計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-第七章-廣播與多播

1、第七章廣播與多播第七章廣播與多播1. 廣播2. 多播3. IGMP 128.146.222.0/24128.146.226.0/24128.146.116.0/24Receivers128.146.199.0/24ReceiverReceiverSender128.146.222.0/24128.146.226.0/24128.146.116.0/24Receivers128.146.199.0/24ReceiverReceiverSender共有 90 個(gè)主機(jī)接收視頻節(jié)目R1R3R4R2視頻服務(wù)器 M30 個(gè)30 個(gè)30 個(gè)30 個(gè)30個(gè)30 個(gè)90 個(gè)不使用多播時(shí)需要發(fā)送 90 次單播播1

2、 個(gè)1 個(gè)播播廣播、多播可明顯地減少網(wǎng)絡(luò)中資源的消耗播組成員共有 90 個(gè)R1R3R4R2視頻服務(wù)器 M1 個(gè)1 個(gè)1 個(gè)1 個(gè)1 個(gè)發(fā)送 1 次播復(fù)制點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)：?jiǎn)尾?Unicast)一點(diǎn)到多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)：廣播、多播(Multicast)7.1 廣播概念廣播就是發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)給一個(gè)范圍內(nèi)(通常是一個(gè)網(wǎng)絡(luò))的所有系統(tǒng)，該范圍內(nèi)的所有系統(tǒng)都應(yīng)該接收該數(shù)據(jù)使用協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)廣播廣播的數(shù)據(jù)包也是封裝在物理網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)幀中進(jìn)行傳輸?shù)膹V播地址：是一種特殊的地址，它能代表網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)幀中只有一個(gè)目的地址字段，無(wú)法容納多個(gè)目的地址發(fā)送者往往也不知道數(shù)據(jù)的確切接收者都是誰(shuí)主機(jī) 1

3、向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2應(yīng)用進(jìn)程數(shù)據(jù)先傳送到應(yīng)用層加上應(yīng)用層首部，成為應(yīng)用層 PDU主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2應(yīng)用層 PDU 再傳送到運(yùn)輸層加上運(yùn)輸層首部，成為運(yùn)輸層報(bào)文主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2運(yùn)輸層報(bào)文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為 IP 數(shù)據(jù)報(bào)（或分組）主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2IP 數(shù)據(jù)報(bào)再傳送到數(shù)據(jù)鏈路層加上鏈路層首部和尾部，成為數(shù)據(jù)鏈路層幀主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5

4、432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2數(shù)據(jù)鏈路層幀再傳送到物理層最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 應(yīng)用層(application layer) 5432154321物理傳輸媒體主機(jī) 1AP2AP1電信號(hào)（或光信號(hào)）在物理媒體中傳播從發(fā)送端物理層傳送到接收端物理層主機(jī) 2主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊咳〕鰯?shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡(luò)層主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 543

5、2154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給運(yùn)輸層主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2運(yùn)輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給應(yīng)用層主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞浚〕鰬?yīng)用程序數(shù)據(jù)上交給應(yīng)用進(jìn)程主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2我收到了 AP1 發(fā)來(lái)的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！物理層的廣播大多數(shù)物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都有表示廣播地址的方法例如以太網(wǎng)地址長(zhǎng)位，所有位都為的地址就表示廣播地址7.1.2 IP協(xié)議的廣播地址類別最小地址最大地址選

6、用范圍A1.0.0.0126.0.0.0大型網(wǎng)絡(luò)B128.1.0.0191.254.0.0中型網(wǎng)絡(luò)C192.0.1.0223.255.254.0小型網(wǎng)絡(luò)D224.0.0.0239.255.255.255多播組E240.0.0.0247.255.255.255保留協(xié)議的廣播地址就是將網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)或主機(jī)標(biāo)識(shí)設(shè)定為特定的值來(lái)表示的用來(lái)表示本網(wǎng)絡(luò)的廣播主機(jī)標(biāo)識(shí)各位都為的地址表示指定網(wǎng)絡(luò)的廣播，這個(gè)地址中的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)部分指定了該廣播數(shù)據(jù)包應(yīng)該在其中進(jìn)行廣播的網(wǎng)絡(luò)N1R1N2R2N3Sender.7.1.3 IP廣播的過(guò)程和問(wèn)題網(wǎng)內(nèi)or網(wǎng)外?網(wǎng)內(nèi)：應(yīng)該將目的IP地址設(shè)為第一種IP廣播地址或網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)為本地網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)

7、的第二種IP廣播地址.然后要求底層物理網(wǎng)絡(luò)將該數(shù)據(jù)包廣播出去.網(wǎng)外：應(yīng)該將目的IP地址設(shè)置為第二種IP廣播地址.但不能要求物理網(wǎng)絡(luò)廣播該數(shù)據(jù)包.而是將該數(shù)據(jù)包以單播形式發(fā)送給路由器.注意廣播地址只能用作目的地址,數(shù)據(jù)包或數(shù)據(jù)幀中的源地址決不允許使用廣播地址.7.2 多播廣播：接收方是被動(dòng)的一方多播(組播)：接收方系統(tǒng)可以選擇是否加入到這個(gè)范圍中.7.2.1 物理層的多播廣播技術(shù)只需要一個(gè)或者幾個(gè)廣播地址在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可能同時(shí)會(huì)存在多個(gè)多播組,為了區(qū)分不同的組,所以需要有較多的多播地址.在以太網(wǎng)地址中，最高字節(jié)的最低位為1的地址都是多播地址。7.2.2 IP協(xié)議的多播IP協(xié)議的多播1.組成員的動(dòng)態(tài)

8、加入和退出特點(diǎn)2.組成員可以是跨網(wǎng)絡(luò)的,沒(méi)有范圍的限制.因此要將多播數(shù)據(jù)包進(jìn)行跨網(wǎng)絡(luò)的傳送,必須有一種特殊的路由器的幫助,稱為多播路由器.1 IP多播地址地址類別最小地址最大地址選用范圍A1.0.0.0126.0.0.0大型網(wǎng)絡(luò)B128.1.0.0191.254.0.0中型網(wǎng)絡(luò)C192.0.1.0223.255.254.0小型網(wǎng)絡(luò)D224.0.0.0239.255.255.255多播組E240.0.0.0247.255.255.255保留224.0.0.0 被保留不能賦給任何多播組224.0.0.1 是一個(gè)所有主機(jī)組地址,它表示參與IP多播的所有主機(jī)和路由器注意IP多播地址只能用作目的地址而不

9、能用在IP數(shù)據(jù)包頭的源地址字段中.也不能出現(xiàn)在源路由和記錄路由選項(xiàng)中.不能為多播數(shù)據(jù)包產(chǎn)生ICMP錯(cuò)誤信息.2.D 類 IP 地址與以太網(wǎng)多播地址的映射關(guān)系 0000000000000001010111100111008162431D 類 IP 地址這 5 位不使用48 位以太網(wǎng)地址0 1 0 0 5 E表示多播最低 23 位來(lái)自 D 類 IP 地址7.3 網(wǎng)際組管理協(xié)議 IGMP 和多播路由選擇協(xié)議1. IP多播需要兩種協(xié)議為了使路由器知道多播組成員的信息，需要利用網(wǎng)際組管理協(xié)議 IGMP (Internet Group Management Protocol)。連接在局域網(wǎng)上的多播路由器還

10、必須和因特網(wǎng)上的其他多播路由器協(xié)同工作，以便把多播數(shù)據(jù)報(bào)用最小代價(jià)傳送給所有的組成員。這就需要使用多播路由選擇協(xié)議。 組播相關(guān)協(xié)議組播路由協(xié)議，如DVMRP，PIM功能：生成組播路由表組播管理協(xié)議，IGMP功能：組成員的加入和退出Router to RouterHost to RouterIGMP 使多播路由器知道多播組成員信息 128.56.24.34135.27.74.52130.12.14.56130.12.14.43多播組226.15.37.123IGMPIGMPIGMPIGMPR1R4R3R2IGMP 的本地使用范圍 IGMP 并非在因特網(wǎng)范圍內(nèi)對(duì)所有多播組成員進(jìn)行管理的協(xié)議。IGM

11、P 不知道 IP 多播組包含的成員數(shù)，也不知道這些成員都分布在哪些網(wǎng)絡(luò)上。IGMP 協(xié)議是讓連接在本地局域網(wǎng)上的多播路由器知道本局域網(wǎng)上是否有主機(jī)（嚴(yán)格講，是主機(jī)上的某個(gè)進(jìn)程）參加或退出了某個(gè)多播組。 多播路由選擇協(xié)議比單播路由選擇協(xié)議復(fù)雜得多多播轉(zhuǎn)發(fā)必須動(dòng)態(tài)地適應(yīng)多播組成員的變化（這時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳⑽窗l(fā)生變化）。請(qǐng)注意，單播路由選擇通常是在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)才需要更新路由。多播路由器在轉(zhuǎn)發(fā)多播數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，不能僅僅根據(jù)多播數(shù)據(jù)報(bào)中的目的地址，而是還要考慮這個(gè)多播數(shù)據(jù)報(bào)從什么地方來(lái)和要到什么地方去。 多播數(shù)據(jù)報(bào)可以由沒(méi)有加入多播組的主機(jī)發(fā)出，也可以通過(guò)沒(méi)有組成員接入的網(wǎng)絡(luò)。 2. 網(wǎng)際組管理協(xié)議 IG

12、MP 1989 年公布的 RFC 1112（IGMPv1）早已成為了因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。1997 年公布的 RFC 2236（IGMPv2，建議標(biāo)準(zhǔn)）對(duì) IGMPv1 進(jìn)行了更新。2002 年 10 月公布了 RFC 3376（IGMPv3，建議標(biāo)準(zhǔn)），宣布 RFC 2236（IGMPv2）是陳舊的。IGMP 是整個(gè)網(wǎng)際協(xié)議 IP 的一個(gè)組成部分和 ICMP 相似，IGMP 使用 IP 數(shù)據(jù)報(bào)傳遞其報(bào)文（即 IGMP 報(bào)文加上 IP 首部構(gòu)成 IP 數(shù)據(jù)報(bào)），但它也向 IP 提供服務(wù)。因此，我們不把 IGMP 看成是一個(gè)單獨(dú)的協(xié)議，而是屬于整個(gè)網(wǎng)際協(xié)議 IP 的一個(gè)組成部分。 3. IGMP數(shù)據(jù)

13、包格式版本 類型未使用校驗(yàn)和IP多播地址0481631類型字段1 表示是由多播路由器發(fā)出的查詢數(shù)據(jù)包2 表示是主機(jī)發(fā)出的報(bào)告數(shù)據(jù)包校驗(yàn)和的計(jì)算和ICMP協(xié)議相同組地址為D類IP地址.在查詢數(shù)據(jù)包中組地址為0,在報(bào)告數(shù)據(jù)包中組地址為要參加的地址.4.IGMP協(xié)議的工作機(jī)制第一階段：當(dāng)某個(gè)主機(jī)加入新的多播組時(shí)，該主機(jī)應(yīng)向多播組的多播地址發(fā)送IGMP 報(bào)文，聲明自己要成為該組的成員。本地的多播路由器收到 IGMP 報(bào)文后，將組成員關(guān)系轉(zhuǎn)發(fā)給因特網(wǎng)上的其他多播路由器。IGMP 可分為兩個(gè)階段 該數(shù)據(jù)包的IP多播地址字段就設(shè)置為它加入的多播地址.并且該數(shù)據(jù)包的目的地址設(shè)為所有多播地址224.0.0.1.

14、因?yàn)槭褂眠@個(gè)目的地址的數(shù)據(jù)包會(huì)被本地網(wǎng)絡(luò)中所有參與多播的主機(jī)和路由器所接收,所以主機(jī)不需要知道本地多播路由器IP地址.多播路由器在接收到該數(shù)據(jù)包后會(huì)通過(guò)向其他多播路由器傳播組成員信息來(lái)建立必要的路由信息.IGMP 可分為兩個(gè)階段 第二階段：因?yàn)榻M成員關(guān)系是動(dòng)態(tài)的，因此本地多播路由器要周期性地探詢本地局域網(wǎng)上的主機(jī)，以便知道這些主機(jī)是否還繼續(xù)是組的成員。只要對(duì)某個(gè)組有一個(gè)主機(jī)響應(yīng)，那么多播路由器就認(rèn)為這個(gè)組是活躍的。但一個(gè)組在經(jīng)過(guò)幾次的探詢后仍然沒(méi)有一個(gè)主機(jī)響應(yīng)，則不再將該組的成員關(guān)系轉(zhuǎn)發(fā)給其他的多播路由器。本地的多播路由器需要定期的查詢每個(gè)組中在本地網(wǎng)絡(luò)還有那些成員.這是通過(guò)向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送IGMP查詢數(shù)據(jù)包完成的.多播路由器向每個(gè)端口連接的網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送一個(gè)目的地址為224.0.0.1的IGMP查詢數(shù)據(jù)包,在數(shù)據(jù)包中IP多播地址字段設(shè)置為0.每個(gè)參與多播通信的主機(jī)在收到IGMP查詢數(shù)據(jù)包后,都要發(fā)送一個(gè)上面所述的IGMP報(bào)告數(shù)據(jù)包,IP多播地址字段和目的地址都設(shè)置為其參與的多播組的地址.如果一個(gè)主機(jī)加入多個(gè)多播組,那么主機(jī)需要為每個(gè)組發(fā)送一個(gè)報(bào)告數(shù)據(jù)包.5.IGMP 采用的一些具體措施 在主機(jī)和多播路由器之間的所有通信都是使用 IP 多播。多播路由器在探詢組成員關(guān)系時(shí)，只需要對(duì)所有的組發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求信息的詢問(wèn)報(bào)文，而不需要對(duì)每一個(gè)組