第6章+多播和Internet组管理协议

1、TCP/IP协议分析 IPv4支持单播、多播和广播方式三种类型 IPv6 支持单播（Unicast）、多播（Multicast）以及 任意播（Anycast）三种类型 没有统一的定义，但是它是 一种新的网络应用，它能够支持把同样的地址可以分 配给多个节点去提供特定服务的以服务导向的地址， 发送给任播地址的分组最终只交付到惟一的接口，该 接口与源站在路由距离上最近。 效率效率- -多播比单播更加有效多播比单播更加有效 减少网络传输开销减少网络传输开销 降低网络带宽使用量降低网络带宽使用量 时延时延- -多播比单播具有更小的时延多播比单播具有更小的时延 减少接收者观测到的延迟，群组成员越多，优势越

2、明显。减少接收者观测到的延迟，群组成员越多，优势越明显。 可扩展性可扩展性发送者将数据一次发送给无限个接收者。发送者将数据一次发送给无限个接收者。 硬件多播：硬件多播：在物理网络上实现的多播。有一个限制条件，就在物理网络上实现的多播。有一个限制条件，就 是这一组站点只能在同一个物理网络是这一组站点只能在同一个物理网络( (网段网段) )上。路由器隔离了上。路由器隔离了 硬件多播和广播。硬件多播和广播。 如：以太多播。在以太网中，一台硬件地址的一半保留用于硬件多播，使如：以太多播。在以太网中，一台硬件地址的一半保留用于硬件多播，使 用高位字节中的最低位来区别单播地址（置用高位字节中的最低位来区别

3、单播地址（置0 0）和多播地址（置）和多播地址（置1 1）。）。 IPIP多播：多播：是对硬件多播的推广。最主要的区别在于该组目的站是对硬件多播的推广。最主要的区别在于该组目的站 可以位于互联网上的任意物理网络上，这一组目的站称为多播可以位于互联网上的任意物理网络上，这一组目的站称为多播 群组群组(multicast group)(multicast group)，或简称群组。，或简称群组。 1、IP多播地址格式 使用多播目的地址： 1110群组标识 0 8 16 24 31 2 2、编址机制、编址机制 （1 1）地址分两类：）地址分两类： 永久分配地址：用于互联网上的主要服务以及基础结构维护

4、永久分配地址：用于互联网上的主要服务以及基础结构维护 （如多播路由协议）。（如多播路由协议）。 临时分配地址：对应于临时群组，需要使用时创建，群组成临时分配地址：对应于临时群组，需要使用时创建，群组成 员为零时则丢弃。员为零时则丢弃。 （2 2）每个多播群组对应一个唯一的）每个多播群组对应一个唯一的D D类地址类地址 （3 3）地址没有结构，也没有管理信息）地址没有结构，也没有管理信息 （4 4）多播地址只能用作目的地址）多播地址只能用作目的地址 当一个多播路由器收到一个当一个多播路由器收到一个D D类地址的类地址的IPIP分组时，它就检查它分组时，它就检查它 的表，寻找组地址的匹配。若找到，

5、则将该分组封装成帧，并的表，寻找组地址的匹配。若找到，则将该分组封装成帧，并 将它发送到目的站。为此，它需要物理地址。一般共有两种情将它发送到目的站。为此，它需要物理地址。一般共有两种情 况：况：1 1）物理地址能够支持多播，）物理地址能够支持多播，2 2）不支持。）不支持。 情况情况1 1：物理地址支持：物理地址支持 如：如：IPIP多播地址到以太网多播地址的映射多播地址到以太网多播地址的映射 以太网中前以太网中前2525位标识一个多播地址，剩下位标识一个多播地址，剩下2323位定义一个群组。位定义一个群组。 将将IPIP多播地址的低多播地址的低23bit23bit映射到以太组播地址的低映射

6、到以太组播地址的低23bit23bit 1110低23位 0831 01011110低23位001.00. 复制 D类IP地址 以太网地址 u映射不唯一，可能32个多播组号被映射为一个以太网地址。 u例如：多播地址224.128.64.32（十六进制e0.80.40.20）和 224.0.64.32（十六进制e0.00.40.20）都映射为同一以太网地址 01:00:5e:00:40:20。 u解决：网卡驱动程序或IP层过滤。 硬件多播地址：以太网硬件多播地址：以太网 （1 1）单播：）单播：MACMAC地址地址 （2 2）广播：）广播：4848位全位全“1”1” （3 3）多播：）多播：01

7、.00.5e.00.00.0001.00.5e.ff.ff.ff 01.00.5e.00.00.0001.00.5e.ff.ff.ff IGMP是IP层的一部分。它和IP协议配合使用的。 IGMPv2，支持特定组查询，为主流版本 IGMPIGMP协议与其他协议在网络层中的位置关系协议与其他协议在网络层中的位置关系 类型：类型：8bit8bit，定义报文类型。，定义报文类型。 最长响应时间：最长响应时间：8bit8bit，定义查询必须在多长时间内回答。以，定义查询必须在多长时间内回答。以1/101/10秒秒 为单位，在查询报告报文中，值不为为单位，在查询报告报文中，值不为0 0，其它两种报文中为

8、，其它两种报文中为0.0. 校验和：校验和：16bit16bit，检验和在，检验和在8B8B的报文上计算。的报文上计算。 群组地址：群组地址：在一般查询报告报文中此字段值为在一般查询报告报文中此字段值为0 0，在特定查询报告，在特定查询报告 报文、群组成员关系报告报文及退出报告报文中，定义群组地址报文、群组成员关系报告报文及退出报告报文中，定义群组地址 类型最长响应时间校验和 群组地址 1 1、加入一个群组：群组成员关系报告报文、加入一个群组：群组成员关系报告报文（类型（类型0 x160 x16） 说明：说明：是主机上的某应用加入群组是主机上的某应用加入群组 （1 1）得知多播地址，进程）得知

9、多播地址，进程P P向群组向群组MGMG的多的多 播地址表发送申请。播地址表发送申请。 （2 2）站点检查群组成员关系表。）站点检查群组成员关系表。 （3 3）若申请的群组在群组成员关系表，）若申请的群组在群组成员关系表， 则把则把PMG加入站点的群组成员关系表中加入站点的群组成员关系表中 。否则，执行（。否则，执行（4 4）。）。 （4 4）向多播路由器发送群组成员关系）向多播路由器发送群组成员关系 否 是 MG在成员关系表 中？ 站点检查群组MG的成员关系表 进程P申请加入群组MG 站点发送群组成员关系报告 加入站点的群组成员 关系表 否 是 在指定时间内收到 应答？ 多播路由器发送MG的

10、查询报告 收到站点退出群组MG的报告 删除群组MG 不删除群组MG 当站点发现一个群组当站点发现一个群组MGMG中没有进程时，就发中没有进程时，就发 出退出群组出退出群组MGMG的报告，多播路由器收到该报的报告，多播路由器收到该报 告。告。 不立即删除群组不立即删除群组MGMG，发送针对，发送针对MGMG的查询报文。的查询报文。 若在指定的时间内没有收到站点对该群组的若在指定的时间内没有收到站点对该群组的 成员关系报告，就意味着本网络上没有该群成员关系报告，就意味着本网络上没有该群 组的成员，删除这个群组；否则，向下执行。组的成员，删除这个群组；否则，向下执行。 不删除这个群组。不删除这个群组

11、。 1 1、删除一个群组：退出群组报告报文、删除一个群组：退出群组报告报文（类型（类型0 x170 x17） 3 3、监视群组成员关系：、监视群组成员关系： 报告。 无 有 无 是 否 有 站点接收多播路由器发送的 一般查询报告(群组MG) 站点中有群组MG？ 启动随机数计时器 计时器计时时间到？ 监听其它站点对群组MG的报告 群组MG成员关系报告？ 站点发送群组MG的成员关系报告 结束 功能：确认群组中是否有成员功能：确认群组中是否有成员 成员查询报文成员查询报文（类型（类型0 x110 x11） IGMP和多播地址方法解决了同一物理网络上传 送多播分组的问题。 路由器间如何交换群组成员关系

12、，确保多播分组 的副本能够达到群组所有成员? R BCDE A FG 网络1 网络2 网络3 R RHI 网络4 网络5 2.2.群组共享树群组共享树 每一个群组共享同样的树。如果在整个网络中有每一个群组共享同样的树。如果在整个网络中有N N个群组，那么就有个群组，那么就有N N棵树，棵树， 每一棵树对应于一个群组。每一棵树对应于一个群组。 使用群组共享树的多播路由选择协议有：使用群组共享树的多播路由选择协议有： 核心基干树核心基干树（Core Based Trees。CBT） 协议无关多播协议无关多播- -密集方式密集方式(Protocol-Independent Multicast-Spa

13、rse Mode， PIM-SM) 。 1.1.源站基准树源站基准树 源站基准树定义为一系列通过多播路由器的路径，这些路径从源站可源站基准树定义为一系列通过多播路由器的路径，这些路径从源站可 以到达群组的所有成员。以到达群组的所有成员。 使用源站基准树的多播路由选择协议有：使用源站基准树的多播路由选择协议有： 距离向量多播路由协议距离向量多播路由协议(Distance Vector Multicast Routing Protocol， DVMRP） 多播开放最短路径优先协议多播开放最短路径优先协议（Multicast Open Shortest Path First， MOSPF） 协议无关

14、多播协议无关多播- -密集方式密集方式(Protocol-Independent Multicast-Dense Mode， PIM-DM) 在此类树中，是群组确定树，不同的群组对应不同的树。在此类树中，是群组确定树，不同的群组对应不同的树。 对同一群组，不管源站是否改变，对应的树不变。对同一群组，不管源站是否改变，对应的树不变。 DVMRP是基于源站的路由选择协议，允许多播路由器之间是基于源站的路由选择协议，允许多播路由器之间 传递群组成员关系和路由信息。传递群组成员关系和路由信息。 当路由器收到发往一个群组的分组时，通过源站基准树中各当路由器收到发往一个群组的分组时，通过源站基准树中各 分

15、支的网络链路发送分组的副本。分支的网络链路发送分组的副本。 反向路径转发（反向路径转发（RPMRPM） RPFRPF思想：利用多播数据报源地址避免环路。思想：利用多播数据报源地址避免环路。 算法步骤：算法步骤： （1 1）当收到一个组播报时，记下源地址）当收到一个组播报时，记下源地址S S和入口和入口I I （2 2）查单播路由表，若）查单播路由表，若I I是通向是通向S S的最短路径，则的最短路径，则 在除在除I I以外的所有接口上转发。以外的所有接口上转发。 （3 3）否则，丢弃该组播数据报。）否则，丢弃该组播数据报。 以得到用来转发多播数据报的多播转发树。以得到用来转发多播数据报的多播转

16、发树。 剪枝剪枝 接枝接枝 在子网上密布有多播组的情况下，在子网上密布有多播组的情况下，DVMRPDVMRP工作得很好，工作得很好， 但组播组稀疏分布在广域网上的情况下，周期性地广播但组播组稀疏分布在广域网上的情况下，周期性地广播 行为会使网络的性能严重下降，行为会使网络的性能严重下降， DVMRP DVMRP不能支持大型网不能支持大型网 络中稀疏分布的群组。络中稀疏分布的群组。 由于新成员可在任何时候加入到广播组，且新成员可能由于新成员可在任何时候加入到广播组，且新成员可能 是在某一个被剪除的分支上加入，因此，是在某一个被剪除的分支上加入，因此，DVMRPDVMRP就周期就周期 性地重新启动

17、跨越广播树的构造进程。性地重新启动跨越广播树的构造进程。 OSPFOSPF是单目标广播路由协议是单目标广播路由协议 u沿着最低成本路径传递消息沿着最低成本路径传递消息 u最低成本则使用链路状态最低成本则使用链路状态(link-state)(link-state)来衡量：来衡量： 负荷平衡信息，例如，对通信量小的链路，其成本就比较低，负荷平衡信息，例如，对通信量小的链路，其成本就比较低， 对交通量大的链路，其成本就比较高，这样做是为了平衡网络上对交通量大的链路，其成本就比较高，这样做是为了平衡网络上 的交通；的交通； 要求的服务质量，例如，对要求时延低的服务，其成本就比较要求的服务质量，例如，对

18、要求时延低的服务，其成本就比较 高，对要求使用卫星链路的服务，其成本就比较高，等等高，对要求使用卫星链路的服务，其成本就比较高，等等 MOSPF只能在一个区域内向所有路由器发送所有群组成员关系信息， 不能将其规模扩大到任意互联网。故MOSPF定义了区域间多播路由。 OSPFOSPF指定一个区域中的一个或多个路由器作为区域边界路由器，然指定一个区域中的一个或多个路由器作为区域边界路由器，然 后此类路由器把路由信息传播给其他区域。类似地，后此类路由器把路由信息传播给其他区域。类似地，MOSPFMOSPF指定一指定一 个或多个个或多个ABRABR作为多播区域边界路由器，此类路由器把群组成员关作为多播

19、区域边界路由器，此类路由器把群组成员关 系信息传播给主干区域，但不从主干区域向外传播信息。系信息传播给主干区域，但不从主干区域向外传播信息。 CBTCBT避免进行广播。当站点使用避免进行广播。当站点使用IGMPIGMP加入一个特定群组时，加入一个特定群组时， 本地路由器在转发多播分组之前必须通知其它路由器。本地路由器在转发多播分组之前必须通知其它路由器。 CBTCBT构建多播转发树时，为了能够适应不同的网络规模，把构建多播转发树时，为了能够适应不同的网络规模，把 互联网划分成区域，每个区域的大小由网络管理员确定。互联网划分成区域，每个区域的大小由网络管理员确定。 核心基干树核心基干树(CBT)

20、(CBT) 构造一棵由所有组员共享的树，整个组构造一棵由所有组员共享的树，整个组 的多播交通都在这棵相同的树上发送和接收，而不管它们的的多播交通都在这棵相同的树上发送和接收，而不管它们的 广播源。使用共享树可以明显节省在路由器中存储的组播状广播源。使用共享树可以明显节省在路由器中存储的组播状 态信息的数量态信息的数量 站点站点A A要想加入这棵核心树，接受该站点请求的本地路由器要想加入这棵核心树，接受该站点请求的本地路由器L L发送发送 一个一个CBTCBT加入请求到核心路由器，表示它准备加入核心树。加入请求到核心路由器，表示它准备加入核心树。 到核心的路径上的每个中间路由器都对这个请求进行检查，当核到核心的路径上的每个中间路由器都对这个请求进行检查，当核 心路由器心路由器R R接收到加入申请时，它返回一个确认，把群组成员传给接收到加入申请时，它返回一个确认，把群组成员传给 自己的上层路由器，并开始转发群组的通信量。这样就形成一个树自己的上层路由器，并开始转发群组的通信量。这样就形成一个树 的分支。的分支。 CBT把互联网或分成区域，并为每个区域指定一个核心路由器， 区域中的其他路由器通过给核心发送加入请求， 动态地建立群组共享树。 CR R L 主机A 协议无关多播协议无关多播(PIM)(P