（计算机应用技术专业论文）ip+multicast在银行数字远程音视频监控系统中的应用.pdf

西北工业大学硕士学位论文 摘 要 近年来 计算机网络的发展有目 共睹 随着网络技术的发展 许多单一媒体 相继成为网络传输中的数据 各种媒体的融合使得网络多媒体运用层出不穷 其 中不少是高带宽的多媒体应用 在网络上实现的视频点播 v o d 可视电话 视频会议等音视频业务和一般 业务相比 有着数据量大 时延敏感性强 持续时间长等特点 因此采用最少时 间 最小空间来传输和解决音视频业务所要求的网络利用率高 传输速度快 实 时性强的问题 就要采用不同于传统单播 广 一 播机制的转发技术及q o s 服务保证 机制来实现 而i p 组播技术是解决这些问题的关键技术 本文结合山东省民生银行i p 组播远程数字音视频监控系统项目 阐述了i p 组播的基本原理 构架了基于 i p组播的应用 描述了组播环境下网络的流量控 制 以 及组播环境下 的网络管理 关键词 i p 组播 i g m p q o s i p 优先级 西北工业大学硕士学位论文 abs t r a c t i t i s a b v i o u s t o a l l t h a t t h e c o m p u t e r n e t w o r k h a v e g r e a t l y g r o w n i n t h e p a s t f e w y e a r s w i t h t h e d e v e l o p m e n t o f n e t w o r k t e c h n o l o g y a l o t o f s i n g l e m e d i a o n e a f t e r t h e o t h e r b e c o m e d a t a t r a n s m i t e d i n n e t w o r k t h e c o a l e s c e o f t h e s e m e d i a b r i n g m o r e a n d m o r e m u l t i m e d i a a p p l i c a t i o n e m e r g e i n i n t e r n e t a n d m o s t a r e b r o a d b a n d m u l t i m e d i a a p p l i c a t i o n c o m p a r e d w i t h g e n e r a l a p p l i c a t i o n t h e m u l t i m e d i a a p p l i c a t i o n s u c h a s v o d v i s i b l e t v v e d i o m e e t i n g e t c h a v e t h e c h a r a c t e r i a s t i c o f m a s s d a t a d e l a y s e n s i t i v i t y c o n t i n u a n c e t i m e l o n g s o u s i n g l e a s t t i m e l e a s t b a n d w i d t h t o t r a n s m i t d a t a o f v e d i o a n d a u d i o c a n r e s o l v e t h e p r o b l e m d e s c r i b e d a b o v e i p m u l t i c a s t i s t h e k e y t o r e s o l v e t h e s e p r o b l e m w h i c h d i f f e r e n t f r o m t r a d i t i o n m o n o c a s t b r o a d c a s t 工 p m u l t i c a s t u s i n g n e w f o r w a r d i n g t e c h n o l o g y a n d q o s s e r v i c e t o e n s u r e t r a n s m i s s i o n t h e t h e s i s b a s e d o n t h e p r o j e c t o f i p m u l t i c a s t r e m o t e v e d i o a n d a u d i o t r a n s m i s s i o n s y s t e m o f b a n k o f m i n s h e n g d e s c r i b e d t h e b a s e p r i n c i p l e o f i p m u l t i c a s t c o n s t r u c t a a p p l i c a t i o n b a s e o n i p m u l t i c a s t a n d d e s c r i b e d f l o w c o n t r o l o f n e t w o r k u n d e r i p m u l t i c a s t a n d n e t w o r k m a n a g e u n d e r 1 p m u l t i c a s t k e y w o r d i p m u l t i c a s t i g m p q o s i p p r e c e d e n c e 西北丁业大学硕十学位论文 第一章选题背景和课题来源 1 1前言 随着社会经济和科学技术的飞速发展 特别是计算机网络的发展 人们对安 全技术防范的要求也越来越高 为了打击各种各样的经济刑事犯罪 保护国家和 人民群众的生命财产安全 保证各行各业和社会各部门的正常运转 采用高科技 手段预防和制止各种犯罪将会成为安全防范领域的发展方向 二十世纪八十年代末到九十年代中期 随着各种新型安保观念的引入 社会 各部门 各行业及居民小区纷纷建立起了各自 独立的闭路电视监控系统或联网报 警系统 在银行 通讯 电力等国家重点部门 联网报警网络已基本形成 对预 防和制止犯罪 维护社会经济的稳定起到了重要作用 然而 传统的视频监控及报警联网系统受到当时技术发展水平的限制 电视 监控系统大多只能在现场进行模拟监视 联网报警网络虽然能进行较远距离的报 警信息传输 但是 传输的报警信息简单 不能传输图像 无法及时准确的了解 现场的实际情况 报警事件确认困难 系统效率很低 在银行等分布式管理的行业 计算机网络的应用是很成熟的 因此 银行的 远距离网络监控是行业管理的必要手段和可能手段 传统的远距离监控 图像传 输一般采用光纤或微波进行传输 这样容易受到地形等方面的限制 且造价极高 用户难以承受 因此 应用和推广上都有较大的障碍 计算机系统的应用 普及 网络通讯技术及图像压缩处理技术以及传输技术 的快速发展 使得安全技术防范行业能够采用最新的计算机 通讯和图像处理技 术 通过计算机网络传输数字图像 可为实现远程图像监控及联网报警系统提供 高效可行而且价格低廉的解决方案 对于银行等网络基础较好的部门 利用其现 有的网络环境与技术条件 充分发挥计算机网络的优势 建成高效可靠的远程视 频监控与联网报警系统 为企业的安全防范 高效管理提供更有力的技术保障 宽带技术与数字视频技术的发展 为远程监控提供了更加完美的解决方案 我们采用数字视频组播和监控模块相结合的数字化监控技术 为远程监控提供了 有力的手段和更广阔的空ra l 实现了基于 t c p t p的点对点 点对多点 多点对 西北丁业大学硕十学位论文 第一章选题背景和课题来源 1 1前言 随着社会经济和科学技术的飞速发展 特别是计算机网络的发展 人们对安 全技术防范的要求也越来越高 为了打击各种各样的经济刑事犯罪 保护国家和 人民群众的生命财产安全 保证各行各业和社会各部门的正常运转 采用高科技 手段预防和制止各种犯罪将会成为安全防范领域的发展方向 二十世纪八十年代末到九十年代中期 随着各种新型安保观念的引入 社会 各部门 各行业及居民小区纷纷建立起了各自 独立的闭路电视监控系统或联网报 警系统 在银行 通讯 电力等国家重点部门 联网报警网络已基本形成 对预 防和制止犯罪 维护社会经济的稳定起到了重要作用 然而 传统的视频监控及报警联网系统受到当时技术发展水平的限制 电视 监控系统大多只能在现场进行模拟监视 联网报警网络虽然能进行较远距离的报 警信息传输 但是 传输的报警信息简单 不能传输图像 无法及时准确的了解 现场的实际情况 报警事件确认困难 系统效率很低 在银行等分布式管理的行业 计算机网络的应用是很成熟的 因此 银行的 远距离网络监控是行业管理的必要手段和可能手段 传统的远距离监控 图像传 输一般采用光纤或微波进行传输 这样容易受到地形等方面的限制 且造价极高 用户难以承受 因此 应用和推广上都有较大的障碍 计算机系统的应用 普及 网络通讯技术及图像压缩处理技术以及传输技术 的快速发展 使得安全技术防范行业能够采用最新的计算机 通讯和图像处理技 术 通过计算机网络传输数字图像 可为实现远程图像监控及联网报警系统提供 高效可行而且价格低廉的解决方案 对于银行等网络基础较好的部门 利用其现 有的网络环境与技术条件 充分发挥计算机网络的优势 建成高效可靠的远程视 频监控与联网报警系统 为企业的安全防范 高效管理提供更有力的技术保障 宽带技术与数字视频技术的发展 为远程监控提供了更加完美的解决方案 我们采用数字视频组播和监控模块相结合的数字化监控技术 为远程监控提供了 有力的手段和更广阔的空ra l 实现了基于 t c p t p的点对点 点对多点 多点对 西 北工业大学硕士 学位论文 多点的远程实时组播和监控等功能 1 2选题背景 i 项目 背景 随着社会经济的发展 金融行业的门柜业务早己 远远不能满足人们对金融服 务多样化的要求 各家银行针对储户的需求纷纷推出了具有自身特点的金融服 务 这些金融服务有的功能多 有的个性极强 其中比较有名的有招商银行的 一 卡通 汽车自 助银行 等等 这些金融服务满足了人们对金融服务便捷性 个 性化的需求 m i n 工 b a n k 银亭 正是未来公司针对金融服务需求多样化的时候推出的 一 种面向金融行业的自 助产品 它丰富了 金融行业提供多样化服务的手段 作为一种无人值守自 助产品 银亭的优势十分明显 其整体大小仅相当于一 两间报刊亭的大小 因为是无人值守 其运营成本非常低 它可以部署在闹市区 可以部署在学校的校园中 还可以部署在居民生活小区 它的最大特点是物理位 置不受有无门面房的限制 在条件许可下可以像报刊亭一样摆放 通过和银联公 司互联 各家银行有银联标志的银行卡都可以在银亭中使用 在目 前各家银行纷 纷减员增效 撤并网点的时候 它却可以 满足人们要求金融服务延伸到家门口的 需求 2 银亭对安保系统和网络的要求 银亭作为一种个性十足的产品 在它体现出巨大优势的同时 它对安保和网 络也提出了许多要求 首先 作为特殊的金融服务工具在物理 l 要能够防盗 防抢 防砸 防水等 等 这就需要在银亭中安装 部署视频监视器 音频监视器等安保装置 其次 银亭对网络的要求也更高 网络不仅要用来传输交易信息 而且还要 承担传输视频信号和音频信号的任务 由此对网络的带宽和网络带宽的分配也提 出了要求 i 吞吐 t h r o u g h t p u t 的要求 2 可靠性的要求 3 网络延时要求 对网络延时 抖动要求较高 西 北工业大学硕士 学位论文 多点的远程实时组播和监控等功能 1 2选题背景 i 项目 背景 随着社会经济的发展 金融行业的门柜业务早己 远远不能满足人们对金融服 务多样化的要求 各家银行针对储户的需求纷纷推出了具有自身特点的金融服 务 这些金融服务有的功能多 有的个性极强 其中比较有名的有招商银行的 一 卡通 汽车自 助银行 等等 这些金融服务满足了人们对金融服务便捷性 个 性化的需求 m i n 工 b a n k 银亭 正是未来公司针对金融服务需求多样化的时候推出的 一 种面向金融行业的自 助产品 它丰富了 金融行业提供多样化服务的手段 作为一种无人值守自 助产品 银亭的优势十分明显 其整体大小仅相当于一 两间报刊亭的大小 因为是无人值守 其运营成本非常低 它可以部署在闹市区 可以部署在学校的校园中 还可以部署在居民生活小区 它的最大特点是物理位 置不受有无门面房的限制 在条件许可下可以像报刊亭一样摆放 通过和银联公 司互联 各家银行有银联标志的银行卡都可以在银亭中使用 在目 前各家银行纷 纷减员增效 撤并网点的时候 它却可以 满足人们要求金融服务延伸到家门口的 需求 2 银亭对安保系统和网络的要求 银亭作为一种个性十足的产品 在它体现出巨大优势的同时 它对安保和网 络也提出了许多要求 首先 作为特殊的金融服务工具在物理 l 要能够防盗 防抢 防砸 防水等 等 这就需要在银亭中安装 部署视频监视器 音频监视器等安保装置 其次 银亭对网络的要求也更高 网络不仅要用来传输交易信息 而且还要 承担传输视频信号和音频信号的任务 由此对网络的带宽和网络带宽的分配也提 出了要求 i 吞吐 t h r o u g h t p u t 的要求 2 可靠性的要求 3 网络延时要求 对网络延时 抖动要求较高 两北s业大学硕士学位论文 再有 由 于民生银行采取的分级管理模式 银亭的安保信息和数据信息需要 分别存放到多个地点 作为备份和多点实时监控 1 3课题来源 本项目由民生银行提出 民生银行要求未来公司提供一套完整的安保方案和 安保系统 同时要求此系统完成以后对民生银行现有的网络体系不用做大的改 动 并且安保系统的运行不会影响业务系统的运行 同时还要求新的安保系统具 有非常好的扩展性 稳定性 可靠性和先进性 1 4国内外组播发展现状 1 国内现状 当前 随着经济发展水平的提高和技术的成熟 宽带接入及通讯已经成为电 信领域最有潜力的 广阔市场 据预测到2 0 0 4 年全球i n t e r n e t 用户将突破1 0 亿 其中约有4 7 亿用户将通过宽带接入方式 在 两会 的工作报告中首次提到 重点支持建设高速宽带信息业务 2 0 0 2 年中国电 信的目 标用户是全年发展1 8 0 万宽带用户 其中a d s l 用户3 0 万 以 太 网接入用户 1 5 0 万 背靠上市的长城宽带网络服务公司2 0 0 2 年要在全国建成完 工宽带社区用户3 0 0 万 预计投资2 5 亿元人民币 还有联通 网通 吉通 铁 通等各家公司也在铺设宽带网络 随着 工 n t e r n e t 和宽带网络技术的日 益发展 传统的以文字和图片为主的内 容服务己不能满足用户的需求 具有视频和音频的多媒体内容服务即将成为主 流 这是互联网技术发展的必然趋势 近两年来一种崭新的全数字化网络视频监 控系统正在得到广泛应用 2 国内 外厂商发展现状 当前已经有大量通信设备制造商的设备支持组播路由协议 如c i s c 系统公 司的所有交换设备 3 c o m 公司的交换机 e n t e r a s y s 公司的交换式路由器 神州 数码网络的路由 交换机 华为公司的q u i d w a y 系列路由 交换机 中兴公司z x r 1 0 核心路由器 迈普通信的路由交换机和网捷网络的第二层交换机等 如果需要在 网络上实现组播功能 可以选用上述厂家的产品 两北s业大学硕士学位论文 再有 由 于民生银行采取的分级管理模式 银亭的安保信息和数据信息需要 分别存放到多个地点 作为备份和多点实时监控 1 3课题来源 本项目由民生银行提出 民生银行要求未来公司提供一套完整的安保方案和 安保系统 同时要求此系统完成以后对民生银行现有的网络体系不用做大的改 动 并且安保系统的运行不会影响业务系统的运行 同时还要求新的安保系统具 有非常好的扩展性 稳定性 可靠性和先进性 1 4国内外组播发展现状 1 国内现状 当前 随着经济发展水平的提高和技术的成熟 宽带接入及通讯已经成为电 信领域最有潜力的 广阔市场 据预测到2 0 0 4 年全球i n t e r n e t 用户将突破1 0 亿 其中约有4 7 亿用户将通过宽带接入方式 在 两会 的工作报告中首次提到 重点支持建设高速宽带信息业务 2 0 0 2 年中国电 信的目 标用户是全年发展1 8 0 万宽带用户 其中a d s l 用户3 0 万 以 太 网接入用户 1 5 0 万 背靠上市的长城宽带网络服务公司2 0 0 2 年要在全国建成完 工宽带社区用户3 0 0 万 预计投资2 5 亿元人民币 还有联通 网通 吉通 铁 通等各家公司也在铺设宽带网络 随着 工 n t e r n e t 和宽带网络技术的日 益发展 传统的以文字和图片为主的内 容服务己不能满足用户的需求 具有视频和音频的多媒体内容服务即将成为主 流 这是互联网技术发展的必然趋势 近两年来一种崭新的全数字化网络视频监 控系统正在得到广泛应用 2 国内 外厂商发展现状 当前已经有大量通信设备制造商的设备支持组播路由协议 如c i s c 系统公 司的所有交换设备 3 c o m 公司的交换机 e n t e r a s y s 公司的交换式路由器 神州 数码网络的路由 交换机 华为公司的q u i d w a y 系列路由 交换机 中兴公司z x r 1 0 核心路由器 迈普通信的路由交换机和网捷网络的第二层交换机等 如果需要在 网络上实现组播功能 可以选用上述厂家的产品 两北s业大学硕士学位论文 再有 由 于民生银行采取的分级管理模式 银亭的安保信息和数据信息需要 分别存放到多个地点 作为备份和多点实时监控 1 3课题来源 本项目由民生银行提出 民生银行要求未来公司提供一套完整的安保方案和 安保系统 同时要求此系统完成以后对民生银行现有的网络体系不用做大的改 动 并且安保系统的运行不会影响业务系统的运行 同时还要求新的安保系统具 有非常好的扩展性 稳定性 可靠性和先进性 1 4国内外组播发展现状 1 国内现状 当前 随着经济发展水平的提高和技术的成熟 宽带接入及通讯已经成为电 信领域最有潜力的 广阔市场 据预测到2 0 0 4 年全球i n t e r n e t 用户将突破1 0 亿 其中约有4 7 亿用户将通过宽带接入方式 在 两会 的工作报告中首次提到 重点支持建设高速宽带信息业务 2 0 0 2 年中国电 信的目 标用户是全年发展1 8 0 万宽带用户 其中a d s l 用户3 0 万 以 太 网接入用户 1 5 0 万 背靠上市的长城宽带网络服务公司2 0 0 2 年要在全国建成完 工宽带社区用户3 0 0 万 预计投资2 5 亿元人民币 还有联通 网通 吉通 铁 通等各家公司也在铺设宽带网络 随着 工 n t e r n e t 和宽带网络技术的日 益发展 传统的以文字和图片为主的内 容服务己不能满足用户的需求 具有视频和音频的多媒体内容服务即将成为主 流 这是互联网技术发展的必然趋势 近两年来一种崭新的全数字化网络视频监 控系统正在得到广泛应用 2 国内 外厂商发展现状 当前已经有大量通信设备制造商的设备支持组播路由协议 如c i s c 系统公 司的所有交换设备 3 c o m 公司的交换机 e n t e r a s y s 公司的交换式路由器 神州 数码网络的路由 交换机 华为公司的q u i d w a y 系列路由 交换机 中兴公司z x r 1 0 核心路由器 迈普通信的路由交换机和网捷网络的第二层交换机等 如果需要在 网络上实现组播功能 可以选用上述厂家的产品 西北工业大学硕士学位论文 例如 c i s c 系统公司的c a t a l y s t 2 9 4 8 g l 3 第三层交换机的所有端口支持 线速1 p 组播 随着组播应用 例如m i c r o s o f t n e t s h o w 和n e t m e e t i n g 被更加 广泛的实施 端到端组播支持变得越来越重要 其中组播路由协议是统一的端到 端组播解决方案的有机组成部分 c a t a l y s t 2 9 4 8 g l 3 支持p i m 疏松和密集模式 以及与d v m r p 传统应用程序间的互操作性 c a t a l y s t 2 9 4 8 0l 3 提供对 工 g m p v 1 2 支持 为集成 i p 组播和 c a t a l y s t 核心交换机 提供 c g m p 服务器功能 这些协 议对 i p 组播客户机以及有效的处理必不可少 节约了带宽和客户端的c p u 资源 由于组播技术 i p m u l t i c a s t 技术 在视频传输方面良 好的表现和广阔的应用 前景 许多服务提供商先行一步 获利不菲 意大利的f a s t w e b 香港的香港宽 带 h k b n 瑞典的b r e d b a n d s b o l a g e t b 2 就是其中的佼佼者 一般运营商提 供电话会议 电视和视频点播服务 向商业用户提供视频会议和其他视频流服务 西北t业大学硕士学位论文 第二章i p 组播技术 2 1 i p 组播技术简介 2 1 1 i p 组播的发展史 2 0 世纪8 0 年代中期 斯坦福大学的博士生s e d e e r i n g 发表h o s t g r o u p a m u l t i c a s t e x t e n s i o n t o t h e i n t e r n e t p r o t o c o l 和h o s t e x t e n s i o n s f o r i p m u l t i c a s t i n g r f c 0 9 8 8 两篇论文 r f c 0 9 6 6 他总结出 o s p f的 链路状态机制完全能被扩展用来支持组播 r i p 的基本机制能被用来作为一 种新的距离向量的组播路由协议的基础 这些论断提出了t p 组播的可能性 1 9 8 8 年 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 发表题为 距离向 量组播路由 协议 的文章 r f c 1 0 7 5 它是组播路由 协议的首次实践 1 9 9 1 年 1 2 月 s e d e e r i n g 发表了 他的博士论文 数据报互连网络中的 组播路由 r f c 1 1 1 2 它奠定了组播网络体系结构和路由协议的基础 该文也 成为i n t e r n e t 组管理协议 i g m p 的原型 1 9 9 4 年 3 月 形成了对o s p f 协议的扩展协议m o s p f r f c 1 5 8 4 1 9 9 6年 1 1月 出现了对于基于 u n i 3 0 3 1的 a t m组播网络支持协议 r f c 2 0 2 2 1 9 9 7 年9 月 有核树 c b t v 2 组播路由体系结构形成 r f c 2 1 8 9 1 9 9 7 年 1 1 月 组管理协议 i g m p v 2 得到 i e t f 的批准 成为标准 r f c 2 3 3 6 1 9 9 8 年 6 月 评估可靠组播传输协议r m t p 的i e t f 标准出台 r f c 2 3 5 7 1 9 9 8 年7 月 在制定工 p v 6 地址体系标准时 确定工 p v 6 组播地址分配方案 r f c 2 3 7 3 这为组播技术在下一代工 n t e r n e t 上的应用做出了必要的准备 1 9 9 9 年 1 0月 c i s c o a t 预留 组播地址为2 2 4 0 1 0 2 3 8 2 5 5 2 5 5 2 5 5 可用 于全球 范 围 如 工 n t e r n e t 或 网络协 议 管理 权 限组 播地 址 为 2 3 9 0 0 0 2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 5 可供组织内部使用 类似于私有1 p 地址 不能用 于i n t e r n e t 可限 制组播范围 使用同一个 工 p 组播地址接收组播数据包的所有主机构成了一个主机组 也 称为组播组 一个组播组的成员是随时变动的 一台主机可以随时加入或离开组 播组 组播组成员的数目和所在的地理位置也不受限制 一台主机也可以属于 几 个组播组 此外 不属于某一个组播组的主机也可以向该组播组发送数据包 2 2 2组播分布树 为了向所有接收主机传送组播数据 用组播分布树来描述 i p 组播在网络中 传输的路径 组播分布树有两个基本类型 有源树和共享树 有源树是以组播源作为有源树的根 有源树的分支形成通过网络到达接收主 机的分布树 因为有源树以最短的路径贯穿网络 所以也常称为最短路径树 s p t a 共享树以组播网中某些可选择的组播路由器中的一个作为共享树的公共根 这个根被称为汇合点 r p 共享树又可分为单向共享树和双向共享树 单向共 享树指组播数据流必须经过共享树从根发送到组播接收机 双向共享树指组播数 据流可以不经过共享树 2 2 3逆向 路径转发 逆向路径转发 r p f 是组播路由协议中组播数据转发过程的基础 其工作 机制是当组播信息通过有源树时 组播路由 器检查到达的组播数据包的组播源地 址 以确定该组播数据包所经过的接口 是否在有源的分支上 如果在 则r p f 检 查成功 组播数据包被转发 如果r p f 检查失败 则丢弃该组播数据包 西北工业大学硕士学位论文 2 2 4 i n t e r n e t 组播主干 m b o n e 网络 i n t e r n e t 组播主干 m 3 0 n e 网络是由一系列相互连接的子网主机和相互连 接支持 i p 组播的路由器组成 它可以看成是一个架构在 i n t e r n e t 物理网络上层 的虚拟网 在该虚拟网中 组播源发出的组播信息流可直接在支持 i p组播的路 由器组之间传输 而在组播路由器组和非组播路由器组之间要通过点对点隧道技 术进行传输 2 3 i p 组播路由 及其协议 2 3 1工 p 组播路由的 基本类型 组播路由的一种常见的思路就是在组播组成员之间构造 一 棵扩展分布树 在 一个特定的 发送源 目的组 对上的 i p 组播流量都是通过这个扩展树从发送 源传输到接受者的 这个扩展树连接了该组播组中所有主机 不同的 i p 组播路 由协议使用不同的技术来构造这些组播扩展树 一旦这个树构造完成 所有的组 播流量都将通过它来传播 根据网络中组播组成员的分布 总的说 来 i p 组播路由协议可以分为以下两 种基本类型 第一种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 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 协议包括距离向量组播路由协议 d v m r p d i s t a n c e v e c t o r m u l t i c a s t r o u t i n g p r o t o c o l 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 t o p e n s h o r t e s t p a t h f i r s t 和密集模式独立组播协议 p 工 m d m p r o t o c o l i n d e p e n d e n t m u l t i c a s t d e n s e m o d e 等 组播路由的第二种类型则假设组播组成员在网络中是稀疏分散的 并巨网络 不能提供足够的传输带宽 比如工 n t e r n e t 上通过i s d n 线路连接分散在许多不同 地区的大量用户 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 导致严重的网络性能问题 于是稀疏模式组播路由 协议必须依赖于具有路由选择 能力的技术来建立和维持组播树 稀疏模式主要有基于核心树的组播协议 c b t 西北工业大学硕士学位论文 2 2 4 i n t e r n e t 组播主干 m b o n e 网络 i n t e r n e t 组播主干 m 3 0 n e 网络是由一系列相互连接的子网主机和相互连 接支持 i p 组播的路由器组成 它可以看成是一个架构在 i n t e r n e t 物理网络上层 的虚拟网 在该虚拟网中 组播源发出的组播信息流可直接在支持 i p组播的路 由器组之间传输 而在组播路由器组和非组播路由器组之间要通过点对点隧道技 术进行传输 2 3 i p 组播路由 及其协议 2 3 1工 p 组播路由的 基本类型 组播路由的一种常见的思路就是在组播组成员之间构造 一 棵扩展分布树 在 一个特定的 发送源 目的组 对上的 i p 组播流量都是通过这个扩展树从发送 源传输到接受者的 这个扩展树连接了该组播组中所有主机 不同的 i p 组播路 由协议使用不同的技术来构造这些组播扩展树 一旦这个树构造完成 所有的组 播流量都将通过它来传播 根据网络中组播组成员的分布 总的说 来 i p 组播路由协议可以分为以下两 种基本类型 第一种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 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 协议包括距离向量组播路由协议 d v m r p d i s t a n c e v e c t o r m u l t i c a s t r o u t i n g p r o t o c o l 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 t o p e n s h o r t e s t p a t h f i r s t 和密集模式独立组播协议 p 工 m d m p r o t o c o l i n d e p e n d e n t m u l t i c a s t d e n s e m o d e 等 组播路由的第二种类型则假设组播组成员在网络中是稀疏分散的 并巨网络 不能提供足够的传输带宽 比如工 n t e r n e t 上通过i s d n 线路连接分散在许多不同 地区的大量用户 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 导致严重的网络性能问题 于是稀疏模式组播路由 协议必须依赖于具有路由选择 能力的技术来建立和维持组播树 稀疏模式主要有基于核心树的组播协议 c b t 西北工业大学硕十学位论文 c o r e b a s e d t r e e m u l t i c a s t s p a r s e 和稀疏 模式独立协议组播 尸 1 m s m p r o t o c o l 一 丁 n d e p e n d e n t m o d e 2 3 2密集模式协议 距离向量组播路由协议 d v m r p 第一个支持组播功能的路由协议就是距 离向 量组播路由 协议 它已 经被广泛地应用在组播骨干网m b o n e 上 d v m r p 为每个发送源和目的主机组构建不同的分布树 每个分布树都是一个 以组播发送源作为根 以组播接受目的主机作为叶的最小扩展分布树 这个分布 树为发送源和组中每个组播接受者之间提供了一个最短路径 这个以 跳数 为单 位的最短路径就是d v m r p 的量度 当一个发送源要向组播组中发送消息时 一个 扩展分布树就根据这个请求而建立 并且使用 广播和修剪 的技术来维持这个扩 展分布树 扩展分布树构建过程中的选择性发送组播包的具体运作是 当一个路由器接 收到一个组播包 它先检查它的单播路由 表来查找到组播组发送源的最短路径的 接口 如果这个接口就是这个组播包到达的接口 那么路由器就将这个组播组信 息记 录到它的内部路由表 指明该组数据包应该发送的接口 并且将这个组播 包向除了接受到该数据包的路由器以外的其他临近路由器继续发送 如果这个组 播包的到达接口不是该路由器到发送源的最短路径的接口 那么这个包就被丢 弃 这 种 机 制 被 称 为 反向 路 径 广 播 r e v e r s e p a t h b r o a d c a s t i n g 机 制 保 证了构建的树中不会出现环 而且从发送源到所有接受者都是最短路径 对子网中密集分布的组播组来说d v m r p 能够很好的运作 但是对于在范围比 较大的区域上分散分布的组播组来说 周期性的广播行为会导致严重的性能问 题 d v m r p 不能支持大型网络中稀疏分散的组播组 2 3 3 组播开放最短路径优先 m o s p f 开放最短路径优先 o s p f 是一个单播路由协议 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量度 除了路径中的跳数 以外 其他能够影响路径开销的网络性能参数还有负载平衡信息 应用程序需要 的q o s 等 西北工业大学硕十学位论文 c o r e b a s e d t r e e m u l t i c a s t s p a r s e 和稀疏 模式独立协议组播 尸 1 m s m p r o t o c o l 一 丁 n d e p e n d e n t m o d e 2 3 2密集模式协议 距离向量组播路由协议 d v m r p 第一个支持组播功能的路由协议就是距 离向 量组播路由 协议 它已 经被广泛地应用在组播骨干网m b o n e 上 d v m r p 为每个发送源和目的主机组构建不同的分布树 每个分布树都是一个 以组播发送源作为根 以组播接受目的主机作为叶的最小扩展分布树 这个分布 树为发送源和组中每个组播接受者之间提供了一个最短路径 这个以 跳数 为单 位的最短路径就是d v m r p 的量度 当一个发送源要向组播组中发送消息时 一个 扩展分布树就根据这个请求而建立 并且使用 广播和修剪 的技术来维持这个扩 展分布树 扩展分布树构建过程中的选择性发送组播包的具体运作是 当一个路由器接 收到一个组播包 它先检查它的单播路由 表来查找到组播组发送源的最短路径的 接口 如果这个接口就是这个组播包到达的接口 那么路由器就将这个组播组信 息记 录到它的内部路由表 指明该组数据包应该发送的接口 并且将这个组播 包向除了接受到该数据包的路由器以外的其他临近路由器继续发送 如果这个组 播包的到达接口不是该路由器到发送源的最短路径的接口 那么这个包就被丢 弃 这 种 机 制 被 称 为 反向 路 径 广 播 r e v e r s e p a t h b r o a d c a s t i n g 机 制 保 证了构建的树中不会出现环 而且从发送源到所有接受者都是最短路径 对子网中密集分布的组播组来说d v m r p 能够很好的运作 但是对于在范围比 较大的区域上分散分布的组播组来说 周期性的广播行为会导致严重的性能问 题 d v m r p 不能支持大型网络中稀疏分散的组播组 2 3 3 组播开放最短路径优先 m o s p f 开放最短路径优先 o s p f 是一个单播路由协议 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量度 除了路径中的跳数 以外 其他能够影响路径开销的网络性能参数还有负载平衡信息 应用程序需要 的q o s 等 西北工业大学硕十学位论文 c o r e b a s e d t r e e m u l t i c a s t s p a r s e 和稀疏 模式独立协议组播 尸 1 m s m p r o t o c o l 一 丁 n d e p e n d e n t m o d e 2 3 2密集模式协议 距离向量组播路由协议 d v m r p 第一个支持组播功能的路由协议就是距 离向 量组播路由 协议 它已 经被广泛地应用在组播骨干网m b o n e 上 d v m r p 为每个发送源和目的主机组构建不同的分布树 每个分布树都是一个 以组播发送源作为根 以组播接受目的主机作为叶的最小扩展分布树 这个分布 树为发送源和组中每个组播接受者之间提供了一个最短路径 这个以 跳数 为单 位的最短路径就是d v m r p 的量度 当一个发送源要向组播组中发送消息时 一个 扩展分布树就根据这个请求而建立 并且使用 广播和修剪 的技术来维持这个扩 展分布树 扩展分布树构建过程中的选择性发送组播包的具体运作是 当一个路由器接 收到一个组播包 它先检查它的单播路由 表来查找到组播组发送源的最短路径的 接口 如果这个接口就是这个组播包到达的接口 那么路由器就将这个组播组信 息记 录到它的内部路由表 指明该组数据包应该发送的接口 并且将这个组播 包向除了接受到该数据包的路由器以外的其他临近路由器继续发送 如果这个组 播包的到达接口不是该路由器到发送源的最短路径的接口 那么这个包就被丢 弃 这 种 机 制 被 称 为 反向 路 径 广 播 r e v e r s e p a t h b r o a d c a s t i n g 机 制 保 证了构建的树中不会出现环 而且从发送源到所有接受者都是最短路径 对子网中密集分布的组播组来说d v m r p 能够很好的运作 但是对于在范围比 较大的区域上分散分布的组播组来说 周期性的广播行为会导致严重的性能问 题 d v m r p 不能支持大型网络中稀疏分散的组播组 2 3 3 组播开放最短路径优先 m o s p f 开放最短路径优先 o s p f 是一个单播路由协议 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量度 除了路径中的跳数 以外 其他能够影响路径开销的网络性能参数还有负载平衡信息 应用程序需要 的q o s 等 西北工业大学硕士学位论文 m o s p f 是为单播路由组播使用设计的 m o s p f 依赖于o s p f 作为组播路由 协议 就象d v m r p 也包含它自己的单播协议一样 在一个o s p f m o s p f网络中每个路山 器都维持一个最新的全网络拓扑结构图 这个 链路状态 信息被用来构建组播分 布树 每个m o s p f 路由 器都通过工 g m p 协议周期性的收集组播组成员关系信息 这 些信息和这些链路状态信息被发送到其路由域中的所有其他路由 器 路由器将根 据它们从临近路由器接收到的这些信息更新他们的内部连接状态信息 山于每个 路由器都清楚整个网络的拓扑结构 就能够独立的计算出一个最小开销扩展树 将组播发送源和组播组成员分别作为树的根和叶 这个树就是用来将组播流从发 送源发送到组播组成员的路径 2 3 4独立组播密集模式协议 p i m d m 独立组播协议 p i m 是一种标准的组播路由 协议 并能够在 工 n t e r n 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 有两种运行模式一 种 是密集分布组播组模式 另一个是稀疏分布组播组模式 前者被称为独立组播密 集模式协议 p i m d m 后者被称为独立组播稀疏模式协议 p 工 m s m p i m d m 有点类似于 v m r p 这两个协议都使用了 反向 路径组播机制来构建分 布树 它们之间的主要不同在于 p i m完全不依赖于网络中的单播路山协议而 d v m r p 依赖于某个相关的单播路由协议机制 并且p i m d m比d v m r p 简单 p i m d m协议和所有的密集模式路由协议一样也是数据驱动的 但是既然 p i m d m不依赖于任何单播路由 协议 路由器某个接收端口 就是返回到源的最 短路径的端口 接收到的组播数据包被发送到所有下行接口 直到不需要的分枝从 树中被修剪掉 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f 行发送数据包 p i m d m则更加倾向于简单性和独立性 甚至不惜增加数 据包复制引起的额外开销 2 3 5稀疏模式组播路由协议 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 西北工业大学硕士学位论文 m o s p f 是为单播路由组播使用设计的 m o s p f 依赖于o s p f 作为组播路由 协议 就象d v m r p 也包含它自己的单播协议一样 在一个o s p f m o s p f网络中每个路山 器都维持一个最新的全网络拓扑结构图 这个 链路状态 信息被用来构建组播分 布树 每个m o s p f 路由 器都通过工 g m p 协议周期性的收集组播组成员关系信息 这 些信息和这些链路状态信息被发送到其路由域中的所有其他路由 器 路由器将根 据它们从临近路由器接收到的这些信息更新他们的内部连接状态信息 山于每个 路由器都清楚整个网络的拓扑结构 就能够独立的计算出一个最小开销扩展树 将组播发送源和组播组成员分别作为树的根和叶 这个树就是用来将组播流从发 送源发送到组播组成员的路径 2 3 4独立组播密集模式协议 p i m d m 独立组播协议 p i m 是一种标准的组播路由 协议 并能够在 工 n t e r n 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 有两种运行模式一 种 是密集分布组播组模式 另一个是稀疏分布组播组模式 前者被称为独立组播密 集模式协议 p i m d m 后者被称为独立组播稀疏模式协议 p 工 m s m p i m d m 有点类似于 v m r p 这两个协议都使用了 反向 路径组播机制来构建分 布树 它们之间的主要不同在于 p i m完全不依赖于网络中的单播路山协议而 d v m r p 依赖于某个相关的单播路由协议机制 并且p i m d m比d v m r p 简单 p i m d m协议和所有的密集模式路由协议一样也是数据驱动的 但是既然 p i m d m不依赖于任何单播路由 协议 路由器某个接收端口 就是返回到源的最 短路径的端口 接收到的组播数据包被发送到所有下行接口 直到不需要的分枝从 树中被修剪掉 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f 行发送数据包 p i m d m则更加倾向于简单性和独立性 甚至不惜增加数 据包复制引起的额外开销 2 3 5稀疏模式组播路由协议 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 西北工业大学硕士学位论文 m o s p f 是为单播路由组播使用设计的 m o s p f 依