第七章 广播与多播

1、第七章广播与多播,第七章广播与多播,1. 广播 2. 多播 3. IGMP,128.146.222.0/24,128.146.226.0/24,128.146.116.0/24,Receivers,128.146.199.0/24,Receiver,Receiver,Sender,128.146.222.0/24,128.146.226.0/24,128.146.116.0/24,Receivers,128.146.199.0/24,Receiver,Receiver,Sender,共有 90 个主机接收视频节目,R1,R3,R4,R2,视频服务器 M,30 个,30 个,30 个,30 个,

2、30个,30 个,90 个,不使用多播时需要 发送 90 次单播,播,1 个,1 个,播,播,广播、多播可明显地减少网络中资源的消耗,播组成员 共有 90 个,R1,R3,R4,R2,视频服务器 M,1 个,1 个,1 个,1 个,1 个,发送 1 次播,复制,点到点的数据传输技术：单播(Unicast) 一点到多点的数据传输技术：广播、多播(Multicast),7.1 广播,概念 广播就是发送一个数据给一个范围内(通常是一个网络)的所有系统，该范围内的所有系统都应该接收该数据 使用协议可以实现数据广播 广播的数据包也是封装在物理网络的数据帧中进行传输的,广播地址：是一种特殊的地址，它能代表

3、网络中的所有主机 数据包和数据帧中只有一个目的地址字段，无法容纳多个目的地址 发送者往往也不知道数据的确切接收者都是谁,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,应用进程数据先传送到应用层,加上应用层首部，成为应用层 PDU,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,应用层 PDU 再传送到运输层,加上运输层首部，成为运输层报文,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,运输层报文再传送到网络层,加

4、上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,IP 数据报再传送到数据链路层,加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,数据链路层帧再传送到物理层,最下面的物理层把比特流传送到物理媒体,主机 1 向主机 2 发送数据,应用层(application layer),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,物理传输媒体,主机 1,AP2,AP1,电信号（或光信号）在物理媒体中传播 从发送端

5、物理层传送到接收端物理层,主机 2,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,物理层接收到比特流，上交给数据链路层,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,数据链路层剥去帧首部和帧尾部 取出数据部分，上交给网络层,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,网络层剥去首部，取出数据部分 上交给运输层,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主

6、机 2,运输层剥去首部，取出数据部分 上交给应用层,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,应用层剥去首部，取出应用程序数据 上交给应用进程,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！,物理层的广播,大多数物理网络技术都有表示广播地址的方法 例如以太网地址长位，所有位都为的地址就表示广播地址,7.1.2 IP协议的广播,协议的广播地址就是将网络标识或主机标识设定为特定的值来表示的 用来表示本网络的广播 主机标识各位都为的地

7、址表示指定网络的广播，这个地址中的网络标识部分指定了该广播数据包应该在其中进行广播的网络,N1,R1,N2,R2,Sender,.,.,7.1.3 IP广播的过程和问题,网内or网外?,网内：应该将目的IP地址设为第一种IP广播地址或网络标识为本地网络标识的第二种IP广播地址.然后要求底层物理网络将该数据包广播出去. 网外：应该将目的IP地址设置为第二种IP广播地址.但不能要求物理网络广播该数据包.而是将该数据包以单播形式发送给路由器.,注意,广播地址只能用作目的地址,数据包或数据帧中的源地址决不允许使用广播地址.,7.2 多播,广播：接收方是被动的一方 多播(组播)：接收方系统可以选择是否加

8、入到这个范围中.,7.2.1 物理层的多播,广播技术只需要一个或者几个广播地址 在同一个网络可能同时会存在多个多播组,为了区分不同的组,所以需要有较多的多播地址. 在以太网地址中，最高字节的最低位为1的地址都是多播地址。,7.2.2 IP协议的多播,IP协议的多播 1.组成员的动态加入和退出特点 2.组成员可以是跨网络的,没有范围的限制. 因此要将多播数据包进行跨网络的传送,必须有一种特殊的路由器的帮助,称为多播路由器.,1 IP多播地址,224.0.0.0 被保留不能赋给任何多播组 224.0.0.1 是一个所有主机组地址,它表示参与IP多播的所有主机和路由器,注意,IP多播地址只能用作目的

9、地址而不能用在IP数据包头的源地址字段中. 也不能出现在源路由和记录路由选项中. 不能为多播数据包产生ICMP错误信息.,2.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,0 1 0 0 5 E,表示多播,最低 23 位来自 D 类 IP 地址,7.3 网际组管理协议 IGMP 和多播路由选择协议,1. IP多播需要两种协议 为了使路由器知道多播组成员的信息，需要利用网际组管理协议 IGMP (Internet Group Management

10、 Protocol)。 连接在局域网上的多播路由器还必须和因特网上的其他多播路由器协同工作，以便把多播数据报用最小代价传送给所有的组成员。这就需要使用多播路由选择协议。,组播相关协议,组播路由协议，如DVMRP，PIM 功能：生成组播路由表,组播管理协议，IGMP 功能：组成员的加入和退出,Router to Router,Host to Router,IGMP 使多播路由器知道多播组成员信息,128.56.24.34,135.27.74.52,130.12.14.56,130.12.14.43,多播组 226.15.37.123,IGMP,IGMP,IGMP,IGMP,R1,R4,R3,R2

11、,IGMP 的本地使用范围,IGMP 并非在因特网范围内对所有多播组成员进行管理的协议。 IGMP 不知道 IP 多播组包含的成员数，也不知道这些成员都分布在哪些网络上。 IGMP 协议是让连接在本地局域网上的多播路由器知道本局域网上是否有主机（严格讲，是主机上的某个进程）参加或退出了某个多播组。,多播路由选择协议比单播路由选择协议复杂得多,多播转发必须动态地适应多播组成员的变化（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。 多播路由器在转发多播数据报时，不能仅仅根据多播数据报中的目的地址，而是还要考虑这个多播数据报从什么地方来和要到什么地方去。

12、多播数据报可以由没有加入多播组的主机发出，也可以通过没有组成员接入的网络。,2. 网际组管理协议 IGMP,1989 年公布的 RFC 1112（IGMPv1）早已成为了因特网的标准协议。 1997 年公布的 RFC 2236（IGMPv2，建议标准）对 IGMPv1 进行了更新。 2002 年 10 月公布了 RFC 3376（IGMPv3，建议标准），宣布 RFC 2236（IGMPv2）是陈旧的。,IGMP 是整个网际协议 IP 的一个组成部分,和 ICMP 相似，IGMP 使用 IP 数据报传递其报文（即 IGMP 报文加上 IP 首部构成 IP 数据报），但它也向 IP 提供服务。

13、因此，我们不把 IGMP 看成是一个单独的协议，而是属于整个网际协议 IP 的一个组成部分。,3. IGMP数据包格式,0,4,8,16,31,类型字段,1 表示是由多播路由器发出的查询数据包,2 表示是主机发出的报告数据包,校验和的计算和ICMP协议相同,组地址为D类IP地址.在查询数据包中组地址为0,在报告数据包中组地址为要参加的地址.,4.IGMP协议的工作机制,第一阶段：当某个主机加入新的多播组时，该主机应向多播组的多播地址发送IGMP 报文，声明自己要成为该组的成员。本地的多播路由器收到 IGMP 报文后，将组成员关系转发给因特网上的其他多播路由器。,IGMP 可分为两个阶段,该数据

14、包的IP多播地址字段就设置为它加入的多播地址.并且该数据包的目的地址设为所有多播地址224.0.0.1.因为使用这个目的地址的数据包会被本地网络中所有参与多播的主机和路由器所接收,所以主机不需要知道本地多播路由器IP地址.多播路由器在接收到该数据包后会通过向其他多播路由器传播组成员信息来建立必要的路由信息.,IGMP 可分为两个阶段,第二阶段：因为组成员关系是动态的，因此本地多播路由器要周期性地探询本地局域网上的主机，以便知道这些主机是否还继续是组的成员。 只要对某个组有一个主机响应，那么多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

15、发给其他的多播路由器。,本地的多播路由器需要定期的查询每个组中在本地网络还有那些成员.这是通过向网络中发送IGMP查询数据包完成的.多播路由器向每个端口连接的网络中发送一个目的地址为224.0.0.1的IGMP查询数据包,在数据包中IP多播地址字段设置为0.每个参与多播通信的主机在收到IGMP查询数据包后,都要发送一个上面所述的IGMP报告数据包,IP多播地址字段和目的地址都设置为其参与的多播组的地址. 如果一个主机加入多个多播组,那么主机需要为每个组发送一个报告数据包.,5.IGMP 采用的一些具体措施,在主机和多播路由器之间的所有通信都是使用 IP 多播。 多播路由器在探询组成员关系时，只需要对所有的组发送一个请求信息的询问报文，而不需要对每一个组发