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1、Internet拓扑结构与IP多播程远 2002.9提纲 Internet 拓扑结构 Internet 的构成 网络结构实例 隐藏的规律：power law IP多播 多播定义、概念及应用 多播协议 多播可扩展性的讨论Internet 拓扑结构？ Internet是研究对象。 ”You cant resolve the traffic jam problem of a city without looking at the street layout. ” 对网络的感性认识，解答一些基本的问题： Internet的规模？ 中国网络的基本情况？ Cernet的基本情况？ Internet拓扑图节
2、点度数概率分布：power lawInternet : ASes + BGP Internet由大约13000个自治系统 (Autonomous System)构成 自治系统：处于一个机构管理之下的若干网络和路由器构 成了自治系统。每一个自治系统有一个16比特的自治系统 号，全球唯一。其中1-32767可供分配，32768 64511暂时 保留，64512 65534用于私有AS（类似于IP地址中的内网 地址） 边界网关协议(Border Gateway Protocol，BGP)：自治系统 之间的路由协议。该协议的基本功能是与其它自治系统交 换网络可达性信息,这种可达性信息包含了通往目标所要
3、穿 越的自治系统记录,利用这些信息,系统就可以构建一个无 环的自治系统连接图,并把形成的外部路由信息重发布给内 部网关协议(Internal Gateway Protocol , IGP) 。AS内部结构（以OSPF为例） 一个域内路由协议为OSPF的AS被划分成若干 区域(area) 每个区域就是按同一OSPF路由协议组合在一 起的一组路由器，区域中的路由器仅需备份本 区域的拓扑结构数据库即可。 每个区域都用一 个数字来标识,其中0号区域为骨干区域。 骨干区域的主要工作是在其余区域间传递路由 信息。当一个非骨干区域的路由信息对外广播 时,其路由信息是先传递至骨干区域,再由骨干 区域将其信息向
4、其他区域作广播。ASASASASIXINTERNET自治系统AS (ISP网络)自治系统 主干网地区级网络地区级网络 主干校园网Internet交换中心 IX(Internet Exchange Point)2002年April 1-16 10,999 个 AS系统 (大概 是当前Internet所有AS系 统总数的84%) 34,209 个 peering sessions中国互联网概况至2002年6月， 全国IP网端口达到2618万个。从APNIC获得 AS号103个，使用中的AS号？个。 中国九大互联网 中国科技网（CSTNET） 中国公用计算机互联网（CHINANET） 中国教育和科研
5、计算机网（CERNET） 中国联通互联网（UNINET） 中国网通公用互联网(CNCNET) 中国国际经济贸易互联网（CIETNET） 中国移动互联网（CMNET） 中国长城互联网（CGWNET） 中国卫星集团互联网（CSNET） 中国三大交换中心（IX） 北京、上海、广州Cernet CERNET有相当于57个B类这么多的IP地址。 CERNET由一个主干网和八个地区网组成 主干网为一个自治系统，AS号4538。域内路由 协议为OSPF。 OSPF area 0 （主干）： 202.112.1.0/24 DDN 发送者向rp注册。只有在树上的路由器需要存 储状态；更高效 CBT ，Core/
6、RP，双向树，支持厂家少 PIM-SM，RP（相会点），单向树，每个group一个。hostsrouters多播转发树 源树，也称最短路径树（SPT） 以发送者为树根，到每一个接收者的最短路径构成一 棵转发树。 可以用二元组（s, g)标示一棵源树。 从发送者到接收者的路径最优，但需要维护较多状态 信息。 共享树ST 以某个路由器为根（RP或Core）到所有接收者的树。 可以用（*，g）标示一棵共享树。 一棵树被多个发送者共享，维护较少的状态信息，但 转发路径未必最优。树根的位置很重要。RPF 在构造多播树的过程中，路由器接收到一个数据包， 要对它执行RPF (Reverse Path For
7、warding)检查。具体 过程为：路由器r获得该多播数据包的源地址s和进入路 由器时的接口i，然后r执行“逆向转发检查”：假想要把 数据包用单播方式从r发送到s，查找路由表，看是不是 会从接口i发送出去，若是，则RPF检查通过，接收并 转发该数据包；否则RPF检查失败，丢弃该数据包。 这样，路由器可以确保自己在多播树中“入射”的路径 只有一条，并且是到发送者最优的那一条。 从全局来看则保证了构造的结果没有环路，是一棵树 。DVMRP Distance-Vector Multicast Routing Protocol 较早提出的多播协议，首先部署在 MBone上，“密集模式”。 发送者的第一
8、跳路由器开始向所有下行 端口发送多播数据包。网络中间的路由 器对接收到的数据进行RPF检查。 最后一跳路由器根据IGMP信息返回修剪 或嫁接一个分支。DVMRP- Example TopologyggsgDVMRP- Phase 1: Truncated BroadcastggsgDVMRP- Phase 2: Pruningggsprune (s,g)prune (s,g)gDVMRP- Steady Stateggsgggraft (s,g)graft (s,g)DVMRP- Grafting on New Receiversggsggreport (g)DVMRP- Steady Sta
9、te after GraftingggsggPIM-SM Protocol Independent Multicast-Sparse Mode“协 议无关”的多播协议。 不用交换多播路由信息 利用单播路由表 接收者向RP发送“join”消息，发送者发送之前首先 向RP注册 “当前最好”的域内协议 权衡效率和复杂性 得到最广泛的支持和部署RPR1R2R3R4Join message toward RPShared tree after R1,R2,R3 joinPhase 1: Build Shared TreeJoin GPhase 2: Sources Send to RPRPR1R2R3R
10、4S1 unicast encapsulated data packet to RPRP decapsulates, forwards down Shared treeS2Phase 3: Stop EncapsulationRPR1R2R3R4S1Join G for S1Join G for S2S2(S1,G)(S1,G) (S2,G)(*.G)Phase 4: Switch to Shortest Path TreeRPR1R2R3R4Join messages toward S2shared treeS1S2Phase 5: Prune (S2 off) Shared TreeRPR
11、1R2R3R4S1S2 distribution tree Shared treePrune S2 off Shared tree where iif of S2 and RP entries differS2可扩展性讨论（二） 每对（发送者，组）需要一棵树。 DVMRP：需要把信息Flood到全网，每一个路由器需要 为每一对（发送者，组）保存状态信息，自己构造路由 。 PIM-DM：类似于DVMRP，利用单播路由表。 MOSPF：划分为area，只需要把组员信息Flood到整个 area。利用单播路由表。 每个（组）需要一棵共享树。 PIM-SM：需要RP,显式加入、退出消息，只有在多播树
12、上的路由器需要为每一（组）保存状态信息，利用单播 路由表。 CBT：类似于PIM-SM，需要Core。构造双向共享树。可扩展性讨论（三） 经验显示单层的网络结构不具有可扩展性 每一个路由器都需要知道其他所有的路由器/子网（ 需要保存大量的状态信息）。 单层网络规模增加时趋向于不稳定，一个错误操作 可能波及全网。 层次结构网络中的多播需要解决的问题： 域内多播路由协议 域间多播路由交换协议 连接不同域的多播树的机制 多播地址分配问题域间多播协议 域间协议 MBGP/PIM-SM/MSDP (near-term) MBGP用来交换域间的multicast路由，PIM-SM 用于连接不同域的同一多播
13、组成员，MSDP用于 不同域间的RP交换活动的 multicast发送者信息。 MASC/BGMP (long-term) MASC为各个AS域分配层次结构的多播地址。 BGMP构造一个以根域(root domain)为根的双向 域间多播树，这棵树可以由多个多播组共享。hostsroutersMSDP的提出 域内协议时：每一个多播组只有一个RP。当扩 展到多个域时，每一个域内对于每一个活动的 多播组都至少有一个RP，从而从全局的观点看 ，一个多播组有多个RP同时存在于不同的域中 并且互不了解！ 对于域内的情况：接收者可以向RP发送“join”消 息加入多播树，发送者可以向同一RP注册，从 而向
14、位于同一域的接收者发送多播数据；而对 于其他域的同组接收者就无能为力了。MSDP Multicast Source Discovery Protocol。每一个域向其他 域宣告本域中活动着的发送者信息。 MSDP运行在路 由器RP之中。 相邻域的MSDP peer配置 MSDP sessions (TCP连接) 通讯 。 本域出现一个新的发送者时，该发送者向RP注册。 本域的MSDP peer获知该信息后，向所有邻域的 MSDP peers 发送Source Active (SA)消息：包括（发送者，组）信息。 MSDP peers收到 SA消息后作RPF检查，以避免环路，检查成 功则所有其他
15、邻居发送该消息。 收到SA的MSDP peer (同样是RP)会察看自己域内是否有该多 播组成员（即是否已经构建了该多播组的转发树）。若是， 则向该发送者发送一条PIM join消息以完成该组转发树的构建 ，或者通过转发树向域内的接收者转发数据。MBGP Multiprotocol Extensions to BGP4 / Multicast BGP / BGP4+，运行于自治系统边界路由器。 MBGP用来提供域间的“下一跳”信息，类似于 BGP为单播提供域间“下一跳”信息。 向相邻的自治系统通告“从我这里可以到达发送者s” 。当RP或者多播组接收者试图向位于其他AS的多 播发送者s发送一个”
16、join” 消息时，该消息需要沿着 “逆向路径”到达多播发送者s，有了MBGP提供的路 由就可以做到这一点了。 MBGP并不负责域间多播树的构造，用现有协 议PIM-SM就可以胜任。MBGP/PIM-SM/MSDPRPRPRPRPMSDP peerPhysical linkABCDReceiverSourcePIM messageMSDP messageSASASAJoin JoinJoinJoinJoin可扩展性讨论（四） Asia-Pacific Advanced Network (APAN) 和 Internet2 的主干网Abilene以及CERNET都部署 了MBGP/PIM-SM/MSDP
