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1、组播技术基础v1 1 网络技术培训系列 一 2 组播基本概念组播基础协议组播应用 3 组播 multicast 概念为什么要组播 降低服务器负载 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近的网络节点来完成 4 10 组播概念Multicast 5 组播 multicast 概念组播 multicast vs广播 broadcast 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 讨论 你觉得哪些应用可
2、以使用组播 6 组播基础知识 组播地址 7 报文的目的地址是D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 组播组 组播源不一定是组播组成员 组播IP地址 8 IANA将地址段224 0 0 0 224 0 0 255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TTL值 都不能进行路由转发 其他保留地址参见 INTERNETMULTICASTADDRESSES 组播IP地址 9 组播MAC地址IEEE规定MAC地址的第0字节的第0位用来区分一个目的MAC地址是广播 组播MAC地址还是单播MAC地址 Broadcast
3、MulticastBit 10 组播IP地址和组播MAC地址的映射关系在以太网中 目的地址为组播地址的IP组播报文所使用的目的MAC地址都是以前缀0 x0100 5exx xxxx开头的组播MAC地址 向下映射 11 组播MAC地址 就23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 SteveDeering 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
4、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longlongago了 话说20世纪90年代初期 IP组播之父SteveDeering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JonPostel 此人乃Internet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
5、一千美金买一个OUI 并拿出一半地址 23位 给SteveDeering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 12 ABriefHistoryofIPMulticastAtStanfordUniversityintheearly1980s adoctoralgraduatestudent SteveDeering wasworkingonadistributedoperatingsystemprojectforhisadvisor DavidCheriton ThisdistributedoperatingsystemwascalledVsy
6、stemandwascomposedofseveralcomputerstiedtogetherintoalooselycoupledmultiprocessingsystemviaasingleEthernetsegment ThecomputersonthisEthernetsegmentworkedtogetherandcommunicatedattheoperatingsystemlevelviaspecialmessagessentonthecommonEthernetsegment Oneoftheoperatingsystemprimitivespermittedonecompu
7、tertosendamessagetoagroupoftheothercomputersonthelocalEthernetsegmentusingaMAClayermulticast Astheprojectprogressed theneedarosetoaddmorecomputerstothemultiprocessingsystem Unfortunately theonlyavailablecomputerswereontheothersideofthecampuswithproductionroutersbetweenthetwonetworks Consequently the
8、graduatestudentshadtoextendtheoperatingsystem sinter processorcommunicationstoworkatLayer3oftheOSIreferencemodelsothatthecomputersontheothersideofthecampuscouldfunctionaspartofthelooselycoupledmultiprocessorsystem Inaddition theMAClayermulticastmessagingwouldalsohavetobeextendedtoworkatLayer3 Thetas
9、koffindingawaytoextendtheMAClayermulticastcapabilityacrosstheLayer3routednetworkprimarilyfelltoSteveDeering AfterstudyingtheOpenShortestPathFirst OSPF ProtocolandtheRoutingInformationProtocol RIP IProutingprotocols Steveconcludedthatthelink statemechanismsofOSPFcouldcertainlybeextendedtosupportmulti
10、casting HealsoconcludedthatthebasicmechanismsofRIPcouldbeusedasthebasisforanewdistancevector basedmulticastroutingprotocol ThisidealedtomoreresearchintotheareaofIPmulticastingandultimatelyresultedinSteveDeering sdoctoralthesis MulticastRoutinginaDatagramNetwork publishedinDecember1991 Dr Deering sth
11、esisalsodescribedaHostMembershipProtocol whichbecamethebasisfortoday sInternetGroupMembershipProtocol IGMP thatIPmulticasthostsusetosignaltotherouteronthenetworkthattheydesiretojoinamulticastgroup Inaddition Dr Deering sthesisdescribedadistancevector basedIPmulticastroutingprotocolthatwasthebasisfor
12、theDistanceVectorMulticastRoutingProtocol DVMRP alsodevelopedbyDr Deeringafewyearslater ThesetwoprotocolsprovidedthefirstsuccessfulextensionstotheIPpacketnetworkmodeltoallowmulticastingtobeextendedtoLayer3oftheOSImodel Sincethattime advancesinIPmulticastingtechnologyhavecontinuedandadditionalprotoco
13、lssuchasProtocolIndependentMulticasting PIM andmultiprotocolextensionstotheBorderGatewayProtocol BGP havebeendeveloped TheseprotocolspermitIPmulticastingtoscalebeyondtheinitiallimitedimplementationstolarge enterprise widemulticastnetworksandeventuallyontoanative completelymulticast enabledInternet 1
14、3 组播基础知识 组播通信模型 14 单播通信模型点到点以目的为中心 靠目的IP地址来决定转发 单播转发项形式为 目的网段 出接口 下一跳 11 110 0 0 16 Ethernet0 131 108 1 3 随着通信参与者的增加 网络带宽消耗随之增加 1 2 3 1 2 3 15 组播通信模型点到多点 1 2 3 1 2 3 16 组播通信模型组播四要素 源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 分发树生成 PIM SM DM SSMDVMRPMSDP IGMP DVMRP单播 OSPFRIPBGPStatic Route PIM SM DM SSMDVMRP 17
15、 组播通信模型以源和目的为转发依据 S G 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 18 组播通信模型转发树的构建 RPF ReversePathForwarding 组播转发项形式为 组播源地址 组播组地址 入接口 出接口列表 172 10 1 2 239 1 1 1 eth0 eth1 eth2 接收者R1 接收者R2 组播源S 19 组播基本概念组播基础协议组播应用 20 组播基础协议用户发现协议IGMP V1 V2 V3 用于了解接口所连接的网络是否有主机加入某组播组组播路由协议组播源发现协议组播拓扑分离协议二层组播协议组播协议典型组网 组播网络
16、查询 报告239 0 1 1 IGMP 21 IGMP组成员加入 维护 查询器 X 227 1 1 1 路由器发送查询 IP地址最小路由器选举成为查询器 10 0 0 1 10 0 0 2 10 0 0 3 10 0 0 4 10 0 0 5 主机10 0 0 3加入组227 1 1 1 路由器周期性维护组成员关系 主机10 0 0 5加入组227 1 1 1 227 1 1 1 路由器周期性维护组成员关系 主机10 0 0 4加入组227 1 1 2 227 1 1 2 路由器周期性维护组成员关系 X 22 IGMP组成员离开 查询器 227 1 1 1 主机10 0 0 3离开组227 1 1 1 主机10 0 0 4离开组227 1 1 2 10 0 0 1 10 0 0 2 10 0 0 3 10 0 0 4 10 0 0 5 主机10 0 0 5失效 227 1 1 1 227 1 1 2 23 IGMPv1v2v3的差别IGMPv1没有主动离开消息IGMPv1v2指定加入的组IGMPv3指定加入的源组 配合PIM SSM使用 24 组播基础协议用户发现协议组播路由协议掌握网
