數(shù)據(jù)通信笫十九講移動IP和IP組播.ppt

1,數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡（第二版） 電子教案,笫十九講 移動IP和IP組播,2,本講內(nèi)容,第七章 網(wǎng)絡層 7.4.5 移動IP 7.5 IP組播 7.5.1組播組和組播地址 7.5.2 組管理協(xié)議：IGMP 7.5.3 組播路由協(xié)議 7.5.4 組播應用和發(fā)展 7.6 下一代IP：IPv6* *是要求同學了解的，這些內(nèi)容在本電子教案中并未講解而是要求同學自己閱讀教材。,3,7.4.5 移動IP,移動IP是IETF為移動問題設計的一個解決方案，它克服了為固定環(huán)境設計和優(yōu)化的原始IP尋址模式的一些限制，允許便攜式計算機從一個網(wǎng)絡移動到另一個網(wǎng)絡而不改變其IP地址。 移動IP正式的名稱是IP移動性支持（IP mobility support），它具有透明性、與IPv4的互操作性、安全性和宏移動性等方面的特征 。,4,7.4.5 移動IP,可移動性的最大挑戰(zhàn)在于允許主機保留其地址，而不需要給所有路由器傳播一個特定于主機的路由。 為此移動IP為每個移動主機設置了兩個IP地址， 主地址（primary address）：永久固定的、傳統(tǒng)的IP地址，由本地（home）網(wǎng)分配，是應用程序和運輸層所用的地址。 輔地址（secondary address）：臨時的，隨著主機的移動而改變，由外地（foreign）網(wǎng)分配，用于IP分組轉(zhuǎn)發(fā)時的隧道傳輸。,5,7.4.5 移動IP,系統(tǒng)參考結(jié)構(gòu),6,7.4.5 移動IP,工作過程 當移動主機在原始本地網(wǎng)時，獲得的是主地址。當它移動到一個外地網(wǎng)并獲得輔地址時，移動主機必須把輔地址發(fā)送給位于本地網(wǎng)的一個本地代理（Home Agent，HA）進行登記，該代理隨后截取發(fā)送給移動主機主地址的分組，并使用IP-in-IP封裝，把每個分組以隧道方式傳輸?shù)捷o地址。 如果移動主機再次換地方，它會獲得一個新的輔地址，并將它的新位置通知給HA，以便HA使用上面的方式轉(zhuǎn)發(fā)分組。,7,7.4.5 移動IP,當移動主機返回到本地網(wǎng)，它必須與HA進行聯(lián)系，以撤銷登記，使HA停止截取分組。同樣，移動主機可以選擇在任何時候撤銷登記（如當離開一個遠程位置時）。 由此可見，移動IP是為宏觀移動性設計的，而不是為高速移動設計的。因此，使用移動IP的情況：主機移動并不頻繁，并在一個給定位置停留相對較長的一段時期。,8,7.4.5 移動IP,移動IP尋址 移動主機上的應用程序總是使用主地址，當移動主機連接到外地網(wǎng)絡時，它必須獲得一個臨時的輔地址，作為一個轉(zhuǎn)交地址。 實踐中，有兩種類型的轉(zhuǎn)交地址： 第一種稱為合作定位轉(zhuǎn)交地址（co-located care of address），需要移動主機自己處理所有轉(zhuǎn)發(fā)。 第二種稱為外地代理轉(zhuǎn)交地址（foreign agent care of address），需要在遠程外地網(wǎng)絡上有一個活動的參與者外地代理（Foreign Agent，F(xiàn)A） 。,9,7.4.5 移動IP,發(fā)現(xiàn)外網(wǎng)代理 尋找外地代理的過程使用ICMP路由器發(fā)現(xiàn)機制并進行了擴展，這個過程稱為代理發(fā)現(xiàn)。 代理發(fā)現(xiàn)中，移動主機發(fā)送一個ICMP路由器請求報文以得到一個ICMP路由器通告報文，這些報文在原始的ICMP路由器發(fā)現(xiàn)報文上擴展了其它一些信息，以允許FA通告它的存在或移動主機請求一個通告。,10,7.4.5 移動IP,代理登記 移動主機移動到外地網(wǎng)絡時，必須進行代理登記以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸（轉(zhuǎn)發(fā)）。登記過程允許移動主機完成以下工作： 在外地網(wǎng)絡上的一臺代理上登記 直接在HA上登記，以請求轉(zhuǎn)發(fā) 重建要過期的登記 取消登記 所有登記的報文是通過UDP發(fā)送的，代理使用端口434接受代理登記。,11,7.4.5 移動IP,移動IP數(shù)據(jù)傳輸 移動主機創(chuàng)建一個分組，這個分組的目的地址是通信對方的地址，在源地址是移動主機的本地地址（當然外地網(wǎng)絡必須同意用任意源地址傳輸分組）。為了提高效率，分組沿著外地網(wǎng)到目的之間的最短路徑進行傳輸。 反向的分組將不會沿著最短路徑從外地網(wǎng)直接到達移動主機，而是會先到移動主機的本地網(wǎng)。HA根據(jù)登記所了解的移動主機的位置，截獲分組，并使用IP-in-IP封裝通過隧道把分組傳輸?shù)睫D(zhuǎn)交地址。,12,7.4.5 移動IP,如果移動主機有合作定位轉(zhuǎn)交地址，被封裝的分組直接傳給移動主機，由移動主機拆封外層的分組，然后處理內(nèi)層的分組。 如果移動主機在使用FA進行通信，外層分組上的轉(zhuǎn)交地址就指定了FA，當FA接收到HA的分組時，F(xiàn)A拆封外層的分組，查閱已登記移動主機表（及其MAC地址），然后將分組通過FA的本地網(wǎng)絡、使用MAC地址傳輸?shù)竭m當?shù)囊训怯浀囊苿又鳈C。,13,7.4.5 移動IP,兩個問題 雙交叉問題（two-crossing problem） 即使和移動主機進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹鳈C離移動主機路由較近（即便是同一個外地網(wǎng)絡內(nèi)），其數(shù)據(jù)傳輸也要通過HA進行 當本地網(wǎng)上的主機與移動到外地網(wǎng)的主機進行通信時，由于本地網(wǎng)上的主機的目的地址（即移動主機）與源地址屬于同一個IP網(wǎng)絡，它將直接進行ARP解析而不會轉(zhuǎn)發(fā)到HA。,14,什么是組播？ 單播和組播比較 組播的特點和優(yōu)勢,7.5 IP組播,15,7.5 IP組播,為什么需要組播？ 許多新的應用要求把消息從一個發(fā)送者遞交給多個接收者。 Bulk data transfer：軟件升級 Streaming continuous media：多媒體應用 Shared data applications：白版應用 Data feeds：股票 www cache updating Interactive gaming,16,7.5 IP組播,如何組播？ 通過多個點到點unicast連接模擬組播。 網(wǎng)絡層提供顯式的組播支持。 發(fā)送者只要發(fā)送一個數(shù)據(jù)報，然后那些屬于組播組中的路由器都會收到該數(shù)據(jù)報的一個拷貝，如果有一個接收者連接到該路由器，則數(shù)據(jù)報被遞交。 在每條鏈路上只有一個數(shù)據(jù)報的拷貝。,17,7.5 IP組播,如何標識多個接收者? 接收者屬于某個組播組。 組播組以組播地址標識。 怎樣加入一個組播組、怎樣離開？加入組有沒有限制？組中的成員怎么了解？ IGMP協(xié)議,18,7.5.1組播組和組播地址,IP組播中一個IP分組向一個組播組傳送，這個包含零個或多個主機的組播組由一個單獨的IP地址組播地址（或D類地址）標識。 組播組 組播組的成員可以動態(tài)變化，主機有權(quán)選擇加入或者退出某個組播組。主機可以加入多個組播組，也可以向自己沒有加入的組播組發(fā)送數(shù)據(jù)。 組播組有兩種：永久組和臨時組。,19,7.5.1組播組和組播地址,IP組播地址由D類IP地址標記。 地址的最高四位為“1110”； 范圍55。 D類IP地址又進行了劃分。,20,7.5.1組播組和組播地址,從至55的地址被IANA保留為網(wǎng)絡協(xié)議使用，作為永久組的地址，其中比較重要的地址有： 網(wǎng)段上所有支持組播的主機 網(wǎng)段上所有支持組播的路由器 所有DVMRP路由器 所有OSPF路由器 指定的OSPF路由器 所有RIP2路由器 0 所有IGRP路由器 3 所有PIM路由器,21,7.5.2 組管理協(xié)議：IGMP,組播協(xié)議分為： 主機-路由器之間的組成員關(guān)系協(xié)議 主要有IGMP，它負責建立并維護路由器直聯(lián)網(wǎng)段的組成員關(guān)系信息。 路由器-路由器之間的組播路由協(xié)議 根據(jù)IGMP維護的這些組播組成員關(guān)系信息，運用一定的組播路由算法構(gòu)造組播分布樹進行組播分組轉(zhuǎn)發(fā)，主要包括DVMRP、MOSPF、CBT、PIM-DM、PIM-SM等。,22,7.5.2 組管理協(xié)議：IGMP,IGMP（Internet Group Management Protocol）協(xié)議很簡單，它由主機成員關(guān)系協(xié)議發(fā)展而來。 目前已使用的有兩個版本：IGMPv1和IGMPv2。 IGMP在主機和它直接連接的路由器間工作。 主機使用IGMP消息通告本地的組播路由器它想接收組播流量的組播組地址。,23,7.5.2 組管理協(xié)議：IGMP,組播路由器通過IGMP協(xié)議為其每個端口都維護一張組播組成員表，并定期探詢表中的組播組成員，以確定該組播組是否存活（即該網(wǎng)段是否仍有屬于某個組播組的成員），實現(xiàn)所連網(wǎng)絡組成員關(guān)系的收集與維護。 當路由器接收到某個組G的數(shù)據(jù)分組后，只向那些有G的成員的端口上轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組。 而數(shù)據(jù)分組在路由器之間如何轉(zhuǎn)發(fā)則由路由協(xié)議決定，IGMP協(xié)議并不負責。,24,7.5.2 組管理協(xié)議：IGMP,IGMP消息被置于IP分組中傳送。 IGMPv1消息格式 IGMPv1中定義了兩種消息類型 主機成員詢問 主機成員報告,25,7.5.2 組管理協(xié)議：IGMP,IGMPv2的消息格式 IGMPv2中定義了四種消息類型 0x11 - 成員詢問 0x12 - IGMPv1 成員報告 0x16 - IGMPv2 成員報告 0x17 - 退出組播組,26,7.5.2 組管理協(xié)議：IGMP,IGMPv2向前兼容IGMPv1協(xié)議，IGMPv1的設備可以接收處理IGMPv2的消息分組。 IGMPv2中允許路由器對指定的組播組地址做“成員詢問“，非該組的主機不必響應。如果某主機想退出，它可以主動向路由器發(fā)送“退出組播組“消息，而不必像IGMPv1中那樣只能被動退出。,27,7.5.2 組管理協(xié)議：IGMP,在交換網(wǎng)絡中，二層交換機可能即不了解哪個端口有哪些組播組，也不能在其源MAC地址表中找到組播MAC地址的表項。從而，交換機只能簡單地把組播分組向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)，組播的優(yōu)勢將大大削弱。因此有必要在交換網(wǎng)絡二層上建立組播管理機制。 網(wǎng)絡二層組播相關(guān)協(xié)議包括IGMP Snooping，IGMP Proxy和CGMP協(xié)議。,28,7.5.3 組播路由協(xié)議,組播路由協(xié)議負責構(gòu)建組播分組的傳輸路徑。 組播分布樹（Distribution Tree） 在傳輸組播分組時，指派路由器構(gòu)造一個連接所有組播組成員的樹。 根據(jù)這個樹，路由器得出轉(zhuǎn)發(fā)分組的一條唯一路徑。 由于組播組成員可以動態(tài)地加入和退出，因此組播分布樹也必須動態(tài)更新。,29,7.5.3 組播路由協(xié)議,根據(jù)構(gòu)造方法的不同，有兩種最基本的組播分布樹： 源分布樹（Source Distribution Tree） 以組播源為根節(jié)點構(gòu)造到所有組播組成員路徑都最短的生成樹。也稱為最短路徑樹（Shortest Path Tree，SPT）。 有利于流量大、時延性能要求較高的實時媒體應用。 缺點：要為每個組播源構(gòu)造各自的分布樹，當數(shù)據(jù)流量不大時，構(gòu)造SPT的開銷相對較大。,30,7.5.3 組播路由協(xié)議,共享分布樹（Shared Distribution Tree） 以網(wǎng)絡中的某一個指定的路由器為根節(jié)點，該路由器稱為匯聚點（Rendezvous Point，RP）或核心，由此節(jié)點生成包含所有組成員的組播樹。也稱為RP樹（RPT）或基于核心的樹（Core-Based Tree，CBT）。 當組的規(guī)模較大，而每個成員的數(shù)據(jù)發(fā)送率較低時，使用共享樹比較適合。 但當通信量大時，使用共享樹將導致流量集中及出現(xiàn)根（RP）附近的瓶頸。,31,7.5.3 組播路由協(xié)議,組播路由協(xié)議的主要任務就是構(gòu)造組播的分布樹，使組播分組能夠傳送到相應的組播組成員。 根據(jù)對網(wǎng)絡中的組播成員的分布和使用的不同，組播路由協(xié)議分為兩類： 密集模式路由協(xié)議（DM） 稀疏模式路由協(xié)議（SM）。,32,7.5.3 組播路由協(xié)議,DM路由協(xié)議通常用于組播組成員（接收者）密集地分布且有足夠帶寬的網(wǎng)絡環(huán)境。DM路由協(xié)議采用一種定期廣播組播組的擴散-剪枝技術(shù)來維護組播分布樹，它只使用源分布樹（SPT）。 DM路由協(xié)議有： DVMRP（Distance Vector Multicast Routing Protocol，距離向量組播路由協(xié)議） MOSPF（Multicast Open Shortest Path First，組播OSPF協(xié)議） PIM-DM（Protocol Independent Multicast-Dense Mode，協(xié)議無關(guān)組播協(xié)議-密集模式）,33,7.5.3 組播路由協(xié)議,在網(wǎng)絡中稀疏分布組播組成員、網(wǎng)絡也沒有充足帶寬的情況（如廣域網(wǎng)環(huán)境）下可以使用SM路由協(xié)議。因此，SM路由協(xié)議采用選擇性的建立和維護分布樹的方式，由空樹開始，僅當成員顯式的請求加入分布樹才做出修改。 SM路由協(xié)議有： CBT：基于核心的分布樹協(xié)議 PIM-SM（Protocol Independent Multicast-Sparse Mode，協(xié)議無關(guān)組播協(xié)議-稀疏模式）,34,7.5.4 組播應用和發(fā)展,IP組播技術(shù)為多媒體業(yè)務的開展提供了基礎傳送技術(shù)。 IP組播在許多領域有廣泛的應用前景。 多媒體應用 數(shù)據(jù)分發(fā) 實時數(shù)據(jù)組播 游戲和仿真,35,7.5.4 組播應用和發(fā)展,組播最主要的問題是缺乏有效的用戶管理功能。 認證難 IP組播協(xié)議不提供用戶認證功能，用戶可隨意地加入或離開。 計費難 IP組播協(xié)議不涉及計費，加上組播源無法得知用戶何時加入或離開，也無法統(tǒng)計某時間段到底有多少用戶在接收組播內(nèi)容，因此無法進行準確的計費。 管理難 組播源缺乏有效的管理手段去控制組播信