网际多目标广播简介

单播和多播使用传统的IP寻址方法，每个信息包都使用一个唯一的IP地址，一次只给一个节点(即主机)传送，这种方法称为单目标传送(unicast)。如果使用单目标广播服务把相同内容的信息传输给N个目标站点，就须要传输N个拷贝，即要传输N次。缺点：浪费链路带宽，因为在链路上要传送多个相同的拷贝大大地加重了服务机的负担单播和多播把消息一次性地同时传输给N个目标站点，这就叫做多目标广播(multicasting)，在因特网上广播就称为IP多目标广播(IPmulticast)或者叫做网际多目标广播特点：是真正的分布式信息传输服务大大减轻网络上出现的拥挤和服务器的负担可用于声音和影视的实时广播，例如，因特网电话会议，因特网电视会议须在IP协议中增加支持多目标广播的路径安排(multicastrouting)功能IP多目标广播路由协议(IPMulticastroutingprotocol)比较好地满足了在IP网络上实现多目标广播的功能多目标广播所需要的环境为支持IP多目标广播，发送端和接收端以及收发两端之间的网络设施都必需具备多目标广播功能，包括中间的路由器主机节点需要的环境：TCP/IP协议堆中可支持IP多目标广播软件支持网际主机组管理协议(InternetGroupManagementProtocol，IGMP)，这样就可以申请参加多目标广播组(multicastgroup)和接收多目标广播要有IP多目标广播应用软件，例如电视会议软件在WAN网络上运行或者评估多目标广播就还需要：在接收两端之间的所有路由器都具备多目标广播的功能也许要能识别防火墙以便使多目标广播畅通网际多目标广播环境多目标广播树多目标广播树(multicasttree)或者叫做多目标广播跨越树(multicastspanningtree)描述服务机(播送机)和接收机之间构成的播放与接收关系服务机只向外传送一个信息包流每当信息包到达多目标广播树中有多个分支的路由器时，路由器就为每个分支复制一个信息包。这样就减轻了服务机的负担，更有效地利用了网络资源。建立多目标广播树建立多目标广播树的过程如下：广播源把数据或者广播通知发送给所有路由器不想参加多目标广播的终端逆向发送一个删除消息删除没有成员的分支和不在最短路径树上的分支在广播源生成最短路径树使用联结和删除功能改变成员之间的关系至少有三种多目标广播路由协议：距离矢量多目标路由协议(DistanceVectorMulticastRoutingProtocol，DVMRP)。多目标广播开放最短路径优先协议(MulticastOpenShortestPathFirst，MOSPF)。协议独立多目标广播(ProtocolIndependentMulticasting，PIM)IP多目标广播的地址传输控制协议(TransferControlProtocol，TCP)和用户数据包协议(UserDatagramProtocol，UDP)仅提供单目标广播(unicast)传送服务，不能满足多目标广播的要求1989年由施乐公司(Xerox)在帕洛阿尔托研究中心(PaloAltoResearchCenter，PARC)的SteveDeering提出了一种解决方案，使用IP地址中的D类地址来实现IP多目标广播(IP-Multicast)（RFC1112）1992年3月因特网工程特别工作组(InternetEngineeringTaskForce，IETF)召开的会议上采纳了一种称为“多目标广播骨干网MBone”的试验方案，1993年7月正式命名为MBone，是一种可在全球范围内传输电视的网络主机组加入某一广播的所有计算机构成一个计算机组，称为主机组(hostgroup)一个主机组的成员是随时变动的，一台主机可以随时加入或者退出主机组主机组成员的数目和所在的地理位置也不受限制一台主机也可以属于几个主机组主机组地址IP多目标广播使用D类IP地址(ClassDInternetProtocoladdresses)最高4位为1110用来指定多目标广播主机组群(multicasthostgroups)的地址，主机组的地址范围从224.0.0.0到239.255.255.255主机组的地址划分为两种类型，一种称为永久性地址，另一种称为暂时性地址地址的分配地址的分配由因特网号码分配局(InternetAssignedNumbersAuthority，IANA)掌握永久地址224.0.0.1称为“所有主机组(all-hostsgroup)”地址，它是用来与直接连接到网络上的所有IP多目标广播主机组进行通信的地址244.0.0.2是与LAN上的所有路由器进行通信的地址244.0.0.0到244.0.0.255是为路由协议和其他用途保留的地址其他的地址和地址范围用于应用软件，这些保留的IP多目标广播地址列在RFC1700中数据包的发送发送给多目标广播主机组所有成员的数据包称为IP多目标广播数据包(IPMulticastDatagram)，这种数据包与单目标广播IP数据包相同发送端指定一个代表主机组的目标地址，使用与发送单目标数据包一样的操作“SendIP”来发送多目标广播数据包接收数据包用户主机在多目标广播主机组中申请成员资格与LAN上的路由器通信，如果需要的话还要与发送端和接收端之间的中间路由器进行通信接收端主机上的网络接口卡就可开始筛选具体的LAN网络硬件(数据链路层)的地址，这个地址是与新的多目标广播组地址相关联的WAN路由器把请求的多目标广播数据包递送到LAN路由器，LAN路由器把接收端的主机地址转换成相关的硬件地址，然后使用这个地址创建消息(例如，以太网帧)正在注意这些地址的接收主机的网络接口卡和网络驱动程序就把多目标广播消息传输给TCP/IP协议堆，由协议堆把广播消息变成用户应用程序的输入，例如电视播放器网际主机组管理协议如果LAN上多目标广播组的成员要接收来自远距离广播源的广播，多目标广播信息包就必需要通过路由器转发到LAN网上。多目标广播路由器通过使用网际主机组管理协议(InternetGroupManagementProtocol，IGMP)来查明直接附加到子网的主机组成员是否存在，它发送一个IGMP查询消息以获得主机组成员的情况为了确定在局域子网上的任何一台主机是否属于多目标广播组：路由器要周期性地向LAN上的所有终端主机发送一个主机成员查询(HostMembershipQuery)信息，要求它们汇报主机组群成员的情况查询被送到所有主机组(网络地址＝224.0.0.1)每台主机都回送一个主机成员报告(HostMembershipReport)信息这样就可确定子网上的主机是否加入多目标广播组，从而确定是否要把多目标数据包送到这个子网接收端如何参与多目标广播多目标广播会话消息经常通过因特网广告通知接收端广告使用应用层的广播会话说明协议(SessionDescriptionProtocol，SDP)来发布地址是224.2.2.2，UDP端口号是4000内容包括广播的名称、广播时间(activetimes)、媒体的类型(声音、电视、白板等等)和广播地址任何有兴趣了解多目标广播的主机都可以参加这个特殊的多目标广播会话和接收这种广告可用一台主机运行用户代理来收集广告并把广告摘要用图形方式向用户显示，叫做会话目录(SessionDirectory，SD)，右图是一个客户端看SD的工具如何给多目标广播分配地址？当源端开始一个新的多目标广播时，SD就从多目标地址空间中随机地选择一个多目标广播地址参加多目标广播的主机需要做两件事要立即给最近的路由器发送一个消息，告诉它参加多目标广播，发送这个消息是使用应用层的一个叫做网际主机组管理协议IGMP要设置IP进程去接收IP数据包，因为它在IP目标地址域中含有会话的多目标广播地址，当接收端退出多目标广播会话时，类似的进程也要设置多目标广播路径选择根据多目标广播组成员在整个网络上预期的分布情况，IP多目标广播路由选择协议通常遵循下述两种基本假设来制定：多目标广播组成员密布在整个网络上，也就是许多子网至少包含一个成员，并且带宽很充裕。根据这种假设制定的协议叫做密集型多目标广播路由协议(dense-modemulticastroutingprotocols)依靠称为“流放(flooding)”技术把信息传播到所有路由器这个协议包含：距离矢量多目标广播路由协议(DistanceVectorMulticastRoutingProtocol，DVMRP)多目标广播开放式最短路径优先(MulticastOpenShortestPathFirst，MOSPF)协议协议独立的多目标广播-密集型(Protocol-IndependentMulticast-DenseMode，PIM-DM)路由协议多目标广播路径选择多目标广播组成员稀疏地分布在整个网络，并且未必有充裕的带宽可用根据这种假设制定的协议叫做稀疏型多目标广播路由协议(Sparse-ModeMulticastRoutingProtocols)稀疏型多目标广播路由协议包括用几个核心路由器构造的核心基干树(CoreBasedTrees，CBT)协议和协议独立的多目标广播-稀疏型(Protocol-IndependentMulticast-SparseMode，PIM-SM)路由协议密集型多目标广播路由协议在生成跨越广播树期间有选择的转发工作过程如下：当路由器接收到一个多目标广播信息时：它检查它的单目标广播路由表。如果这个接口就是多目标广播信息到达的最短路径接口，路由器就在它内部的表中登录某些状态信息用来识别多目标广播组，并且把多目标广播消息转发到所有相邻的路由器。这种机制叫做反向路径转发(ReversePathForwarding)。它可确保在广播树上没有环路，而且是最短路径。这是DVMRP协议的基本部分。协议中的剪除部分是用来剪除广播树的树枝，就是删除不参加多目标广播组的成员IGMP协议运行在主机和与它们直接邻接的路由器之间，它用来维护路由器中的组员数据当路由器确信没有主机属于多目标广播组时就向上游路由器发送一个剪除信息路由器修改路由表中的状态信息以反映剪除过程一直到所有多余的分支被剪除掉为止最后得到的是一棵最小跨越广播树。DVMRP跨越广播树的构造过程在第1次转发时，消息到达路由器MR1。②在第2次转发时，消息到达路由器MR2、3和4。③在第3次转发时，消息到达路由器MR5、6和8，路由器MR3和4交换消息。④在第4次转发时，消息到达路由器MR7。它认识到这是一个叶子路由器，而且在子网上没有广播组的成员，所以它就回送一个剪除消息给路由器MR6。路由器MR6回送一个剪除消息给路由器MR4。路由器MR3也回送一个剪除消息给路由器MR1。最后生成的跨越广播树DVMRP特点由于新的成员可在任何时候加入到广播组，而且由于新成员可能是在某一个被剪除的分支上加入，因此DVMRP就周期性地重新启动跨越广播树的构造进程。在子网上密布有多目标广播组的情况下，DVMRP工作得很好，但多目标广播组稀疏分布在广域网上的情况下，周期性地广播行为会使网络的性能严重下降多目标广播路由状态信息的数量问题所有路由器都必需为每个广播组(广播源和接收组)存放状态信息，这些信息是用来转发多目标广播消息的指定接口信息，或者是剪除状态信息信息必需要存放在多目标广播路由器中多目标广播开放最短路径优先协议多目标广播开放最短路径优先协议(MulticastOpenShortestPathFirst，MOSPF)不能脱离开放最短路径优先协议(OpenShortestPathFirst，OSPF)来使用OSPF是单目标广播路由协议沿着最低成本路径邮递消息最低成本则使用链路状态(link-state)来衡量：路径上的转发数之外负荷平衡信息，例如，对通信量小的链路，其成本就比较低，对交通量大的链路，其成本就比较高，这样做是为了平衡网络上的交通；要求的服务质量，例如，对要求时延低的服务，其成本就比较高，对要求使用卫星链路的服务，其成