IP組播技術初探

2019-11-03 10:18:58

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供稿：網友

楊志　邢思杰　　摘要：主要討論ip組播的路由選擇問題，指出了路由選擇的目的地址問題和回路問題的解決方法。

　　關鍵詞：IP組播；反向路徑轉發

　　近年來，隨著信息技術的迅猛發展，網絡應用大量增加，使得原來已經存在的、龐大的數據傳輸量成倍增長，而優化帶寬可滿足數據傳輸量增長的需要，IP組播技術則是優化帶寬的重要手段。它適用于多點到多點或一點到多點的數據傳輸業務，其基本原則是IP組播依托IP協議完成；IP組播強制網絡在數據分布樹的分叉處進行信息包復制，而不是由信息源節點多次重復地發送相同的數據包。

　　一、IP組播模型特征

　　用戶的增加和去除不需要全局協調，加入組播組僅是需要為用戶設置一個IP組播地址。為了接收數據，用戶在特殊IP組播交叉點中進行注冊，而不需要知道組中其它用戶的情況，路由對用戶隱藏了組播實現的細節。

　　如果組播起源于同一個源，而終止不同的用戶，且攜帶的數據相同，需要定義一個組播地址，讓網絡決定如何將源數據流發往組播地址，如何在它的鏈路上組織數據流傳輸，以最佳地利用帶寬。

　　路由器建立分布樹，用于連接組播組所成員，把那些尋址到組播組的IP分組一直轉發到具有組播組成員的網絡中，并解決組播路由選擇中的回路問題。

　　發送者使用組播地址發送分組，發送方可以不知道接收方的任何信息，而只需要了解地址。一個組可有任何源。

　　二、組播路由選擇

　　組播路由選擇是網絡的一個問題，這個難題的解決需要復雜的有時是難以處理的協議。

　　1.組播路由選擇的兩個基本問題

　?。?）目的地址問題

　　即如何讓網絡知道每個組的每個目的地址。每個路由器都連有某個組播成員的主機。組中有一個成員發出組播數據，每個主機使用Internet組播管理協議與直接相連的路由器通信。

　　當源發送組播分組給它的路由器1時，此路由器將分組轉發給網絡內的另一個路由器2，路由器2將分組轉發給路由器3和與該路由相連接的目主機；下一跳路由器運行與此相似。結果是每個主機都看到從組播源來的數據流。如果第3和第4個路由器沒有任何相連接的主機是組播組成員，第2個路由器不知道不應轉發分組給其余路由器，造成未加入組播組的地址也獲得了信息，目的地址不明確。其解決方法是運行Internet組播管理協議機制偵聽網絡，以獲知網絡上哪些節點需要接收組播通信協議。IGMP具有兩個功能：將組播成員消息報告給緊接鄰域多播路由器；構建主機和路由的組播群。

　?。?）組播路由回路問題

　　有4個路由器的網絡中，假設路由器向所有需要組播數據流的路由器或主機所在的接口轉發數據流，由于路由器除與主機相連接以外，還相互連接，結果是產生了組播路由選擇回路，造成鏈路的帶寬完全消耗在數據流的傳輸上。

　　2.反向路徑轉發

　　反向路徑轉發的基本思想是從每個目的地構建返回到源的最短路徑，組播分組轉發給所有接口（未有接口除外）。如果組播分組抵達的接口不是返回到源端的最短路徑，則拋棄該分組。距離矢量組播路由協議是IP組播廣泛使用的路由協議，它使用反向路徑轉發來做出組播路由選擇回路的一種方法。它是這樣工作的：當路由器收到組播分組時，查看此分組是否在最短返回源路徑的接口上。如果不是，則丟棄該分組；如果是，則轉發分組到接口或者路由器。

　　（1）首先組播源發送一個分組給路由器1，然后路由器1將其轉發給路由器2和路由器4；

　　（2）路由器2通過它的單播路由選擇表確定路由器1是在最接近源的接口上收到的，然后它將分組轉發給直接相連的接收方，此接收方用Internet組管理協議加入該組。路由器2也轉發分組給路由器3；

　?。?）路由器4像路由器2一樣，用它的單播路由選擇表示確定路由器1的分組是在最接近源的接口上收到的。然后，它將分組轉發給直接相連的接收方，此接收方用Internet組管理協議加入該組。路由器4也將分組轉發給路由器3；

　?。?）路由器3收到路由器2和路由器4的組播分組，查找路由選擇確定哪一個路由器最接近源主機。路由器3選擇了連接到路由器4的通道，即使連到路由器2的通道到源主機的距離相同，然后路由器3轉發組播分組給路由器4和直接相連接的目的主機2；

　?。?）路由器4收到路由器3的組播分組，確定該分組不是在最近組播源的接口上收到的，結果丟棄該分組。

　　應用IP組播，用戶只需發送自己信息的一個拷貝到所有接收者的IP組播地址中，這顯然最佳地利用了網絡帶寬，IP組播還可以大大減少發送服務器的負擔。IP組播通過分布樹能有效地進行一對多的數據流傳輸，在這種分布樹中，兩個路由器之間僅需一條傳輸路徑，數據流只在路徑分叉點時才被拷貝。

　　當某主機希望加入該組時，主機發送Internet組播管理協議加入報文給了解組播源的路由器，路由器發送一個距離矢量組播路由協議嫁接報文以便開始接收必需的組播通信，嫁接報文被發往上行流直到它們找到分布樹。此分布樹將一個組播中的分組傳遞給該組成員。就發送者而言，僅需要簡單發送一個以相應組播地址為目的地址的單個IP分組，剩下的工作都由路由器來完成，其規?？梢詮囊粋€接收者擴展到數個接收者。如果路由器發現所有直接相連的組播主機都離開該組，并且沒有下行流路由器依賴于組通信，則路由器發送一個剪枝消息給上行流以關閉通信，發送者根本不用關心組成員的變化。

　摘自《江西通信科技》2002.3

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