組播協(xié)議和組播路由

1、組播協(xié)議和組播路由一、什么是組播1. 什么是組播？組播是一種數(shù)據(jù)包傳輸方式，當(dāng)有多臺(tái)主機(jī)同時(shí)成為一個(gè)數(shù)據(jù)包的接受者時(shí)，出 于對(duì)帶寬和cpu負(fù)擔(dān)的考慮，組播成為了一種最佳選擇。2. 組播如何進(jìn)行工作？組播通過把224. 0. 0. 0-239. 255. 255. 255的d類地址作為目的地址，有一臺(tái)源主 機(jī)發(fā)出目的地址是以上范圍組播地址的報(bào)文，在網(wǎng)絡(luò)中，如果有其他主機(jī)對(duì)于這 個(gè)組的報(bào)文有興趣的，可以申請(qǐng)加入這個(gè)組，并可以接受這個(gè)組，而其他不是這 個(gè)組的成員是無法接受到這個(gè)組的報(bào)文的。3. 組播和單播的區(qū)別？為了讓網(wǎng)絡(luò)屮的多個(gè)主機(jī)可以同吋接受到相同的報(bào)文，如果采用單播的方式，那 么源主機(jī)必須不停

2、的產(chǎn)生多個(gè)相同的報(bào)文來進(jìn)行發(fā)送，對(duì)于一些對(duì)時(shí)延很敏感的 數(shù)據(jù)，在源主機(jī)要產(chǎn)生多個(gè)相同的數(shù)據(jù)報(bào)文后，在產(chǎn)生第二個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文，這通常 是無法容忍的。而冃對(duì)于一臺(tái)主機(jī)來說，同時(shí)不停的產(chǎn)生一個(gè)報(bào)文來說也是一個(gè) 很大的負(fù)擔(dān)。如果采用組播的方式，源主機(jī)可以只需耍發(fā)送一個(gè)報(bào)文就可以到達(dá)每個(gè)需耍接受 的主機(jī)上，這中間還要取決于路由器對(duì)組員和組關(guān)系的維護(hù)和選擇。4. 組播和廣播的區(qū)別？如同上個(gè)例子，當(dāng)冇多臺(tái)主機(jī)想耍接收相同的報(bào)文，廣播釆用的方式是把報(bào)文傳 送到局域網(wǎng)內(nèi)每個(gè)主機(jī)上，不管這個(gè)主機(jī)是否對(duì)報(bào)文感興趣。這樣做就會(huì)造成了 帶寬的浪費(fèi)和主機(jī)的資源浪費(fèi)。而組播有一套對(duì)組員和組之間關(guān)系維護(hù)的機(jī)制， 口j以明確的知道

3、在某個(gè)子網(wǎng)中，是否冇主機(jī)對(duì)這類組播報(bào)文感興趣，如果沒冇就 不會(huì)把報(bào)文進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，并會(huì)通知上游路由器不耍再轉(zhuǎn)發(fā)這類報(bào)文到下游路由器上。二、組播協(xié)議的要索通過和廣播，單播的數(shù)據(jù)傳輸方式的比較，我們可以發(fā)現(xiàn)組播中最關(guān)鍵的網(wǎng)個(gè)部 分：1. 組的管理和維護(hù)在組播這套協(xié)議屮，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和所連接的子網(wǎng)需耍有-套協(xié)議或機(jī)制來保證網(wǎng) 絡(luò)設(shè)備知道所連接的子網(wǎng)中，有多少臺(tái)主機(jī)屬于一個(gè)特定的組。2. 組播報(bào)文的路由 要組播路由協(xié)議有什么用？(1) 是發(fā)現(xiàn)上游接口，離源最近的接口。因?yàn)榻M播路由協(xié)議只關(guān)心到源的最短路 徑。(2) 通過(s, g)對(duì)來決定真正的下游接口，當(dāng)所有的路曲器都知道了他們的上 卜游接ii,那么一顆多

4、播樹就已經(jīng)建立完成。根是源主機(jī)直連的路由器，而樹枝是通過1gmp發(fā)現(xiàn)冇組員的子網(wǎng)直連的路由器(3) 管理多播樹單播路由只需要知道下一跳的地址，就可以進(jìn)行報(bào)文得轉(zhuǎn)發(fā)。而組播，是把從一 個(gè)曲源產(chǎn)生得報(bào)文發(fā)送給一組目的。在一個(gè)特定的路由器上，一個(gè)包得多個(gè)備份 可能從多個(gè)接口上發(fā)出。如果有環(huán)路得存在，那么一個(gè)或多個(gè)包會(huì)返回到其輸入 的接口，而月這個(gè)包也會(huì)經(jīng)復(fù)制發(fā)到英他的端口上。這一結(jié)果可能導(dǎo)致多播風(fēng)暴, 這個(gè)包不斷在路由器與交換機(jī)間復(fù)制，直到ttl減為0。由于這是個(gè)復(fù)制過程, 它的危害會(huì)比單-播環(huán)路嚴(yán)重的多，所以所有的多播路由器必須知道多播包的源, 并且需要保證多播包不能從源接口發(fā)出。所以他必須知道哪

5、些是上游接口和下游 接口，可以分辨出數(shù)據(jù)包的流向。如果在不是在源的上游接口收到數(shù)據(jù)包，就會(huì) 把它丟棄掉。而多播路由協(xié)議必須關(guān)心到源的最短路徑，或者說它關(guān)心到源的上 游接口。同時(shí)，除了關(guān)心上游接口，但是在轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)候，不能把數(shù)據(jù)包從除了上 游接口的其他接口發(fā)送出去。所以，另外，他述要關(guān)心(s, g)下游接口。當(dāng)關(guān) 于一個(gè)(s, g)的上下游接口都被判斷出來了，那么一顆多播樹就形成了。稀疏和密集模式的比較？什么是稀疏模式？它是指在一個(gè)整休網(wǎng)絡(luò)屮，參與組播的主機(jī)相對(duì)來少的一種拓 撲，主要出現(xiàn)在wan中。什么是密集模式？和以上相反，主要出現(xiàn)在交換式lan或校園網(wǎng)屮隱式加入和顯示加入的比較？組員可以在多播

6、會(huì)話存活的時(shí)候，加入或退出一個(gè)組，而其相連的路由器必須動(dòng) 態(tài)的根據(jù)直連了網(wǎng)內(nèi)組員的存在或退出來決定要加入或剪除多播樹的樹枝。這就 是通過顯式或隱式加入兩種方式來完成。隱式加入試用于密集模式，它是采用廣播/剪除模式來去除多播樹上的沒冇組播 成員的樹枝，也就是說，它是通過先把網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)上的所有路由器都加入到多播樹 上,然后由每個(gè)路由器通過1gmp來查詢是否冇組員在直連的子網(wǎng)上，如果沒冇， 就發(fā)出一條剪除消息，來剪除多余的樹枝。而顯示加入適用于稀疏模式，它是由每個(gè)路由器先查詢了網(wǎng)內(nèi)有無組員，然后才 看是否要發(fā)加入信息給上游路由器。基于源的樹和共享樹的比較？基于源的樹是針對(duì)-個(gè)源就會(huì)有一顆多播樹構(gòu)成，也

7、就說，如果網(wǎng)絡(luò)屮有多個(gè)可 以產(chǎn)生組播報(bào)文的源主機(jī)，那么就會(huì)冇多少顆組播樹組成，在組播表里，會(huì)冇組 數(shù)x每組的成員數(shù)的項(xiàng)目條數(shù)。這種拓?fù)渲饕m用于密集模式。共享樹是在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)屮選一個(gè)rp,或叫集屮點(diǎn)，所冇的組播報(bào)文都需要從這個(gè) 點(diǎn)來進(jìn)行傳送，所以它沒有（s, g）項(xiàng)，只有（*, g）項(xiàng)，表明所有有多個(gè)源。 rp是預(yù)先設(shè)定的一個(gè)路由器，承擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)所有的多播報(bào)文的責(zé)任。所有要發(fā)送組 播報(bào)文的源主機(jī)在發(fā)送組播報(bào)文前，都需要到rp上進(jìn)行注冊(cè)，然后通過直連的 路由器來確定到rp的最短路徑，通過rp路由器來確定到目的地的最短路徑。rp 成為了多播樹的根結(jié)點(diǎn)。和對(duì)于基于源的樹，共享樹的多播表項(xiàng)更為精簡(jiǎn)，適合在稀

8、疏模式下使用。但是 也有一些缺點(diǎn)。共享樹在rp上的選擇，會(huì)導(dǎo)致從源主機(jī)到各個(gè)組地址的路由并 非最優(yōu)路徑。如杲在整個(gè)局域網(wǎng)里同時(shí)有多條耗帶寬的組播鏈路，會(huì)導(dǎo)致rp成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的 瓶頸。并月.在共享樹屮，采用選取rp來轉(zhuǎn)發(fā)組播報(bào)文，會(huì)增加產(chǎn)生單點(diǎn)故障的 可能。三、如何來維護(hù)組成員現(xiàn)在有igmp和cgmp （cisco專有的）兩種協(xié)議，可以進(jìn)行主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間 的組員關(guān)系的維護(hù)。1gmp是路由器和內(nèi)部子網(wǎng)z間通信的方式，也就是說它是三層設(shè)備對(duì)直連子網(wǎng) 的組關(guān)系的維護(hù)機(jī)制。它可以分成兩個(gè)部分，主機(jī)部分和路由器部分，每個(gè)部分 可以完成不同的工作。但是它有一個(gè)限制，就是igmp報(bào)文只能在木地子網(wǎng)內(nèi)傳 送

9、，使三層設(shè)備不能前轉(zhuǎn)到其他的設(shè)備上，它的ttl總是1。igmpv2主機(jī)部分的功能：運(yùn)行!gmpv2的主機(jī)會(huì)產(chǎn)生以下3種信息：* member report 消息用來指示一臺(tái)主機(jī)想要加入-個(gè)組播組，這個(gè)消息在一個(gè)主機(jī)第一次加入組的吋 候會(huì)發(fā)出，也口j以用來響應(yīng)三層設(shè)備發(fā)出membership query消息。曲于 membership query消息的目的地址是組地址，除了路由器，網(wǎng)內(nèi)其他的組員主 機(jī)都會(huì)收到這個(gè)報(bào)文，一旦莫他主機(jī)收到報(bào)文，他們將會(huì)抑制自己的membershipquery報(bào)文，避免了內(nèi)部局域網(wǎng)充斥了 membership query報(bào)文。它只需要讓路 由器知道網(wǎng)內(nèi)還冇一個(gè)組員。*

10、 version 1 membership report 消息是為了 igmpv2主機(jī)的向后兼容性，用于檢測(cè)和支持子網(wǎng)中igmpvl主機(jī)和路由 器* leave group 消息主機(jī)發(fā)岀的，目的地址為224. 0. 0. 2 （所有路由器）,告訴路由器主機(jī)離開了一 個(gè)組。igmpv2路由器功能：主要是查詢功能，它會(huì)有兩種查詢報(bào)文,general query和group-specific querygeneral query每隔一段時(shí)間就會(huì)向局域網(wǎng)內(nèi)發(fā)送，口的地址是224. 0. 0. 1 （網(wǎng) 內(nèi)所有主機(jī)）,所以子網(wǎng)里的每一個(gè)主都會(huì)收到這個(gè)報(bào)文，并且會(huì)以member report報(bào)文冋應(yīng)，如果

11、在一定的時(shí)間間隔內(nèi)設(shè)備沒有收到任何member report, 它就會(huì)認(rèn)為子網(wǎng)內(nèi)沒有組員。group-specific query報(bào)文，當(dāng)路由器收到一個(gè)leave group報(bào)文的時(shí)候,它 會(huì)發(fā)送這樣一個(gè)具體包含有組地址的報(bào)文來杳詢這個(gè)組是否有組成員存在。當(dāng)如果在一個(gè)子網(wǎng)上同時(shí)冇兩個(gè)多播路由器，他們一開始都會(huì)認(rèn)為自己是組播成 員的查詢者，當(dāng)他們發(fā)送general query報(bào)文時(shí)，通過比較從對(duì)端收到的報(bào)文源 ip地址的大小來決定誰是查詢者誰不是查詢者，ip地址大的成為查詢者。如果 在一段時(shí)間內(nèi)沒冇收到查詢的報(bào)文，就會(huì)認(rèn)為查詢者down掉了，它就會(huì)充當(dāng)起 杳詢者的角色。cgmp （cisco 專

12、有）考慮到了如果有交換機(jī)存在的情況，考慮到了在三層設(shè)備和主機(jī)中有二層設(shè)備, 而igmp是一個(gè)三層協(xié)議，二層設(shè)備如果收到這樣一個(gè)類型的報(bào)文，只會(huì)向除了 源端i i以外的所有端i i進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，這樣會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的帶寬和整體性能造成影響。解 決的方法是希望交換機(jī)可以對(duì)冇組播成員的端口進(jìn)行組播報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)。在交換式網(wǎng)絡(luò)上，對(duì)組播流的控制有三種方法：（1）手工配置的交換式多播樹 在交換機(jī)的橋接表上配置靜態(tài)的組播mac地址和端口映射。(2) gmrp (802. ip) 他讓mac層的多播組地址動(dòng)態(tài)地在交換機(jī)上注冊(cè)和取消。(3) igmp 偵聽通過在交換機(jī)端口上配置，可以使交換機(jī)進(jìn)行igmp消息地檢查，可以知道多

13、播 路出器和組員地位置。但是，檢測(cè)igmp消息意味著所冇地tp包都要進(jìn)行檢查。 尤其當(dāng)這些如果是在軟件地方式來實(shí)施，會(huì)嚴(yán)重降低交換機(jī)的性能。cgmp的做法是通過路由器來告訴交換機(jī)，組播成員的組mac地址和主機(jī)mac地 址，讓交換機(jī)可以知道在那個(gè)端口上有組員，并且可以進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。四、組播報(bào)文如何來進(jìn)行路由現(xiàn)下常用的組播路由協(xié)議冇一下幾種，曲于現(xiàn)在主流的路曲器產(chǎn)品只支持pie 其他的路由器協(xié)議都不支持，所以只會(huì)對(duì)pim做個(gè)詳細(xì)的解釋。dvmrp它是通過r1p來發(fā)現(xiàn)到源的最短路徑，采用廣播/剪除的方式來構(gòu)建一顆多播樹。mospf它是通過ospf協(xié)議來發(fā)現(xiàn)到源的最短路徑，也是用在密集方式的拓?fù)湎隆bt

14、是一個(gè)與協(xié)議無關(guān)的，基于稀疏模式的，共享樹協(xié)議。他和dvmrp和m0spf的區(qū)別冇兩點(diǎn)：它無需耍在組播屮在加入一個(gè)路由協(xié)議，可以在現(xiàn)冇的 任何協(xié)議上查找到到源的最短路徑；它是基于共享樹的協(xié)議，所以必須要在網(wǎng)絡(luò) 里設(shè)置一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心來確保組播包的前轉(zhuǎn)；更適合使用在稀疏模式下。pim-dm它是個(gè)與協(xié)議無關(guān)的組播協(xié)議，同時(shí)又是基于密集拓?fù)涞慕M播協(xié)議。采用廣播/剪除的方法來進(jìn)行多播樹的構(gòu)造。功能：*通過交換hello報(bào)文發(fā)現(xiàn)鄰居*當(dāng)單播路市發(fā)生變化時(shí)，重新計(jì)算rpf接口*在多路訪問的網(wǎng)絡(luò)中選舉指定路出器*在多路訪問的網(wǎng)絡(luò)中使用剪除覆蓋*在多路訪問的網(wǎng)絡(luò)屮用assert消息選舉指定前轉(zhuǎn)器 其中會(huì)產(chǎn)生一下

15、5中pimv2消息:* hello 周期性地發(fā)送用來發(fā)現(xiàn)p1m鄰屆。和ospf中的hello報(bào)文有著類似點(diǎn)，如果沒 有在一定的時(shí)間內(nèi)收到，就會(huì)認(rèn)為鄰居已經(jīng)死亡。* join/prune這是一個(gè)合成的報(bào)文，其中有要加入組播樹的路出器信息，也冇要被剪除路出器 信息，都會(huì)在這樣一個(gè)報(bào)文里列出來。當(dāng)源在發(fā)送多播報(bào)文的時(shí)候，p1m-dm用擴(kuò)散與剪除的方式建立多播樹。那些沒 有組員連接的路由器通過發(fā)送prune消息可以把口己變成處于剪除狀態(tài)。當(dāng)處在剪除狀態(tài)的路由器，它收到了所直連的子網(wǎng)所發(fā)出的igmp加入信息，就 會(huì)發(fā)出這樣一個(gè)join的報(bào)文給上游路曲器，通知列出了需要加入多播樹的子網(wǎng) 列表。* graf

16、t當(dāng)一個(gè)下游路由器發(fā)送給上游路由器一個(gè)prune報(bào)文時(shí)，上游路由器不會(huì)馬上把 通告的子網(wǎng)從多播前轉(zhuǎn)農(nóng)中刪除，而是會(huì)等待一段吋間，如果下游路ft!器所直連 的子網(wǎng)又要加入多播樹時(shí)，需要發(fā)出一個(gè)graft報(bào)文，通知上游路由器來加入多 播樹。* graft-ack上游路由器收到一個(gè)graft信息，必須要冋一個(gè)ack信息，這樣才會(huì)使下游路由 器接受組播報(bào)文* assert當(dāng)有兩臺(tái)設(shè)備同時(shí)連在同一個(gè)廣播網(wǎng)絡(luò)上，并且有相同的上游路由器接口，如杲 兩臺(tái)路由器同時(shí)負(fù)責(zé)前轉(zhuǎn)多播報(bào)文的話，會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)，所以需要可以 在兩臺(tái)路由器中選出一個(gè)來作為唯一的前轉(zhuǎn)報(bào)文路由器，assert報(bào)文就是在兩 個(gè)路由器屮互相通信，選出一個(gè)前轉(zhuǎn)器的報(bào)文，通過優(yōu)先權(quán)值，ip地址等參數(shù) 來協(xié)商前轉(zhuǎn)器。pim-sm采用共享樹的拓?fù)浞绞剑⑵鸲嗖?。使用顯示加入的方式來加入多播樹。查找匯聚點(diǎn)：*自舉協(xié)議 *自動(dòng)rp協(xié)議*靜態(tài)設(shè)