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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
2、扑图节点度数概率分布：power law,Internet : 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穿越
3、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其他区域作广播。,IN
4、TERNET,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） 中国教育和科研计算机网（CERNET） 中国联
5、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 & SAT 202.112.46.0/24 POS 其他每一个地区网形成一个自治系统。域间运行BGP4协议,CE
6、RNET 拓扑图,CERNET华北地区网地理分布图,天津大学 天津主节点 （27所院校）,河北师范大学 石家庄主节点 (41所院校),燕山大学,中国语言大学 中国农业大学 教育部留学服务中心 北京信息工程学院,河北大学,10Mbps,100Mbps,Cisco7507,Cisco12008,1Gbps,清华大学,北京邮电大学,北京大学,155Mbps,64K/DDN,100Mbps,1Gbps,Bay -BCN,Cisco12008,网络管理站 SUN 3500,WWW,Mail,FTP,100Mbps,100Mbps,100Mbps,北京有线台,北京理工大学 中国人民大学 北京化工大学 首都
7、师范大学 北方工业大学 北京工业大学 北大附中 北京化工大学 北京中医药大学 对外经济贸易大学 中国人民公安大学 中国青年政治学院 首都医科大学,Bay-BLN,Cisco 3640,IP Phone,东北大学 秦皇岛分校,2Mbps,Cisco 7010,Bay-BLN,100Mbps,100M,北京大学医学部,海淀广播局网络中心,128KKK,Cisco 2500,镜象服务器,Bay-BCN,256K,CERNET华北地区网北大主节点网络逻辑图,“Internet topology at the router and autonomous system level”,Hierarchica
8、l Scale-free / cut-off power law 分布,k:节点的度数 Pk:节点度数大于k的概率,Scale-free,IP Multicast,注：以下”多播”、”Multicast”均指IP Multicast,接收者,发送者,其它主机,多播路由器,多播内容提纲,多播定义、概念及应用 多播协议体系结构 重点介绍PIM-SM/MBGP/MSDP 其它多播协议 多播的可扩展性问题,可扩展性讨论（一）,多播的定义,ASM (Any Source Multicast) ,RFC1121的多播服务模型： 每一个多播组用一个单一的IP地址来标识，任意发送者发往该地址的数据可以到达所有
9、的组成员 组成员的个数不加限制 组成员可以在Internet上任一位置 组成员可以自由的加入或离开 发送者不必是多播组的成员 此种模式称为ASM SSM (Source Specific Multicast) ASM模型的扩展，允许接受者选择发送者，即接受者只接收特定发送者的数据包，并且在构造转发树的时候进行裁剪。,多播的应用,一对多 定时的媒体播放（电视） “推送”(PUSH)服务（股票价格，天气预报） 服务器镜像、缓存 多对多 视频会议、网络游戏 有反馈的一对多 资源发现、数据收集,IP Multicast体系结构（一）,应用程序/多播地址,主机-路由器协议 (IGMP),域内多播协议,域
10、间多播协议,注：以下”域” 均指自治系统(AS),IP Multicast体系结构（二）,发送者向多播地址发送数据包 多播地址：224.0.0.0-239.255.255.255 接收者告知本网段的路由器他们需要接收哪些数据包 通过组管理协议进行。 发送者和接收者之间的路由器构造多播树，确保多播数据包到达正确的接收者网络 通过多播路由协议进行 进行RPF (Reverse Path Forwarding)检查,Multicast简史,1988年， Stephen Deering 确定了IP multicast 模型 1992年，MBone建立，运行DVMRP (Distance-Vector
11、Multicast Routing Protocol)协议。 随着MBone规模的增加，域内(intra-domain) multicast协议相继提出，包括MOSPF (Multicast Extensions to OSPF), PIM-DM (Protocol Independent Multicast-Dense Mode), CBT (Core Based Trees), PIM-SM (Protocol Independent Multicast-Sparse Mode)等 1997年，规模持续增加时，一层拓扑结构显出不可扩展、不稳定等缺点，需要分层的拓扑结构，由域间(inter-
12、domain) multicast协议支持，当前的协议有： MBGP (Multiprotocol Extensions to BGP4) / MSDP (Multicast Source Discovery Protocol)，和BGMP (Border Gateway Multicast Protocol) / MASC ( Multicast Address-Set Claim) 。,多播地址,224.0.0.0 - 239.255.255.255,其中： 224.0.0.0-224.0.0.255保留为特殊地址 例如224.0.0.1:本网段所有的主机；224.0.0.2:本网段所有的
13、路由器。 239.0.0.0-239.255.255.255域内私有多播地址，类似于IP中的内网地址。以此为目的的多播流只能在自治系统内转发。,hosts,routers,IGMP,IGMPv1 同一网段中一个路由器被选为“询问者”。 询问者周期性的向本网段所有主机发送询问消息 属于组G的主机回应消息前，先等待随机时间(0-10s)以避免冲突。然后向组G发送报告，TTL=1。 路由器接收本网段所有的报告，没有回应的组被置为超时。 注意：正常情况下，每一组G只有一份报告送交给询问者，因为路由器只关心本网段有没有该组G的成员而不关心这些成员是谁。 IGMPv2,为主机增加了显式的加入、退出组的消息
14、 IGMPv3,为主机增加了选择发送者的能力(SSM),hosts,routers,域内多播协议,域内协议 Dense mode ：开始时路由器向所有下行 端口发送数据报，然后根据反馈信息修剪这棵树。 DVMRP，类似于RIP协议构造路由表，每个路由器需要保存所有的（发送者，组）状态信息。 MOSPF，一个area中的路由器互相广播如下信息：哪些组属于哪个路由器，然后为每对(发送者，组)构造转发树。 PIM-DM，利用已有的路由表，广播然后修剪。 Sparse mode:接收者显式发送join消息到rp，此路径记下;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/
15、RP，双向树，支持厂家少 PIM-SM，RP（相会点），单向树，每个group一个。,hosts,routers,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
16、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。,
