受控組播 組播擊術(shù)

1、組播技術(shù)白皮書摘要IP 組播技術(shù)實(shí)現(xiàn)了 IP 網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)到多點(diǎn)的高效數(shù)據(jù)傳送因?yàn)榻M播能夠有效地節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載所以在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送多媒體會(huì)議數(shù)據(jù)拷貝游戲和仿真等諸多方面都有廣泛的應(yīng)用本文介紹了組播的基本概念和目前通用的組播協(xié)議以及組播組網(wǎng)的基本方案并針對組播業(yè)務(wù)需求和運(yùn)營過程中面臨的問題提出了電信級的可運(yùn)營可管理的受控組播解決方案包括信源管理用戶管理和組播安全控制等方面的內(nèi)容關(guān)鍵詞組播 運(yùn)營管理 受控組播 IGMP DVMRP PIM-SM PIM-DM MBGP MSDP1 組播概述1.1 組播技術(shù)的產(chǎn)生原因傳統(tǒng)的IP通信有兩種方式第一種是在一臺(tái)源 IP 主機(jī)和一臺(tái)目的 IP 主機(jī)之間進(jìn)

2、行即單播unicast 第二種是在一臺(tái)源 IP 主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)中所有其它的 IP 主機(jī)之間進(jìn)行即廣播broadcast 如果要將信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)主機(jī)而非所有主機(jī)則要么采用廣播方式要么由源主機(jī)分別向網(wǎng)絡(luò)中的多臺(tái)目標(biāo)主機(jī)以單播方式發(fā)送 IP 包采用廣播方式實(shí)現(xiàn)時(shí)不僅會(huì)將信息發(fā)送給不需要的主機(jī)而浪費(fèi)帶寬也可能由于路由回環(huán)引起嚴(yán)重的廣播風(fēng)暴采用單播方式實(shí)現(xiàn)時(shí)由于 IP 包的重復(fù)發(fā)送會(huì)白白浪費(fèi)掉大量帶寬也增加了服務(wù)器的負(fù)載所以傳統(tǒng)的單播和廣播通信方式不能有效地解決單點(diǎn)發(fā)送多點(diǎn)接收的問題IP 組播是指在 IP 網(wǎng)絡(luò)中將數(shù)據(jù)包以盡力傳送best-effort 的形式發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)確定節(jié)點(diǎn)子集這個(gè)子集稱

3、為組播組multicast group IP 組播的基本思想是源主機(jī)只發(fā)送一份數(shù)據(jù)這份數(shù)據(jù)中的目的地址為組播組地址組播組中的所有接收者都可接收到同樣的數(shù)據(jù)拷貝并且只有組播組內(nèi)的主機(jī)目標(biāo)主機(jī)可以接收該數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中其它主機(jī)不能收到組播組用 D 類 IP 地址224.0.0.0 239.255.255.255 來標(biāo)識1.2 組播技術(shù)的市場前景IP 組播技術(shù)有效地解決了單點(diǎn)發(fā)送多點(diǎn)接收的問題實(shí)現(xiàn)了 IP 網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)到多點(diǎn)的高效數(shù)據(jù)傳送能夠大量節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載作為一種與單播和廣播并列的通信方式組播的意義不僅在于此更重要的是可以利用網(wǎng)絡(luò)的組播特性方便地提供一些新的增值業(yè)務(wù)包括在線直播網(wǎng)絡(luò)電視遠(yuǎn)程教育遠(yuǎn)

4、程醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)實(shí)時(shí)視頻會(huì)議等互聯(lián)網(wǎng)的信息服務(wù)領(lǐng)域組播從 1988 年提出到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了十幾年的發(fā)展許多國際組織對組播的技術(shù)研究和業(yè)務(wù)開展進(jìn)行了大量的工作隨著互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的迅猛發(fā)展和新業(yè)務(wù)的不斷推出組播也必將走向成熟盡管目前端到端的全球組播業(yè)務(wù)還未大規(guī)模開展起來但是具備組播能力的網(wǎng)絡(luò)數(shù)目在增加一些主要的 ISP 已運(yùn)行域間組播路由協(xié)議進(jìn)行組播路由的交換形成組播對等體在 IP 網(wǎng)絡(luò)中多媒體業(yè)務(wù)日漸增多的情況下組播有著巨大的市場潛力組播業(yè)務(wù)也將逐漸得到推廣和普及2 組播技術(shù)的基本原理組播技術(shù)涵蓋的內(nèi)容相當(dāng)豐富從地址分配組成員管理到組播報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)路由建立可靠性等諸多方面下面首先介紹組播協(xié)議體系的整體結(jié)構(gòu)

5、之后從組播地址組播成員管理組播報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)域內(nèi)組播路由和域間組播路由等幾個(gè)方面介紹有代表性的協(xié)議和機(jī)制2.1 組播協(xié)議體系結(jié)構(gòu)根據(jù)協(xié)議的作用范圍組播協(xié)議分為主機(jī)-路由器之間的協(xié)議即組播成員管理協(xié)議以及路由器-路由器之間協(xié)議主要是各種路由協(xié)議組成員關(guān)系協(xié)議包括 IGMP 互連網(wǎng)組管理協(xié)議組播路由協(xié)議又分為域內(nèi)組播路由協(xié)議及域間組播路由協(xié)議兩類域內(nèi)組播路由協(xié)議包括 PIM-SM PIM-DM DVMRP 等協(xié)議域間組播路由協(xié)議包括 MBGP MSDP 等協(xié)議同時(shí)為了有效抑制組播數(shù)據(jù)在二層網(wǎng)絡(luò)中的擴(kuò)散引入了 IGMP Snooping 等二層組播協(xié)議通過 IGMP 和二層組播協(xié)議在路由器和交換機(jī)中建立起

6、直聯(lián)網(wǎng)段內(nèi)的組成員關(guān)系信息具體地說就是哪個(gè)接口下有哪個(gè)組播組的成員域內(nèi)組播路由協(xié)議根據(jù) IGMP 維護(hù)的這些組播組成員關(guān)系信息運(yùn)用一定的組播路由算法構(gòu)造組播分發(fā)樹在路由器中建立組播路由狀態(tài)路由器根據(jù)這些狀態(tài)進(jìn)行組播數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)域間組播路由協(xié)議根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中配置的域間組播路由策略在各自治系統(tǒng)ASAutonomous System 間發(fā)布具有組播能力的路由信息以及組播源信息使組播數(shù)據(jù)能在域間進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)2.2 組播地址機(jī)制2.2.1組播I P 地址IP組播地址用于標(biāo)識一個(gè) IP 組播組IANA 把 D 類地址空間分配給組播使用范圍從 224.0.0.0到 239.255.255.255 如下圖所示二進(jìn)制表示

7、IP 組播地址前四位均為11102.2.2組播地址的劃分整個(gè) IP 組播地址的空間劃分如下圖所示其中224.0.0.0 到 224.0.0.255 地址范圍被 IANA 預(yù)留地址 224.0.0.0 保留不做分配其它地址供路由協(xié)議及拓?fù)洳檎液途S護(hù)協(xié)議使用該范圍內(nèi)的地址屬于局部范疇不論生存時(shí)間字段TTL 值是多少都不會(huì)被路由器轉(zhuǎn)發(fā)224.0.1.0 到 238.255.255.255 地址范圍作為用戶組播地址在全網(wǎng)范圍內(nèi)有效其中2338 為GLOP 地址GLOP 是一種自治系統(tǒng)之間的組播地址分配機(jī)制將 AS 號直接填入組播地址的中間兩個(gè)字節(jié)中每個(gè)自治系統(tǒng)都可以得到 255 個(gè)組播地址239.0.

8、0.0 到 239.255.255.255 地址范圍為本地管理組播地址administratively scopedaddresses 僅在特定的本地范圍內(nèi)有效當(dāng) IP 層收到組播數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)根據(jù)組播目的地址查找組播轉(zhuǎn)發(fā)表對報(bào)文進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)2.2.3I P 組播地址到 M A C 地址的映射IANA 將 MAC 地址范圍 01:00:5E:00:00:00 01:00:5E:7F:FF:FF 分配給組播使用這就要求將28位的 IP 組播地址空間映射到 23 位的 MAC 地址空間中具體的映射方法是將組播地址中的低 23位放入 MAC 地址的低 23 位如下圖所示  由于 IP 組播地址的后

9、 28 位中只有 23 位被映射到 MAC 地址這樣會(huì)有 32 個(gè) IP 組播地址映射到同一 MAC 地址上2.3 組播成員管理2.3.1I G M P ( I n t e r n e t G r o u p M a n a g e m e n t P r o t o c o l )IGMP 協(xié)議運(yùn)行于主機(jī)和與主機(jī)直接相連的組播路由器之間IGMP 實(shí)現(xiàn)的功能是雙向的一方面通過 IGMP 協(xié)議主機(jī)通知本地路由器希望加入并接收某個(gè)特定組播組的信息另一方面路由器通過IGMP 協(xié)議周期性地查詢局域網(wǎng)內(nèi)某個(gè)已知組的成員是否處于活動(dòng)狀態(tài)即該網(wǎng)段是否仍有屬于某個(gè)組播組的成員實(shí)現(xiàn)所連網(wǎng)絡(luò)組成員關(guān)系的收集與維護(hù)

10、通過 IGMP 在路由器中記錄的信息是某個(gè)組播組是否在本地有組成員而不是組播組與主機(jī)之間的對應(yīng)關(guān)系到目前為止IGMP 有三個(gè)版本IGMPv1 RFC1112 中定義了基本的組成員查詢和報(bào)告過程目前通用的是 IGMPv2 由 RFC2236 定義在 IGMPv1 的基礎(chǔ)上添加了組成員快速離開的機(jī)制IGMPv3 中增加的主要功能是成員可以指定接收或指定不接收某些組播源的報(bào)文以下著重介紹 IGMPv2 協(xié)議的原理IGMPv2 的原理如下圖所示 當(dāng)同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)有多個(gè)組播路由器時(shí)IGMPv2 通過查詢器選舉機(jī)制從中選舉出唯一的查詢器查詢器周期性地發(fā)送通用組查詢消息進(jìn)行成員關(guān)系查詢主機(jī)發(fā)送報(bào)告消息來響應(yīng)查

11、詢主機(jī)發(fā)送報(bào)告消息的時(shí)間有隨機(jī)性當(dāng)檢測到同一網(wǎng)段內(nèi)有其它成員發(fā)送同樣的消息時(shí)則抑制自己的響應(yīng)報(bào)文如果有新的主機(jī)要加入組播組不必等待查詢器的查詢消息而是主動(dòng)發(fā)送報(bào)告消息當(dāng)要離開組播組時(shí)主機(jī)發(fā)送離開組消息收到離開組消息后查詢器發(fā)送特定組查詢消息來確定是否所有組成員都已離開對于作為組成員的路由器而言其行為和普通的主機(jī)一樣響應(yīng)其它路由器的查詢通過上述機(jī)制在組播路由器里建立起一張表其中記錄了路由器的各個(gè)接口所對應(yīng)的子網(wǎng)上都有哪些組的成員當(dāng)路由器接收到某個(gè)組 G 的數(shù)據(jù)報(bào)文后只向那些有 G 的成員的接口上轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文至于數(shù)據(jù)報(bào)文在路由器之間如何轉(zhuǎn)發(fā)則由路由協(xié)議決定不是 IGMP 協(xié)議的功能2.3.2二層環(huán)

12、境中組成員管理的實(shí)現(xiàn)IGMP 組播成員管理機(jī)制是針對第三層設(shè)計(jì)的在第三層路由器可以對組播報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行控制只要進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕涌谂渲煤蛯?TTL 值的檢測就可以了但是在很多情況下組播報(bào)文要不可避免地經(jīng)過一些二層交換設(shè)備尤其是在局域網(wǎng)環(huán)境里如果不對二層設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的配置則組播報(bào)文就會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)給二層交換設(shè)備的所有接口這顯然會(huì)浪費(fèi)大量的系統(tǒng)資源IGMP 監(jiān)聽IGMP Snooping 可以解決這個(gè)問題IGMP 監(jiān)聽的工作原理如下主機(jī)發(fā)出 IGMP 成員報(bào)告消息這個(gè)消息是給路由器的在 IGMP 成員報(bào)告經(jīng)過交換機(jī)時(shí)交換機(jī)對這個(gè)消息進(jìn)行監(jiān)聽并記錄下來形成組成員和接口的對應(yīng)關(guān)系交換機(jī)在收到組播數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)根據(jù)組成員

13、和接口的對應(yīng)關(guān)系僅向具有組成員的接口轉(zhuǎn)發(fā)組播報(bào)文IGMP 監(jiān)聽可以解決二層環(huán)境中的組播報(bào)文泛濫問題但要求交換機(jī)具有提取第三層信息的功能其次要求交換機(jī)對所有的組播報(bào)文進(jìn)行監(jiān)聽和解讀這會(huì)產(chǎn)生很多的無效工作此外組播報(bào)文監(jiān)聽和解讀工作也會(huì)占用大量的 CPU 處理時(shí)間2.4 組播報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)與單播報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)相比組播報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)相對復(fù)雜一方面組播路由類型與單播路由不同是點(diǎn)到多點(diǎn)的一棵路由樹另一方面組播報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的處理過程也有所不同2.4.1組播路由的分類組播路由可以分為兩大類信源樹Source Tree 和共享樹Shared Tree 信源樹是指以組播源作為樹根將組播源到每一個(gè)接收者的最短路徑結(jié)合起來構(gòu)成的轉(zhuǎn)發(fā)樹

14、由于信源樹使用的是從組播源到接收者的最短路徑因此也稱為最短路徑樹shortest path tree SPT 對于某個(gè)組網(wǎng)絡(luò)要為任何一個(gè)向該組發(fā)送報(bào)文的組播源建立一棵樹 共享樹以某個(gè)路由器作為路由樹的樹根該路由器稱為匯集點(diǎn)Rendezvous Point RP 將 RP 到所有接收者的最短路結(jié)合起來構(gòu)成轉(zhuǎn)發(fā)樹使用共享樹時(shí)對應(yīng)某個(gè)組網(wǎng)絡(luò)中只有一棵樹所有的組播源和接收者都使用這棵樹來收發(fā)報(bào)文組播源先向樹根發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文之后報(bào)文又向下轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)所有的接收者信源樹的優(yōu)點(diǎn)是能構(gòu)造組播源和接收者之間的最短路徑使端到端的延遲達(dá)到最小但是付出的代價(jià)是在路由器中必須為每個(gè)組播源保存路由信息這樣會(huì)占用大量的系統(tǒng)資源路

15、由表的規(guī)模也比較大共享樹的最大優(yōu)點(diǎn)是路由器中保留的狀態(tài)數(shù)可以很少缺點(diǎn)是組播源發(fā)出的報(bào)文要先經(jīng)過 RP 再到達(dá)接收者經(jīng)由的路徑通常并非最短而且對 RP 的可靠性和處理能力要求很高2.4.2組播報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)過程單播報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)過程中路由器并不關(guān)心組播源地址只關(guān)心報(bào)文中的目的地址通過目的地址決定向哪個(gè)接口轉(zhuǎn)發(fā)在組播中報(bào)文是發(fā)送給一組接收者的這些接收者用一個(gè)邏輯地址標(biāo)識路由器在接收到報(bào)文后必須根據(jù)源和目的地址確定出上游指向組播源和下游方向把報(bào)文沿著遠(yuǎn)離組播源的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)過程稱作 RPF Reverse Path Forwarding 逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā)RPF 執(zhí)行過程中會(huì)用到原有的單播路由表以確定上游和下游

16、的鄰接結(jié)點(diǎn)只有當(dāng)報(bào)文是從上游鄰接結(jié)點(diǎn)對應(yīng)的接口稱作 RPF 接口到達(dá)時(shí)才向下游轉(zhuǎn)發(fā)RPF 的作用除了可以正確地按照組播路由的配置轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文外還能避免由于各種原因造成的環(huán)路環(huán)路避免在組播路由中是一個(gè)非常重要的問題RPF的主體是 RPF 檢查路由器收到組播報(bào)文后先對報(bào)文進(jìn)行 RPF 檢查只有檢查通過才轉(zhuǎn)發(fā)否則丟棄RPF 檢查過程如下1 路由器在單播路由表中查找組播源或 RP 對應(yīng)的 RPF 接口當(dāng)使用信源樹時(shí)查找組播源對應(yīng)的 RPF 接口使用共享樹時(shí)查找 RP 對應(yīng)的 RPF 接口某個(gè)地址對應(yīng)的 RPF 接口是指從路由器向該地址發(fā)送報(bào)文時(shí)的出接口2 如果組播報(bào)文是從 RPF 接口接收下來的則 RPF

17、 檢查通過報(bào)文向下游接口轉(zhuǎn)發(fā)3 否則丟棄該報(bào)文2.5 域內(nèi)組播路由協(xié)議與單播路由一樣組播路由也分為域內(nèi)和域間兩大類域內(nèi)組播路由目前已經(jīng)討論的相當(dāng)成熟在眾多的域內(nèi)路由協(xié)議中DVMRP 距離矢量組播路由協(xié)議PIM-DM 密集模式協(xié)議無關(guān)組播和PIM-SM稀疏模式協(xié)議無關(guān)組播是目前應(yīng)用最多的協(xié)議2.5.1D V M R P D i s t a n c e V e c t o r M u l t i c a s t R o u t i n g P r o t o c o lDVMRP 是第一個(gè)在 MBONE 上得到普遍使用的組播路由協(xié)議它在 RIP 協(xié)議的基礎(chǔ)上擴(kuò)充了支持組播的功能DVMRP 協(xié)議首先

18、通過發(fā)送探測消息來進(jìn)行鄰居發(fā)現(xiàn)之后通過路由交換來進(jìn)行單播尋徑和確定上下游依賴關(guān)系DVMRP 采用逆向路徑組播RPM 算法進(jìn)行組播轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)組播源第一次發(fā)送組播報(bào)文時(shí)使用截?cái)嗄嫦蚵窂浇M播truncated RPM 算法沿著源的組播分發(fā)樹向下轉(zhuǎn)發(fā)組播報(bào)文當(dāng)葉子路由器不再需要組播數(shù)據(jù)包時(shí)它朝著組播源發(fā)送剪枝消息對組播分發(fā)樹進(jìn)行剪枝借此除不必要的通信量上游路由器收到剪枝消息后將收到此消息的接口置為剪枝狀態(tài)停止轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)剪枝狀態(tài)關(guān)聯(lián)著超時(shí)定時(shí)器當(dāng)定時(shí)器超時(shí)時(shí)剪枝狀態(tài)又重新變?yōu)檗D(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)組播數(shù)據(jù)再次沿著這些分支流下另外當(dāng)剪枝區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了組播組成員時(shí)為了減少反應(yīng)時(shí)間下游不必等待上游剪枝狀態(tài)超時(shí)而是主動(dòng)向上游發(fā)送嫁接

19、報(bào)文以使剪枝狀態(tài)變?yōu)檗D(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)可見DVMRP 是由數(shù)據(jù)觸發(fā)驅(qū)動(dòng)建立組播路由表而路由樹的建立過程可以概括為擴(kuò)散與剪枝Broadcast and Prune 轉(zhuǎn)發(fā)特點(diǎn)可以概括為被動(dòng)接受主動(dòng)退出另外在多路訪問網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)有兩個(gè)或多個(gè)的組播路由器時(shí)網(wǎng)絡(luò)上可能會(huì)重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)包為了防止這種情況出現(xiàn)在多路訪問網(wǎng)絡(luò)上DVMRP 為每個(gè)源選擇了一個(gè)唯一的轉(zhuǎn)發(fā)器2.5.2P I M - D M P r o t o c o l I n d e p e n d e n t M u l t i c a s t D e n s e M o d e在 PIM-DM 域中運(yùn)行 PIM-DM 協(xié)議的路由器周期性的發(fā)送 Hello 消息發(fā)

20、現(xiàn)鄰接的 PIM 路由器進(jìn)行葉子網(wǎng)絡(luò)葉子路由器的判斷并且負(fù)責(zé)在多路訪問網(wǎng)絡(luò)中選舉指定路由器DRPIM-DM 協(xié)議使用下面的假設(shè)當(dāng)組播源開始發(fā)送組播數(shù)據(jù)時(shí)域內(nèi)所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都需要接收數(shù)據(jù)因此采用擴(kuò)散- 剪枝的方式進(jìn)行組播數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)組播源開始發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)沿途路由器向除組播源對應(yīng)的 RPF 接口之外的所有接口轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)包這樣PIM-DM 域中所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都會(huì)收到這些組播數(shù)據(jù)包為了完成組播轉(zhuǎn)發(fā)沿途的路由器需要為組 G 和源 S 創(chuàng)建相應(yīng)的組播路由項(xiàng) (S, G) (S, G)路由項(xiàng)包括組播源地址組播組地址入接口出接口列表定時(shí)器和標(biāo)志等如果網(wǎng)絡(luò)中某區(qū)域沒有組播組成員該區(qū)域內(nèi)的路由器會(huì)發(fā)送剪枝消息將通往

21、該區(qū)域的轉(zhuǎn)發(fā)接口剪枝并且建立剪枝狀態(tài)剪枝狀態(tài)對應(yīng)著超時(shí)定時(shí)器當(dāng)定時(shí)器超時(shí)時(shí)剪枝狀態(tài)又重新變?yōu)檗D(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)組播數(shù)據(jù)得以再次沿著這些分支流下另外剪枝狀態(tài)包含組播源和組播組的信息當(dāng)剪枝區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了組播組成員時(shí)為了減少反應(yīng)時(shí)間協(xié)議不必等待上游剪枝狀態(tài)超時(shí)而是主動(dòng)向上游發(fā)送嫁接報(bào)文以使剪枝狀態(tài)變?yōu)檗D(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)2.5.3P I M - S M P r o t o c o l I n d e p e n d e n t M u l t i c a s t S p a r s e M o d e在 PIM-SM 域中運(yùn)行 PIM-SM 協(xié)議的路由器周期性的發(fā)送 Hello 消息用以發(fā)現(xiàn)鄰接的 PIM 路由器并且負(fù)責(zé)在

22、多路訪問網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行 DR 的選舉這里DR 負(fù)責(zé)為與其直連的組成員向組播樹根節(jié)點(diǎn)的方向發(fā)送加入/剪枝消息或是將直連組播源的數(shù)據(jù)發(fā)向組播分發(fā)樹PIM-SM 通過建立組播分發(fā)樹來進(jìn)行組播數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)組播分發(fā)樹分為兩種以組 G 的 RP 為根的共享樹和以組播源為根的最短路徑樹PIM-SM 通過顯式的加入/剪枝機(jī)制來完成組播分發(fā)樹的建立與維護(hù)PIM-SM 中還涉及到 RP 的選擇機(jī)制在 PIM-SM 域內(nèi)配置了一個(gè)或多個(gè)候選自舉路由器(Candidate-BSR) 使用一定的規(guī)則從中選出自舉路由器 (BSR) PIM-SM 域中還配置有候選 RP 路由器(Candidate-RP) 這些候選 RP 將包

23、含了它們地址及可以服務(wù)的組播組等信息的報(bào)文單播發(fā)送給自舉路由器再由 BSR 定期生成包括一系列候選 RP 以及相應(yīng)的組地址的自舉消息自舉消息在整個(gè)域中逐跳發(fā)送路由器接收并保存這些自舉消息若 DR 從直連主機(jī)收到了 IGMP 加入報(bào)文后如果它沒有這個(gè)組的路由項(xiàng)將使用 hash 算法將組地址映射到一個(gè)候選 RP 然后朝 RP 方向逐跳組播加入/剪枝消息若 DR 從直連主機(jī)收到組播數(shù)據(jù)包如果它沒有這個(gè)組的路由項(xiàng)也將使用 hash算法將組地址映射到一個(gè)候選 RP 然后將組播數(shù)據(jù)封裝在注冊消息中單播發(fā)送到 RP在多路訪問網(wǎng)絡(luò)中PIM-SM 還引入了以下機(jī)制使用斷言機(jī)制選舉唯一的轉(zhuǎn)發(fā)者以防向同一網(wǎng)段重復(fù)轉(zhuǎn)

24、發(fā)組播數(shù)據(jù)包使用加入/剪枝抑制機(jī)制減少冗余的加入/剪枝消息使用剪枝否決機(jī)制否決不應(yīng)有的剪枝行為2.6 域間組播路由協(xié)議域間組播目前仍然處于研究和試驗(yàn)階段目前比較成型的解決方案是下面三個(gè)協(xié)議的組合MBGP 組播邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議用于在自治域之間交換組播路由信息MSDP 組播信源發(fā)現(xiàn)協(xié)議用于在 ISP 之間交換組播信源信息PIM-SM 用作域內(nèi)的組播路由協(xié)議PIM-SM 前文已經(jīng)介紹這里重點(diǎn)介紹 MBGP 和 MSDP 以及 PIM-SM / MBGP / MSDP 組合方案的工作過程2.6.1M B G P M u l t i P r o t o c o l B o r d e r G a t e w

25、 a y P r o t o c o l域間路由的首要問題是路由信息或者說可達(dá)信息如何在自治系統(tǒng)之間傳遞由于不同的 AS 可能屬于不同的運(yùn)營商因此除了距離信息外域間路由信息必須包含運(yùn)營商的策略這是與域內(nèi)路由信息的不同之處目前使用最多的域間單播路由協(xié)議是 BGP-4 為了實(shí)現(xiàn)域間組播路由信息的傳遞必須對 BGP 進(jìn)行改動(dòng)因?yàn)榻M播的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛦尾ネ負(fù)溆锌赡懿煌@里既有物理方面的原因也有策略方面的原因網(wǎng)絡(luò)中的一些路由器可能只支持單播不支持組播也可能按照策略配置不轉(zhuǎn)發(fā)組播報(bào)文為了構(gòu)造域間組播路由樹除了要知道單播路由信息外還要知道網(wǎng)絡(luò)中哪些部分是支持組播的即組播的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝闆r簡而言之域間的組播路由信息交

26、換協(xié)議應(yīng)該滿足下面的要求能對單播和組播拓?fù)溥M(jìn)行區(qū)分有一套穩(wěn)定的對等和策略控制方法BGP-4 已經(jīng)滿足后一個(gè)條件而且已經(jīng)被證明是一個(gè)有效的穩(wěn)定的單播域間路由協(xié)議因此合理的解決方案是對 BGP-4 協(xié)議進(jìn)行增強(qiáng)和擴(kuò)展而不是構(gòu)建一套全新的協(xié)議在 RFC2858 中規(guī)定了對BGP 進(jìn)行多協(xié)議擴(kuò)展的方法擴(kuò)展后的 BGP 協(xié)議MBGP 也寫作 BGP-4+ 不僅能攜帶 IPv4 單播路由信息也能攜帶其它網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議如組播IPv6 等的路由信息攜帶組播路由信息只是其中一個(gè)擴(kuò)展功能有了 MBGP 之后單播和組播路由信息可以通過同一個(gè)進(jìn)程交換但是存放在不同的路由表里由于 MBGP 是 BGP-4 協(xié)議的一個(gè)增強(qiáng)版

27、因此 BGP-4 所支持的常見的策略和配置方法都可以用到組播里2.6.2M S D P M u l t i c a s t S o u r c e D i s c o v e r y P r o t o c o l對于 ISP 來說不希望依靠競爭對手的 RP 轉(zhuǎn)發(fā)組播流量但同時(shí)又要求無論信源的 RP 在哪里都能從信源獲取信息發(fā)給自己內(nèi)部的成員MSDP 就是為了解決這個(gè)問題而提出的在 MSDP 里使用的是域間信源樹而不是公共樹而且要求域內(nèi)組播路由協(xié)議必須是 PIM-SM在 MSDP 中某個(gè)域內(nèi)的 RP 使用 TCP 連接與其它域內(nèi)的 RP 建立 MSDP 對等關(guān)系用這些對等關(guān)系交換信源信息如果本

28、地的接收者要接收其它域的信源發(fā)出的報(bào)文則使用與 PIM-SM 中同樣的方法構(gòu)造信源樹PIM-SM / MBGP / MSDP 組合方案實(shí)際上是 PIM-SM 協(xié)議在域間環(huán)境下的擴(kuò)展如果把整個(gè) PIMSM/ MBGP / MSDP 組合方案機(jī)制看作 PIM-SM 則所有域的 RP 的集合就是 PIM-SM 協(xié)議中的RP 而 PIM-SM / MBGP / MSDP 無非是增加了兩個(gè)過程1 信源信息在 RP 集合中的泛濫以實(shí)現(xiàn)信源和成員在RP 點(diǎn)的會(huì)合2 域間組播路由信息的傳遞目的是保證組播報(bào)文在域間的順利轉(zhuǎn)發(fā)在上述過程中AS3 中的RP 和收端向 AS2 中的遠(yuǎn)端建立逆向路徑的過程中都需要用到

29、MBGP 傳遞的組播拓?fù)湫畔? 組播組網(wǎng)結(jié)構(gòu)3.1 單域網(wǎng)絡(luò)組播組網(wǎng)目前PIM-SM 協(xié)議是域內(nèi)組播的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)對于由一個(gè)自治域組成的網(wǎng)絡(luò)或者組播僅在域內(nèi)進(jìn)行時(shí)僅需在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行 PIM-SM 協(xié)議即可為了增強(qiáng) PIM-SM 中 RP 節(jié)點(diǎn)的可靠性以及對網(wǎng)絡(luò)中的組播流量進(jìn)行分擔(dān)可在網(wǎng)絡(luò)中選取若干 RP 點(diǎn)運(yùn)行 Anycast RP 達(dá)到冗余備份負(fù)載分擔(dān)的目的Anycast RP 的機(jī)制概括為多個(gè) RP 配置一個(gè)相同的 Anycast RP 地址這個(gè)地址使用 RP 上的一個(gè)接口通常是邏輯接口如 LoopBack 接口之后 RP 使用這個(gè)接口地址對外發(fā)布組到 RP 的映射信息由于使用的是 Anycas

30、t RP 地址所以組成員在加入時(shí)會(huì)向拓?fù)渚嚯x最近的一個(gè) RP 發(fā)起在這些 RP 之間使用各自不同的地址建立 MSDP 連接利用 MSDP 實(shí)現(xiàn)信源信息在所有 RP 之間的同步Anycast RP 實(shí)際上是 MSDP 在域內(nèi)的一個(gè)特殊應(yīng)用使用 PIM-SM 協(xié)議的單域網(wǎng)絡(luò)組播組網(wǎng)如下圖所示 3.2 跨域組播組網(wǎng)針對網(wǎng)絡(luò)支持組播的能力不同跨域組播組網(wǎng)可以采用下面三個(gè)方式3.2.1全網(wǎng)支持組播組網(wǎng)P I M - S M / M B G P / M S D P 方案如下圖所示在全網(wǎng)都運(yùn)行 PIM-SM 域間運(yùn)行 MBGP MSDP 也就是說域內(nèi)的組播路由和組播源信息收集工作由 PIM-SM 完成域間由

31、 MBGP 來傳播具有組播拓?fù)湫畔SDP 傳播組播源信息這種方案要求所有的自治域都支持 PIM-SM MBGP和MSDP PIM-SM / MBGP / MSDP 方案是域間組播組網(wǎng)較成熟的方案UUNET Sprint 等的跨域組播都使用這種方式組網(wǎng)  在PIM-SM / MBGP / MSDP 組合方案中自治域邊界路由器之間配置外部 MBGP 對等RP 之間配置外部 MSDP 對等自治域內(nèi)部路由器之間根據(jù)需要配置內(nèi)部 MBGP 對等內(nèi)部 RP 之間配置內(nèi)部 MSDP對等運(yùn)行 Anycast RP 所有的自治域都運(yùn)行 PIM-SM 協(xié)議3.2.2骨干不支持組播組網(wǎng)P I M - S

32、 M / 隧道M B G P & M S D P如下圖所示在骨干網(wǎng)不支持或不運(yùn)行組播的情況下在城域網(wǎng)內(nèi)部運(yùn)行 PIM-SM 各個(gè)城域網(wǎng)的RP 節(jié)點(diǎn)與其他城域網(wǎng) RP 節(jié)點(diǎn)之間通過隧道構(gòu)成虛擬網(wǎng)絡(luò)在此虛擬網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行 PIM-SM MBGPMSDP 這種方案的優(yōu)勢是不要求骨干支持 PIM-SM MBGP MSDP 組播流量對骨干網(wǎng)絡(luò)來說是透明的可以避免組播報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)對設(shè)備性能造成的影響缺點(diǎn)是要求 RP 節(jié)點(diǎn)之間既要支持 PIM-SM 還要支持MBGP 和 MSDP 隧道配置和管理繁瑣對設(shè)備要求較高 3.2.3P I M - S M / 隧道P I M - D M如下圖所示城域網(wǎng)內(nèi)部運(yùn)行 PI

33、M-SM 各個(gè)城域網(wǎng)的 RP 節(jié)點(diǎn)與其他城域網(wǎng)的 RP 節(jié)點(diǎn)之間通過隧道構(gòu)成虛擬網(wǎng)絡(luò)在此虛擬網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行 PIM-DM 這種方案的優(yōu)勢是不要求骨干支持 PIM- SM MBGP 和MSDP 組播流量對骨干網(wǎng)絡(luò)透明因此也不需要在骨干上保存大量的組播路由狀態(tài)缺點(diǎn)是 RP 節(jié)點(diǎn)之間運(yùn)行 PIM-DM 組播流量定期擴(kuò)散可能會(huì)造成骨干網(wǎng)的帶寬浪費(fèi)4 組網(wǎng)業(yè)務(wù)管理- 受控組播IP 組播技術(shù)對于新的多媒體業(yè)務(wù)的開展具有重要的意義但是組播業(yè)務(wù)目前在運(yùn)營方面還存在用戶管理業(yè)務(wù)管理等方面的問題首先組播協(xié)議中沒有提供用戶認(rèn)證支持用戶可以隨意加入一個(gè)組播組并可以任意離開組播源無法知道用戶何時(shí)加入何時(shí)退出無法統(tǒng)計(jì)出某個(gè)時(shí)

34、間網(wǎng)絡(luò)上共有多少個(gè)用戶在接收組播流量組播源也缺少有效的手段有效控制組播信息在網(wǎng)絡(luò)上傳送的方向和范圍另外組播協(xié)議在安全上也沒有提供可靠的保證在網(wǎng)絡(luò)上的任何用戶都可以作為組播源發(fā)送組播流量在組播系列協(xié)議中缺乏對組播源可靠的控制同樣也無法對用戶進(jìn)行有效控制在一個(gè)支持組播的網(wǎng)絡(luò)中存在組播節(jié)目沖突問題也存在非法組播源傳播的問題因此盡管組播技術(shù)具備開展新業(yè)務(wù)的許多優(yōu)勢并且協(xié)議日臻完善但開展組播業(yè)務(wù)還面臨著組播用戶認(rèn)證組播信源安全性和組播流量擴(kuò)散安全性等問題結(jié)合目前網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)組播技術(shù)和應(yīng)用的實(shí)際情況華為3Com公司在完全符合標(biāo)準(zhǔn)組播協(xié)議的基礎(chǔ)上提出受控組播技術(shù)包括組播信源管理組播用戶管理和組播安全控制有效的

35、解決了當(dāng)前組播業(yè)務(wù)開展所遇到的各種問題4.1 組播信源管理信源管理是指在組播流進(jìn)入骨干網(wǎng)絡(luò)前組播業(yè)務(wù)控制設(shè)備應(yīng)負(fù)責(zé)區(qū)分合法和非法媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)合法的組播信息流阻斷非法的組播信息流在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模比較大的情況下手工配置信源管理信息的工作將變得非常復(fù)雜阻礙網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展為了解決上述問題華為3Com公司采用 QUIDWAY 業(yè)務(wù)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)組播信源管理如下圖所示采用QUIDWAY 業(yè)務(wù)管理方式可以很容易完成信源管理配置增加和刪除信源控制表項(xiàng)保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)表項(xiàng)的一致性實(shí)現(xiàn)了信源的控制后彌補(bǔ)了由于組播協(xié)議自身缺點(diǎn)帶來的非法媒體服務(wù)器對網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用保證了骨干網(wǎng)絡(luò)的安全和穩(wěn)定性 4.2 組播用戶管理組播業(yè)務(wù)管理的另一個(gè)內(nèi)容是用戶管理標(biāo)準(zhǔn)組播協(xié)議沒有考慮用戶的管理而且從目前組播應(yīng)用的情況看在很多組播業(yè)務(wù)運(yùn)營包括國內(nèi)外目前正在運(yùn)行或測試的組播業(yè)務(wù)中用戶管理仍未得到很好的解決組播業(yè)務(wù)作為一項(xiàng)增值業(yè)務(wù)對用戶進(jìn)行控制管理是必不可少的整體上講組播業(yè)務(wù)的用戶管理可以分為兩大類一用戶已經(jīng)接收到組播數(shù)據(jù)但必須通過認(rèn)證后才能看到相應(yīng)的組播內(nèi)容二用戶必須先通過認(rèn)證才能接收和看