IP組播技術初探

2019-11-04 22:41:17

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供稿：網(wǎng)友

　　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。
　　
　　　　要害詞：IP組播；反向路徑轉發(fā)
　　
　　　　近年來，隨著信息技術的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡應用大量增加，使得原來已經(jīng)存在的、龐大的數(shù)據(jù)傳輸量成倍增長，而優(yōu)化帶寬可滿足數(shù)據(jù)傳輸量增長的需要，IP組播技術則是優(yōu)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(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，其基本原則是IP組播依托IP協(xié)議完成；IP組播強制網(wǎng)絡在數(shù)據(jù)分布樹的分叉處進行信息包復制，而不是由信息源節(jié)點多次重復地發(fā)送相同的數(shù)據(jù)包。
　　
　　　　一、IP組播模型特征
　　
　　　　用戶的增加和去除不需要全局協(xié)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(shù)據(jù)，用戶在非凡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(xiàn)的細節(jié)。
　　
　　　　假如組播起源于同一個源，而終止不同的用戶，且攜帶的數(shù)據(jù)相同，需要定義一個組播地址，讓網(wǎng)絡決定如何將源數(shù)據(jù)流發(fā)往組播地址，如何在它的鏈路上組織數(shù)據(jù)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(fā)到具有組播組成員的網(wǎng)絡中，并解決組播路由選擇中的回路問題。
　　
　　　　發(fā)送者使用組播地址發(fā)送分組，發(fā)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(wǎng)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(xié)議。
　　
　　　　1.組播路由選擇的兩個基本問題
　　
　　　　（1）目的地址問題
　　
　　　　即如何讓網(wǎng)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(fā)出組播數(shù)據(jù)，每個主機使用 Internet組播治理協(xié)議與直接相連的路由器通信。
　　
　　　　當源發(fā)送組播分組給它的路由器1時，此路由器將分組轉發(fā)給網(wǎng)絡內的另一個路由器2，路由器2將分組轉發(fā)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(shù)據(jù)流。假如第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(fā)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組播治理協(xié)議機制偵聽網(wǎng)絡，以獲知網(wǎng)絡上哪些節(jié)點需要接收組播通信協(xié)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。
　　
　　　　（2）組播路由回路問題
　　
　　　　有4個路由器的網(wǎng)絡中，假設路由器向所有需要組播數(shù)據(jù)流的路由器或主機所在的接口轉發(fā)數(shù)據(jù)流，由于路由器除與主機相連接以外，還相互連接，結果是產(chǎn)生了組播路由選擇回路，造成鏈路的帶寬完全消耗在數(shù)據(jù)流的傳輸上。
　　
　　　　2.反向路徑轉發(fā)
　　
　　　　反向路徑轉發(fā)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(fā)給所有接口（未有接口除外）。假如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(xié)議是IP組播廣泛使用的路由協(xié)議，它使用反向路徑轉發(fā)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。假如不是，則丟棄該分組；如果是，則轉發(fā)分組到接口或者路由器。
　　
　　　　（1）首先組播源發(fā)送一個分組給路由器1，然后路由器1將其轉發(fā)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(fā)給直接相連的接收方，此接收方用 Internet組治理協(xié)議加入該組。路由器2也轉發(fā)分組給路由器3；
　　
　　　　（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(fā)給直接相連的接收方，此接收方用Internet組治理協(xié)議加入該組。路由器4也將分組轉發(fā)給路由器3；
　　
　　　　（4）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(fā)組播分組給路由器4和直接相連接的目的主機2；
　　
　　　　（5）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(fā)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(wǎng)絡帶寬，IP組播還可以大大減少發(fā) 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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(fā)送Internet組播治理協(xié)議加入報文給了解組播源的路由器，路由器發(fā)送一個距離矢量組播路由協(xié)議嫁接報文以便開始接收必需的組播通信，嫁接報文被發(fā)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(fā)送者而言，僅需要簡單發(fā)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(guī)模可以從一個接收者擴展到數(shù)個接收者。假如路由器發(fā)現(xiàn)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靠于組通信，則路由器發(fā)送一個剪枝消息給上行流以關閉通信，發(fā)送者根本不用關心組成員的變化。

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