08-组播原理介绍

组播原理介绍烽火通信科技股份有限公司1组播概述2组播技术3IP组播体系结构4组播的形式5简单组播报文分析内容摘要组播概述传统的IP通信有两种方式：第一种是在一台源IP主机和一台目的IP主机之间进行即单播（unicast）第二种是在一台源IP主机和网络中所有其它的IP主机之间进行即广播（broadcast）如果要将信息发送给网络中的多个主机，而非所有主机。则要么采用广播方式要么由源主机分别向网络中的多台目标主机以单播方式发送IP包。采用广播方式实现时不仅会将信息发送给不需要的主机而浪费带宽也可能由于路由回环引起严重的广播风暴。采用单播方式实现时由于IP包的重复发送会白白浪费掉大量带宽也增加了服务器的负载所以传统的单播和广播通信方式不能有效地解决单点发送多点接收的问题组播概述IP组播是指在IP网络中将数据包以尽力传送best-effort的形式发送到网络中的某个确定节点子集。这个子集称为组播组（multicastgroup）IP组播的基本思想是源IP主机只发送一份数据，一个或多个接收者可接收相同数据的拷贝。即允许源IP主机向网上所有IP主机的一部分（子集）发送IP分组，只有该子集内的主机（目标主机）可以接收该分组，而网络中其它IP主机不能收到该分组。这种逻辑上的子集（目标主机）就是组播组，用D类IP地址（224.0.0.0～239.255.255.255）来标识。组播概述IP组播技术有效地解决了单点发送多点接收的问题，实现了IP网络中点到多点的高效数据传送，能够大量节约网络带宽、降低网络负载。作为一种与单播和广播并列的通信方式，组播的意义不仅在于此。更重要的是，可以利用网络的组播特性方便地提供一些新的增值业务，包括在线直播、网络电视、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等互联网的信息服务领域。组播概述---组播与单播的对比1组播概述2组播技术3IP组播体系结构4组播的形式5简单组播报文分析内容摘要组播技术实现组播地址寻址组播源向一组确定的接收者发送信息，而如何来标识这组确定的接收者？组成员关系管理接收者通过加入组播组来实现对组播信息的接收，而接收者是如何动态地加入或离开组播组的？组播报文转发机制组播报文在网络中是如何被转发并最终到达接收者的？组播路由协议组播报文的转发路径（即组播转发树）是如何构建的？组播技术----IP组播地址IANA将D类地址空间分配给IPv4组播使用，范围从224.0.0.0到239.255.255.255。IP组播地址前四位均为“1110”，而整个IP组播地址空间的进行了细分，各子段的IP组播地址分别用作不同的用途。组播技术---IP组播地址到链路层的映射IANA将MAC地址范围01:00:5E:00:00:00～01:00:5E:7F:FF:FF分配给组播使用，这就要求将28位的IP组播地址空间映射到23位的组播MAC地址空间中，具体的映射方法是将组播地址中的低23位放入MAC地址的低23位。组播技术----组播IP地址的划分组播地址范围224.0.0.0－239.255.255.255“D”类地址空间第一个字节的高四位=“1110”保留组播地址224.0.0.0－224.0.0.255发送报文时TTL=1,例如：224.0.0.1子网的所有系统224.0.0.2子网的所有路由器224.0.0.4DVMRP路由器224.0.0.5OSPF路由器本地管理组地址239.0.0.0－239.255.255.255用户组播地址224.0.1.0－238.255.255.2551组播概述2组播技术3IP组播体系结构4组播的形式5简单组播报文分析内容摘要IP组播体系结构hostsrouters应用程序/多播地址域内多播协议域间多播协议注：以下”域”均指自治系统(AS)主机-路由器协议(IGMP)IPMulticast体系结构根据协议的作用，范围组播协议分为以下两种：1.主机-路由器之间的协议，即组播成员关系管理协议组播成员关系管理协议包括IGMP(互连网组管理协议)2.路由器-路由器之间的组播路由协议组播路由协议分为域内组播路由协议及域间组播路由协议。域内组播路由协议包括MOSPF，CBT，PIM-SM、PIM-DM、DVMRP等协议域内的组播协议又分为密集，与稀疏模式的协议。DVMRP，PIM-DM，MOSPF属于密集模式，CBT，PIM-SM属于稀疏模式。由于MOSPF的扩展性很差，并且过于复杂，很少被实现，并且不支持隧道，已经被抛弃。CBT简单，但端到端的性能无法满足，不适于用在全网性的组播应用中。故在域内，主要使用PIM-SM（协议无关组播-密集模式），PIM-DM（协议无关组播-稀疏模式），DVMRP（距离矢量组播路由协议）协议。IP组播体系结构IGMP建立并且维护路由器直联网段的组成员关系信息。域内组播路由协议根据IGMP维护的这些组播组成员关系信息，运用一定的组播路由算法构造组播分发树进行组播数据包转发。域间组播路由协议在各自治域间发布具有组播能力的路由信息以及组播源信息，以使组播数据在域间进行转发。IGMP（互联网组管理协议InternetGroupManagementProtocol）IGMP协议运行于主机和与主机直接相连的组播路由器之间，IGMP实现的功能是双向的：一方面，通过IGMP协议，主机通知本地路由器希望加入并接收某个特定组播组的信息；另一方面，路由器通过IGMP协议周期性地查询局域网内某个已知组的成员是否处于活动状态（即该网段是否仍有属于某个组播组的成员），实现所连网络组成员关系的收集与维护。通过IGMP，在路由器中记录的信息是某个组播组是否在本地有组成员，而不是组播组与主机之间的对应关系。到目前为止，IGMP有三个版本。IGMPv1（RFC1112）中定义了基本的组成员查询和报告过程；目前通用的是IGMPv2，由RFC2236定义，在IGMPv1的基础上添加了组成员快速离开的机制；IGMPv3中增加的主要功能是成员可以指定接收或指定不接收某些组播源的报文。目前使用最多最广泛的是IGMPv2，以下着重介绍IGMPv2协议的原理。IP组播体系结构----IGMP协议IGMPv2的原理如下图所示。IP组播体系结构----IGMP协议当同一个网段内有多个组播路由器时，IGMPv2通过查询器选举机制从中选举出唯一的查询器。查询器周期性地发送通用组查询消息进行成员关系查询；主机发送报告消息来响应查询。主机发送报告消息的时间有随机性，当检测到同一网段内有其它成员发送同样的消息时，则抑制自己的响应报文。如果有新的主机要加入组播组，不必等待查询器的查询消息，而是主动发送报告消息。当要离开组播组时，主机发送离开组消息；收到离开组消息后，查询器发送特定组查询消息来确定是否所有组成员都已离开。对于作为组成员的路由器而言，其行为和普通的主机一样，响应其它路由器的查询。通过上述机制，在组播路由器里建立起一张表，其中记录了路由器的各个接口所对应的子网上都有哪些组的成员。当路由器接收到某个组的数据报文后，只向那些有成员的接口上转发数据报文。至于数据报文在路由器之间如何转发则由路由协议决定，不是IGMP协议的功能。IP组播体系结构----IGMP协议18IP组播体系结构----IGMP协议正如ICMP一样，IGMP也被当作IP层的一部分。IGMP报文通过IP数据报进行传输。不像我们已经见到的其他协议，IGMP有固定的报文长度，没有可选数据。IGMP报文通过IP首部中协议字段值为2来指明。IGMP报文格式所有和主机相关的IGMP消息见下：这是版本为1的IGMP。IGMP类型为1说明是由多播路由器发出的查询报文，为2说明是主机发出的报告报文。检验和的计算和ICMP协议相同。组地址为D类IP地址。在查询报文中组地址设置为0，在报告报文中组地址为要参加的组地址。IP组播体系结构----IGMP协议有3种IGMP消息和主机与路由器的交互有关：0x11=成员关系查询（MembershipQuery）有两个成员关系查询的子类型：一般查询，用于了解一个组中是否有成员在相邻的网络中。特定组查询，用于了解在相邻的网络中特定的组是否有成员。0x16=版本2成员关系报告。（v2MembershipReport）0x17=离开组（LeaveGroup）为了和IGMPv1兼容，还有另外的一个附加的消息类别：0x12=版本1成员报告。（v1MembershipReport）IP组播体系结构----IGMP协议1组播概述2组播技术3IP组播体系结构4组播的形式5简单组播报文分析内容摘要组成员关系管理组成员关系管理是指在路由器/交换机上建立直联网段内的组成员关系信息，具体来说，就是各接口/端口下有哪些组播组的成员。IGMP运行于主机和与主机直连的路由器之间，实现组成员关系的管理。目前IGMP有以下三个版本：IGMPv1（RFC1112）中定义了基本组成员查询和报告过程IGMPv2（RFC2236）在IGMPv1的基础上添加了组成员快速离开的机制等IGMPv3（RFC3376）中增加的主要功能是成员可以指定接收或拒绝来自某些组播源的报文，以实现对SSM模型的支持。组播报文转发组播转发树建组播报文分发树（即组播数据在网络中的树型转发路径），并通过该分发树将报文从组播源传输到接收者。源树（SourceTree）共享树（RPT）组播报文转发机制当路由器收到组播数据报文时，根据组播目的地址查找组播转发表，确定向哪个接口转发，同时必须根据报文的源地址确定其正确的入接口（指向组播源方向）和下游方向，然后将其沿着远离组播源的下游方向转发，这个过程称为逆向路径转发（RFP）。组播路由协议与单播路由一样，组播路由协议也分为域内和域间两大类域内组播路由协议根据IGMP协议维护的组成员关系信息，运用一定的组播路由算法构造组播分发树，在路由器中建立组播路由状态，路由器根据这些状态进行组播数据包转发.PIM是众多域内组播路由协议中较典型的一个。按照转发机制的不同，PIM可以分为DM（DenseMode，密集模式）和SM（SparseMode，稀疏模式）两种模式。域间组播路由协议根据网络中配置的域间组播路由策略，在各自治系统间发布具有组播能力的路由信息以及组播源信息，使组播数据能在域间进行转发。比较成型的解决方案有：MBGP：用于在自治域之间交换组播路由信息；MSDP：用于在ISP之间交换组播源信息。可控组播可控组播目标：用户认证机制，基于组播用户的控制组播用户可以任意的加入或离开组播组；详细的用户信息记录系统，包括信息显示，点播日志，点播统计等功能。IGMP是一个只关心有无组播组，而不关心具体组播用户的协议。对节目源的管理，基于节目源的控制IGMPv3有详细的节目源组播规定，但目前广泛使用的IGMPv2没有这一设定。组播级联组播是有方向性的，在IGMPPROXY模块中ROUTER_MODULE_PORT只能处理join/leave报文，丢弃query报文；HOST_MODULE_PORT只能处理query报文，而丢弃join/leave报文。缺省情况所有上联口均为HOST_MODULE_PORT，所有线卡槽位口为ROUTER_MODULE_PORT。AN5116-01系统可以设置一个或多个上联口为ROUTER_MODULE_PORT，成为级联口，不能设置所有上联口为级联口。29:129:229:1组播日志组播日志功能是基于可控组播模式下的私有协议报文，只在可控模式下才有效。组播统计是基于对组播日志的分析和计算。Checkinginterval：可控组定时检查在线组播用户的时间，对在线用户自动生成在线日志；Ignoretime：对单个用户短时间内加入单个组播组活动的忽略时间（触发条件：ignoretimeleave_time-join_time）。组播预览功能组播预览功能只在可控模式下有效。在可控模式下，当端口绑定模板中组播组的权限为“预览”时，该端口下的用户在预览次数和预览时长内