IP组播技术介绍

IP组播技术介绍一、组播技术概述二、组播的实现技术三、IGMP协议四、组播路由协议五、应用实例一、组播技术概述“试想一下，在一个点点对等的Internet上，假设你用自家的MIC录下的每一句话，可以被瞬间传递到世界上每个希望接听的用户，这是一件多么奇妙和激动人心的事。而做到这一切并不需要你拥有强大的服务器，而仅仅一台普通联网PC。”一、组播技术概述视频服务器×10×10×10单播Unicast视频服务器×10×10×10组播Multicast一、组播技术概述单播(unicast)：“一对一”通信，源主机为每一个接收者都发一份拷贝。广播(broadcast)：“一对多”通信，广播包被发往网络上的所有主机。这样会产生大量的数据报拷贝。组播(multicast)：“一对多”通信，介于广播单播之间，源主机将同样的数据报发给多个接受者，但又不是网络中全部的主机。一、组播技术概述IP组播是介于单播和广播之间的一种分组传送形式，它既不指定明确的接收者，也不是将数据分发给网络上的所有主机。发送者不关心接收者所处的位置，只要将数据发送到约定的目的地址，剩下的工作就交给网络去完成。这样做的好处在于，发送者只产生一份数据，而不用为每个接收者分别复制一份，而且发送者不必维护接收者的信息。网络中的路由器设备必须收集接收者的信息，并按照正确的路径实现组播报文的转发和复制。互联网一、组播技术概述——组播的应用•视频、音频会议–传统的单播视频、音频会议系统…•网络电视–将电视节目或其他媒体节目转换为流媒体，在宽带网络上进行播放•金融信息（股票行情）发布–在全国性的网络上提供各种信息发布服务，由用户选择接收•宽带网络交互式游戏•...一、组播技术概述——组播的特点优点◦增强效率，控制网络流量，减少服务器和CPU负载◦优化性能，消除流量冗余◦分布式应用，使多点传输成为可能缺点◦组播应用基于UDP◦尽最大努力交付◦无拥塞控制◦数据包重复◦数据包的无序交付一、组播技术概述——组播的通信模型◦组播四要素：源发现接收者发现拓扑发现（组播路由器之间的拓扑、网络单播路由信息）分发树生成一、组播技术概述二、组播的实现技术三、IGMP协议四、组播路由协议五、应用实例二、组播的实现技术——组播体系结构应用程序/组播地址主机-路由器协议(IGMP)域间组播协议(MSDP;MBGP)域内组播协议(PIM;DVMRP)hostsrouters二、组播的实现技术——组播MAC地址11100000000100000000010111100IP组播地址后23位映射到MAC地址中32位IP组播地址48位MAC地址（以太网/FDDI）此5位地址不作映射，因此32个IP组播地址映射成一个MAC地址IANA将MAC地址范围01:00:5E:00:00:00～01:00:5E:7F:FF:FF分配给组播使用；这就要求将28位的IP组播地址空间映射到23位的组播MAC地址空间中，具体的映射方法是将组播地址中的低23位放入MAC地址的低23位。二、组播的实现技术——组播地址IP组播地址用于标识一个IP组播组。IANA把D类地址空间分配给组播使用，范围从224.0.0.0到239.255.255.255。①224.0.0.0到224.0.0.255被IANA预留，地址224.0.0.0保留不做分配，其它地址供路由协议及拓扑查找和维护协议使用。该范围内的地址属于局部范畴，不论TTL为多少，都不会被路由器转发；②224.0.1.0到238.255.255.255为用户可用的组播地址，在全网范围内有效。其中232.0.0.0/8为SSM组地址，而其余则属于ASM组地址；③239.0.0.0到239.255.255.255为本地管理组播地址，仅在特定的本地范围内有效，也属于ASM组地址。使用本地管理组地址可以灵活定义组播域的范围，以实现不同组播域之间的地址隔离，从而有助于在不同组播域内重复使用相同组播地址而不会引起冲突。二、组播的实现技术——常用的组播保留地址D类地址范围含义224.0.0.0基准地址（保留）224.0.0.1所有主机的地址224.0.0.2所有组播路由器的地址224.0.0.3不分配224.0.0.4DVMRP路由器224.0.0.5OSPF路由器224.0.0.6OSPFDR224.0.0.7ST路由器224.0.0.8ST主机224.0.0.9RIP-2路由器D类地址范围含义224.0.0.10IGRP路由器224.0.0.11活动代理224.0.0.12DHCP服务器/中继代理224.0.0.13所有PIM路由器224.0.0.14RSVP封装224.0.0.15所有CBT路由器224.0.0.18VRRP224.0.0.22所有IGMP路由器224.0.0.251所有组播DNS服务器…………二、组播的实现技术——树的概念组播分发树(SpanningTree)：IP组播数据由源产生后向接收者传递的路径。因为可能存在一组接收者，组播报文每经过一个路由器都可能向着多个方向产生副本，所以这个传递路径就像一个不断生长的树，不断形成分叉。组播分发树有两种形式：有源树和共享树二、组播的实现技术——树的概念有源树：有源树的树根是组播信息流的来源，有源树的分支形成了通过网络到达接收站点的分布树。有源树以最短的路径贯穿网络，所以也称最短路径树SPT（ShortestPathTree）。来源1来源2ABDFCE接收者1接收者2符号表示：(S,G)S=来源G=组二、组播的实现技术——树的概念共享树：来自不同源地址，但目的地址相同的组播报文，在网络中使用同一个分发树转发。这样一个共享树的树根被称为汇聚点RP（RendezvousPoint）或者核心(Core)，相应的树称为RPT或CBT。ABD(RP)FCE接收者1接收者2符号表示：(*,G)*=所有来源G=组(RP)PIM汇合点共享树二、组播的实现技术——逆向路径检查逆向路径检查(ReversedPathFordwardingCheck)：组播转发采用一种特殊机制：组播包的转发不是基于IP包的目的地址的，而是用RPF检查决定是否转发和丢弃输入信息包。（对于SPT转发是按照源地址查找；对于RPT转发，使用汇聚点(RP)地址进行查找。）◦RPF检查的过程如下：路由器检查到达组播包的源地址，如果信息包是在可返回源站点的接口上到达，则RPF检查成功，信息包被转发如果RPF检查失败，丢弃信息包对组播包源地址的检查是通过查询单播路由表来实现的二、组播的实现技术——逆向路径检查S0/0S0/1S1/0接收者接收者组播数据包错误接口到达的组播数据包RPF检查失败，数据包从错误接口到达192.18.0.32二、组播的实现技术进一步观察：RPF检查失败数据从S0/1到达，RPF检查失败，路由器丢弃包S1/0来自192.18.0.32的组播数据网段接口192.18.0.0/16S0/0168.0.22.0/24S0/115.15.0.0/16S1/0S0/1S0/0S1/0二、组播的实现技术——逆向路径检查进一步观察：RPF检查成功数据从S0/0到达，RPF检查成功，路由器转发数据包S0/1S1/0来自192.18.0.32的组播数据S0/0S1/0网段接口192.18.0.0/16S0/0168.0.22.0/24S0/115.15.0.0/16S1/0二、组播的实现技术——二层组播技术——snooping在二层(Layer2)设备下，组播帧是作为广播转发的，这样容易造成组播流风暴，浪费网络带宽，这明显是与组播的思想相驳的。Snooping的作用便是解决这个问题的，它的工作过程如下:1.交换机“窥探”用户主机与路由器之间的交互报文,跟踪组信息及申请的端口。当交换机“窥探”到主机朝路由器发出的IGMPreport(请求)报文，交换机便把该端口加入组播转发表中；2.当交换机“窥探”到IGMPLeave(离开)报文时，交换机便把该端口从表中删除；3.路由器会定时发IGMPQuery报文，在收到IGMPQuery报文后，如果在一定的时间段内没有收到主机的IGMPReport报文,便把该端口从表中删除。二、组播的实现技术——snooping12345MAC转发表MAC地址端口0100-5e0a-0a0a1,2,5组播？没问题，我已经探取了转发表：二、组播的实现技术——组播转发表组播转发表：与单播路由表类似由很多条目(Item)构成，用于记录组播分发树在每个路由器上的状态，指导组播数据的转发。与单播不同的是，因为转发决策复杂，组播转发表项包括比单播更多的信息，比如：入口，出接口表，状态，定时器，上游地址等。RPT和SPT会产生不同的转发表项，不同的源也会产生不同的SPT表项。•组播转发表一般是一个四元组：{S，G，IIF，OIFs}S：源IP地址G：组IP地址IIF：入接口OIFs：出接口列表•组播路由一般有三种格式：（*，*，RP）只匹配RP（*，G）匹配GroupIP（S，G）同时匹配SourceIP和GroupIP二、组播的实现技术——组播转发表S1/0来自192.18.0.32的组播数据组播？？S0/1S0/0S1/01、RPF检查、转发一、组播技术概述二、组播的实现技术三、IGMP协议四、组播路由协议五、应用实例三、IGMP协议IGMP（InternetGroupManagementProtocol）因特网组管理协议是主机与路由器之间唯一信令协议；RFC1112规定了IGMPV1（定义了基本的组成员查询和报告过程）RFC2236规定了IGMPV2（增加了组成员快速离开的机制）RFC3376规定了最新的IGMPV3（增加了成员可以指定接收或指定不接收某些组播源的报文等功能）三、IGMP协议——IGMPv1报文格式Ver：版本。表明IGMP版本，在IGMPv1中为1。Type：类型。IGMP类型为1说明是组播路由器发送的组成员查询消息；类型为2说明是主机发送的组成员报告消息。Unused：未使用。发送时被置为0，接收时忽略此字段。GroupAddress：组播组地址。组地址为D类IP地址。在查询消息中组地址设置为0，在报告消息中组地址为要参加的组地址。UnusedChecksumGroupAddress012301234567890123456789012345678901VerType三、IGMP协议——IGMPv2报文格式Type：报文类型。包括成员查询；版本1成员报告；版本2成员报告；离开消息。MaxRespTime：最大响应时间。实际中响应时间是配置值范围（1～25秒）内的一个随机值。缺省为10秒。GroupAddress：组播组地址：在普遍查询中为0.0.0.0；特定组查询和报告消息中为相应的组播地址。TypeMaxRespTimeChecksumGroupAddress012301234567890123456789012345678901三、IGMP协议——IGMPv3报文格式Type为0x11表示组成员查询消息Type=0x11MaxRespCodeChecksumGroupAddress012301234567890123456789012345678901ResvSQRVQQICNumberofSources(N)SourceAddress(1)SourceAddress(2)SourceAddress(N)三、IGMP协议——IGMPv3报文格式Type为0x22表示组成员报告消息Type=0x22ReservedChecksum012301234567890123456789012345678901GroupRecord(1)ReservedNumberofGroupRecords(M)GroupRecord(2)GroupRecord(M)三、IGMP协议——IGMPv3报文格式RecordTypeAuxDataLenNumberofSources(N)MulticastAddress012301234