案例分析--網絡中的通信模式

2019-11-04 22:38:54

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供稿：網友

　　隨著網絡技術的發展，網絡通信不再僅僅局限于數據與語音，網絡帶寬的增加，大量的視頻信息在網絡間傳輸，極大的豐富了網絡信息資源，下面我們以視頻系統為例，簡述一下網絡中的通信模式。
　　
　　實驗環境：VOD服務器1臺，操作系統WINDOWS NT4+PACK4，視頻系統CISCO ip/TV 3.0，CISCO 2600系列路由器2臺，CISCO 2900系列交換機2臺，計算機2臺。
　　
　　網絡拓撲：
　　案例分析--網絡中的通信模式

　　Cisco IP/TV是一個客戶/服務器網絡視頻軟件系統，主要用于在IP計算機網絡上傳送MPEG1，H261，等高質量全動態的視頻圖象及話音和數據。系統支持三種視頻傳播模式：實時轉播（live），點播（on demand），預定節目廣播（scheduled）。
　　
　　當客戶PC端點播VOD服務器上的節目時，采用的是“單播”（Unicast）模型，它屬于"一對一"的通信。例如：一個主機希望將數據發給同一IP子網內的另一個主機。主機將數據發給一個IP地址，IP包也必須先封裝到Ethernet幀內。為完成這個封裝，作為發送方的主機必須將接收方主機的IP地址解析成Ethernet地址，即完成地址的"映射"。這種地址映射是通過ARP（地址解析協議）完成的。假如主機A想把一個包傳給另一個IP子網的主機，就必須將包發給路由器。主機A會配置一個默認網關，指向用于連接主機A所在LAN的那個路由器接口。由于目標IP地址位于一個不同的子網上，所以主機A能自動分辨應將幀發給路由器，并向路由器的Ethernet地址發出一個ARP。路由器收到這個幀后，會提取出IP包，并根據其中包含的目標IP地址，判定目標主機是否在一個同自己直接連接的網絡內。若在一個同自己直接連接的網絡內，路由器就向那個網絡發送一個ARP，解析出目標主機的Ethernet地址。從目標主機收到 ARP回應后，路由器就可構建起一個Ethernet幀，將IP包包括其中，然后將整個幀發給目標主機。若目標主機不在同自己直連的一個網絡內，路由器就必須查詢自己的路由表，決定下一步應將該幀發給哪個路由器。
　　
　　在單播通信的模式下，假如觀看同一個節目的客戶端很多，就會增加服務器的負載，網絡帶寬的占用率也很大。所以，對于熱點新聞和節目應采用廣播的模式。在廣播模型中，一個主機會把數據發給子網內的所有主機。ARP在此不再需要，因為Ethernet廣播地址成為一個眾所周知的地址，即oxFF FF FF FF FF FF。在單播模型中，一個主機可將IP包發給任何網絡內的任何主機（假定我們有通向目標主機的路由）。而在廣播模型中，廣播的范圍只能是本地的這個子網。路由器會封鎖廣播通信，所以廣播范圍僅局限于本地網。
　　
　　在視頻點播中，我們主要解決的是“一對多”的通信問題。這種模式下，主機經常把相同的包發給多個接收者，但又不是網絡內的全部主機；
　　
　　在組播通信模型中，我們需要兩種新型地址：一個IP組播地址和一個Ethernet組播地址。其中，IP組播地址標識著一組接收者，它們要接收發給整個組的數據。由于所有IP包都封裝在Ethernet幀內，所以還需要一個組播Ethernet地址。為使組播模型正常工作，主機應能同時接收單播和組播數據，這就意味著主機需要多個IP和Ethernet地址。一個單播IP和Ethernet地址用于單播通信，并用于零個或多個IP；而Ethernet組播地址用于組播通信。假如主機不預備接收組播通信，就需要零組播地址。總之，對于接收者希望加入的每個組播組，都需要一對組播地址，分別為IP和Ethernet地址。單播和組播地址之間的主要差異在于每個主機都有一個唯一的單播地址，組播地址則不然。例如，假設有五個主機希望接收發給A組的組播數據，那么所有主機都要監聽發給同一個組播地址的數據，無論IP還是Ethernet地址。可以看出，啟用組播后大大的減少了來自單播環境的通信，節省了系統資源降低帶寬占用。
　　
　　采用組播模型后，我們獲得的另一項能力是"動態組成員"。只有一個活動的應用正在運行，而且本身提出了數據要求，一個主機才應接收傳給一個特定組播組的數據。主機應有能力根據自己的愿望，自由加入和離開組播組，從而排除"靜態"分組的必要。為了最有效地利用現有帶寬，要求路由器自行判定是否應將組播數據路由給組成員。所以，路由器必須隨時注重動態組成員的信息，而且必須有相應的路由協議，對組播通信進行控制。
　　
　　此外，我們還經常用VLAN提高網絡的安全性，隔離廣播風暴。但是我們知道VLAN間是不可以直接通信的，必須通過路由器。我們假設網絡中有一個交換機被劃分成兩個VLAN。這個交換上的每個端口都被分配給VLAN 1或VLAN 2。此時，VOD服務器從一個子網向另一個子網發出一個組播包時，數據通過路由VLAN 1到達VLAN 2，由于交換機不能識別組播包，在VLAN 2中會出現比廣播通信的情形更糟的情況，只要VLAN 2上有人觀看廣播節目，VLAN 2上的每個主機都會收到這個組播包，問題就在雖然路由器能夠處理組播通信，但是交換機卻不能正確處理組播通信，會像對待廣播通信一樣，把數據包發送到網絡中的每一個用戶。這樣，雖然可以使用，但網絡中充斥大量無用的廣播包，網絡帶寬被占用，使用率極低，丟包再所難免。
　　
　　因此，在實際工作中，我們要在路由器和交換機上分別啟動組播協議；在主機和路由器之間，我們使用的是“互聯網組治理協議”（Internet Group Management PRotocol，IGMP）；而在不同的組播路由器之間，我們使用的是組播路由協議“距離向量組播路由協議”（DVMRP）和“與協議無關的組播”（PIM）。路由與交換之間的組播通信必須啟用組治理協議（CGMP）。

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