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多媒體技術(shù)中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院黃東軍第十章網(wǎng)絡(luò)組播技術(shù)1組播的概念

廣播：將源端數(shù)據(jù)發(fā)送到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)的傳播方式。廣播使用廣播地址。

單播：將源端數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)特定主機(jī)的傳播方式。單播使用特定主機(jī)地址。

組播：將源端數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的一組主機(jī)的傳播方式。組播使用組地址。1組播的概念SrcSrc組播：一種有效節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬的傳輸方式。2組播的應(yīng)用廣泛應(yīng)用于一對(duì)多（one-to-many）的傳送需要舉例:新聞/體育消息/股票信息/天氣信息的更新發(fā)布遠(yuǎn)程教育（Distancelearning）網(wǎng)絡(luò)路由信息更新（routingupdates）遠(yuǎn)程會(huì)議（Teleconferencing，audio,video,sharedwhiteboard,texteditor）分布式交互式游戲和仿真（Distributedinteractivegamingorsimulations）內(nèi)容發(fā)布（Contentdistribution）;軟件發(fā)布（Softwaredistribution）Web緩存更新（Web-cacheupdates）數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用（Databasereplication）3組播與廣播、單播的比較廣播（Broadcast）:

將一個(gè)數(shù)據(jù)拷貝發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單（Simple）,但是效率不高（inefficient）即使主機(jī)對(duì)該數(shù)據(jù)不感興趣也必須處理它因此占用了主機(jī)的CPU資源會(huì)產(chǎn)生廣播風(fēng)暴“broadcaststorms”多個(gè)重復(fù)的單播（ReplicatedUnicast）發(fā)送者依次向各接收主機(jī)發(fā)送相同的數(shù)據(jù)發(fā)送者必須事先知道每個(gè)接收主機(jī)的地址通訊量在發(fā)送方過(guò)于集中，但比較可靠（Reliability

=>per-receiverstate,separatesessions/processesatsender）4IP組播的體系結(jié)構(gòu)HostsRouters服務(wù)模型Servicemodel主機(jī)與路由器關(guān)系協(xié)議(IGMP)組播路由協(xié)議Multicastroutingprotocols5IP組播模型:RFC1112發(fā)送者（源）不需要知道接收主機(jī)使用組地址“groupaddress”標(biāo)識(shí)一個(gè)群組即IP包的頭部使用的是組地址而不是單播地址群組所包含的主機(jī)數(shù)量是任意的（anysize）;群組成員可以位于互聯(lián)網(wǎng)任何地方群組關(guān)系（Groupmembership）是非顯式知道的（notexplicitlyknown）接收主機(jī)可以在任何時(shí)候加入或者退出群組通信（Receiverscanjoin/leaveatwill）網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)構(gòu)造分配樹(shù)（Distributiontree，也叫組播樹(shù)）以實(shí)現(xiàn)組播傳輸在組播傳輸中，任何子網(wǎng)中不能出現(xiàn)同一數(shù)據(jù)的兩個(gè)副本組播數(shù)據(jù)只能傳送給群組成員（由于群組成員可以在任何時(shí)候加入或者退出群組，因此組播傳送是一個(gè)非常動(dòng)態(tài)化的問(wèn)題（multicastdeliverytreechangesdynamically）5IP組播模型:RFC11126IP組播地址IP組播使用D類(lèi)IP地址（ClassDIPaddresses）224.0.0.0–239.255.255.255組地址的分配（Addressallocation）:IANA指定了一些永久地址（Well-known:224.0.0.xand224.0.1.x

）；其他組地址是臨時(shí)組地址（Transientmulticastaddresses），需要?jiǎng)討B(tài)分配每一個(gè)組地址代表一個(gè)主機(jī)群組（hostgroup）IP組地址是非結(jié)構(gòu)化的（flataddressspace）1110GroupIDIP組播播服服務(wù)務(wù)：：組組播播數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)的的接接收收提供供兩兩種種操操作作加入入組組播播群群組組:Join-IP-Multicast-Group(group-address,interface)退出出群群組組：：Leave-IP-Multicast-Group(group-address,interface)加入入群群組組后后，，主主機(jī)機(jī)通通過(guò)過(guò)常常規(guī)規(guī)IP接收收操操作作（（normalIP-receiveoperation）接接收收組組播播數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)包包7IP組播播地地址址到到鏈鏈路路層層組組地地址址的的映映射射以太太網(wǎng)網(wǎng)（（Ethernet）等等局局域域網(wǎng)網(wǎng)使使用用802地址址:采用用直直接接映映射射（Directmapping!較unicast簡(jiǎn)單單!無(wú)需需ARP等協(xié)協(xié)議議.）LANmulticastaddress0000000100000000010111100111028bits23bitsIPmulticastaddressGroupbitIPMulticastArchitectureHostsRoutersServicemodelHost-to-routerprotocol(IGMP)Multicastroutingprotocols(various)8群組組關(guān)關(guān)系系管管理理協(xié)協(xié)議議（（InternetGroupManagementProtocol）IGMP:在子子網(wǎng)網(wǎng)中中建建立立、、維維護(hù)護(hù)和和撤撤銷(xiāo)銷(xiāo)群群組組的的信信號(hào)號(hào)協(xié)協(xié)議議“signalingprotocol”。目標(biāo)標(biāo):保持持路路由由器器對(duì)對(duì)整整個(gè)個(gè)局局域域網(wǎng)網(wǎng)上上群群組組關(guān)關(guān)系系的的更更新新（keeprouterup-to-datewithgroupmembershipofentireLAN）但是是，，路路由由器器不不需需要要知知道道所所有有成成員員的的存存在在，，而而只只需需要要知知道道是是否否有有成成員員主主機(jī)機(jī)存存在在IGMP協(xié)議議的的工工作作原原理理一個(gè)個(gè)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)選選擇擇一一個(gè)個(gè)路路由由器器充充當(dāng)當(dāng)查查詢(xún)?cè)冋哒摺皅uerier””查詢(xún)?cè)冋哒咧苤芷谄谛孕园l(fā)發(fā)送送群群組組關(guān)關(guān)系系查查詢(xún)?cè)儓?bào)報(bào)文文IGMP（MembershipQuerymessage）到一一個(gè)個(gè)特特定定地地址址（all-systemsgroup，224.0.0.1)所有有主主機(jī)機(jī)接接收收到到該該報(bào)報(bào)文文后后，，啟啟動(dòng)動(dòng)一一個(gè)個(gè)隨隨機(jī)機(jī)計(jì)計(jì)時(shí)時(shí)器器（randomtimers，0~10秒)QRouters:Hosts:IGMP協(xié)議的工工作原理理(cont.)一旦有一一個(gè)主機(jī)機(jī)超時(shí)，，它就發(fā)發(fā)送一個(gè)個(gè)群組關(guān)關(guān)系應(yīng)答答報(bào)文（MembershipReport）到組G其他主機(jī)機(jī)也接收收到該報(bào)報(bào)文，立立即終止止其定時(shí)時(shí)器路由器負(fù)負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)聽(tīng)所有群群組的應(yīng)應(yīng)答報(bào)文文，如果果一個(gè)群群組未給給出應(yīng)答答（超時(shí)時(shí)），路路由器就就終止對(duì)對(duì)該群組組報(bào)文的的轉(zhuǎn)發(fā)QGGGGRouters:Hosts:IPMulticastArchitectureHostsRoutersServicemodelHost-to-routerprotocol(IGMP)Multicastroutingprotocols9組播路由由（MulticastRouting）組播路由由的基本本目標(biāo)：：在網(wǎng)絡(luò)絡(luò)層為傳傳送組播播數(shù)據(jù)包包而建立立組播分分配樹(shù)組播樹(shù)的的葉結(jié)點(diǎn)點(diǎn)是指包包含有群群組成員員主機(jī)的的子網(wǎng)(detectedbyIGMP)組播路由由是一個(gè)個(gè)比較困困難的課課題（Multicastservicemodelmakesithard）組播的匿匿名性動(dòng)態(tài)加入入和退出出（Dynamicjoin/leave）簡(jiǎn)單組播播路由技技術(shù)概覽覽基于泛播播與剪枝枝技術(shù)的的路由首先在整整個(gè)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)泛播組組播數(shù)據(jù)據(jù)包然后剪除除不含成成員主機(jī)機(jī)的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)分枝屬于這類(lèi)類(lèi)技術(shù)的的協(xié)議:DVMRP,PIM-DM基于鏈路路狀態(tài)的的組播路路由協(xié)議議一個(gè)路由由器知道道有成員員主機(jī)加加入群組組時(shí)，它它就在整整個(gè)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)廣播該該群組關(guān)關(guān)系一個(gè)路由由器接收收到組播播數(shù)據(jù)時(shí)時(shí)，它就就利用Dijkstra算法計(jì)算算到目標(biāo)標(biāo)主機(jī)的的最短路路經(jīng)，并并轉(zhuǎn)發(fā)組組播數(shù)據(jù)據(jù)協(xié)議舉例例:MOSPF基于泛播播的組播播路由過(guò)過(guò)程GGSG泛播（Flooding）GGSG剪枝（Pruning）GGSPrune(s,g)Prune(s,g)GGraft(s,g)Graft(s,g)嫁接（Grafting）GGSGGReport(g)嫁接完成成后GGSGG距離向量量組播路路由（Distance-VectorMulticastRouting）DVMRP由兩部分分組成:常規(guī)距離離向量協(xié)協(xié)議(likeRIP)組播數(shù)據(jù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)協(xié)議DVMRP轉(zhuǎn)發(fā)組播播數(shù)據(jù)包包ifThepacketarrivedfromthelinkusedtoreachthesourceofthepacket即反向路路徑轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)–RPF僅在子鏈鏈路上轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)發(fā)組播播數(shù)據(jù)包包如果下游游鏈路沒(méi)沒(méi)有成員員節(jié)點(diǎn)，，則進(jìn)行行剪枝處處理DVMRP協(xié)議的缺缺點(diǎn)像其他基基于距離離向量的的協(xié)議一一樣,受無(wú)窮計(jì)計(jì)數(shù)（count-to-infinity）和環(huán)路路影響（（transientlooping）伸縮性受受到類(lèi)RIP協(xié)議的制制約.也引入了了新的伸伸縮性問(wèn)問(wèn)題（scalinglimitations）:路由器的的(S,G)狀態(tài)，使使路由器器存儲(chǔ)開(kāi)開(kāi)銷(xiāo)比較較大!廣播對(duì)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)沖擊擊比較大大.MulticastBackbone(MBone)AnoverlaynetworkofIPmulticast-capableroutersusingDVMRPTools:sdr(sessiondirectory),vic,vat,wbHost/routerMBonerouterPhysicallinkTunnelPartofMBoneRRRHRHRRHMulticastOSPF(MOSPF)MOSPF是OSPF的擴(kuò)充，以便便支持組播路由器（Multicast-capablerouters）廣播鏈路狀狀態(tài)廣告（linkstateroutingadvertisements）鏈路狀態(tài)報(bào)文文中包含有組組播地址（Link-statepacketsincludemulticastgroupaddressestowhichlocalmembershavejoined）一個(gè)路由器接接到組播數(shù)據(jù)據(jù)包時(shí)就計(jì)算算（應(yīng)用Dijkstra算法）到目標(biāo)標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最短短路徑以便形形成組播樹(shù)Source1Receiver1Receiver2MOSPF:ExampleZWQTSource1Receiver1Receiver2LinkFailure/TopologyChangeZWQTXSource1Receiver1Receiver2GroupMembershipChangeZWQTReceiver3共享樹(shù)vs.源基樹(shù)源基樹(shù)（Source-basedtrees）為每一個(gè)源端端建立一個(gè)組組播樹(shù)每個(gè)路由器維維護(hù)(S,G)狀態(tài)（state）的組播路由由表Eg:DVMRP,MOSPF,PIM-DM,PIM-SM共享樹(shù)（Sharedtrees）所有成員共享享一個(gè)組播樹(shù)樹(shù)無(wú)論哪個(gè)源端端都是用同一一個(gè)組播樹(shù)傳傳輸數(shù)據(jù)路由器只需要要維護(hù)(*,G)狀態(tài)（(*,G)stateatintermediaterouters）Eg:CBT,PIM-SM源基樹(shù)（Source-basedTrees）RouterSourceReceiverSRRRRRSS共享樹(shù)（SharedTree）RPRouterSourceReceiverSSSRRRRRSharedvs.Source-BasedTreesSource-basedtreesShortestpathtrees––lowdelay,betterloaddistributionMorestateatrouters(per-sourcestate)在密集模式的的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下下比較有效（（Efficientindense-areamulticast）SharedtreesHigherdelay(boundedbyfactorof2),trafficconcentrationChoiceofcoreaffectsefficiencyPer-groupstateatrouters比較適合稀疏疏模式的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)環(huán)境（Efficientforsparse-areamulticast）Core-basedRoutingProtocolsSpecify“meetingplace”aka“core”or“rendezvouspoint(RP)””SourcessendinitialpacketstocoreReceiversjoingroupatcoreRequiresmappingbetweenmulticastgroupaddressand“meetingplace”Examples:CBT,PIM-SM協(xié)議獨(dú)立組播播路由協(xié)議：：ProtocolIndependentMulticast(PIM)Supportforbothsharedandper-sourcetreesDensemode(per-sourcetree)SimilartoDVMRPSparsemode(sharedtree)Core=rendezvouspoint(RP)IndependentofunicastroutingprotocolJustusesunicastforwardingtablePIMProtocolOverviewBasicprotocolstepsRouterswithlocalmembersJointowardRendezvousPoint(RP)tojoinsharedtreeRouterswithlocalsourcesencapsulatedatainRegistermessagestoRPRouterswithlocalmembersmayinitiatedata-drivenswitchtosource-specificshortestpathtreesPIMv.2Specification(RFC2362)Source1Receiver1Receiver2PIMExample:BuildSharedTree(*,G)Receiver3(*,G)(*,G)(*,G)(*,G)(*,G)Joinmessage

towardRPSharedtreeafterR1,R2joinRPSource1Receiver1Receiver2DataEncapsulatedinRegister(*,G)Receiver3(*,G)(*,G)(*,G)(*,G)(*,G)UnicastencapsulateddatapackettoRPinRegisterRPRPde-capsulates,forwardsdownsharedtreeSource1Receiver1Receiver2RPSendJointoHighRateSourceReceiver3(S1,G)RPJoinmessage

towardS1SharedtreeSource1Receiver1Receiver2BuildSource-SpecificDistributionTreeReceiver3JoinmessagesSharedTreeRPBuildsource-specifictreeforhighdataratesource(S1,G),(*,G)(S1,G)(S1,G),(*,G)(S1,G),(*,G)Thankyou!9、靜夜四無(wú)鄰鄰，荒居舊業(yè)業(yè)貧。。1月-231月-23Thursday,January5,202310、雨中黃葉樹(shù)樹(shù)，燈下白頭頭人。。03:00:3403:00:3403:001/5/20233:00:34AM11、以以我我獨(dú)獨(dú)沈沈久久，，愧愧君君相相見(jiàn)見(jiàn)頻頻。。。。1月月-2303:00:3403:00Jan-2305-Jan-2312、故人江江海別，，幾度隔隔山川。。。03:00:3403:00:3403:00Thursday,January5,202313、乍見(jiàn)翻疑疑夢(mèng)，相悲悲各問(wèn)年。。。1月-231月-2303:00:3403:00:34January5,202314、他鄉(xiāng)生白白發(fā)，舊國(guó)國(guó)見(jiàn)青山。。。05一月月20233:00:34上上午03:00:341月-2315、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。一月233:00上上午1月-2303:00January5,202316、行動(dòng)出出成果，，工作出出財(cái)富。。。2023/1/53:00:3403:00:3405January202317、做前前，能能夠環(huán)環(huán)視四四周；；做時(shí)時(shí)，你你只能能或者者最好好沿著著以腳腳為起起點(diǎn)的的射線線向前前。。。3:00:34上上午3:00上上午午03:00:341月-239、沒(méi)有失敗敗，只有暫暫時(shí)停止成成功！。1月-231月-23Thursday,January5,202310、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有結(jié)結(jié)果果，，但但是是不不努努力力卻卻什什么么改改變變也也沒(méi)沒(méi)有有。。。。03:00:3403:00:3403:001/5/20233:00:34AM11、成功功就是是日復(fù)復(fù)一日日那一一點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)小小小努力力的積積累。。。1月-2303:00:3403:00Jan-2305-Jan-2312、世世間間成成事事，，不不求求其其絕絕對(duì)對(duì)圓圓滿(mǎn)滿(mǎn)，，留留一一份份不不足足，，可可得得無(wú)無(wú)限限完完美美。。。。03:00:3403:00:3403:00Thursday,January5,202313、不知香積寺寺，數(shù)里入云云峰。。1月-231月-2303:00:3403:00:34January5,202314、意志堅(jiān)強(qiáng)強(qiáng)的人能把把世界放在在手中像泥泥塊一樣任任意揉捏。。05一月月20233:00:34上上午03:00:341月-2315、楚塞三湘湘接，荊門(mén)門(mén)九派通。。。。一月233:00上上午1月-2303:00January5,202316、少少年年十十五五二