TCPIP协议原理Chapter 14 IP组播.ppt

第14章IP组播 主讲人 单播 广播与组播 单播 组播 广播 实现点对多点通信的两种途径 1 多个单播 发送者对每个接收者都采用一条单播传输 共有90个主机接收视频节目 R1 R3 R4 R2 视频服务器M 实现点对多点通信的两种途径 2 组播发送主机仅发送一个包 一旦该包需要转发 路由器才进行复制 组播组成员共有90个 R1 R3 R4 R2 视频服务器M 发送1次组播 复制 IPMulticast HowDoesitWork Thesender source sendsonecopyofasinglepacketaddressedtoagroupofreceivers multicastgroupMulticastroutersreplicateandforwardthepackettoallthebrancheswherereceivers may existReceiversexpress 表达了 theirinterestinmulticasttrafficbysendingcontrolmessagestorouters WhyMulticast moreandmoremultimediacommunicationapplicationandservicehaveemergedinInternetthatalltherecipientswantthesametypeofdataEx DigitalTV DigitalRadio VideoConferenceConsumemuchmorebandwidththanusualapplicationRequirehighQoSsupportBelongtoone to manycommunicationstyle EnhancedEfficiencyOptimizedPerformanceDistributedApplications MulticastAdvantages 组播应用 一对多定时的媒体播放 推送 服务 股票价格 天气预报 多对多网络游戏 视频会议有反馈的多对一资源发现 数据收集 IPMulticastApplications 组播通信的几个问题 如何标识组播通信的接收方 如何确定和维护组成员关系 如何为发送给这些接收者的数据报寻址 IP组播编址机制 组成员关系协议 组播路由协议 组播体系结构 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224 0 0 0 239 255 255 255 D类IP地址又进行了划分 组播组和组播地址 从224 0 0 0至224 0 0 255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 224 0 0 1 网段上所有支持组播的主机224 0 0 2 网段上所有支持组播的路由器224 0 0 4 所有DVMRP路由器224 0 0 5 所有OSPF路由器224 0 0 6 指定的OSPF路由器224 0 0 9 所有RIP2路由器224 0 0 10 所有IGRP路由器224 0 0 13 所有PIM路由器 D类IP地址与以太网多播地址的映射关系 00000000 00000001 01011110 0 1110 0 8 16 24 31 D类IP地址 这5位不使用 48位以太网地址 01005E 表示多播 最低23位来自D类IP地址 组播协议 组成员关系协议主机 路由器之间 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 组播路由协议路由器 路由器之间 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 Internet组管理协议 IGMP 目前已使用的有3个版本 IGMPv1 v2和v3 它用于将局域网内主机的组成员关系报告给本网段内的组播路由器 Internet组管理协议 IGMP IGMP只工作在本地范围 128 56 24 34 135 27 74 52 130 12 14 56 130 12 14 43 组播组226 15 37 123 IGMP IGMP IGMP IGMP R1 R4 R3 R2 Internet组管理协议 IGMP IGMP工作的两个阶段 1 当某个主机加入新的组播组时 该主机应向组播组的组播路由器发送IGMP报文 声明自己要成为该组的成员 本地的组播路由器收到IGMP报文后 将组成员关系转发给因特网上的其他组播路由器 IGMP工作的两个阶段 2 因为组成员关系是动态的 因此本地组播路由器要周期性地探询本网上的主机 以便知道这些主机是否还继续是组成员 只要对某个组有一个主机响应 那么组播路由器就认为这个组是活跃的 但一个组在经过几次的探询后仍然没有一个主机响应 则不再将该组的成员关系转发给其他的组播路由器 IGMP报文格式与类型 报文格式 报文类型 查询 成员报告 退出报告 IGMP报文的封装 IGMP报文封装在IP数据报中发送 IP报头 协议字段值 2TTL 1 因为IGMP只在本地工作 目的IP地址 Joiningmembersendsreportto224 1 1 1immediatelyuponjoining sameasIGMPv1 1 1 1 1 H1 H3 1 1 1 10 1 1 1 11 1 1 1 12 rtr a IGMPv2 JoiningaGroup RoutersendsperiodicqueriesOnememberpergrouppersubnetreportsOthermemberssuppressreports 1 1 1 1 IGMPv2 1 1 1 10 1 1 1 11 1 1 1 12 IGMPv2 MaintainingaGroup IGMPv2 1 1 1 1 1 1 1 2 H1 H2 H3 1 1 1 10 1 1 1 11 1 1 1 12 Initially allrouterssendoutaquery RouterwiththelowestIPaddressiselectedquerier IGMPQuerier Otherroutersbecomenon queriers IGMPNon Querier rtr a rtr b IGMPv2 QuerierElection H2leavesgroup sendsLeavemessage RoutersendsGroup SpecificQuery Aremainingmemberhostsendsreport Groupremainsactive H1 1 1 1 10 1 1 1 1 rtr a H3 1 1 1 12 1 1 1 11 H2 IGMPv2 LeavingaGroup Lasthostleavesgroup sendsLeavemessage RoutersendsGroup SpecificQuery Noreportisreceived Grouptimesout 1 1 1 1 rtr a H1 1 1 1 10 1 1 1 12 1 1 1 11 H3 IGMPv2 LeavingaGroup 组播与单播在选路的不同 组播转发必须动态地适应组播组成员的变化 这时网络拓扑并未发生变化 请注意 单播路由选择通常是在网络拓扑发生变化时才需要更新路由 组播数据报可以由没有加入组播组的主机发出 也可以通过没有组成员接入的网络 组播路由器在转发组播数据报时 不能仅仅根据组播数据报中的目的地址 在转发时 组播路由器使用数据报的源地址和目的地址 MulticastForwarding MulticastroutingworkstheoppositewayofunicastroutingUnicastroutingisconcernedwithwherethepacketisgoingMulticastroutingisconcernedwithwherethepacketcomesfromMulticastroutingusesReversePathForwarding 反向路径转发 topreventforwardingloops ReversePathForwarding RPF WhatisRPF Arouterforwardsamulticastdatagramonlyifreceivedontheupstreaminterfacetothesource i e itfollowsthedistributiontreeTheRPFCheckTheroutingtableforunicastischeckedagainstthesourceaddressinthemulticastdatagramIfthedatagramarrivedontheinterfacespecifiedintheroutingtableforthesourceaddress TheRPFchecksucceedsOtherwise theRPFcheckfails ReversePathForwarding cont ReversePathForwarding RPF check IftheRPFchecksucceeds thedatagramisforwardedIftheRPFcheckfails thedatagramistypicallysilentlydiscardedWhenadatagramisforwarded itissentoutofeachinterfaceintheoutgoinginterfacelistThepacketisneversentbackoutoftheRPFinterface RPFChecking Source151 10 3 21 MulticastDistributionTree Example RPFChecking MulticastPackets RPFChecksfailPacketsarrivedonwronginterface RPFCheckSucceeds RPFCheckSucceeds UnicastRouteTableNetworkInterface151 10 0 0 16S1198 14 32 0 24S0204 1 16 0 24E0 E0 S1 S0 S2 S1 Forwardoutofalloutgoinginterfaces i e downthedistributiontree RPFCheck cont RPFCheckFails RPFCheckFails E0 S1 S0 S2 UnicastRouteTableNetworkInterface151 10 0 0 16S1198 14 32 0 24S0204 1 16 0 24E0 S1 RPFCheck RPFInterface ReversePathForwarding RPF checkisdonewithrespect 关于 totheRPFinterfaceTheinterfacethatisclosesttothesourceDeterminedfromanyunicastordedicated 专用 multicasttable DVMRP MBGP Periodic 周期性 recheckoftheRPFinterface 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 DistributionTree 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 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 源分布树和共享分布树 源分布树 SourceDistributionTree 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 ShortestPathTree SPT Shortest PathorSourceDistributionTree Receiver1 B E A D F Source1 Notation S G S SourceG Group C Receiver2 Source2 Shortest PathTrees Shortest PathorSourceDistributionTree Receiver1 B E A D F Source1 Notation S G S SourceG Group C Receiver2 Source2 TheTreeisperSOURCE Shortest PathTrees Shortest PathTrees 在每一个组播组内 每个源节点建立一棵到所有其它成员的最短路径树 即源节点和组的每一种组合构成一棵树 每一个路由器必须有关于每一个特定树的信息 路由器根据组播分组的源地址及组地址确定使用哪棵多播树转发 优点 多播分组总是使用最佳路径转发 缺点 路由器需要维护大量的多播树 SharedDistributionTree 共享分布树 SharedDistributionTree 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 RendezvousPoint 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 BasedTree CBT SharedDistributionTree Receiver1 B E A D F Notation G AllSourcesG Group C Receiver2 RP RP PIMRendezvousPoint SharedDistributionTree SharedDistributionTree Receiver1 B E A D F Notation G AllSourcesG Group C Receiver2 RP RP PIMRendezvousPoint SharedDistributionTree SharedDistributionTree 每个组播组使用一棵以核心路由器为根的组播树 优点 路由器对于每个组只要维护一棵组播树 内存消耗减少 缺点 组播分组使用的转发路径可能不是最佳的 这是组共享树为实现可扩展性而付出的性能代价 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 DM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 DistanceVectorMulticastRoutingProtocol 距离向量组播路由协议 MOSPF MulticastOpenShortestPathFirst 组播OSPF协议 PIM DM ProtocolIndependentMulticast DenseMode 协议无关组播协议 密集模式 PIM DenseMode PIM DM Protocolindependent supportsallunderlying 已有 unicastroutingprotocols static RIP IGRP EIGRP IS IS OSPF andBGPUsesfloodandprunemechanismFloodsnetworkandprunesbackbasedonmulticastgroupmembershipAssertmechanismusedtopruneoffredundantflowsonmultiaccessnetworksAppropriateforsmallerimplementationsandpilotnetworks 适用于小规模实验型网络 InitialFlooding Source Receiver S G statecreatedineveryrouterinthenetwork PIM DMFloodandPrune PruningUnwantedTraffic Source Receiver PIM DMFloodandPrune cont Source ResultsafterPruning Receiver FloodandPruneprocessrepeatseverythreeminutes S G statestillexistsineveryrouterinthenetwork PIM DMFloodandPrune cont SM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 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 ProtocolIndependentMulticast SparseMode 协议无关组播协议 稀疏模式 Receiver RP G StatecreatedonlyalongtheSharedTree PIM SMSharedTreeJoin Receiver RP SharedTree S G StatecreatedonlyalongtheSourceTree PIM SMSenderRegistration Receiver RP SharedTree RPsendsaRegister Stopbacktothefirst hoproutertostoptheRegisterprocess S G trafficbeginsarrivingattheRPviatheSourcetree PIM SMSenderRegistration cont Receiver RP SharedTree SourcetrafficflowsnativelyalongSPTtoRP FromRP trafficflowsdowntheSh