技术课件多媒体技术

多媒体技术中南大学信息科学与工程学院黄东军​多媒体技术中南大学信息科学与工程学院黄东军​1第十章网络组播技术​第十章网络组播技术​21组播的概念

广播：将源端数据发送到一个网络中的所有主机的传播方式。广播使用广播地址。

单播：将源端数据发送到网络中的某个特定主机的传播方式。单播使用特定主机地址。

组播：将源端数据发送到网络中的一组主机的传播方式。组播使用组地址。​1组播的概念广播：将源端数据发送到一个网络中的所有主机的31组播的概念SrcSrc组播：一种有效节省网络带宽的传输方式。​1组播的概念SrcSrc组播：一种有效节省网络带宽的传输方42组播的应用广泛应用于一对多（one-to-many）的传送需要举例:新闻/体育消息/股票信息/天气信息的更新发布远程教育（Distancelearning）网络路由信息更新（routingupdates）远程会议（Teleconferencing，audio,video,sharedwhiteboard,texteditor）分布式交互式游戏和仿真（Distributedinteractivegamingorsimulations）内容发布（Contentdistribution）;软件发布（Softwaredistribution）Web缓存更新（Web-cacheupdates）数据库应用（Databasereplication）​2组播的应用广泛应用于一对多（one-to-many）的传53组播与广播、单播的比较广播（Broadcast）:

将一个数据拷贝发送到网络中的所有主机实现简单（Simple）,但是效率不高（inefficient）即使主机对该数据不感兴趣也必须处理它因此占用了主机的CPU资源会产生广播风暴“broadcaststorms”多个重复的单播（ReplicatedUnicast）发送者依次向各接收主机发送相同的数据发送者必须事先知道每个接收主机的地址通讯量在发送方过于集中，但比较可靠（Reliability

=>per-receiverstate,separatesessions/processesatsender）​3组播与广播、单播的比较广播（Broadcast）:​64IP组播的体系结构HostsRouters服务模型Servicemodel主机与路由器关系协议(IGMP)组播路由协议Multicastroutingprotocols​4IP组播的体系结构HostsRouters服务模型主机与75IP组播模型:RFC1112发送者（源）不需要知道接收主机使用组地址“groupaddress”标识一个群组即IP包的头部使用的是组地址而不是单播地址群组所包含的主机数量是任意的（anysize）;群组成员可以位于互联网任何地方群组关系（Groupmembership）是非显式知道的（notexplicitlyknown）接收主机可以在任何时候加入或者退出群组通信（Receiverscanjoin/leaveatwill）​5IP组播模型:RFC1112发送者（源）不需要知道8网络负责构造分配树（Distributiontree，也叫组播树）以实现组播传输在组播传输中，任何子网中不能出现同一数据的两个副本组播数据只能传送给群组成员（由于群组成员可以在任何时候加入或者退出群组，因此组播传送是一个非常动态化的问题（multicastdeliverytreechangesdynamically）5IP组播模型:RFC1112​网络负责构造分配树（Distributiontree，也叫96IP组播地址IP组播使用D类IP地址（ClassDIPaddresses）224.0.0.0–239.255.255.255组地址的分配（Addressallocation）:IANA指定了一些永久地址（Well-known:224.0.0.xand224.0.1.x

）；其他组地址是临时组地址（Transientmulticastaddresses），需要动态分配每一个组地址代表一个主机群组（hostgroup）IP组地址是非结构化的（flataddressspace）1110GroupID​6IP组播地址IP组播使用D类IP地址（ClassD10IP组播服务：组播数据的接收提供两种操作加入组播群组:Join-IP-Multicast-Group(group-address,interface)退出群组：Leave-IP-Multicast-Group(group-address,interface)加入群组后，主机通过常规IP接收操作（normalIP-receiveoperation）接收组播数据包​IP组播服务：组播数据的接收提供两种操作​117IP组播地址到链路层组地址的映射以太网（Ethernet）等局域网使用802地址:采用直接映射（Directmapping!较unicast简单!无需ARP等协议.）LANmulticastaddress0000000100000000010111100111028bits23bitsIPmulticastaddressGroupbit​7IP组播地址到链路层组地址的映射以太网（Etherne12IPMulticastArchitectureHostsRoutersServicemodelHost-to-routerprotocol

(IGMP)Multicastroutingprotocols

(various)​IPMulticastArchitectureHosts138群组关系管理协议（InternetGroupManagementProtocol）IGMP:在子网中建立、维护和撤销群组的信号协议“signalingprotocol”。目标:保持路由器对整个局域网上群组关系的更新（keeprouterup-to-datewithgroupmembershipofentireLAN）但是，路由器不需要知道所有成员的存在，而只需要知道是否有成员主机存在

​8群组关系管理协议（InternetGroupMana14IGMP协议的工作原理一个网络选择一个路由器充当查询者“querier”查询者周期性发送群组关系查询报文IGMP（MembershipQuerymessage）到一个特定地址（all-systemsgroup，224.0.0.1)所有主机接收到该报文后，启动一个随机计时器（randomtimers，0~10秒)QRouters:Hosts:​IGMP协议的工作原理一个网络选择一个路由器充当查询者“qu15IGMP协议的工作原理(cont.)一旦有一个主机超时，它就发送一个群组关系应答报文（MembershipReport）到组G其他主机也接收到该报文，立即终止其定时器路由器负责监听所有群组的应答报文，如果一个群组未给出应答（超时），路由器就终止对该群组报文的转发QGGGGRouters:Hosts:​IGMP协议的工作原理(cont.)一旦有一个主机超时，它就16IPMulticastArchitectureHostsRoutersServicemodelHost-to-routerprotocol

(IGMP)Multicastroutingprotocols​IPMulticastArchitectureHosts179组播路由（MulticastRouting）组播路由的基本目标：在网络层为传送组播数据包而建立组播分配树组播树的叶结点是指包含有群组成员主机的子网(detectedbyIGMP)组播路由是一个比较困难的课题（Multicastservicemodelmakesithard）组播的匿名性动态加入和退出（Dynamicjoin/leave）​9组播路由（MulticastRouting）组播路由的18简单组播路由技术概览基于泛播与剪枝技术的路由首先在整个网络泛播组播数据包然后剪除不含成员主机的网络分枝属于这类技术的协议:DVMRP,PIM-DM基于链路状态的组播路由协议一个路由器知道有成员主机加入群组时，它就在整个网络广播该群组关系一个路由器接收到组播数据时，它就利用Dijkstra算法计算到目标主机的最短路经，并转发组播数据协议举例:MOSPF​简单组播路由技术概览基于泛播与剪枝技术的路由​19基于泛播的组播路由过程GGSG​基于泛播的组播路由过程GGSG​20泛播（Flooding）GGSG​泛播（Flooding）GGSG​21剪枝（Pruning）GGSPrune(s,g)Prune(s,g)G​剪枝（Pruning）GGSPrune(s,g)Prune22Graft(s,g)Graft(s,g)嫁接（Grafting）GGSGGReport(g)​Graft(s,g)Graft(s,g)嫁接（Graft23嫁接完成后GGSGG​嫁接完成后GGSGG​24距离向量组播路由（Distance-VectorMulticastRouting）DVMRP

由两部分组成:常规距离向量协议(likeRIP)组播数据包转发协议DVMRP转发组播数据包ifThepacketarrivedfromthelinkusedtoreachthesourceofthepacket即反向路径转发–RPF仅在子链路上转发组播数据包如果下游链路没有成员节点，则进行剪枝处理​距离向量组播路由（Distance-VectorMulti25DVMRP协议的缺点像其他基于距离向量的协议一样,受无穷计数（count-to-infinity）和环路影响（transientlooping）伸缩性受到类RIP协议的制约.也引入了新的伸缩性问题（scalinglimitations）:路由器的(S,G)状态，使路由器存储开销比较大!广播对网络冲击比较大.​DVMRP协议的缺点像其他基于距离向量的协议一样,受无穷26MulticastBackbone(MBone)AnoverlaynetworkofIPmulticast-capableroutersusingDVMRPTools:sdr(sessiondirectory),vic,vat,wbHost/routerMBonerouterPhysicallinkTunnelPartofMBoneRRRHRHRRH​MulticastBackbone(MBone)Ano27MulticastOSPF(MOSPF)MOSPF是OSPF的扩充，以便支持组播路由器（Multicast-capablerouters）广播链路状态广告（linkstateroutingadvertisements）链路状态报文中包含有组播地址（Link-statepacketsincludemulticastgroupaddressestowhichlocalmembershavejoined）一个路由器接到组播数据包时就计算（应用Dijkstra算法）到目标节点的最短路径以便形成组播树​MulticastOSPF(MOSPF)MOSPF是OS28Source1Receiver1Receiver2MOSPF:ExampleZWQT​Source1Receiver1Receiver2MO29Source1Receiver1Receiver2LinkFailure/TopologyChangeZWQTX​Source1Receiver1Receiver2Li30Source1Receiver1Receiver2GroupMembershipChangeZWQTReceiver3​Source1Receiver1Receiver2Gr31共享树vs.源基树源基树（Source-basedtrees）为每一个源端建立一个组播树每个路由器维护(S,G)状态（state）的组播路由表Eg:DVMRP,MOSPF,PIM-DM,PIM-SM共享树（Sharedtrees）所有成员共享一个组播树无论哪个源端都是用同一个组播树传输数据路由器只需要维护(*,G)状态（(*,G)stateatintermediaterouters）Eg:CBT,PIM-SM​共享树vs.源基树源基树（Source-basedtr32源基树（Source-basedTrees）RouterSourceReceiverSRRRRRSS​源基树（Source-basedTrees）RouterS33共享树（SharedTree）RPRouterSourceReceiverSSSRRRRR​共享树（SharedTree）RPRouterSource34Sharedvs.Source-BasedTreesSource-basedtreesShortestpathtrees–lowdelay,betterloaddistributionMorestateatrouters(per-sourcestate)在密集模式的网络环境下比较有效（Efficientindense-areamulticast）SharedtreesHigherdelay(boundedbyfactorof2),trafficconcentrationChoiceofcoreaffectsefficiencyPer-groupstateatrouters比较适合稀疏模式的网络环境（Efficientforsparse-areamulticast）​Sharedvs.Source-BasedTreesS35Core-basedRoutingProtocolsSpecify“meetingplace”aka“core”or“rendezvouspoint(RP)”SourcessendinitialpacketstocoreReceiversjoingroupatcoreRequiresmappingbetweenmulticastgroupaddressand“meetingplace”Examples:CBT,PIM-SM​Core-basedRoutingProtocolsSp36协议独立组播路由协议：ProtocolIndependentMulticast(PIM)

Supportforbothsharedandper-sourcetreesDensemode(per-sourcetree)SimilartoDVMRPSparsemode(sharedtree)Core=rendezvouspoint(RP)IndependentofunicastroutingprotocolJustusesunicastforwardingtable​协议独立组播路由协议：ProtocolIndependen37PIMProtocolOverviewBasicprotocolstepsRouterswithlocalmembersJointowardRendezvousPoint(RP)tojoinsharedtreeRouterswithlocalsourcesencapsulatedatainRegistermessagestoRPRouterswithlocalmembersmayinitiatedata-drivenswitchtosource-specificshortestpathtreesPIMv.2Specification(RFC2362)​PIMProtocolOverviewBasicpro38Source1Receiver1Receiver2PIMExample:BuildSharedTree(*,G)Receiver3(*,G)(*,G)(*,G)(*,G)(*,G)Joinmessage

towardRPSharedtreeafterR1,R2joinRP​Source1Receiver1Receiver2PI39Source1Receiver1Receiver2DataEncapsulatedinRegister(*,G)Receiver3(*,G)(*,G)(*,G)(*,G)(*,G)UnicastencapsulateddatapackettoRPinRegisterRPRPde-capsulates,forwardsdownsharedtree​Source1Receiver1Receiver2Da40Source1Receiver1Receiver2RPSendJointoHighRateSourceReceiver3(S1,G)RPJoinmessage

towardS1Sharedtree​Source1Receiver1Receiver2RP41Source1Receiver1Receiver2BuildSource-SpecificDistributionTreeReceiver3JoinmessagesSharedTreeRP