等級(jí)學(xué)習(xí)認(rèn)證p2l00003-組播原理介紹

1、組播原理介紹烽火通信科技股份有限公司1組播概述2組播技術(shù)3 IP組播體系結(jié)構(gòu)4組播的形式5簡(jiǎn)單組播報(bào)文分析內(nèi)容摘要組播概述傳統(tǒng)的IP通信有兩種方式：第一種是在一臺(tái)源 IP 主機(jī)和一臺(tái)目的 IP 主機(jī)之間進(jìn)行即單播（unicast ）第二種是在一臺(tái)源 IP 主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)中所有其它的 IP主機(jī)之間進(jìn)行即廣播（broadcast） 如果要將信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)主機(jī)，而非所有主機(jī)。則要么采用廣播方式要么由源主機(jī)分別向網(wǎng)絡(luò)中的多臺(tái)目標(biāo)主機(jī)以單播方式發(fā)送 IP 包。采用廣播方式實(shí)現(xiàn)時(shí)不僅會(huì)將信息發(fā)送給不需要的主機(jī)而浪費(fèi)帶寬也可能由于路由回環(huán)引起嚴(yán)重的廣播風(fēng)暴。采用單播方式實(shí)現(xiàn)時(shí)由于 IP 包的重復(fù)發(fā)送會(huì)白

2、白浪費(fèi)掉大量帶寬也增加了服務(wù)器的負(fù)載所以傳統(tǒng)的單播和廣播通信方式不能有效地解決單點(diǎn)發(fā)送多點(diǎn)接收的問(wèn)題組播概述IP 組播是指在 IP 網(wǎng)絡(luò)中將數(shù)據(jù)包以盡力傳送best-effort 的形式發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)確定節(jié)點(diǎn)子集。這個(gè)子集稱為組播組（multicast group ）IP組播的基本思想是源IP主機(jī)只發(fā)送一份數(shù)據(jù)，一個(gè)或多個(gè)接收者可接收相同數(shù)據(jù)的拷貝。即允許源IP主機(jī)向網(wǎng)上所有IP主機(jī)的一部分（子集）發(fā)送IP分組，只有該子集內(nèi)的主機(jī)（目標(biāo)主機(jī)）可以接收該分組，而網(wǎng)絡(luò)中其它IP主機(jī)不能收到該分組。這種邏輯上的子集（目標(biāo)主機(jī)）就是組播組，用D類IP地址（224.0.0.0239.255.255.

3、255）來(lái)標(biāo)識(shí)。組播概述IP 組播技術(shù)有效地解決了單點(diǎn)發(fā)送多點(diǎn)接收的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了 IP 網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)到多點(diǎn)的高效數(shù)據(jù)傳送，能夠大量節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬、降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。作為一種與單播和廣播并列的通信方式，組播的意義不僅在于此。更重要的是，可以利用網(wǎng)絡(luò)的組播特性方便地提供一些新的增值業(yè)務(wù)，包括在線直播、網(wǎng)絡(luò)電視、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)、實(shí)時(shí)視頻會(huì)議等互聯(lián)網(wǎng)的信息服務(wù)領(lǐng)域。組播概述-組播與單播的對(duì)比1組播概述2組播技術(shù)3 IP組播體系結(jié)構(gòu)4組播的形式5簡(jiǎn)單組播報(bào)文分析內(nèi)容摘要組播技術(shù)實(shí)現(xiàn)組播地址尋址組播源向一組確定的接收者發(fā)送信息，而如何來(lái)標(biāo)識(shí)這組確定的接收者？組成員關(guān)系管理接收者通過(guò)加入組播組來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)組

4、播信息的接收，而接收者是如何動(dòng)態(tài)地加入或離開組播組的？ 組播報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制組播報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)中是如何被轉(zhuǎn)發(fā)并最終到達(dá)接收者的？組播路由協(xié)議組播報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)路徑（即組播轉(zhuǎn)發(fā)樹）是如何構(gòu)建的？組播技術(shù)-IP組播地址IANA將D類地址空間分配給IPv4組播使用，范圍從 224.0.0.0到 239.255.255.255。IP組播地址前四位均為“1110”，而整個(gè)IP組播地址空間的進(jìn)行了細(xì)分，各子段的IP組播地址分別用作不同的用途。組播技術(shù)-IP組播地址到鏈路層的映射IANA將MAC地址范圍01:00:5E:00:00:0001:00:5E:7F:FF:FF分配給組播使用，這就要求將28位的IP組播地址空間

5、映射到23位的組播MAC地址空間中，具體的映射方法是將組播地址中的低23位放入MAC地址的低23位。組播技術(shù)-組播IP地址的劃分組播地址范圍224.0.0.0239.255.255.255“D”類地址空間 第一個(gè)字節(jié)的高四位 = “1110”保留組播地址224.0.0.0224.0.0.255發(fā)送報(bào)文時(shí) TTL = 1, 例如： 224.0.0.1子網(wǎng)的所有系統(tǒng) 224.0.0.2子網(wǎng)的所有路由器 224.0.0.4DVMRP路由器 224.0.0.5OSPF路由器本地管理組地址239.0.0.0239.255.255.255用戶組播地址224.0.1.0238.255.255.2551組播概

6、述2組播技術(shù)3 IP組播體系結(jié)構(gòu)4組播的形式5簡(jiǎn)單組播報(bào)文分析內(nèi)容摘要IP 組播體系結(jié)構(gòu)hostsrouters應(yīng)用程序/多播地址域內(nèi)多播協(xié)議域間多播協(xié)議注：以下”域” 均指自治系統(tǒng)(AS)主機(jī)-路由器協(xié)議 (IGMP)IP Multicast體系結(jié)構(gòu)根據(jù)協(xié)議的作用，范圍組播協(xié)議分為以下兩種：1.主機(jī)-路由器之間的協(xié)議，即組播成員關(guān)系管理協(xié)議 組播成員關(guān)系管理協(xié)議包括IGMP(互連網(wǎng)組管理協(xié)議)2.路由器-路由器之間的組播路由協(xié)議組播路由協(xié)議分為域內(nèi)組播路由協(xié)議及域間組播路由協(xié)議。域內(nèi)組播路由協(xié)議包括MOSPF，CBT，PIM-SM、PIM-DM、DVMRP等協(xié)議域內(nèi)的組播協(xié)議又分為密集，與稀

7、疏模式的協(xié)議。DVMRP，PIM-DM，MOSPF屬于密集模式，CBT，PIM-SM屬于稀疏模式。由于MOSPF的擴(kuò)展性很差，并且過(guò)于復(fù)雜，很少被實(shí)現(xiàn)，并且不支持隧道，已經(jīng)被拋棄。CBT簡(jiǎn)單，但端到端的性能無(wú)法滿足，不適于用在全網(wǎng)性的組播應(yīng)用中。故在域內(nèi)，主要使用PIM-SM（協(xié)議無(wú)關(guān)組播-密集模式），PIM-DM（協(xié)議無(wú)關(guān)組播-稀疏模式），DVMRP（距離矢量組播路由協(xié)議）協(xié)議。IP 組播體系結(jié)構(gòu)IGMP建立并且維護(hù)路由器直聯(lián)網(wǎng)段的組成員關(guān)系信息。域內(nèi)組播路由協(xié)議根據(jù)IGMP維護(hù)的這些組播組成員關(guān)系信息，運(yùn)用一定的組播路由算法構(gòu)造組播分發(fā)樹進(jìn)行組播數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。域間組播路由協(xié)議在各自治域間發(fā)布

8、具有組播能力的路由信息以及組播源信息，以使組播數(shù)據(jù)在域間進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。IGMP（互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議Internet Group Management Protocol）IGMP 協(xié)議運(yùn)行于主機(jī)和與主機(jī)直接相連的組播路由器之間，IGMP 實(shí)現(xiàn)的功能是雙向的：一方面，通過(guò) IGMP 協(xié)議，主機(jī)通知本地路由器希望加入并接收某個(gè)特定組播組的信息；另一方面，路由器通過(guò) IGMP 協(xié)議周期性地查詢局域網(wǎng)內(nèi)某個(gè)已知組的成員是否處于活動(dòng)狀態(tài)（即該網(wǎng)段是否仍有屬于某個(gè)組播組的成員），實(shí)現(xiàn)所連網(wǎng)絡(luò)組成員關(guān)系的收集與維護(hù)。通過(guò) IGMP，在路由器中記錄的信息是某個(gè)組播組是否在本地有組成員，而不是組播組與主機(jī)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

9、。到目前為止，IGMP 有三個(gè)版本。IGMP v1（RFC1112）中定義了基本的組成員查詢和報(bào)告過(guò)程；目前通用的是 IGMP v2，由 RFC2236 定義，在 IGMPv1 的基礎(chǔ)上添加了組成員快速離開的機(jī)制；IGMP v3 中增加的主要功能是成員可以指定接收或指定不接收某些組播源的報(bào)文。目前使用最多最廣泛的是IGMP v2，以下著重介紹 IGMP v2 協(xié)議的原理。IP 組播體系結(jié)構(gòu)- IGMP協(xié)議IGMPv2 的原理如下圖所示。IP 組播體系結(jié)構(gòu)- IGMP協(xié)議當(dāng)同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)有多個(gè)組播路由器時(shí)，IGMP v2 通過(guò)查詢器選舉機(jī)制從中選舉出唯一的查詢器。查詢器周期性地發(fā)送通用組查詢消息進(jìn)

10、行成員關(guān)系查詢；主機(jī)發(fā)送報(bào)告消息來(lái)響應(yīng)查詢。主機(jī)發(fā)送報(bào)告消息的時(shí)間有隨機(jī)性，當(dāng)檢測(cè)到同一網(wǎng)段內(nèi)有其它成員發(fā)送同樣的消息時(shí)，則抑制自己的響應(yīng)報(bào)文。如果有新的主機(jī)要加入組播組，不必等待查詢器的查詢消息，而是主動(dòng)發(fā)送報(bào)告消息。當(dāng)要離開組播組時(shí)，主機(jī)發(fā)送離開組消息；收到離開組消息后，查詢器發(fā)送特定組查詢消息來(lái)確定是否所有組成員都已離開。對(duì)于作為組成員的路由器而言，其行為和普通的主機(jī)一樣，響應(yīng)其它路由器的查詢。通過(guò)上述機(jī)制，在組播路由器里建立起一張表，其中記錄了路由器的各個(gè)接口所對(duì)應(yīng)的子網(wǎng)上都有哪些組的成員。當(dāng)路由器接收到某個(gè)組的數(shù)據(jù)報(bào)文后，只向那些有成員的接口上轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文。至于數(shù)據(jù)報(bào)文在路由器之間如

11、何轉(zhuǎn)發(fā)則由路由協(xié)議決定，不是 IGMP 協(xié)議的功能。IP 組播體系結(jié)構(gòu)- IGMP協(xié)議18IP 組播體系結(jié)構(gòu)- IGMP協(xié)議正如ICMP一樣， IGMP也被當(dāng)作 IP層的一部分。IGMP報(bào)文通過(guò)IP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行傳輸。不像我們已經(jīng)見(jiàn)到的其他協(xié)議， IGMP有固定的報(bào)文長(zhǎng)度，沒(méi)有可選數(shù)據(jù)。IGMP報(bào)文通過(guò)IP首部中協(xié)議字段值為2來(lái)指明。IGMP報(bào)文格式所有和主機(jī)相關(guān) 的IGMP 消息見(jiàn)下：這是版本為1的IGMP。IGMP類型為1說(shuō)明是由多播路由器發(fā)出的查詢報(bào)文，為 2說(shuō)明是主機(jī)發(fā)出的報(bào)告報(bào)文。檢驗(yàn)和的計(jì)算和ICMP協(xié)議相同。組地址為D類I P地址。在查詢報(bào)文中組地址設(shè)置為 0，在報(bào)告報(bào)文中組地址為要

12、參加的組地址。IP 組播體系結(jié)構(gòu)- IGMP協(xié)議有3種 IGMP 消息和主機(jī)與路由器的交互有關(guān)：0 x11 = 成員關(guān)系查詢（Membership Query）有兩個(gè)成員關(guān)系查詢的子類型：一般查詢，用于了解一個(gè)組中是否有成員在相鄰的網(wǎng)絡(luò)中。特定組查詢，用于了解在相鄰的網(wǎng)絡(luò)中特定的組是否有成員。0 x16 = 版本 2 成員關(guān)系報(bào)告。（v2 Membership Report）0 x17 = 離開組 （Leave Group）為了和IGMP v1兼容，還有另外的一個(gè)附加的消息類別： 0 x12 = 版本 1 成員報(bào)告。（v1 Membership Report）IP 組播體系結(jié)構(gòu)- IGMP協(xié)議

13、1組播概述2組播技術(shù)3 IP組播體系結(jié)構(gòu)4組播的形式5簡(jiǎn)單組播報(bào)文分析內(nèi)容摘要組成員關(guān)系管理組成員關(guān)系管理是指在路由器/交換機(jī)上建立直聯(lián)網(wǎng)段內(nèi)的組成員關(guān)系信息，具體來(lái)說(shuō)，就是各接口/端口下有哪些組播組的成員。IGMP運(yùn)行于主機(jī)和與主機(jī)直連的路由器之間，實(shí)現(xiàn)組成員關(guān)系的管理。目前IGMP有以下三個(gè)版本： IGMPv1（RFC 1112）中定義了基本組成員查詢和報(bào)告過(guò)程 IGMPv2（RFC 2236）在 IGMPv1 的基礎(chǔ)上添加了組成員快速離開的機(jī)制等IGMPv3（RFC 3376）中增加的主要功能是成員可以指定接收或拒絕來(lái)自某些組播源的報(bào)文，以實(shí)現(xiàn)對(duì) SSM模型的支持。 組播報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)組播轉(zhuǎn)發(fā)

14、樹建組播報(bào)文分發(fā)樹（即組播數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的樹型轉(zhuǎn)發(fā)路徑），并通過(guò)該分發(fā)樹將報(bào)文從組播源傳輸?shù)浇邮照摺?源樹（Source Tree）共享樹（RPT）組播報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制當(dāng)路由器收到組播數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)，根據(jù)組播目的地址查找組播轉(zhuǎn)發(fā)表，確定向哪個(gè)接口轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)必須根據(jù)報(bào)文的源地址確定其正確的入接口（指向組播源方向）和下游方向，然后將其沿著遠(yuǎn)離組播源的下游方向轉(zhuǎn)發(fā)，這個(gè)過(guò)程稱為逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā)（RFP）。組播路由協(xié)議與單播路由一樣，組播路由協(xié)議也分為域內(nèi)和域間兩大類域內(nèi)組播路由協(xié)議根據(jù) IGMP 協(xié)議維護(hù)的組成員關(guān)系信息，運(yùn)用一定的組播路由算法構(gòu)造組播分發(fā)樹，在路由器中建立組播路由狀態(tài)，路由器根據(jù)這些狀態(tài)進(jìn)行組播

15、數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā).PIM是眾多域內(nèi)組播路由協(xié)議中較典型的一個(gè)。按照轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的不同，PIM可以分為DM（Dense Mode，密集模式）和SM（Sparse Mode，稀疏模式）兩種模式。 域間組播路由協(xié)議根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中配置的域間組播路由策略，在各自治系統(tǒng)間發(fā)布具有組播能力的路由信息以及組播源信息，使組播數(shù)據(jù)能在域間進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。比較成型的解決方案有： MBGP：用于在自治域之間交換組播路由信息； MSDP：用于在 ISP之間交換組播源信息。 可控組播可控組播目標(biāo)：用戶認(rèn)證機(jī)制，基于組播用戶的控制組播用戶可以任意的加入或離開組播組；詳細(xì)的用戶信息記錄系統(tǒng)，包括信息顯示，點(diǎn)播日志，點(diǎn)播統(tǒng)計(jì)等功能。IGMP是一個(gè)

16、只關(guān)心有無(wú)組播組，而不關(guān)心具體組播用戶的協(xié)議。對(duì)節(jié)目源的管理，基于節(jié)目源的控制IGMPv3有詳細(xì)的節(jié)目源組播規(guī)定，但目前廣泛使用的IGMPv2沒(méi)有這一設(shè)定。組播級(jí)聯(lián)組播是有方向性的，在IGMP PROXY模塊中ROUTER_MODULE_PORT只能處理join/leave報(bào)文，丟棄query報(bào)文；HOST_MODULE_PORT只能處理query報(bào)文，而丟棄join/leave報(bào)文。缺省情況所有上聯(lián)口均為HOST_MODULE_PORT，所有線卡槽位口為ROUTER_MODULE_PORT。AN5116-01系統(tǒng)可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)上聯(lián)口為ROUTER_MODULE_PORT，成為級(jí)聯(lián)口，不能

17、設(shè)置所有上聯(lián)口為級(jí)聯(lián)口。組播日志組播日志功能是基于可控組播模式下的私有協(xié)議報(bào)文，只在可控模式下才有效。組播統(tǒng)計(jì)是基于對(duì)組播日志的分析和計(jì)算。Checking interval：可控組定時(shí)檢查在線組播用戶的時(shí)間，對(duì)在線用戶自動(dòng)生成在線日志；Ignore time ：對(duì)單個(gè)用戶短時(shí)間內(nèi)加入單個(gè)組播組活動(dòng)的忽略時(shí)間（觸發(fā)條件：ignore time leave_time-join_time）。組播預(yù)覽功能組播預(yù)覽功能只在可控模式下有效。在可控模式下，當(dāng)端口綁定模板中組播組的權(quán)限為“預(yù)覽”時(shí)，該端口下的用戶在預(yù)覽次數(shù)和預(yù)覽時(shí)長(zhǎng)內(nèi)可以正常加入該組播組。達(dá)到了預(yù)覽次數(shù)或預(yù)覽總時(shí)長(zhǎng)，則不可以正常加入該組播組

18、。當(dāng)預(yù)覽復(fù)位時(shí)間到，系統(tǒng)會(huì)復(fù)位該用戶的預(yù)覽次數(shù)和預(yù)覽時(shí)間計(jì)數(shù)，用戶可以重新正常的加入該組播組。預(yù)加入組功能配置為預(yù)加入的組，設(shè)備會(huì)周期性的向上行方向發(fā)送加入報(bào)文；配置為預(yù)加入的組，不會(huì)向上行發(fā)送離開報(bào)文；配置為預(yù)加入的組，其相應(yīng)的組播流會(huì)引入到系統(tǒng)的上聯(lián)端口。組播的形式-組播Snooping1.IGMP Snooping，就是監(jiān)聽I(yíng)GMP協(xié)議包，提取相應(yīng)的信息，形成組播成員關(guān)系表，然后對(duì)組播業(yè)務(wù)按照組成員關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，保證組成員收到正確的組播業(yè)務(wù)，而其余主機(jī)無(wú)法收到。2.IGMP Snooping相對(duì)路由器和主機(jī)是透明的，它僅僅監(jiān)聽兩者之間的IGMP報(bào)文，來(lái)建立自己的組播成員關(guān)系表。CPU012345IGMP報(bào)告IGMP查詢MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)表端口0102030 1 3 5組播的形式-組播Snooping組播的形式-組播Proxy 1.在組播路由器和主機(jī)間行使代理的功能。在網(wǎng)絡(luò)側(cè)，組播代理可視為一臺(tái)主機(jī)，而在用戶側(cè)，組播代理設(shè)備可以視作一臺(tái)組播路由器。2.組播代理攔截用戶和路由器所發(fā)出的組播協(xié)議報(bào)文。并維護(hù)自己的組播轉(zhuǎn)發(fā)