通信网络：IP组播ppt课件

2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,1,通信网络_9IP组播,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,2,第九章 IP组播,1、IP组播的概念 单播通信(Unicast)网络中两节点间的传递信息的过程广播通信(Broadcast)网络中一节点向所有节点同时发布信息的过程对互联网中的某一个网络(子网)广播对互联网全网广播组播通信(Multicast)网络中一节点向一组节点同时发布信息的过程,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,3,第九章 IP组播,1、IP组播的概念 单播通信示例：服务器节点向不同的主机节点独立发布信息；可能存在大量重复传输的路径。,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,4,第九章 IP组播,1、IP组播的概念 组播通信示例：服务器节点同时向多个主机节点发布信息；组播通信有较高的带宽利用率：不会出现重复传输的路径；,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,5,第九章 IP组播,1、IP组播的概念 组播通信应用网络多媒体信息传输：网络TV、网络会议电视系统、网络电台、广告与信息发布、,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,6,第九章 IP组播,2、IP组播的功能与特性发布的信息只限于组内的成员接收组播的成员可以位于IP络的任何位置组播的成员可以随时加入和退出，成员可动态的变化一个节点可以同时加入多个不同的组播系统，接收不同的组播信息,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,7,第九章 IP组播,3、局域网的组播 局域网通常是节点间一跳可达的网络 局域网技术是一种只定义了链路层和物理层的网络技术 局域网通常采用共享媒体的传输技术，如以太网、令牌环网 以太网的广播地址：48(6X8)比特的物理地址全为“1” 以太网的组播地址：在6个字节(48比特)的物理地址(MAC地址)中，最高字节的最低比特用于标识组播地址(“1”组播) 主机的高层软件通过某种方式获得组播地址，通过网卡的设备驱动程序对网卡进行适当的配置后获得接收组播的能力,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,8,第九章 IP组播,3、局域网的组播 在以太网上，IP组播地址的低23位可直接映射为物理地址的低23位如：224.2.2.2 映射为 01-00-5e-02-02-02,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,9,第九章 IP组播,4、互联网的组播 互联网上的组播：把组播的范围看作一个虚拟的网络，同时向该虚拟网络的上的组播接收成员“广播”发布信息,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,10,第九章 IP组播,4、互联网的组播 互联网的结构：互联网实际上是一个通过路由器将多个网络互连而成的一个复合的网络系统,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,11,第九章 IP组播,4、互联网的组播 单从组播传输功能实现上看，组播可以通过多次单播实现，但传输效率低、带宽的开销大、时延差异大。,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,12,第九章 IP组播,4、互联网的组播 互联网上组播的实现方案：路由器自动地根据需要对组播分组进行复制和分发,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,13,第九章 IP组播,5、IP的组播的特点 组播的信息可以一次发送给多个用户 有较高的带宽利用率 占用主机和路由器较少的处理资源 无需知道接收者的地址,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,14,第九章 IP组播,6、组播的地址机制 采用IP网中的D类地址来作为组播地址D类地址：最高3比特为全为“1”，只能作为源地址使用地址范围：224.0.0.0 到 239.255.255.255 保留的组播地址地址范围：224.0.0.0 到 224.0.0.255224.0.0.1 本子网的所有组播系统(成员)224.0.0.2 本子网上的所有组播路由器 用户组播地址地址范围：224.0.0.255 到 238.255.255.255对用户可使用的组播地址实行动态分配,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,15,第九章 IP组播,6、组播的地址机制 本地管理地址地址范围：239.0.0.0 到 239.255.255.255 其它常用的组播地址(参见表91)包括组播路由器；不同协议(如RIP，OSPF)的路由器；移动代理；DHCP服务器；中继器；等等。,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,16,第九章 IP组播,7、组播的模型 实现组播需要具有组播功能的路由器支持 支持组播的路由器监听所有的组播地址，通过组播协议来管理组播组 希望加入某组播组的成员将组播地址通知路由器 组播组成员可以分布在互联网的任何位置 组播组成员可以动态地加入或离开组播组 IP地址与物理层组播地址可以建立特定的映射关系，以提高组播实现的效率,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,17,第九章 IP组播,7、组播的模型 主机(Host)与路由器(Router)间的交互协议：IGMP。 路由器间的交互协议：组播路由协议。,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,18,第九章 IP组播,8、IP网的组播组管理协议 组播组管理协议：IGMP (Internet Group Management Protocol) IGMP协议标准的演进：IGMPv1IGMPv2IGMPv3 IGMP的主要功能定义主机与其直接相连的路由器间的信息交互：主机如何告知路由器它希望加入的组播组；路由器如何知道子网中还有特定组播组的成员。,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,19,第九章 IP组播,9、IGMP的消息交互 查询消息 (Host Membership Query: RouterHost)利用本消息查询希望加入组播组的主机查询使用地址：224.0.0.1查询范围：TTL=1 (本地子网)查询周期：60120秒 报告消息 (Host Membership Report: HostRouter)主机对查询消息的响应主机报告其希望加入或属于某个组播组主机第一次加入某个组播组时，可不等查询消息直接发送报告消息报告范围：TTL=1 (本地子网),2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,20,第九章 IP组播,9、IGMP的消息交互 查询查询与报告消息间的交互示例,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,21,第九章 IP组播,9、IGMP的消息交互 组播过程防止交互消息泛滥的方法用TTL1限制交互消息的转发；在一个局域网上，同一组播组的成员收到查询消息后，采用随机延时的机制，确定发送响应报告的时间；在一个局域网上，对于一个组播组，只产生一条报告消息，同组的成员会监测信道，发现报告消息已经发送，则不发送。,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,22,第九章 IP组播,9、IGMP的消息交互 IGMPv2的新增功能若某主机希望脱离特定组播组，直接发送“脱离组”消息，随时退出；路由器会发出该特定组是否仍有组播组成员的查询若收到有的响应报告，路由器继续转发组播信息若没有收到响应报告，路由器停止组播,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,23,第九章 IP组播,10、IP组播的选路问题 保证组播信息可迅速到达每个组播组的成员采用泛洪方式：接收端口若是第一次收到组播信息，转发的其它的每一个端口。泛洪方式最可靠，但效率低 尽可能减少组播转发开销，提高效率 适应组播传播路径的动态变化组播组的成员可随时加入或退出 发送节点可位于IP网的任何位置组播组是指接收某一组播信息组成员的集合，发送节点可以不是组播组的成员,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,24,第九章 IP组播,10、IP组播的选路问题 组播选路的基本方法：首先建立组播分组的传递树(delivery tree)/转发树，然后进行组播信息的分发； 建立传递树/转发树的两种基本算法反向通路转发(RPT)算法核心基础树(CBT)算法,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,25,第九章 IP组播,11、组播传递树的概念 转发树确定了源节点到各组播组成员的所在网络(路由器)在传递路径 在每个转发路由器上建立相应的转发路由列表,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,26,第九章 IP组播,11、组播传递树的概念 在网络上存在多个源节点的情形,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,27,第九章 IP组播,12、反向通路转发算法 反向通路转发(RPF: Reverse Path Forwarding/Broadcasting) 路由器根据收到的组播分组的源地址，利用常规的路由算法，判断该分组应该到达的端口 路由器只向其它端口转发在一个至源节点最近的端口上收到的转播分组 对同一分组只转播一次,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,28,第九章 IP组播,12、反向通路转发算法 改进的反向通路转发算法：截尾反向通路转发 (TRPF: Truncated Reverse Path Forwarding/Broadcasting)在进行组播转发时，检查转发端口有相应的组播组成员，如无则不转发，以避免转发的盲目性,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,29,第九章 IP组播,13、反向通路组播 基本思想：利用RPF确保组播信息在全网的可达性；在此基础上优化传输路径，实现TRPF功能，提高传输效率 反向通路组播的实现过程(1)采用RPF算法建立最短的通路树，向互联网上的所有网络转发组播分组；(2)各网络上的路由器通过IGMP查询组播成员是否存在如果存在，保留组播树如果不存在，向相邻的上级路由器发出剪枝信息，对组播树进行修剪，最后形成一棵没有冗余的组播树,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,30,第九章 IP组播,13、反向通路组播 反向通路组播的实现过程(续)(3)如果被裁剪的分枝上重新出现特定组播组的成员/主机，该主机通过IGMP通知本地路由器加入某组播组；(4)本地路由器查询原有关于该组播的记录，获得上游路由器的地址，然后发出嫁接请求(Graft Request)；(5)上游路由器不断通过类似的方法，最后到达组播树的一个有效节点，使该分枝重新加入组播树。(6)同理，若某一枝组播组的成员退出导致该分枝称为冗余的树枝，则向上级路由器发出剪枝信息，修改组播树。,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,31,第九章 IP组播,13、反向通路组播 反向通路组播的工作示意图,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,32,第九章 IP组播,14、基于核心树的算法 基于核心的树(Core Based Tree：CBT)的算法CBT算法是一种共享传递树的算法/协议传递树可以被组播组的多个发送源共享 CBT算法的基本原理在互联网中定义一个核心路由器(Core router)，其它路由器为非核心路由器组播组成员通知连接的路由器需要成为某组播组的成员非核心的路由器向核心路由器发出加入组播组的消息核心路由器建立一个对于该组播组的特定的传递树该传递树的根为核心路由器，分支到所有组成员的路由器,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,33,第九章 IP组播,14、基于核心树的算法 CBT算法的基本原理(续)发送源首先将组播信息发送给核心路由器，由核心路由器转发到传递树的各个分支上。 CBT算法的特点扩展性好问题：数据流较集中，传递树通常不是最优的,