組播的相關概念

2019-11-04 22:41:06

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　　D類地址是用于組播，也就是以1110開頭，剩下28位用于鑒別組播地址（剩下的這28是個無結構的地址），以01005e開頭的MAC地址用于表示MAC的組播地址，剩下的23位用于標識組播，ip組播地址對于MAC地址有一個映射關系，也就是IP組播的后23對應Mac組播的后23位，這樣就有可能出現多個IP對應一個MAC的現象，它們之間用Arp來解析。
　　
　　假如一個局域網使用組播，那么所有的主機必須加入一個all-host組（組播地址為224.0.0.1)，但是Host可以決定是否去接受組播。當一個組播交通決定傳輸之前，router需要知道那個Host想接收組播，IGMPv1, IGMPv2用于發現是否有這個組播組的成員在它直連的子網里，IGMP用一個querying device去請求和報告Host加入和離開組播組，它有兩種message, 一個是query messages 用于組播路由器去發現Member，還有一個是report message,它是由主機發送，報告那個主機想加入組播組，IGMP間斷的發送query message到224.0.0.1(用于標識所有主機），直連網段中的其中一臺Host發送report message來報告誰想接收組播，但是假如Host 想加入組播組，它可不必等待query message, Host 可以主動的發送一個report message到224.0.0.2（標識組播組中的所有組播路由器）
　　
　　IGMPv2 提供了leave meassage，主機主動發送這個離開信息到224.0.0.2，表明這臺主機想離開這個組播組，query router發送一個query message ( specific-group)的信息從那個接收離開組的端口，如有其它的主機還想加入這個組播組，則向這個query device發送一個specific-group 的report message, 假如在一定時間內沒有主機反應這個group-specific query message，則表明沒有本地成員在這個組里面
　　
　　在交換機轉發組播中，由于IP組播映射到一個Layer 2 multicast address, 所以組播必須發送到所有的交換機端口，當一臺主機向組播路由器報告成員信息，組播由路由器發送到交換機，由于組播使用組播地址傳送流量，所以它不知道實際的目的mac地址，因而它將它發送到所有的交換機端口，可以使用劃分VLAN來解決這個問題，但是使用VLAN不能動態的添加和刪除成員，這樣，交換機必須處理每一個組播包，加大了處理延時，降低了交換機的性能，這樣就出現了一個router to switch的解決方法---CGMP， CGM答應交換機向組播路由器學習有關組成員的信息，在這個環境里，rotuer是一個CGMP服務器，switch是一個Client, 當router 接收一個組播包，它立即創建一個CGMP包，這個包發送到一個well-know地址，所交換機都能收到這個包，然后交換機解釋這個包，創建一個forwarding table。
　　
　　在每個物理段中，一個指明路由器被選擇，指明路由器構造一個分布樹，連接一個組播組有所有的成員，以保證高效的傳輸。這個router可copy所有進入的包，然后把它發送到它的分支樹，因為組播組是動態的所以分布樹也必須是動態的升級，一個分支加入一個分布樹就像一個新的成員加入組播組，相反的說，假如這個分支沒有接收者，剛這個分支被刪除。
　　有兩種分布樹可以在組播路由中使用：1.源指定（source specific） 2.共享（shared), 指定源的方式針對于每個組播組的源處理Spanning tree，例如，假如10個成員在10個分離的子網，創建基于10個組播組的10個不同的路由樹被，源指定使用從源到目的的最短路徑最小化了延時，source-based 的分布樹使用一個叫相反路徑轉發的機制（Reverse Path Forwarding RPF), 當一個router接收一個帶源的組播包，它在它所有的端口轉發這個包，除了接收這個包的端口，然而，轉發只發生在提供最短路徑返回發送者的鏈路，假如這個包到達了一個不是最短的路徑上，則這個包被discard。
　　
　　提供一個到組播指明路由器和源之間的鏈路叫作父鏈路，router的處出端口叫子鏈路。
　　
　　在共享樹（shared-tree)的方式, 所有的包沿著分布樹發送到組播組，不考慮發送的源，這種方式削減了處理時間，但是導致了較大的端到端的延時
　　
　　然而，不同于spanning-tree機制，不同的組播組定義了不同的分布樹，假如一個設備想接收數據，它必須加入這個組的共享樹，組播路由協議通過檢測一個點播的路由可達來建交分布樹。
　　
　　組播包使用IP Header的TTL域來限制它的可達范圍，每經過一個路由器，TTL的值減1，假如TTL過期，則這個包被拋棄，Packet的TTL大于接口的TTL門限，則被轉發，假如等于小于接口的門限則拋棄。
　　
　　0 限制在同一個主機，從來不被發送到任何接口
　　
　　1 限制在相同的子網，從來不被router轉發
　　
　　15限制在相同的site, 組織，或部門
　　
　　63限制在相同的區域
　　
　　127worldwide
　　
　　191workwide, limited bandwidth
　　
　　255unrestricted in scope ; global
　　
　　IP組播路由協議用于發現組播組和建立每個組播組的分布樹
　　
　　client to router : IGMP
　　
　　Router to Switch: CGMP
　　
　　Router to Router : DVMRP, PIM, MOSPF, CBT
　　
　　組播路由協議有以下兩種方式：　密集方式路由（dense-mode routing)和稀疏方式路由（sparse-mode routing）
　　
　　怎樣選用這兩種方式，取決于組播組的成員在整個網絡中的分布，假如網絡中幾乎所有的路由器都為每個組播組分發組播信息則使用Dense-mode, 為了維護分布樹，Dense-mode組播路由協議間歇的flood網絡組播信息，Dense-mode適用于組成員密集的分布在整個網絡，而且有足夠的帶寬來容忍flood。
　　
　　sparse-mode路由協議用于每個組播只有很少的幾個路由器（并不意味著每個組播組只有很少的成員），它意味著組播組成員被廣泛的分散，例如Internet Muticast, sparse-mode也假設網絡帶寬很有限，sparse-mode不使用flood，　開始時它先建立一個空的分布樹，只有當成員請求加入組播組時，它才向分布樹添加一個分支。
　　
　　dense-mode路由協議包括：　Distance Vector Multicast Routing PRotocol (DVMRP), Multicast Open Shortest Path First (MOSPF), Protocol Independent Multicast Dense Mode(PIMDM)
　　
　　DVMRP大多數用于組播主干(MBONE)路由器，　它使用反路徑flood(reverse path flooding), 當DVMRP接收一個包時，它在它連接的所有路徑上flood這個包，除了接收路徑，這樣，這個包可以到達所有的LAN，　假如某個網段沒有任何組播組的成員，則路由器發送一個削減信息返回分布樹，這人削減信息防止后來的包發送到這個沒有成員的區域，DVMRP使用它自己集成的路由協議去決定包返回源的路徑，　這個點播路由協議很像RIP，它基于hop counts, 為了可以讓新的主機加入組播組，DVMRP間斷的flood, DVMRP很少在大的網絡中使用。DVMRP的擴展性不好，因為它依靠Flood.
　　
　　MOSPF(Cisco不支持）依靠于它集成的OSPF，　MOSPF適用于單獨的路由域，例如一個網絡被一個單獨的組織控制，　OSPF是一個鏈路狀態路由協議，　MOSPF把組播信息加入OSPF鏈路狀態廣告，　在一個OSPF/MOSPF網絡中，每個路由器基于鏈路狀態信息維護一個具體的網絡拓補，　一個MOSPF路由器使用鏈路狀態廣告去學習在連接LAN中有那個組播組被激活，它通過這個信息構造分布樹，MOSPF基于包的源和目的地址來轉發包，一個基于每source-group 的分離最短路徑分布樹被建立，分布樹當網絡拓補發生變化以及cache過期時被重新計算，MOSPF適用于在同一時間只有少量的soure-group被激活，不推薦MOSPF使用于不穩定的環境中。
　　
　　PIM DM和DVMRP相似，都使用相反路徑flooding(reverse path flooding), 當PIM DM接收一個包時，它在它連接的所有路徑上flood這個包，除了接收路徑,假如某個網段沒有任何組播組的成員，則路由器發送一個削減信息返回分布樹, 協議獨立意味著它不依靠任何一個指定的點播路由協議，這個原則適用于dense-mode和sparse-mode，PIM可以使用所有的點播路由協議，PIM適用于發送者和接收者的距離很近，也適用于很少的發送者和很多的接收者，以及流量很高的情況.
　　
　　
　　
　　Sparse-mode的兩種組播路由協議：
　　
　　Protocol Independent Multicast Sparse Mode (PIM SM) 和　Core-Based Trees (CBT)
　　
　　PIM SM適用于只有較少的接收者，以及流量不頻繁，這個協議可以同時處理幾個組播數據流，非常適合應用于WAN 或者是Internet, 它定義一個集合點(rendezvous point), 一個發送者必須發送數據到這個集合點，接收者在接收數據之前要先在集合點登記，　路由器自動的優化路徑，　PIM可以在某些組播組中使用dense-mode的同時，在另外一些組中使用sparse-mode.
　　
　　在CBT環境中，所有的組成員共享一個單獨的樹，組播流在相同的分布樹上傳輸，不考慮源，　CBT和Spanning-tree相似，除了為每個組播組創建一個分離的樹，一個基于Core的樹可以使用一個單獨的路由器，或是一組路由器做為核心，路由器通過發送一個加入信息加入核心，核心發送一個確認返回路由器，一個加入信息不需要必須被核心確認，這臺路由器成為分布樹的一個分支
　　
　　例子：
　　
　　一個client發送一個IGMP 加入信息，下一跳的router接收這個信息，記錄IGMP的源MAC地址, 然后產生一個CGMP包發送到switch, 交換機使用這個CGMP信息動態的在switch talbe中建立一個表項，這個表項是實際組播Host地址到交換機端口映射

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