（通信与信息系统专业论文）面向qos的多播组管理机制.pdf

j l l i i i ii il i l tii i iit l li il y 17 5 9 3 16 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 晕墨目目 日期： 2 q l j 2 年圣日三目 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位 本人签名： 导师签名： 适用本授权书。 日期： 丛l 垒垒三日墨日 醐：立畔啦 1 面向q o s 的多播组管理机制 摘要 互联网上的多媒体应用正在得到广泛部署，诸如i p l v 、电视会 议、远程教学等业务将会造就一个新的增长点。作为承载此类点到多 点业务最有效的网络传输方式，组播只需在必要的分枝复制数据分 组，最大限度地节省链路带宽，因而，针对组播技术的研究将对提升 网络多媒体应用的服务质量起到关键作用。 作为组播协议框架的一部分，组管理协议i g m p 用于路由器搜集 主机的组成员关系信息，进而通过组播路由协议获得需要的组播流， 但协议没有考虑用户身份鉴别和q o s 保障等关系到组播技术部署的 重要问题。因而，探讨面向q o s 的组播组管理机制是一项有意义的 工作。 本文在介绍i p 组播技术及组管理协议i g m p ，以及网络仿真平台 n s 2 的组播仿真环境之后，详细说明了基于n s 2 实现的i g m p 组管理 模块及其在仿真中的运用。该模块具备了r f c3 3 7 6 所规范的绝大多 数特性，特别是对源过滤( s o u r c ef i l t e r i n g ) 的支持，并通过了完整 的功能测试。i g m p 模块的实现将有助于在n s 2 平台上深入开展有关 组播技术的研究。 在此基础上，本文提出了面向q o s 的组管理方案，采取i g m p 路由器和会聚点r p 协作的方法，并运用流量监测的算法，实现具有 q o s 保障的组成员接纳机制，按照预先定制的策略确保网络资源在用 户之间得到合理分配。为了论证方案的优势，本文接下来在n s 2 平台 上实现了该方案，进行了与标准i g m p 协议的对比实验。实验结果表 明该方案可以有效避免网络拥塞，增强组播服务的可管理性。 本文所提出的面向q o s 的组管理方案提供了一个可扩展的框架， 通过增加更复杂的策略，可以实现质量分等级的组播服务，因而具有 较高的实用价值，并有助于推动组播应用的部署。 关键词组播i g m p 组管理o o sn s 2 b e i n gw i d e l yd e p l o y e da tp r e s e n t ，i n t e m e tm u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n ， s u c ha si p t v , v i d e oc o n f e r e n c e ，r e m o t ee d u c a t i o na n ds oo n ，w i l lb r i n ga n e wi n c r e a s eo nb u s i n e s s a st h em o s te f f e c t i v en e t w o r kt r a n s m i s s i o n t e c h n o l o g yt oc a r r ys u c hk i n d so fo n ep o i n tt om u l t ip o i n ts e r v i c e s ， m u l t i c a s to n l yc o p i e sp a c k e t so nn e c e s s a r yb r a n c h e so fn e t w o r ka n ds a v e s t h el i n kb a n d w i d t h 硒m u c h 硒p o s s i b l e t h e r e f o r e ，r e s e a r c ho nm u l t i c a s t w i l lp l a ya ni m p o r t a n tr o l eo ni m p r o v i n gt h eq u a l i t yo fs e r v i c eo fi n t e m e t m u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n 。 ： a sa ni n d i s p e n s a b l ep a r to fm u l t i c a s tp r o t o c o lf a m i l y , 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 o l ( i g m p ) i su s e db y r o u t e rt oc o l l e c t g r o u p m e m b e r s h i pi n f o r m a t i o no fh o s t sa t t a c h e d ，a n dt h e ni n t e r a c t i v ew i t h m u l t i c a s tr o u t i n gp r o t o c o lt og e tt h em u l t i c a s tf l o w sn e e d e d h o w e v e r , u s e r i d e n t i f i c a t i o na n dq o s g u a r a n t e e ，w h i c he f f e c tt h ed e p l o y m e n to fm u l t i c a s t s e r v i c e ，a r ei g n o r e d ，s oi t sv a l u a b l et od i s c u s sq o s o r i e n t e dm u l t i c a s t m a n a g e m e n tm e c h a n i s m t h i sp a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e si pm u l t i c a s tt e c h n o l o g ya n di g m p , a n a l y s e st h ep r i n c i p l eo fm u l t i c a s ts i m u l a t i o no nn s 2w h i c hi saw i d e l y u s e dn e t w o r kr e s e a r c hs o f t w a r e ，t h e ni l l u s t r a t e si nd e t a i l si g m pe x t e n s i o n 。 t on s 2w h i c hd e v e l o p e di nt h i sp a p e r , a n ds h o w sh o w t oc o n f i g u r ea n du s e i ti ns i m u l a t i o n i g m pe x t e n s i o ni m p l e m e n t sm o s to fi m p o r t a n tf e a t u r e s s p e c i f i e di nr f c3 3 7 6 ，e s p e c i a l l ys u p p o r t i n gs o u r c ef i l t e r i n g ，a n dp a s s e s e n t i r ef u n c t i o n a lt e s t i n g t h e r e f o r e ，i g m pm o d u l ew i l lf a c i l i t a t er e s e a r c h r e l a t e dt om u l t i c a s to nn s 2p l a t f o r m b a s e dt h ew o r ka b o v e ，t h ep a p e rp r o p o s e sao o s o r i e n t e dg r o u p m a n a g e m e n ts o l u t i o n t a k i n gc o l l a b o r a t i o nb e t w e e ni g m pr o u t e ra n d r e n d e z v o u sp o i n ta n de x p l o i t i n gf l o wm o n i t o ra l g o r i t h m s ，t h es o l u t i o n a c h i e v e sg r o u pm e m b e ra d m i s s i o nm e c h a n i s mw i t hq o sg u a r a n t e e ，a n d a s s i g n sn e t w o r kr e s o u r c er e a s o n a b l ya m o n gu s e r sa c c o r d i n gt o d e f i n e d p o l i c i e s f o ri l l u s t r a t i n gi t sa d v a n t a g e s ，t h ep a p e ri m p l e m e n t st h es o l u t i o n b a s e do nn s 2 ，a n dc a r r i e so u tas i m u l a t i o ne x p e r i m e n t sc o m p a r e dt h e s o l u t i o nw i t hs t a n d a r di g m p t h er e s u l t s d i s t i n c t l y d e m o n s t r a t et h e s o l u t i o n e f f e c t i v e l y a v o i d sn e t w o r kc o n g e s t i o na n dm a k e sm u l t i c a s t s e r v i c em o r em a n a g e a b l e i naw o r d ，q o s o r i e n t e dg r o u pm a n a g e m e n ts o l u t i o np r o p o s e di nt h i s p a p e rp r o v i d e sa ne x t e n s i b l e f r a m e w o r kt or e a l i z e s c a l a r q u a l i t yo f m u l t i c a s ts e r v i c eb ya d d i n gc o m p l e xp o l i c i e s ，a n dt h e r e f o r eh a sh i g h p r a c t i c ev a l u ea n d w i l lp r o m o t et h ed e p l o y m e n to fm u l t i c a s ta p p l i c a t i o n k e yw o r d sm u l t i c a s ti g m p g r o u pm a n a g e m e n t q o sn s 2 第一章 1 1 1 2 第二章 2 1 2 2 2 3 目录 弓i 言1 研究背景与课题意义 研究成果与论文的结构安排 1 2 p 组播技术综述3 j m 组播技术基础 3 2 1 1i p v 4 组播地址3 2 1 2i p v 6 组播地址4 组播转发结构 口组播路由协议 4 4 2 3 1距离向量组播路由协议d v m r p 5 2 3 2 组播开放最短路径优先协议m o s p f 。6 2 3 3 协议无关组播路由密集模式协议( p i m d m ) 6 2 3 4 基于核心树的组播协议( c b t ) 6 2 3 5 独立组播稀疏模式协议( p i m s m ) 7 2 3 6 域间组播路由协议7 2 4 组播服务模型 7 2 4 1 a s m 协议簇8 2 4 2a s m 体系存在的问题9 2 4 3s s m 模型的优越性9 2 5口组播技术的应用 1 0 2 5 1 点对多点应用o n e - t o - m a n y 1 0 2 5 2 多点对多点应用m a n y t o m a n y 1 0 2 5 3 多点对点应用m a n y t o - o n e 1 1 2 6组播的优势和问题 2 7 第三章 3 1 3 2 3 3 1 1 2 6 1 组播的技术优势1 1 2 6 2 组播有待解决的技术问题1 2 本章小结1 2 因特网组管理协议i g m p 1 3 i g m p 组管理协议的演进 口组播服务请求接口 i g m p v 3 消息格式 1 3 1 4 1 5 3 3 1 查询组成员消息。1 5 3 3 2 报告组成员消息。1 6 3 4协议操作过程 3 4 1 组成员的协议操作1 7 3 5i g m p v 3 与组播路由协议的交互 3 6 3 7 第四章 4 1 4 2 3 5 1 组播转发状态。1 9 3 5 2d v m r p 交互2 0 3 5 3p i m d m 交互2 0 3 5 4p i m s m 交互2 0 3 5 5p i m s s m 交互2 0 i g m pp o x y i n 广基于i g m p 的组播转发一 本章小结 2 0 2 1 n s 2 组播仿真2 2 n s 2 简介 n s 2 组播机制分析 2 2 2 2 4 2 1 组播的关键模块2 2 4 2 2 其它模块的组播扩展2 3 4 3n s 2 组播仿真环境 4 4 第五章 5 1 5 2 5 3 4 3 1 集中模式c e n t r a l i z e dm u l t i c a s t 2 6 4 3 2 密集模式d m 2 7 4 3 3 稀疏模式s t 和b s t 2 7 本章小结 2 7 i g m p v 3 基于n s 2 平台的实现2 8 i g m p e x t e n s i o n 实现方案 5 1 1i g m p v 3 消息结构的实现3 0 5 1 2i g m p v 3 路由器功能的实现3 0 5 1 3i g m p v 3 主机功能的实现3 1 i g m p - e x t e n s i o n 接口语法 i g m p e x t e n s i o n 功能测试 3 1 3 4 5 3 1 基本功能测试3 4 5 3 2 多个组播组的复杂测试3 6 5 4i g m p e x t e n s i o n 在仿真脚本中的应用 3 7 5 4 1 构建组播网络拓扑3 7 5 4 2 配置组播路由协议。3 8 5 4 3启动组播应用。3 8 5 4 4配置i g m p r o u t e r 和i g m p h o s t 3 8 5 5 第六章 6 1 6 2 5 4 5 其它辅助性的设置3 8 5 4 6 组播组管理仿真3 9 本章小结4 2 面向q o s 的多播组管理机制。4 3 问是匾z 1 3 解决方案一一4 3 6 2 1 实体功能4 3 6 2 2 面向q o s 的组管理流程。4 5 6 2 3 对i g m p v 3 协议的改动4 5 6 3仿真实现 6 3 1 l i n l 【m o n i t o r 模块4 6 6 3 2r p 多播流监测m f l o w m o n 模块4 7 6 3 3 面向q o s 的接纳策略4 9 6 4 对比实验：s t a n d a r di g m pv so o s o r i e n t e di g m p 6 5 第七章 4 9 6 4 1 仿真实验说明。4 9 6 4 2 实验现象5 0 6 4 3实验总结5 8 本章小结 5 8 总结与展望5 9 参考文献6 0 图表目录 图2 - 1i p v 6 组播地址构成4 图3 1i g m p v l 消息格式1 3 图3 2i g m p v 2 消息格式1 4 图3 3i g m p v 3 查询组成员消息格式1 5 图3 4i g m p v 3 报告消息格式1 6 图3 5i g m p 、，3 报告消息组记录字段格式1 6 图4 - 1n s 2 组播节点的组成。2 4 图4 2n s 2 节点组播路由的流程2 5 图4 3n s 2 节点添加m f c 的流程。2 5 图“n s 2 组播路由协议的实现2 6 图5 1i g m pe x t e n s i o n 在n s 2 社区网站的截图2 8 图5 2i g m p v 3 消息的c + + 实现类图2 9 图5 3i g m p v 3 路由器的c + + 实现类图3 0 图5 4i g m p v 3 主机的c + + 实现类图。3 1 图5 5i g m p 模块测试单个多播组拓扑图3 4 图5 6i g m p 模块测试多个多播组拓扑图3 6 图5 7i g m p 模块示例仿真拓扑3 7 图5 8i g m p 模块示例启动多播源。3 9 图5 9i g m p 模块示例加入组播组4 0 图5 1 0i g m p 模块示例增加源4 0 图5 1 1i g m p 模块示例减少源4 1 图5 1 2i g m p 模块示例转换过滤模式4 1 图5 1 3i g m p 模块示例退出多播组j 。4 2 图6 - 1 面向q o s 组管理方案的功能实体4 4 图6 2 面向q o s 组管理的流程4 5 图6 3 处理e x c l u d e 模式的思路4 6 图6 4n s 2 节点的内部结构4 6 图6 5 在节点中插入l i n km o n i t o r 模块4 7 图6 6i g m p 路由器与r p 交互的示意图4 7 图6 7 多播流监测的c + + 实现类图4 8 图6 8 接纳控制策略的c + + 实现类图4 8 图6 - 9 对比实验网络拓扑图。5 0 图6 1 0 对比实验启动多播源5 1 图6 1 1 对比实验加入多播组5 2 图6 1 2 对比实验请求多播流5 3 图6 1 3 对比实验减少多播流5 4 图6 1 4 对比实验增加多播流5 5 图6 1 5 对比实验再次增加过量多播流5 6 图6 1 6 对比实验退出多播组5 7 表3 - 1 表5 - 1 表5 2 表5 3 表5 4 表6 - 1 主机状态变化对应的组记录类型1 7 i g m pe x t e n s i o n 的t d 接口语法规则3 3 i g m pe x t e n s i o n 的特殊语句3 3 i g m p 模块单个多播组的测试用例3 5 i g m p 模块多个多播组的测试用例3 6 对比实验一参数说明4 9 面向o o s 的多播组管理机制 第一章引言 1 1研究背景与课题意义 互联网上的多媒体应用正在得到广泛部署，诸如口t v 、电视会议、远程教 学等业务将会造就一个新的增长点。作为承载此类点到多点业务最有效的网络传 输方式，组播只需在必要的分枝复制数据分组，最大限度地节省链路带宽，因而， 针对组播技术的研究烙对提升网络多媒体应用的服务质量起到关键作用。 为了将发送端的数据经过最短路径传送到属于同一组播组的所有接收终端， 需要构建起一棵组播转发树 ，这涉及到两方面的协议：一方面是组播路由 协议，用于在连接接收终端的组播路由器之间建立组播树；另一方面是组管理协 议，用于组播路由器搜集子网内组播成员关系。 经过多年的探索，组播路由协议从最早出现的距离向量组播路由d v m r p ， 组播开放最短路径优先协议m o s p f ，发展到协议无关组播路由p i m ，i e t f 还制 定了多协议边界网关协议m b g p ，边界网关组播协议b g m p ，组播源发现协议 m s d p 等域问组播路由协议。 管理组成员关系的协议随着实践功能不断演进，2 0 0 2 年发布的r f c3 3 7 6 针 对i p v 4 环境规范了i g m p v 3 ，它运行在路由器和所连子网内的终端之间，定义 了终端如何加入和退出一个组播组，以及组播路由器如何查询某个组播组的成员 关系。在保持与前两版的兼容基础上，i g m p v 3 最重要的特性是对“源过滤( s o u r c e f i l t e r i n g ) ”的支持，使得主机可以报告只愿意接收来自某些源的组播分组，或是 愿意接收来自除某些源以外其它所有源的组播分组。基于这些源的信息，组播路 由协议可以建立更高效的转发树，避免把某些源的组播分组发送到不需要的网 络。 在最早提出组播概念时，组播被定义为以i p v 4 的d 类地址作为目的地址的 分组将被传递到一组主机，这些主机的位置和数量没有任何限制，而且可以随时 加入或退出组播组，此外，一个组播组有任意多的源，任何终端( 或路由器) 都 可以向组播组发送数据，即便不是该组播组的成员。这一服务模型被称作任意源 组播a s m ( a n y s o u r c em u l t i c a s t ) 。在实际部署中，由于组成员关系的不可控， a s m 服务模型缺乏接纳控制并由此带来组播数据的安全问题。于是相继提出了 两种新的组播服务模型：特定源组播s s m ( s o u r c e s p e c i f i cm u l t i c a s 0 和源过滤组 播s f m ( s o u r c e f i l t e r e dm u l t i c a s t ) 。 i g m p v 3 对三种服务模型提供了完整的支持，在今后的组播应用中将起到关 键作用。i g m p 规范了口组播组成员信息在路由器与终端之间的交互过程，但 第1 页 第一章引言 没有考虑用户身份鉴别和q o s 保障等问题，因此这样的组管理方案实际上缺乏 有效管理的措施，从保证组播应用的服务质量出发，探讨面向q o s 的组播组管 理机制是一项有意义的工作。 1 2 研究成果与论文的结构安排 本文主要取得两项研究成果： 首先，本文在n s 2 平台使用c + + 语言扩展实现了i g m p e x t e n s i o n 模块，具备 了r f c3 3 7 6 所规范的绝大多数特性，包括i g m p 消息格式，i g m p 主机报告状 态变化以及响应三类问询的调度机制，i g m p 路由器支持源过滤( s o u r c ef i l t e r i n g ) 、 发送三类问询消息，维护i g m p 状态、处理i g m p 报文等功能，并对模块进行了 详细的功能测试。本文的第五章详细地介绍了i g m p e x t e n s i o n 的实现及其在仿 真中的运用。 本文第二项也是最重要的成果是提出了面向q o s 的组管理方案，采取i g m p 路由器和会聚点r p 协作的方法，运用流量监测的算法，实现具有q o s 保障的组 成员接纳机制，按照策略确保网络资源在用户之间得到合理分配。接下来，在 n s 2 平台实现了这一面向q o s 的组管理方案，通过与标准i g m p 协议的对比实验， 直观地说明了该方案可以有效地避免网络拥塞，进一步论证了方案的合理性与实 用价值。本文的第六章详细介绍了所提出的面向q o s 的组管理方案，包括基本 思路、功能实体、仿真实现、对比实验及其现象说明。 本文的工作为进一步开展组管理方面的深入研究奠定了基础，基于所提出的 框架，纳入对时延、抖动、突发性等q o s 指标的考虑，可以得到更细分的q o s 保障策略，增加用户服务约定s l a ，可以得到更有弹性地针对用户定制的保障 策略，这些将有助力于提供一个可管理的组播服务，推动组播技术的应用和部署。 本文的结构安排如下： 第二章口组播技术综述，概括性地介绍i p 组播技术，包括组播服务模型、 组播路由协议，组播应用。 第三章因特网组管理协议i g m p ，详细介绍了i g m p 协议的演进，i g m p v 3 的消息格式、协议操作过程，i g m p 与组播路由协议的交互以及i g m p 代理。 第四章n s 2 组播仿真，简要介绍n s 2 中进行组播仿真的原理。 第五章i g m p v 3 在n s 2 平台的实现，详细介绍i g m p 模块的实现方法以及验 证，并通过例子介绍在仿真脚本中配置和使用该模块。 第六章面向q o s 的多播组管理机制，详细说明面向o o s 的组管理方案，并 进行仿真论证。 第七章总结与展望 第2 页 面向q o s 的多播组管理机制 第二章i p 组播技术综述 口组播也称作多播技术，是指把数据分组传送到网络分布多个域、但加入 了同一组播组的所有终端。作为一种点到多点的传输方式，组播只需在必要的网 络节点处复制数据分组，尽可能节省链路带宽，因而组播传输方式非常适合于电 视会话、视频会议、远程教学等多媒体应用。 每一个组播组中，有多个发送端和多个接收端，终端都可以随时加入或离开 组播组，并且终端数量和其所处的物理位置都没有限制，一个终端也可以同时属 于几个组播组，终端无需先加入组播组就可以向该组播组发送数据包，因而，组 播成员具有动态性。 为了实现将组播分组经过最短路径、最少复制传送到所有接收终端，需要构 建起一棵组播转发树，这涉及到两方面的协议1 1 l ：一是组播路由协议，用于在连 接接收终端的组播路由器之间建立组播树；二是组管理协议，用于终端向组播路 由器通告加入或退出某个组播组。 2 1i p 组播技术基础 2 1 1 口v 4 组播地址 i p v 4 的地址类型分为5 种，其中a 、b 、c 类型为单播地址，d 类为组播地 址，e 类保留地址。d 类地址的最高4 位为1 1 1 0 ，其余2 8 位用于标识组播地址， 静。 地址范围从2 2 4 0 0 0 2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 5 。需要注意的是，与单播地址标识网络连 接不同，一个组播地址对应于一组终端，因而组播地址只能作为口分组的目的 地址，不能作为源地址，当然也不能出现在源选路和记录路由选项中。 i a n a 对组播地址的使用做出了一些规定，把组播地址划分为【2 】： 保留的局部链路地址2 2 4 0 0 1 2 2 4 0 0 2 5 5 ，保留作为局部网段上网络协议 传递信息使用，其中2 2 4 0 0 1 用于标识子网内所有支持组播的终端( 包括主机 和路由器) 组成的组播组ls y s t e m sg r o u p ) ，2 2 4 0 0 2 用于标识子网内所有的 路由器汹lr o u t e r sg r o u p ) 。 全局范围用户组播地址为2 2 4 0 1 0 2 3 8 2 5 5 2 5 5 2 5 5 ，用来在域间传送组播 数据。 受限范围组播地址为2 3 9 0 0 0 2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 5 ，被限制在一个本地组或者 组织范围内使用，类似于私有口单播地址，公司、大学或者其他组织可以使用 这类地址开展内部组播应用。 第3 页 第二章口组播技术综述 2 1 2i p v 6 组播地址 i p v 6 地址长度增加到1 2 8 b i t ，其组播地址格式如下。标志字段设置为o 表示 该组播地址是由i a n a 定义的一个永久分配的组播地址，设置为1 表示是一个临 时分配的组播地址。范围字段用来限定组播组的范围，1 表示节点本地，2 表示 链路本地，5 表示站点本地，8 表示机构本地，1 4 表示全球。组标识字段用于标 识组播组。 i 1 1 1 11 1 1 1 l4 b i t 标志i4 b i t 范围i 。1 1 2 b i t 组标识l 图2 1i p v 6 组播地址构成 相比i p v 4 ，i p v 6 的组播地址具有更大的地址空间，能更好地支持组播在全 球的应用，组播地址根据需求动态地分配给应用，并且范围字段划分组播域，控 制组播应用的传输范围，防止地址冲突。 2 2 组播转发结构 在单播转发中，从源节点到目的节点的路径是一条路径，但由于有多个目的 节点，组播转发是树型结构，在最靠近目的节点的地方分叉复制数据，这样可以 减少复制次数和节约网络带宽。组播转发通常采用的两种结构是源树和共享树 【2 】 o 源树是最简单的组播转发结构，它以组播源为根，形成分枝覆盖网络中所有 组播组成员的生成树。组播源到各个组成员的路径都是最短路径，相应地端到端 时延性能较好，适合实时媒体应用。不同组播源发出的分组经由各自的转发树传 输，基于源树的转发结构有利于网络流量的均衡，但由于要为每个源建立一棵源 树，当组播源较多时，组播路由器需要维护大量的路由表项，可扩展性不是很好。 与源树以发送端作为根不同，共享树指定网络中的某个节点作为共用的根， 称为会聚点r p ( r e n d e z v o u sp o i n t ) ，从会聚点构建起覆盖所有组播组成员的生 成树，所有组播源都把组播分组透过单播隧道发送到会聚点，再从会聚点经由转 发树传输到各个组成员。共享树有效地减少了路由器需要存储的状态数量，降低 了维护转发树的开销，但源和接收端之间的路径可能不是最优的，这会增加传送 延迟。对于组数量较多且通信量较大的情形，共享树的转发结构使得流量集中到 r p ，进而r p 的处理能力会影响组播通信的性能。目前广泛使用的p i m 协议采 用共享树的转发结构，也允许把某个组播组切换为源树。 2 3 i p 组播路由协议 组播路由协议分为域内组播路由协议和域间组播路由协议两大类。域内组播 第4 页 面向q o s 的多播组管理机制 路由协议包括距离向量组播路由d v m r p ( 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 ) 、 组播开放最短路径优先协议m o s p f ( m u l t i c a s to p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t ) 和协议 无关组播路由p i m ( p r o t o c 0 1 i n d e p e n d e n tm u l t i c a s t ) 等；域问组播路由协议包括 边界网关组播协议b g m p ( b o r d e rg a t e w a ym u l t i c a s tp r o t o c 0 1 ) 、组播源发现协议 m s d p ( m u l t i c a s ts o u r c ed i s c o v e r yp r o t o c 0 1 ) 和多协议边界网关协议m b g p ( m u l t i p r o t o c o lb o r d e rg a t e w a yp r o t o c 0 1 ) 。 根据网络中组播组成员的分布情况，口组播路由协议又可以分为以下两种 基本类型【1 1 【2 l 。 第一种类型假设组播组成员密集地分布在网络中，也就是说，网络大多数的 子网都至少包含一个组播组成员，而且网络带宽足够大，这种被称作“密集模式一 ( d e n s e m o d e ) 的组播路由协议依赖于广播技术来将数据“推向网络中所有的路 由器。密集模式路由协议包括d v m r p 、m o s p f 和密集模式协议无关组播路由 协议p i m d m 等。 第二种类型则假设组播组成员在网络中是稀疏分散的，并且网络不能提供足 够的传输带宽，在这种情况下，广播就会浪费许多不必要的网络带宽从而可能导 致网络拥塞。稀疏模式组播路由协议必须依赖于具有路由选择能力的路由器来建 立和维持组播树。稀疏模式路由协议主要有基于核心树的组播协议c b t 和稀疏 模式协议无关组播路由协议p i m s m 。 当组播组在网络中集中分布或者网络提供足够大带宽的情况下，密集模式组 播路由协议是一个有效的方法，当组播组成员在广泛区域内稀疏分布时，就需要 稀疏模式组播路由协议将组播流量控制在连接到组播组成员的链路路径上，而不 会“泄漏 到不相关的链路路径上，这样既保证了数据传输的安全，又能够有效 的控制网络中的总流量和路由器的负载。 2 3 1 距离向量组播路由协议d v m r p d v m r p 是最早支持组播功能的路由协议，运行在组播骨干网m b o n e 中。 d v m r p 为每个发送源和目的主机组构建不同的转发树。每棵转发树都是以一个 组播源作为根，以所有组播成员主机作为叶的最短路径树。这棵转发树为组播源 和组中每个组播接收者之间建立起最短路径，以“跳数为单位的最短路径就是 d v m r p 的度量。当一个组播源要向组播组发送消息时，一棵转发树就根据这个 请求而建立，并且使用广播和剪枝( b r o a d c a s t i n ga n dp r u n e ) 机制来维持这棵转发 树。 在子网中存在大量组播组成员的情况下，d v m r p 能够很好的运行，但由于 周期性地广播会带来严重的性能下降，d v m r p 不能很好支持大型网络中稀疏分 散的组播组。 第5 页 第二章i p 组播技术综述 2 3 2 组播开放最短路径优先协议m o s p f 开放最短路径优先o s p f 是一个单播链路状态路由协议，它将数据包在最小 开销路径上进行路由传送，这里的开销是表示链路状态的一种度量。o s p f 协议 通过交换链路状态信息使每个路由器都能够获得关于所在自治域的网络拓扑的 信息，然后通过最短路算法建立从自身到所有其他节点的最短路径并形成路由 表。 与d v m r p 一般包含着单播协议( r i p ) 类似，m o s p f 也依赖于o s p f 作为 单播路由协议。每台o s p f j ，m o s p f 路由器都维护着一个基于链路状态信息的 全网拓扑结构图，基于这些链路状态信息来构建组播分布树，采用i g m p 协议收 集组播组成员信息，并和其它路由器交换这些链路状态和组播成员信息。相应地， 路由器依据从临近路由器接收到的这些信息更新内部链路状态信息。这样，由于 每台路由器都清楚整个网络的拓扑结构，所以能够独立的计算出一棵最短路径 树。 m o s p f 适用于那些采用o s p f 作为单播路由协议的网络，以及那些组播组 比较少且网络连接状态比较稳定的环境。由于不存在d v m r p 协议中的路由控制 开销问题( 剪枝，嫁接等信息) ，m o s p f 链路利用率相对较高，但依赖于具体的 单播路由协议，不适应异构的广域网，并路由器计算负担较大，扩展性有限。 2 3 3 协议无关组播路由密集模式协议( p i m d m ) 协议无关组播路由p i m 是一种标准的域内组播路由协议，并能够在i n t e m e t 上提供可扩展的域间组播路由而不依赖于任何单播协议。p i m 有两种运行模式， 密集模式和稀疏模式。 类似于d v m r p ，p i m d m 也使用逆向路径转发机制来构建组播转发树，但 不同点在于p i m 完全不依赖于网络中的单播路由协议，并且更加简单。从某个 接口接收到组播分组后，路由器进行逆向路径转发检查，之后将其发送到所有下 行接口，直到不需要的分支被修剪掉。 d v m r p 在树构建阶段能够使用单播协议提供的拓扑数据有选择性的向下发送 数据包，而p i m d m 更看重简单性和独立性，虽然多复制的数据包会引起的额 外开销。 p i m d m 适用于发送者和接收者分布密集的网络，具有协议无关性，可以和 任何单播路由协议协同工作，可扩展性较好。 2 3 4 基于核心树的组播协议( c b t ) 和d v m r p 和m o s p f 为每个“发送源目的组对构建最短路径树不同的 是，c b t 协议只构建一个树给组中所有成员共享，这个树也就被称为共享树。 整个组播组的组播通信量都在这个共享树上进行收发而不论发送源有多少或者 第6 页 面向q o s 的多播组管理机制 在什么位置。这种共享树的使用能够极大的减少路由器中的组播状态信息。 c b t 共享树有一个核心路由器用来构建这个树，要加入的路由器发送加入 请求给这个核心路由器。核心路由器接收到加入请求后，沿反路径返回一个确认， 这样就构成了树的一个分枝。加入请求数据包在被确认之前不需要一直被传送到 核心路由器。如果加入请求包在到达核心