第6章多播和Internet组管理协议

1、第6章 多播和Internet组管理协议IGMP 主要内容n多播概念 nInternet组管理协议(IGMP) n多播路由选择 6.1 多播概念n以太网多播 nIP多播 n使用以太网多播实现IP多播 6.1 多播概念n一对多的通信方式称为多播。n可分为两种： 物理网络上实现的多播，如以太网多播 逻辑网络上实现的多播，如IP多播6.1.1 以太网多播n硬件多播允许每个站点选择是否参与多播n硬件技术保留了较大数目的用于多播的地址n以太网中，以太硬件地址的一半保留用于硬件多播，使用高位字节的最低位区别单播地址（置0）和多播地址（置1），如：01.5F.00.00.00.046.1.1 以太网多播n硬

2、件多播可以看作是广播的更一般形式，可以实现同时与一组站点的通信，但有一个限制条件，就是这一组站点只能在同一个物理网络（网段）上，路由器隔离了硬件多播和广播。6.1.2 IP多播nIP多播允许一个源站与一组目的站的通信，这一组目的站称为多播群组(multicast group)，或简称群组，在多个路由器之间传送的是IP分组的副本，具有相同的多播地址。 多个单播n源站发出多个IP分组，如有100个目的站，源站便发出100个不同的IP分组，每个IP分组有不同的单播地址（目的地址）。IP多播优势1）多播比多个单播更加有效，多播所需的带宽小于多个单播，节省了网络传输带宽2）多播比多个单播具有更小的分组时

3、延，群组成员越多，优势越明显。IP多播地址n两类：永久分配和可临时实用的永久分配地址：熟知的，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）临时多播地址：对应于临时的群组，需要时则创建，群组成员为零时则丢弃。均使用D类地址，前4位为1110永久分配的多播地址n224.0.0.0 基地址（保留未用）n224.0.0.1 本子网上的所有系统n224.0.0.2 本子网上的所有路由器n224.0.0.4 DVMRP路由器n224.0.0.5 OSPF IGP所有路由器n224.0.0.6 OSPF IGP指定的路由器注：224.0.0.1 224.0.0.2用于控制协议，不用于通常的分组交

4、付 PS：没有对应于互联网中所有主机和路由器的IP多播地址IP多播特征 n 6.1.3 使用以太网多播实现IP多播nIP分组传送到以太网时，用硬件进行多播，交付给该组的成员n以太网规定前25bit标识一个多播地址，剩下的23bit用来定义一个群组6.1.3 使用以太网多播实现IP多播以太网地址28比特群组标识群组标识中的低23比特复制到以太网群组中48比特以太网地址群组标识中的低23比特群组(23比特)多播地址(25比特)5比特未使用0111D类IP地址6.1.3 使用以太网多播实现IP多播nD类地址中的5bit未被使用n此时，映射是多对一的，32个IP多播地址映射为单个以太网多播地址n加入检

5、查机制，去掉不是本站点的分组。注：多数广域网不支持物理多播编址，使用隧道技术，多播分组被封装成单播分组并发送到网络，到另一端再把这个分组转变成多播分组6.2 Internet组管理协议(IGMP)nIGMP工作原理 nIGMP报文 6.2.1 IGMP工作原理n多播路由器负责把多播分组分发给一个群组中的各个成员。n如果有多个多播路由器连接在同一个物理网络上，它们的多播地址表一定是互斥的。n一个多播群组只能属于一个多播路由器。 加入一个群组1）当站点中的一个进程P（对应一个应用程序）要加入到一个群组MG时，它就向存储着包含群组MG的多播地址表的站点发出申请2）站点检查它的群组成员关系表，成员关系

6、表是包括表项的集合3）若申请的群组MG在群组成员关系中，则把进程表项加入该群组成员关系表中，站点不再发送群组成员关系报告，否则执行44）站点发送群组成员关系报告，通告站点新增加一个群组站点加入群组的流程 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多播路由器删除一个群组MG的流程 否是在指定时间内收到应答？多播路由器发送MG的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站点加入群组的流程 IGMP使用IP封装，丢包了？将群组成员关系报告连续发送两次，即使第一个报告丢失或遭到破坏，也可以使用第二个报告。

7、删除群组1）当站点发现在一个群组MG中已经没有进程时，就发送退出群组MG报告，多播路由器收到该报告。2）多播路由器收到退出群组报告时，并不立即删除这个群组MG，而是发送针对MG的查询报文，因为这个退出群组报告仅仅是从一个站点发送来的，可能还有其他站点仍然需要这个群组3）若在指定时间内没有收到站点对该群组的成员关系报告，就意味着在本网络上没有这个群组MG的成员，删除这个群组，否则，执行步骤44）不删除这个群组MG删除群组的流程 否是在指定时间内收到应答？多播路由器发送针对MG的查询报告 收到站点退出群组MG的报告 删除群组MG 不删除群组MG监视群组成员关系（出错）问：若一个群组中仅有一个成员（

8、主机），因异常而关闭，未发送退出群组报告，出现什么样情况？监视群组成员关系1）多播路由器负责监视在本网络上的所有站点，以便知道它们与一个群组的成员关系2）网络上的多播路由器周期性地（默认时间间隔是125s）发送一般查询报文，针对某个站点的所有群组。3）多播路由器期望得到每一个群组的回答，其最长响应时间设置为10s。站点收到多播路由器发送的一般查询报文后的处理流程 1）站点收到多播路由器发送的一般查询报文，假定群组为MG2）站点查看群组成员关系表，判断是否有群组MG；若有，则执行步骤3；否则，不做任何处理3）启动随机数计时器，并监听是否有其他站点对群组MG的成员关系报告，注意，对群组成员关系表中

9、的每一个群组设置计时器。4）若计时器到时间，仍没有收到其他站点对群组MG的成员关系报告，则本站点发送群组的成员关系报告；否则，本站点不发送对群组MG的成员关系报告站点收到多播路由器发送的一般查询报文后的处理流程 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查询报文特点1）当站点收到多播路由器发出的一般查询报文时，它不是立即响应（发送群组成员关系报告），采用延迟响应。若多个站点包含同一个群组，只有一个站点发送响应，其他站点进行监听。2）IGMP为

10、每一个网络指定一个路由器作为查询路由器。只有这个路由器才能发送查询报文，而其他的路由器都是被动的，它们只能接收响应和更新它们的成员关系表。6.2.2 IGMP报文IGMP有3种类型的报文：1）查询报告报文 （1）一般查询 （2）特定查询2）群组成员关系报告报文3）退出群组报告报文6.2.2 IGMPv2报文311680类型最长响应时间校验和群组地址类型：8bit，定义报文类型，如：0 x11 群组地址（未用），对应一般群组关系查询 （使用）对应特定群组关系查询最长响应时间：8bit，定义了查询必须在多长时间内回答。单位为十分之一秒。在查询报文中不为0，其他两种报文中此字段值为0。校验和：16b

11、it，在8B的报文上计算得出。群组地址：一般查询报告报文中，这个字段值为0；特定查询报告报文、群组成员关系报告报文以及退出报告报文中，此字段定义群组地址（多播地址）。IP数据报封装IGMP在封装IGMP报文的IP分组首部中，协议字段值为2，TTL字段值为1，从而保证了IGMP报文不能够发送到本网络以外。类型目的IP地址作用查询报告报文224.0.0.1本子网的所有主机和路由器接收这个报文群组成员关系报告报文群组的多播地址本群组中的所有主机和路由器接收这个报文退出报告报文224.0.0.2本子网上的所有路由器接收这个报文6.3 多播路由选择n多播路由特性 n多播路由实现目标 n多播转发树 n多播

12、路由选择协议 6.3.1 多播路由特性看图6-7，思考： 多播路由与单播路由的区别 多播路由应具有哪些特性？6.3.1 多播路由特性n动态路由要求。在单播路由中只有当网络拓扑结构改变或设备出故障时才会发生路由改变，多播路由中应用程序加入或退出一个群组就会发生多播路由的变化。n多播转发需要路由器检查多个目的地址。n多播分组可以从非群组成员的主机上发起，并且可以通过任何没有群组成员的网络。6.3.2 多播路由实现目标n群组的每一个成员仅能收到一个多播分组的副本，不允许收到多个副本。n非群组成员不能收到副本。n路由选择中没有回路。n从源站到每一个目的站的路径必须是最佳的。6.3.3 多播转发树n实现

13、如上所提多播路由目标n多播转发分组时，多播路由协议使用了两种类型的多播转发树：源站基准树和群组共享树。 源站基准树 n源站和群组的每一种组合构成一棵树。n从源站到达群组的所有成员的一系列通过多播路由器的路径，称为源站基准树。n如果网络中有n个不同的群组和m个不同的源站，那么就有n*m棵不同的树n多播路由表中的每个表项由一个序偶进行标识，为了节省空间，路由协议使用网络号作为源站。 注：单播路由表的大小与互联网中的网络数成正比，而多播路由表的大小正比于互联网中网络数和群组数的乘积。源站基准树 n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(Distance Vector Multica

14、st Routing Protocol，简称DVMRP）、多播开放最短路径优先协议（Multicast Open Shortest Path First，简称MOSPF）和协议无关多播-密集方式(Protocol-Independent Multicast-Dense Mode，简称PIM-DM) 。 群组共享树 n每一个群组共享同样的树。如果在整个网络中有N个群组，那么就有N棵树，每一棵树对应于一个群组。 对于同一群组，不管源站是否改变，对应的树不变。群组共享树 n为每一个群组创建一棵树，并且选择一个路由器作为这个群组的汇集点（或称为核心）作为树的根，这样的群组共享树称为汇集点树。 核心基干

15、树（CBT）和协议无关多播-稀疏方式（PIM-SM）使用此种树。6.3.4 多播路由选择协议n距离向量多播路由协议(DVMRP) nOSPF多播扩展(MOSPF) n核心基干树(CBT) n协议无关多播(PIM) 距离向量多播路由协议(DVMRP)n距离向量多播路由协议 (Distance Vector Multicasting Routing Protocol，简称DVMRP)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。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枝的网络链路发送分组的副本。 反向路径多播（RPM）工作的基本原理1）源站使用广播方式向互联

16、网中的所有网络发送第一个分组，确保所有组成员都收到第一个副本。2）每一个网络的多播路由器使用IGMP维护本网络的群组成员关系，一旦多播路由器发现（周期性广播）对某个群组没有兴趣，就向上游路由器发送修剪报文，上游路由器停止在此接口上给该群组发送多播分组。3）如果某路由器已经发送了修剪报文，但通过IGMP又发现要加入某个群组，此时就发送移植报文，移植报文强迫上游路由器继续在此接口发送多播分组。注：所有的DVMRP修剪报文都有一个字段定义修剪寿命，默认为2h，仅在修剪寿命内才发生修剪，之后，通信量自动恢复。OSPF多播扩展(MOSPF)nOSPF多播扩展(Multicast Extensions t

17、o OSPF，简称MOSPF) 使用多播链路状态路由选择创建源站基准树。nMOSPF依赖于单播路由协议OSPF。 n每个MOSPF路由器都通过IGMP周期性地收集群组成员关系信息。将这些信息发送到区域中的所有其他路由器，路由器根据从邻站路由器接收到的信息更新链路状态数据库。nMOSPF只能在一个区域内传播信息，因此，不同区域通信，需要区域间多播路由器（区域边界路由器）核心基干树(CBT)n核心基干树 (Core Based Trees，简称CBT)避免进行广播，收到肯定信息后，才沿该路径转发分组。n当站点使用IGMP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。CBT构建多播转发树时，为了能够适应不同的网络规模，CBT把互联网划分成区域，每个区域的大小由网络管理员确定。n一个站点加入群组后，接收该站点请求的本地路由器L立即产生CBT加入请求，使用单播路由把该请求发送给核心。n通过给每个区域加入一个核心路由器，区域中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。协议无关多播(PIM) n协议无关多播(Protocol Independent Multicast，简称PIM)包括两个独立的多播路由选择协议的名称：协议无关多播-密集方式（Protocol Independent Multicast-Dense Mode，简称PIM-DM）和协议无关