計算機網(wǎng)絡復習 ch1-4 組播

正文之前

所謂的沉迷美劇，我來揭秘一下到底是哪一個美劇?！短┨埂穨

正文

Multicasting-組播

  • IP組播(IP multicast)又稱為IP多播，特點：
    • IP組播是介于單播和廣播之間的一種分組傳送形式，它既不指定明確的接收者， 也不是將數(shù)據(jù)分發(fā)給網(wǎng)絡上的所有主機。
    • 發(fā)送者不關心接收者所處的位置，只要將數(shù)據(jù)發(fā)送到約定的目的地址，剩下的工 作就交給網(wǎng)絡去完成。
    • 這樣做的好處在于，發(fā)送者只產(chǎn)生一份數(shù)據(jù)，而不用為每個接收者分別復制一份 ，而且發(fā)送者不必維護接收者的信息。
    • 網(wǎng)絡中的路由器設備必須收集接收者的信息，并按照正確的路徑實現(xiàn)組播報文的 轉(zhuǎn)發(fā)和復制。

  • Multicast

    • 在 IP 網(wǎng)上一對多的傳輸
    • 支持視頻會議,
    • e-learning, 培訓等

  • 組播的三個組成部分

    • 1.組播地址（能被組播識別的地址集）
    • 2.組成員機制（主機加入和退出組的機制）
    • 3.組播路由協(xié)議（路由器有效傳送組播到各個網(wǎng)絡的組成員，且不會過度消耗網(wǎng)絡資源的路由協(xié)議）
  • 從數(shù)據(jù)格式來看，組播與單播使用共同的IP報文結構和上層封裝，只是目的 地址使用一段特殊的地址空間。這段地址在IPv4中被稱為D類地址空間： 224.0.0.0-239.255.255.255。

  • 這段地址雖然看上去是連續(xù)地址，但不能聚合為網(wǎng)段地址，而是每個IP獨立 分配和使用。


  • 特殊的組播地址
    • 224.0.0.1 所有組播主機和路由器
    • 224.0.0.2 所有組播路由器
    • 224.0.0.4 DRMRP 路由器
    • 224.0.0.5 所有 OSPF 的路由器
    • 224.0.0.6 OSPF 指派路由器
    • 224.0.0.9 RPIv2 路由器
    • 224.0.0.10 EIGRP 路由器
    • 224.0.0.13 PIM 路由器
    • 224.0.0.22 IGMPv3
    • 224.0.0.25 RGMP
    • 224.0.1.1 NTP 網(wǎng)絡時間協(xié)議

組成員機制

  • 要將組播數(shù)據(jù)準確發(fā)送給組成員，必須先確定哪些網(wǎng)絡的哪些主機是組成員，只有先確定了成員的位置，才能正確轉(zhuǎn)發(fā)組播。

  • 當組成員不再需要接收組播的時候，就應該停止向成員發(fā)送組播，要確 定組成員不再需要接收組播，就必須在成員退出時明確通告發(fā)送者。

  • 要確定組成員，有兩種方式：查詢和報告

    • 查詢，就是一臺路由器向網(wǎng)絡中發(fā)出查詢消息，查詢是否要主機要加入組 ，如果有主機應答，那么路由器就可以請求上游路由器把組播流量前轉(zhuǎn)到這個子網(wǎng)中，如果沒有主機應答，則請求上游路由器停止向其前轉(zhuǎn)組播流量。
    • 報告，主機也可以不必等待路由器的查詢，可以主動向路由器請求加入某個組，退出時也要向路由器發(fā)送退出消息，讓路由器停止向其轉(zhuǎn)發(fā)組播流量。

  • <u>IGMP (Internet Group Management Protocol)因特網(wǎng)組管理協(xié)議， IGMP運行在路由器和主機之間</u>

    • IGMP實現(xiàn)的功能是雙向的：一方面，主機通過IGMP協(xié)議通知本地路由器希望加入并接收某個特定組播組的信息；另一方面，路由器通過IGMP協(xié)議周期性地查詢局域網(wǎng)內(nèi)某個已知組 的成員是否處于活動狀態(tài)（即該網(wǎng)段是否仍有屬于某個組播組的成員），實現(xiàn)對所連網(wǎng)絡 組成員關系的收集與維護。
    • 通過上述IGMP機制，在組播路由器里建立起一張表，其中包含路由器的各個接口以及在接 口所對應的子網(wǎng)上都有哪些組的成員。當路由器接收到某個組的數(shù)據(jù)報文后，只向那些有 該組成員的接口上轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報文。
    • 至于數(shù)據(jù)報文在路由器之間如何轉(zhuǎn)發(fā)則由組播路由協(xié)議決定，IGMP協(xié)議并不負責。

  • 當組播發(fā)送者和組成員在不同網(wǎng)絡時，需要路由器為組播數(shù)據(jù)提供轉(zhuǎn)發(fā) ，那么路由器就必須確認自己直連的網(wǎng)絡中是否存在組成員，可以使用 查詢和報告來發(fā)現(xiàn)組成員，IGMP用來完成這樣的工作。

  • 加入/離開組播過程：
    • 加入過程： 當主機加入一個組播組時，不是等待路由器發(fā)出成員查詢報文時再響應 加入，而是立即主動地向一個該組播地址發(fā)出一個成員報告（類型為0x2）表示加入 ，這樣在該組內(nèi)沒有其它組成員的情況下縮短了主機加入該組播組的延遲。
## 組播路由協(xié)議

組播協(xié)議總體結構：

  1. 路由器、主機之間：IGMP
  2. 路由器、路由器之間：PIM
  3. 路由器、交換機之間：CGMP

  • PIM協(xié)議

    • 如果要讓路由器也能像轉(zhuǎn)發(fā)單播數(shù)據(jù)一樣，將組播根據(jù)路由表來精確地轉(zhuǎn)發(fā)到目的地，那就需要讓路由器擁有像單播路由表一樣的組播路由表。

    • 要讓路由器生成一張功能完全的組播路由表，就需要在路由器之間運行一種協(xié)議，這種協(xié)議可以讓組播源和目的之間的路由表生成單播表一樣地生成組播表，最后路由器根據(jù)這張組播路由表來完成組播的轉(zhuǎn)發(fā)。

    • 這個協(xié)議就是PIM（Protocol Independent Multicast）。

  • PIM基本概念：組播樹

    • 組播發(fā)送者到接收者之間的轉(zhuǎn)發(fā)線路，被稱為組播轉(zhuǎn)發(fā)樹。
    • 組播發(fā)送者就好比是組播樹的樹根，組播總是從根發(fā)向接收者。從發(fā)送者到接收者之間的路由器，都是在組播樹上的，因為這些路由器在中間提供組播轉(zhuǎn)發(fā)。
    • 要完成從發(fā)送者到接收者之間的組播轉(zhuǎn)發(fā)，組播樹上的路由器都應該記 住組播的出口，每臺中間路由器都記住出口之后，最終便形成了組播樹，而要記住組播的出口信息，這就是組播路由表的工作

  • PIM基本概念：組播反向路徑轉(zhuǎn)發(fā)

    • 因為組播經(jīng)常會有多個接收者分布在不同的網(wǎng)絡，所以當路由器在轉(zhuǎn)發(fā) 組播時，也通常需要將同一份數(shù)據(jù)從多個接口發(fā)出去
    • 由此可以看出，轉(zhuǎn)發(fā)組播的路由器，必須擁有發(fā)現(xiàn)環(huán)路、避免環(huán)路的能 力。
    • 所有的組播路由器就必須只將數(shù)據(jù)往接收者的方向轉(zhuǎn)發(fā)，而絕不能往發(fā) 送者的方向轉(zhuǎn)發(fā)
    • 向發(fā)送者轉(zhuǎn)發(fā)稱為RPF（Reverse Path Forwarding），組播路由器在收 到組播數(shù)據(jù)后，都要對數(shù)據(jù)進行RPF檢測，組播路由表記住接收者的接 口，就能正常將數(shù)據(jù)發(fā)給組成員，而記住了發(fā)送者的接口后，就可以避 免路由器將數(shù)據(jù)往回發(fā)而產(chǎn)生路由環(huán)路了。
    • 組播路由器上朝發(fā)送者方向的接口被稱為RPF接口，只有從RPF接口發(fā)來的數(shù)據(jù)才能被轉(zhuǎn)發(fā)，從其它接口過來的數(shù)據(jù)被認為是無效的。
  • PIM基本概念：PIM-Dense Mode（密集模式 ）和PIM-Sparse Mode（稀疏模式）
    • PIM要為路由器學習組播路由表從而建 立組播樹，有兩種不同的方式，這兩種 不同方式在PIM中分兩種模式來運行， 為PIM-DM（密集模式）和PIM-SM（稀疏 模式）
    • PIM-DM模式中，組播源會向所有PIM鄰 居發(fā)出查詢，查詢數(shù)據(jù)包中包含組的地 址，下一跳PIM鄰居還會繼續(xù)向它的鄰 居發(fā)出查詢數(shù)據(jù)包，這些查詢數(shù)據(jù)包會 在所有PIM鄰居之間傳遞。
    • 如果查詢數(shù)據(jù)包發(fā)向一個連接了組成員 的網(wǎng)絡，這時路由器收到組成員的報告 之后，就會向自己上一跳鄰居（RPF接 口方向的鄰居）發(fā)送加入組的消息，以 宣布自己要接收組播，從而將組播轉(zhuǎn)發(fā) 到組成員

  • PIM基本概念：PIM-DM（密集模式）

    • 如果網(wǎng)絡中有一個組，地址為：224.1.1.1，發(fā)送者為100.1.1.1，那么就 應該記錄路由為（100.1.1.1，224.1.1.1），還要記錄的就是組播的出口 ，這些信息構成組播路由表。

    • 路由器收到的224.1.1.1組播就會指定出口發(fā)出去。PIM-DM模式中這樣記 錄組播路由的方式被稱為(S,G)，其中S就是組播源地址，G就是組地址， 而出口則會被標為forwarding。

    • 如果只有一個組224.1.1.1，而發(fā)送者除了100.1.1.1之外，還有 100.1.1.2和100.1.1.3，那么依照（S，G）的記錄方式，就需要同時記錄 （100.1.1.1，224.1.1.1），（100.1.1.2，224.1.1.1），（100.1.1.3 ，224.1.1.1），也就是說(S,G)的路由記錄方式，會因為組源地址的增加 而增加記錄條目。

    • 對于不需要接收組播的PIM接口，PIM-DM模式照樣會將其記錄在路由表中 ，但被標為pruning。

    • 在PIM-DM模式下，組播發(fā)送源將數(shù)據(jù)發(fā)給組播路由器，然后路由器依照組 播路由表朝著接收者的方向轉(zhuǎn)發(fā)，這樣的路徑，是依靠單播路由表計算出 來的最短路徑，也就是說從發(fā)送者到接收者之間的路徑，總是最短的，所 以PIM-DM模式建立起來的組播樹，如（S，G）記錄的組播樹被稱為最短路 徑樹shortest-path tree (SPT)，因為SPT中記錄個每個組播發(fā)送者的源 地址，故又被稱為源樹。

  • PIM基本概念：PIM-SM（稀疏模式）

    • PIM-SM模式的工作過程和PIM-DM模式是不同的，在建立組播樹時，PIM-SM 并不會讓路由器發(fā)送查詢數(shù)據(jù)包去查詢組成員，而組成員的發(fā)現(xiàn)是靠組成 員自己主動向路由器發(fā)送報告。
    • 當一臺路由器從接口上收到組成員的報告之后，就會向自己的上一跳鄰居 發(fā)送加入消息，以通告自己需要接收組播，如果上一跳鄰居還不是組播發(fā) 送者，那么上一跳鄰居會繼續(xù)再向上一跳鄰居發(fā)送加入消息，直到組播源 收到加入消息為止。
    • 通過這樣的方式，就可以建立組播源到組成員之間的組播樹。
    • PIM-SM模式和PIM-DM模式除了在發(fā)現(xiàn)組成員的方式上不同之外，記錄路由 表的方式也不一樣
    • 例如網(wǎng)絡中有一個組，地址為：224.1.1.1，發(fā)送者為100.1.1.1，PIM-SM 模式路由器記錄為（，224.1.1.1），可以看出，PIM-SM模式并不關心組 播的源地址，而統(tǒng)統(tǒng)將源地址使用星號來表示
    • 這樣一來，PIM-SM為一個組只記錄一個條目，而不管這個組有多少個發(fā)送 者。這樣的記錄方式稱為(，G) ，其中就是組播源地址，G就是組地址 。如果有10個組，每個組有5個發(fā)送者，使用（S，G）的記錄方式，需要 記錄10×5=50條，而使用（*，G）的記錄方式，則只需要10條，所以使用 PIM-SM模式，可以大大縮減組播路由表的空間，從而大大節(jié)省系統(tǒng)資源。
  • PIM-SM RP（Rendezvous Point）

    • 在PIM-SM模式中，由于記錄組播信息 采用(*，G)的方式，而并不關心組播 源地址，因此造成路由器不知道組播 發(fā)送者的IP地址是什么，也就無法完 成RPF反向路徑檢測。

    • 在這種情況下，PIM-SM在網(wǎng)絡中選出 一個組播會聚點，即Rendezvous Point (RP)

    • RP就是組播網(wǎng)絡的核心，發(fā)送者統(tǒng)一 將組播數(shù)據(jù)發(fā)送到RP，然后RP再將數(shù) 據(jù)發(fā)到接收者，也就是說接收者收到 的數(shù)據(jù)，都是由RP轉(zhuǎn)發(fā)過來的。

    • 路由器也就認為RP的地址，就是組播 源的IP地址。

    • 因為RP在PIM-SM中被當作核心，而(* ，G)的記錄方式中并不知道組播源的 地址，大家都會認為RP就是組播源

    • 最后PIM-SM中的組播樹，即(*，G)形 式的樹被稱為共享樹（RPT）。

  • PIM DR（在PIM-DM和PIM-SM模式下都會選舉）

    • 因為IGMP V1不選舉IGMP查詢器，如果有多臺路由器連接同一 個多路訪問網(wǎng)段（以太網(wǎng)）時，就必須選舉PIM Designated Router（DR）來避免重復查詢
    • 這個DR的選舉，是由PIM協(xié)議進行的，選擇IP地址高的為DR。 PIM DR路由器在IGMP v1中充當IGMP查詢器的功能，來向主機 發(fā)送IGMP查詢
    • 在PIM-SM中，組播源沒有機制用來宣 告自己的存在，又因為PIM路由器都認 為RP才是組播源，而當直接的組播源 向RP發(fā)送組播時，會導致某些路由器 RPF檢測失敗。
    • 例如圖中R2只會接收從接口F0/1發(fā)進 來的組播，從其它接口發(fā)進來的，都 會被認為是環(huán)路而被丟棄。因此在真 正的源12.1.1.1將組播從R2的F0/0發(fā) 進來時，R2會因為RPF檢測失敗，從而 丟棄所有的組播數(shù)據(jù)，這樣一來，組 播也就無法通信了。
    • 因此在PIM網(wǎng)絡中，真正的源需要向RP 發(fā)送注冊消息，以宣告自己的存在， 而發(fā)送注冊消息在多路訪問的網(wǎng)絡中 則是由DR來代為完成的。
    • 真正的源向RP發(fā)出第一個組播包時， DR將此包封裝在單播中發(fā)向RP，這稱 為注冊，發(fā)送的注冊消息會從DR到RP 之間建立一條源樹，也就是（S，G） 的記錄，這樣，在源到RP之間創(chuàng)建的 源樹就可以幫助避免RPF檢測失敗
    • 當RP和真正的源之間創(chuàng)建（S，G）條 目之后，就會通知DR停止以單播發(fā)送 ，從而轉(zhuǎn)回發(fā)送真正的組播。
    • 誤認為RP是源而導致RPF檢測失敗的情 況，只有在RP到源這段上游網(wǎng)絡中的 路由器才會存在，而RP到組成員的這 段網(wǎng)絡中是不會出現(xiàn)這種情況的。
    • 選擇DR的數(shù)據(jù)包為30秒一次，105秒保 持時間，如果過了保持時間沒有收到 DR的數(shù)據(jù)包，則會重新選舉IP地址最 高的為DR

  • PIM-SM 前轉(zhuǎn)器（Forwarder）

    • 選PIM前轉(zhuǎn)器的規(guī)則是，比較哪臺路由 器的路由表中，到組播源的路由的AD（ Administrative Distance）值最小， 如果AD值相同（如使用同一種路由協(xié)議 ），再比較誰到源的metric值最小，如 果metric值還相同，則選擇IP地址大的 。
    • 在圖中，如果R3和R4到組播源R1的路由 條目中是使用同一個路由協(xié)議學到的， 則比較metric值，如果metric值相同， 則比較R3和R4的IP地址，這個IP地址是 同網(wǎng)段相互建PIM鄰居所使用的IP地址 ，因為34.1.1.4比34.1.1.3要大，所以 前轉(zhuǎn)器為R4，因此R2會選擇從R4到達組 成員，并且把到R3的出口剪除。

正文之后

這后面幾節(jié)確實沒前面做的用心了。。。沒轍啊，當時都要考試了，怎么可能一點點的把后面的也做出來啊。。昨晚我都沒時間刷題了。。

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