p v 4 组播；组播监听发现协议m l d 是针对i p v 6 组播。 通过i g m p 或者m l d 协议，组播路由器可以判断在与自己链接的任何一个网络 上，是否存在组播组成员，组播接收者可以动态地通知所在子网的组播路由器自 己所希望接收哪些组播源发给哪些组播地址的报文，而组播路由器则可以动态地 了解所在子网上的组播接收者们对哪些组播源和组播地址的报文感兴趣，使组播 网络具有动态性和灵活性。 1 9 8 9 年，i g m p 版本l ( r f c l l l 2 ) “”第一次详细定义了i g m p 规范。后来施乐 公司对最早的i g m p 版本1 进行了大幅更新，产生了i g m p 版本2 ( r f c 2 2 3 6 ) “”， 两个版本的i g m p 相互间可以进行少许操作。到目前为止i g m p 版本3 规范已经称 为i e t f 正式标准( r f c 3 3 7 6 ) 。 1 9 9 9 年，m l d v ! ( r f c 2 7 1 0 ) “”被i e t f 发布。2 0 0 4 年，m l d v2 ( r f c 3 8 1 0 ) “” 标准出台，后一个版本可以向前一个兼容。因为m l d 使用全新的i c m p v 6 伽1 的报文 格式，所以m l dv 2 协议就是i c m p v 6 协议的一个子集。 m l d v 2 和m l d v l 相比，增加了源过滤功能。具有这种能力的节点能够报告它所 感兴趣的数据包( 从某些特定的源地址发送给特定组播地址的数据包，或者除了 从某些特定的源地址发送给特定组播地址的数据包) ，因此能够支持基于i p v 6 的 特定源组播路由协议。 1 3 论文主要工作及结构 介于m l d v 2 协议以上的可扩展性、资源利用率、服务质量和安全性等优势， 引言 ( 3 ) 若组播数据报的目的地址属于源特定组播地址，则该数据报不被共享树 转发。 为了支持p i m - s s m 协议，在接收者和边缘路由器上需要运行m l d v 2 ，利用其对 源地址的过滤功能，以完成对组成员的管理。 i 2 2组播组管理协议的研究 一个组播路由器建立路由并传送其组播组成员关系信息之前，它必须确定在 本地网络上是否有接收主机加入了某个组播组。为此组播路由器和接收主机必须 进行组成员关系的交互，这种功能是通过组管理协议i g m p 【i ”( i n t e r n e tg r o u p m a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 和组播监听发现协议m l d ( m u l t i c a s tl i s t e n e rd i s c o v e r y v e r s i o n2f o ri p v 6 ) 来实现。两者的主要区别是组管理协议i g w p 是针对对于i p v 4 组播；组播监听发现协议m l d 是针对i p v 6 组播。 通过i g m p 或者m l d 协议，组播路由器可以判断在与自己链接的任何一个网络 上，是否存在组播组成员，组播接收者可以动态地通知所在子网的组播路由器自 己所希望接收哪些组播源发给哪些组播地址的报文，而组播路由器则可以动态地 了解所在子网上的组播接收者们对哪些组播源和组播地址的报文感兴趣，使组播 网络具有动态性和灵活性。 1 9 8 9 年，i g m p 版本l ( r f c l l l 2 ) “”第一次详细定义了i g m p 规范。后来施乐 公司对最早的i g m p 版本1 进行了大幅更新，产生了i g m p 版本2 ( r f c 2 2 3 6 ) “”， 两个版本的i g m p 相互间可以进行少许操作。到目前为止i g m p 版本3 规范已经称 为i e t f 正式标准( r f c 3 3 7 6 ) 。 1 9 9 9 年，m l d v ! ( r f c 2 7 1 0 ) “”被i e t f 发布。2 0 0 4 年，m l d v2 ( r f c 3 8 1 0 ) “” 标准出台，后一个版本可以向前一个兼容。因为m l d 使用全新的i c m p v 6 伽1 的报文 格式，所以m l dv 2 协议就是i c m p v 6 协议的一个子集。 m l d v 2 和m l d v l 相比，增加了源过滤功能。具有这种能力的节点能够报告它所 感兴趣的数据包( 从某些特定的源地址发送给特定组播地址的数据包，或者除了 从某些特定的源地址发送给特定组播地址的数据包) ，因此能够支持基于i p v 6 的 特定源组播路由协议。 1 3 论文主要工作及结构 介于m l d v 2 协议以上的可扩展性、资源利用率、服务质量和安全性等优势， 引言 ( 3 ) 若组播数据报的目的地址属于源特定组播地址，则该数据报不被共享树 转发。 为了支持p i m - s s m 协议，在接收者和边缘路由器上需要运行m l d v 2 ，利用其对 源地址的过滤功能，以完成对组成员的管理。 i 2 2组播组管理协议的研究 一个组播路由器建立路由并传送其组播组成员关系信息之前，它必须确定在 本地网络上是否有接收主机加入了某个组播组。为此组播路由器和接收主机必须 进行组成员关系的交互，这种功能是通过组管理协议i g m p 【i ”( i n t e r n e tg r o u p m a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 和组播监听发现协议m l d ( m u l t i c a s tl i s t e n e rd i s c o v e r y v e r s i o n2f o ri p v 6 ) 来实现。两者的主要区别是组管理协议i g w p 是针对对于i p v 4 组播；组播监听发现协议m l d 是针对i p v 6 组播。 通过i g m p 或者m l d 协议，组播路由器可以判断在与自己链接的任何一个网络 上，是否存在组播组成员，组播接收者可以动态地通知所在子网的组播路由器自 己所希望接收哪些组播源发给哪些组播地址的报文，而组播路由器则可以动态地 了解所在子网上的组播接收者们对哪些组播源和组播地址的报文感兴趣，使组播 网络具有动态性和灵活性。 1 9 8 9 年，i g m p 版本l ( r f c l l l 2 ) “”第一次详细定义了i g m p 规范。后来施乐 公司对最早的i g m p 版本1 进行了大幅更新，产生了i g m p 版本2 ( r f c 2 2 3 6 ) “”， 两个版本的i g m p 相互间可以进行少许操作。到目前为止i g m p 版本3 规范已经称 为i e t f 正式标准( r f c 3 3 7 6 ) 。 1 9 9 9 年，m l d v ! ( r f c 2 7 1 0 ) “”被i e t f 发布。2 0 0 4 年，m l d v2 ( r f c 3 8 1 0 ) “” 标准出台，后一个版本可以向前一个兼容。因为m l d 使用全新的i c m p v 6 伽1 的报文 格式，所以m l dv 2 协议就是i c m p v 6 协议的一个子集。 m l d v 2 和m l d v l 相比，增加了源过滤功能。具有这种能力的节点能够报告它所 感兴趣的数据包( 从某些特定的源地址发送给特定组播地址的数据包，或者除了 从某些特定的源地址发送给特定组播地址的数据包) ，因此能够支持基于i p v 6 的 特定源组播路由协议。 1 3 论文主要工作及结构 介于m l d v 2 协议以上的可扩展性、资源利用率、服务质量和安全性等优势， j e 京交通大学硕士学位论文 同时它更是p i m s s m 实现的基础。本文研究是作者基于国家“8 6 3 ”高性能i p v 6 路由器协议栈滚动项目的基础上的进一步扩展，是c n g i2 0 0 6 年研究开发、产业 化及应用试验中“互联网和移动通信融合的业务试验”中的重要部分。 在l 雪家“8 6 3 ”高性能i p v 6 路由器协议栈滚动项目中，作者参与实现基于i p v 6 的p i m - s m ( p r o t o c o li n d e p e n d e n tm u l t i c a s t - - s p a r s em o d e ) 组播路由协议、 m l d v l ( m u l t i c a s el i s t e n e rd i s c o v e r y ) 组管理协议。 本文在此基础上研究和阐述m l d v 2 协议的工作原理以及实现流程，并且在 l i n u x 操作系统上实现了m l d v 2 协议的路由器端和侦听者端的功能，最后通过搭建 测试网络，在实际中对功能实现进行了验证。 论文的组织结构如下： 第一章，阐述了本文的研究背景，及相关技术的研究现状，并列出了论文的 主要工作和组织结构： 第二章，介绍了i p 组播组管理协议的基础知识； 第三章，分析了用于i p v 6 组播的m l d v 2 协议的基本理论和工作原理，并进行 了详细的介绍； 第四章，研究了m l d v 2 协议的设计方案，包括内核部分的研究和各个模块的 设计； 第五章，详细给出了基于l i n u x 2 6 8 1 内核下的m l d v 2 协议的实现方案，包 括路由器端和侦听者端两部分实现流程和模块； 第六章，通过搭建测试网络，在实际中对功能实现进行了验证； 第七章，对全文进行总结，并提出了下一步的工作展望。 6 2i p 组播组管理协议基础 组管理协议是i p 组播中必不可少的协议，它是路由器与其直接相连主机之间 的协议。其主要功能就是知道在与其直接相连主机中，有哪些主机希望加入或离 开一个组播组：哪些主机希望接收从哪个源发来的数据包或者拒收从哪个源发来 的数据包。通过i g m p 或者m l d 协议，组播路由器可以判断在与自己链接的任何一 个网络上，是否存在组播组成员。i g m p 或者m l d 只需要维护组播纽是否具有成员 的状态消息，而不维护组播组有哪些成员，因此状态信息不会随着组播组成员的 增加而增加。通过组播接收者和组播路由器之问采用组管理协议进行交互，组播 接收者可以动态地通知所在子网的组播路由器自己所希望接收哪些组播源发给哪 些组播地址的报文，而组播路由器则可以动态地了解所在予网上的组播接收者们 对哪些组播源和组播地址的报文感兴趣，使组播网络具有动态性和灵活性。在i p v 4 网络中使用的i g m p 协议，在i p v 6 环境中，使用组播监听发现协议( m l d ) 协议。 以下分别介绍i g m p 协议和m l d 协议，其中m l d v 2 协议将在下一章详细描述。 2 1i g m p 协议 i g m p 用来动态的将各个主机注册到特定局域网中的一个组播组中。主机向本 地的组播路由器发送i g m p 消息来表明自己所属的组播组。在i g m