可以全面了解IP組播的不錯(cuò)的文章

1、可以全面了解IP組播的不錯(cuò)的文章隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,人們在網(wǎng)絡(luò)平臺上開發(fā)了各種業(yè)務(wù),如E-mail、TELNET、FTP、WWW 等業(yè)務(wù),這些都是點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸;而人們更希望在Internet上開視頻會議、聽現(xiàn)場音樂會、看實(shí)況轉(zhuǎn)播等,這些是點(diǎn)到多點(diǎn)或多點(diǎn)到多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸,需要采用IP組播(IP multicast通信技術(shù)。目前,這種技術(shù)已成為國外各種研究團(tuán)體和科研機(jī)構(gòu)研究的熱點(diǎn),許多網(wǎng)絡(luò)廠商紛紛提供能支持IP組播技術(shù)的產(chǎn)品,一些網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)商(ISP也逐漸提供這種高級服務(wù),許多提供大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和服務(wù)的大公司開始使用組播通信。IP組播技術(shù)的產(chǎn)生IP組播的概念最早在1988年出現(xiàn)在Steve de

2、ering的博士論文中,并在1989年Steve deering 對標(biāo)準(zhǔn)IP網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議進(jìn)行了擴(kuò)展,提出了IP組播規(guī)范;1992年3月第一次建立組播主干網(wǎng)MBone,IETF并成功地在組播網(wǎng)上舉行了一次會議,才引起了人們的廣泛關(guān)注。而第一個(gè)WWW瀏覽器出現(xiàn)在1990年,到1993年已發(fā)展到100個(gè)WWW站點(diǎn),所以組播和WWW 雖處于同一時(shí)期,但組播的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于WWW,主要原因是IP組播通信模式需要狀態(tài)相當(dāng)復(fù)雜的路由器,要求路由器能提供每個(gè)群組和每個(gè)源的信息狀態(tài),并且隨著Internet的越來越復(fù)雜給組播的進(jìn)一步發(fā)展帶來了困難。后來,出現(xiàn)的一些設(shè)計(jì)精巧的組播路由協(xié)議(如PIM-DM、PIM-SM

3、等,使組播IP包能正確而又迅速地發(fā)送給成千上萬的接收者,IP組播的技術(shù)和應(yīng)用開始快速發(fā)展。目前,IP組播可以運(yùn)行在任意體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)之上,包括因特網(wǎng)、ATM、幀中繼、SMDS 和衛(wèi)星,并許多應(yīng)用領(lǐng)域,能應(yīng)用在視頻會議、多媒體、新聞發(fā)布和來自太空的遠(yuǎn)程實(shí)況廣播。IP組播的概念I(lǐng)P組播是利用一種協(xié)議將IP數(shù)據(jù)包從一個(gè)源傳送到多個(gè)目的地,將信息的拷貝發(fā)送到一組地址,到達(dá)所有想要接收它的接收者處。IP組播是將IP數(shù)據(jù)包“盡最大努力”傳輸?shù)揭粋€(gè)構(gòu)成組播群組的主機(jī)集合,群組的各個(gè)成員可以分布于各個(gè)獨(dú)立的物理網(wǎng)絡(luò)上。IP組播群組中成員的關(guān)系是動(dòng)態(tài)的,主機(jī)可以隨時(shí)加入和退出群組,群組的成員關(guān)系決定了主機(jī)是否接

4、收送給該群組的組播數(shù)據(jù)包,不是某群組的成員主機(jī)也能向該群組發(fā)送組播數(shù)據(jù)包。同單播(unicast和廣播(broadcast相比,組播效率非常高,因?yàn)槿魏谓o定的鏈路至多用一次,可以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬和資源。舉一個(gè)例子來說明,如圖1所示,建立一個(gè)視頻服務(wù)器和遠(yuǎn)端網(wǎng)絡(luò)的通信,網(wǎng)絡(luò)中有n個(gè)用戶,對于一個(gè)全動(dòng)全屏圖像,一個(gè)視頻信息流需占用1.5Mbit/s的帶寬。在一個(gè)單播(unicast環(huán)境里,視頻服務(wù)器依次送出n個(gè)信息流,由網(wǎng)絡(luò)中的用戶接收,共需要nx1.5Mbit/s的帶寬;如果服務(wù)器處于10Mbit/s的以太網(wǎng)內(nèi),67個(gè)信息流就占滿了帶寬;若在一個(gè)高速的以太網(wǎng)里,最多只能容納250300個(gè)1.5Mbi

5、t/s的視頻流,所以服務(wù)器與主機(jī)接口間的容量是一個(gè)巨大的瓶頸。在一個(gè)組播(multicast環(huán)境里,不論網(wǎng)絡(luò)中的用戶數(shù)目有多少,服務(wù)器發(fā)出的一個(gè)視頻流,由網(wǎng)絡(luò)中的路由器或交換器同時(shí)復(fù)制出n個(gè)視頻流,廣播到每個(gè)用戶,僅需1.5Mbit/s的帶寬。可見,IP組播能夠有效地節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬和資源,管理網(wǎng)絡(luò)的增容和控制開銷,大大減輕發(fā)送服務(wù)器的負(fù)荷,從而高性能地發(fā)送信息。另外,組播傳送的信息能同時(shí)到達(dá)用戶端,時(shí)延小,且網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器不需要知道每個(gè)客戶機(jī)的地址。所有的接收者使用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)組播地址,可實(shí)現(xiàn)匿名服務(wù),并且IP組播具有可升級性,與新的IP和業(yè)務(wù)能相兼容。IP組播技術(shù)的特點(diǎn)IP組播技術(shù)具有以下特點(diǎn)。1

6、.群地址在組播網(wǎng)中,每個(gè)組播群組擁有惟一的組播地址(D類地址,一部分IP組播地址是由Internet 管理機(jī)構(gòu)分配的,其他的組播地址作為暫時(shí)地址被用戶使用;組播數(shù)據(jù)包可以送到標(biāo)識目的組機(jī)的組地址,發(fā)送者不必知道有哪些組成員,它自己不必是組成員,對組成員中主機(jī)的數(shù)目和位置也沒有限制。主機(jī)不需要和組成員以及發(fā)送者商量,可以任意加入和離開組播組;使用組地址,不必知道主機(jī)指定的位置,可以找到具有此組播地址的任何資源和服務(wù)器,在動(dòng)態(tài)變化的信息提供者中搜尋到需要的信息,或者發(fā)布信息到任意大小的可選用戶群。2.規(guī)?？蓴U(kuò)展性如果網(wǎng)絡(luò)速率提高,廣域組播網(wǎng)絡(luò)的容量需要擴(kuò)大,后來產(chǎn)生的組播路由算法和協(xié)議如PIM-D

7、M、PIM-SM、CBT等都支持網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)展,而上述的群地址和動(dòng)態(tài)性也是適應(yīng)規(guī)?？蓴U(kuò)展性的另一方面。3.健壯性IP組播網(wǎng)絡(luò)使用的路由協(xié)議和算法能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)路由動(dòng)態(tài)變化,它采用軟件狀態(tài)刷新機(jī)制,制作路由備份等方法,來維護(hù)群組成員之間的連接,加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的健壯性。4.路由算法的獨(dú)立性組播路由算法和協(xié)議獨(dú)立于單播路由使用的協(xié)議,但又依靠現(xiàn)存的單播路由表,在域內(nèi)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?動(dòng)態(tài)生成組播樹。5.組播生成樹的靈活性組播生成樹的形成與發(fā)送者和接收者的分布、網(wǎng)絡(luò)的流量狀況以及組成員的動(dòng)態(tài)性有關(guān),且組播生成樹也反映了不同的組播路由算法和組播應(yīng)用。靈活的組播生成樹有利于數(shù)據(jù)包的傳送,不容易造成網(wǎng)絡(luò)的擁塞。IP

8、組播技術(shù)1.IP組播地址分配在組播通信模型中,需要兩種新型地址:一個(gè)IP組播地址和一個(gè)Ethernet組播地址,IP組播地址表示一組接收者,它們要接收發(fā)給整個(gè)組的數(shù)據(jù);由于IP包封裝在Ethernet幀內(nèi),所以還需要一個(gè)Ethernet組播地址。為使組播模型正常工作,主機(jī)應(yīng)能同時(shí)接收單播和組播數(shù)據(jù),主機(jī)需要多個(gè)IP地址和Ethernet地址,其中單播IP和Ethernet地址用于單播通信,而Ethernet組播地址用于組播通信。如果主機(jī)不準(zhǔn)備接收組播地址,就設(shè)置為零組播地址。所以,單播和組播地址之間的主要差異在于每個(gè)主機(jī)都有一個(gè)惟一的單播地址,組播地址則不然。將D類IP地址映射為Etherne

9、t MAC地址是由數(shù)據(jù)鏈路層完成的。從組播映射到令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)第2層地址的過程,是CISCO路由器采取的工作程序,而Ethernet及FDDI網(wǎng)絡(luò)從組播到第2層的映射相當(dāng)直接。在映射過程中,組播IP地址中共有9位不參與替換,包括高位字節(jié)8位以及緊接在該字節(jié)后面的一個(gè)標(biāo)志位,其中最開始的4位1110表示屬于D類IP地址,剩下23位進(jìn)行替換,將IP組播地址中的低23位取代Ethernet組播地址01:00:5E:00:00:00的低23位。因此,有5位真正不參與映射,無論這些位的值是什么,組播Ethernet地址都是相同的。由于5個(gè)位共可以有32種不同的組合,所以映射并不具有惟一性。2.IGMP在一個(gè)

10、組播路由器建立路由,傳送其組播群組成員關(guān)系信息之前,它必須確定在本地網(wǎng)絡(luò)上有一個(gè)或多個(gè)主機(jī)是否加入了某個(gè)組播群組。為此,組播路由器和實(shí)現(xiàn)組播的主機(jī)必須使用互連網(wǎng)組管理協(xié)議(IGMP,Internet Group Management Protocol來進(jìn)行群組成員關(guān)系信息的通信。利用IGMP,組播路由器可判斷在與自己連接的任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上,是否存在組播組的一些成員,如存在組成員,組播路由器便可加入一個(gè)特定的組播組,并將組播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給加入該組的主機(jī)。因此,IGMP被主機(jī)用來通知直連的路由器,令其加入一個(gè)組播組,使組播網(wǎng)具有動(dòng)態(tài)性和靈活性。最初的IGMP規(guī)范是在RFC 1112文件里詳細(xì)定義的,我們

11、通常將這套規(guī)范稱為“IGMP版本1”,由斯坦福大學(xué)的S.Deering成文于1989年8月。后來又由施樂PARC公司的W.Fenner 對最早的IGMP版本1進(jìn)行了大幅更新,更新的結(jié)果就是RFC 2236文件即IGMP版本2。兩個(gè)版本的IGMP相互間可進(jìn)行少許操作。在IGMP版本2臨近正式批準(zhǔn)時(shí)。IDMR已經(jīng)開始IGMP版本3的研究工作,現(xiàn)在已有的draft為draft-ietf-idmr-igmp-v3-05.txt。IGMPv1中定義了基本的組成員查詢和報(bào)告過程,IGMPv2在此基礎(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。

12、3.二層組播相關(guān)協(xié)議IP網(wǎng)絡(luò)的二層組播相關(guān)協(xié)議包括IGMP Snooping和CGMP。IGMP Snooping通過交換機(jī)去偵聽主機(jī)發(fā)向路由器的IGMP成員報(bào)告消息的方式,形成組成員和交換機(jī)接口的對應(yīng)關(guān)系,放在組播CAM表項(xiàng)中。交換機(jī)根據(jù)該對應(yīng)關(guān)系將收到組播數(shù)據(jù)包只轉(zhuǎn)給具有組成員的接口。CGMP(Cisco Group Management Protocol是Cisco基于客戶機(jī)/服務(wù)器模型開發(fā)的私有協(xié)議,它將運(yùn)行在路由器和交換機(jī)上,允許成員關(guān)系信息從路由器到交換機(jī)進(jìn)行通信。在CGMP 的支持下,組播路由器能夠根據(jù)接收到的IGMP數(shù)據(jù)包通知交換機(jī)哪些主機(jī)何時(shí)加入和脫離組播組,交換機(jī)利用由這些

13、信息所構(gòu)建的轉(zhuǎn)發(fā)表來確定將組播數(shù)據(jù)包向哪些接口轉(zhuǎn)發(fā)。GMRP是主機(jī)到以太網(wǎng)交換機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,它使組播用戶可以在第二層交換機(jī)上對組播成員進(jìn)行注冊。4.IP組播路由協(xié)議在路由式網(wǎng)絡(luò)中,對于傳遞組播信息流,一個(gè)至關(guān)重要的問題是IP組播路由協(xié)議,它克服了利用單播通信模型傳遞組播信息帶來的帶寬瓶頸,減少了發(fā)送相同數(shù)據(jù)信息到多個(gè)接收者的通信費(fèi)用,這也是IP組播應(yīng)用得到發(fā)展的主要原因。組播網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)的流動(dòng)必須根據(jù)組播路由協(xié)議建立生成樹,使發(fā)送源和組播組成員之間形成一條單獨(dú)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑,確保每個(gè)數(shù)據(jù)包都能轉(zhuǎn)發(fā)到目的地。IP組播路由協(xié)議分為域內(nèi)協(xié)議和域間協(xié)議。域內(nèi)協(xié)議包括PIM-SM、PIM-DM、DVMRP、CB

14、T等。域間協(xié)議包括MBGP、MSDP、BGMP等。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)的分布,上述的IP 組播域內(nèi)路由協(xié)議一般可以分為兩類。第一類稱為密集型模式,這種模式指組播成員在網(wǎng)絡(luò)中密集分布,有足夠的帶寬,所以密集協(xié)議通過擴(kuò)散技術(shù)傳播信息至整個(gè)網(wǎng)絡(luò),它包括DVMRP、MOSPF和PIM-DM,屬于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型;第二類稱為松散型模式,這種模式指組播成員在網(wǎng)絡(luò)中分散分布,沒有足夠的帶寬,例如廣域網(wǎng)或用戶使用ISDN線上網(wǎng),但松散型模式并不意味群組有很少的成員,只不過它們是分散分布的,它包括CBT和PIM-SM。此時(shí),使用擴(kuò)散技術(shù)將浪費(fèi)帶寬,通過發(fā)出加入請求申請,在含有集中點(diǎn)或核心點(diǎn)的空生成樹上添加樹枝形成組播生成樹

15、,屬于接收者驅(qū)動(dòng)型。使用DVMRP、MOSPF組播路由協(xié)議時(shí),單播路由協(xié)議相應(yīng)必須使用RIP、OSPF,這就造成了一定的局限性,DVMRP使用距離向量路由協(xié)議建立生成樹,MOSPF使用鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫建立生成樹;PIM和CBT獨(dú)立于單播路由協(xié)議,但依賴于單播路由表,其中PIM-SM和CBT 有一個(gè)集中點(diǎn)或核心,連接源和接收者之間的各個(gè)路由器而形成路由。針對域間組播路由有兩類解決方案:短期方案和長期方案。短期方案包括三個(gè)協(xié)議MBGP /MSDP/PIM-SM:MBGP(組播邊緣網(wǎng)關(guān)協(xié)議,用于在自治域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;以及域內(nèi)組播路由

16、協(xié)議PIM-SM。長期方案目前討論最多的是MASC/MBGP/BGMP,它建立在現(xiàn)有的組播業(yè)務(wù)模型上,其中MASC實(shí)現(xiàn)域間組播地址的分配、MBGP在域間傳遞組播路由信息、BGMP完成域間路由樹的構(gòu)造。此外還有一些組播路由策略,如PIM-SSM(特定信源協(xié)議無關(guān)組播等,建立在其他的組播業(yè)務(wù)模型上。目前只有短期方案MBGP/MSDP/PIM-SM是成熟的,并在許多的運(yùn)營商中廣泛使用。其他方案的標(biāo)準(zhǔn)還在研究中。5.IP組播高層協(xié)議RTP是用于Internet上針對多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸協(xié)議,允許應(yīng)用傳送不同類型的實(shí)時(shí)負(fù)載,例如音頻、視頻和其他具有實(shí)時(shí)特征的數(shù)據(jù)。它既可以使用單播,也可以使用組播作為下

17、層傳輸協(xié)議,位于UDP之上來傳輸單播和組播數(shù)據(jù)流。RTP被設(shè)計(jì)為一對一或一對多的情況下工作,主要提供了時(shí)間信息和實(shí)現(xiàn)流同步。RTCP屬于RTP的一部分,它提供了流量控制和擁塞控制服務(wù),主要提供與會話有關(guān)的和監(jiān)視數(shù)據(jù)傳遞的信息,使用一些簡單的服務(wù)質(zhì)量測量,例如信息包丟失與抖動(dòng)。會話公告協(xié)議(SAP作為組播會議會話的一個(gè)公告協(xié)議,由IETF的MMUSIC工作組開發(fā),當(dāng)前的SAP版本在IETF的草案中描述。SAP的主機(jī)通過向熟知的組播地址和端口發(fā)送會話信息的SAP信息包,定期地宣告會議會話。信息包內(nèi)的信息使用SDP,SDP信息可以選擇加密,不允許被未批準(zhǔn)的用戶瀏覽。會話描述協(xié)議(SDP是SAP的伴隨

18、協(xié)議,用于實(shí)際會話信息的編碼,也由IETF的MMUSIC 工作組開發(fā),現(xiàn)在被定義在IETF的草案中。另外,使用視頻服務(wù)還需要安裝相應(yīng)的視頻會議工具。nv是由施樂研究中心開發(fā)的一個(gè)視頻會議工具,使用128kbit/s的帶寬,每秒鐘提供35幀的視頻速率;vat是由伯克利實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的一個(gè)發(fā)送和接收音頻的工具,因?yàn)樗囊曨l界面而被稱為可見的音頻工具,它只能接收音頻而不能接收視頻;wb在主機(jī)屏幕上創(chuàng)建一個(gè)共享、虛擬的白板,可提供標(biāo)準(zhǔn)的繪畫工具,也可作為草稿文件工具。會話目錄(SDR工具集成了nv、vat和wb軟件工具,用于發(fā)布和安排多媒體視頻會議,它要在主機(jī)上裝有SDR工具,要在各路由器進(jìn)行SDR設(shè)置。SDR工具提供了一個(gè)IGMP直接的界面,用戶可隨意加入和離開組播組;用戶點(diǎn)擊窗口中的有關(guān)信息(例如時(shí)間和日期,雙擊參加的會議名,用戶能看見、聽見、參與目前的會議,自動(dòng)地使用合適的軟件工具:nv、vat、wb。IP組播在視頻中的應(yīng)用如果要將組播通信應(yīng)用在視頻網(wǎng)絡(luò)中,網(wǎng)絡(luò)里的發(fā)送和接收主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)路由器以及它們之間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)必須支持組播,防火墻設(shè)置成允許組播通過。如圖2所示,每個(gè)節(jié)點(diǎn)主機(jī)需有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC要能支持組播,能有效濾出由網(wǎng)絡(luò)層IP組播地址被映射成的數(shù)據(jù)鏈路層地址;