组播技术基础.ppt
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1、1组播技术基础组播技术基础 v1.1v1.1v1.1v1.1 网络技术培训系列网络技术培训系列(一)(一)组播基本概念组播基本概念组播基本概念组播基本概念组播基础协议组播基础协议组播基础协议组播基础协议组播应用组播应用组播应用组播应用n组播(组播(multicast)概念)概念n为什么要组播?为什么要组播?降低服务器负载降低服务器负载节省网络带宽,降低对网络设备的要求节省网络带宽,降低对网络设备的要求用户规模可以灵活变化,用户规模的增大不会对网用户规模可以灵活变化,用户规模的增大不会对网络造成带宽压力!络造成带宽压力!网络中点到多点的通信形式,通过报文复制完成网络中点到多网络中点到多点的通信形
2、式,通过报文复制完成网络中点到多点的高效数据传送。点的高效数据传送。减少不必要的报文传输,把报文复制尽可能的放在离接收者最减少不必要的报文传输,把报文复制尽可能的放在离接收者最近的网络节点来完成。近的网络节点来完成。1010单播单播 Unicast10组播组播 Multicast101010n组播概念组播概念 MultiMulticastcastn组播(组播(multicast)概念)概念组播(组播(multicast)vs 广播(广播(broadcast)广播不能跨网段广播不能跨网段网段内所有设备都会处理广播,部分设备处理组播网段内所有设备都会处理广播,部分设备处理组播讨论:你觉得哪些应用可
3、以使用组播?讨论:你觉得哪些应用可以使用组播?n组播基础知识组播基础知识组播地址组播地址q报文的目的地址是报文的目的地址是D D类地址,即组播地址,不代表网络上类地址,即组播地址,不代表网络上具体的主机,而仅仅代表由相应接收者组成的集合具体的主机,而仅仅代表由相应接收者组成的集合组播组。组播源不一定是组播组成员。组播组。组播源不一定是组播组成员。11100000 00000000 00000000 00000000 224 .0 .0 .011101111 11111111 11111111 11111111 239 .255 .255 .255n组播组播IPIP地址地址qIANAIANA将地
4、址段设为保留地址,分配给本地网络协议使用。将地址段设为保留地址,分配给本地网络协议使用。路由器对收到的目的地址在此范围内的报文,不管报文的路由器对收到的目的地址在此范围内的报文,不管报文的TTLTTL值,都不能进行路由转发。值,都不能进行路由转发。q其他保留地址参见其他保留地址参见“INTERNET MULTICAST ADDRESSESINTERNET MULTICAST ADDRESSES”n组播组播IPIP地址地址Address Usage Reference 224.0.0.1All HostsRFC 1112,JBP224.0.0.2All Multicast Routers JBP
5、224.0.0.5OSPF RoutersRFC 1583,JXM1224.0.0.6OSPF Designated RoutersRFC 1583,JXM1224.0.0.9RIP2 RoutersRFC 1723,SM11224.0.0.12DHCP Server/Relay AgentRFC 1884224.0.0.13All PIM RoutersFarinaccin组播组播MACMAC地址地址qIEEEIEEE规定规定MACMAC地址的第地址的第0 0字节的第字节的第0 0位用来区分一个目的位用来区分一个目的MACMAC地址是广播地址是广播/组播组播MACMAC地址还是单播地址还是单
6、播MACMAC地址地址xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx1xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx Octet 0 Octet 1 Octet 2 Octet 3 Octet 4 Octet 57 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 0Broadcast/Multicast Bit111111111111111111111111111111111111111111111111 Octet 0 Octet 1 Octet 2 Octet 3 Octet 4 Octet 57 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 0Broadcast Address 0 xFFFF:
7、FFFF:FFFF01011110000000000000000100000000 00000000 00000001 Octet 0 Octet 1 Octet 2 Octet 3 Octet 4 Octet 57 0 7 0 7 0 7 0 7 0 7 0Multicast Address 0 x0100:5e00:0001n组播组播IPIP地址和组播地址和组播MACMAC地址的映射关系地址的映射关系q在以太网中,目的地址为组播地址的在以太网中,目的地址为组播地址的IPIP组播报文所使用组播报文所使用的目的的目的MACMAC地址都是以前缀地址都是以前缀0 x0100.5e0 x0100.5
8、exx.xxxxxx.xxxx开头的组播开头的组播MACMAC地址地址此此5位不作映射,因此会有位不作映射,因此会有32个个IP地址映射到一个地址映射到一个MAC地址地址向下映射向下映射 111032位位IP地址地址010111100000000000000001048位位MAC地址地址n组播组播MACMAC地址就地址就2323位?位?“思科专家”称号是思科公司对出色的工程设计能力的人所给予的最高荣誉。他们不仅仅是思科最杰出的工程师,同时也是整个网络行业最杰出的工程师。Steve Deering:Deering是联网和互联网协议领域一位全球知名的权威专家。他发明了IP组播技术,与他人共同创建了
9、互联网组播骨干网,并且是IPv6的主要设计者。他是IETF很多工作组的主席或联合主席,也是端到端研究团的积极成员,同时他还是互联网架构委员会的成员。为什么会出现IP组播地址和组播MAC地址不是一一对应的情况呢?这问题说来可是long long ago了。话说20世纪90年代初期,IP组播之父Steve Deering希望分配16个连续的OUI作为IP组播MAC地址使用。因为一个OUI包含24位MAC地址空间,16个连续的OUI将提供28位MAC地址空间,就可以满足IP组播地址和组播MAC地址的要求。当时一个OUI的价格是1,000美元,当时的IETF主席Jon Postel(此人乃Intern
10、et先驱,著名的TCP/IP、SMTP、DNS均出自他笔下)不愿意花一万六千美金买28位MAC地址,而是花一千美金买一个OUI,并拿出一半地址(23位)给Steve Deering进行IP组播研究。因此就出现32:1的问题,即每个组播MAC地址能表示32位IP组播地址。A Brief History of IP MulticastAt Stanford University in the early 1980s,a doctoral graduate student,Steve Deering,was working on a distributed operating system proj
11、ect for his advisor,David Cheriton.This distributed operating system was called Vsystem and was composed of several computers tied together into a loosely coupled multiprocessing system via a single Ethernet segment.The computers on this Ethernet segment worked together and communicated at the opera
12、ting system level via special messages sent on the common Ethernet segment.One of the operating system primitives permitted one computer to send a message to a group of the other computers on the local Ethernet segment using a MAC layer multicast.As the project progressed,the need arose to add more
13、computers to the multiprocessing system.Unfortunately,the only available computers were on the other side of the campus with production routers between the two networks.Consequently,the graduate students had to extend the operating systems inter-processor communications to work at Layer 3 of the OSI
14、 reference model so that the computers on the other side of the campus could function as part of the loosely coupled multiprocessor system.In addition,the MAC layer multicast messaging would also have to be extended to work at Layer 3.The task of finding a way to extend the MAC layer multicast capab
15、ility across the Layer 3 routed network primarily fell to Steve Deering.After studying the Open Shortest Path First(OSPF)Protocol and the Routing Information Protocol(RIP)IP routing protocols,Steve concluded that the link-state mechanisms of OSPF could certainly be extended to support multicasting.H
16、e also concluded that the basic mechanisms of RIP could be used as the basis for a new distance vector-based multicast routing protocol.This idea led to more research into the area of IP multicasting and ultimately resulted in Steve Deerings doctoral thesis,Multicast Routing in a Datagram Network,pu
17、blished in December 1991.Dr.Deerings thesis also described a Host Membership Protocol,which became the basis for todays Internet Group Membership Protocol(IGMP)that IP multicast hosts use to signal to the router on the network that they desire to join a multicast group.In addition,Dr.Deerings thesis
18、 described a distance vector-based IP multicast routing protocol that was the basis for the Distance Vector Multicast Routing Protocol(DVMRP),also developed by Dr.Deering a few years later.These two protocols provided the first successful extensions to the IP packet network model to allow multicasti
19、ng to be extended to Layer 3 of the OSI model.Since that time,advances in IP multicasting technology have continued and additional protocols such as Protocol Independent Multicasting(PIM)and multiprotocol extensions to the Border Gateway Protocol(BGP)have been developed.These protocols permit IP mul
20、ticasting to scale beyond the initial limited implementations to large,enterprise-wide multicast networks and eventually on to a native,completely multicast-enabled Internet.n组播基础知识组播基础知识组播通信模型组播通信模型n单播通信模型单播通信模型q点到点点到点q以目的为中心,靠目的以目的为中心,靠目的IPIP地址来决定转发。单播转发项地址来决定转发。单播转发项形式为形式为(目的网段目的网段,出接口出接口,下一跳下一跳)
21、:n(11.110.0.0/16,Ethernet0,131.108.1.3)(11.110.0.0/16,Ethernet0,131.108.1.3)q随着通信参与者的增加,网络带宽消耗随之增加随着通信参与者的增加,网络带宽消耗随之增加123123n组播通信模型组播通信模型q点到多点点到多点123123n组播通信模型组播通信模型q组播四要素:组播四要素:源发现源发现接收者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)拓扑发现(组播路由器之间的拓扑、网络单播路由信息)分发树生成分发树生成PIM-SM/DM/SSM DVMRP MSDPPIM-SM/DM/SSM DVMRP M
22、SDPIGMPIGMPDVMRPDVMRP 单播:单播:OSPF RIP BGP Static-RouteOSPF RIP BGP Static-RoutePIM-SM/DM/SSM DVMRPPIM-SM/DM/SSM DVMRPn组播通信模型组播通信模型q以源和目的为转发依据以源和目的为转发依据(S,G)(S,G),树状的转发,网络负载不随,树状的转发,网络负载不随用户规模增加而增加(树从根部开始一直到叶子都是一样粗)。用户规模增加而增加(树从根部开始一直到叶子都是一样粗)。组播源组播源接收者接收者接收者接收者接收者接收者接收者接收者n组播通信模型组播通信模型q转发树的构建,转发树的构建,
23、RPFRPF(Reverse Path ForwardingReverse Path Forwarding)q组播转发项形式为:组播转发项形式为:(组播源地址组播源地址,组播组地址组播组地址,入接口入接口,出接口列表出接口列表)(172.10.1.2,239.1.1.1,eth0,eth1,eth2(172.10.1.2,239.1.1.1,eth0,eth1,eth2)Eth0Eth1目的目的 下一跳下一跳 接口接口.S .Eth0.单播路由表单播路由表Eth0Eth1接收者接收者R1接收者接收者R2组播源组播源S组播基本概念组播基本概念组播基本概念组播基本概念组播基础协议组播基础协议组播基
24、础协议组播基础协议组播应用组播应用组播应用组播应用n组播基础协议组播基础协议q用户发现协议用户发现协议IGMPIGMP(V1V1、V2V2、V3V3),用于了解),用于了解接口所连接的网络接口所连接的网络是否是否有主机加有主机加入某组播组入某组播组q组播路由协议组播路由协议q组播源发现协议组播源发现协议q组播拓扑分离协议组播拓扑分离协议q二层组播协议二层组播协议q组播协议典型组网组播协议典型组网组播网络组播网络查询查询报告报告IGMPIGMPnIGMP IGMP 组成员加入、维护组成员加入、维护查询器查询器X IGMP 报告报告 IGMP 查询查询路由器发送查询路由器发送查询IPIP地址最小路
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