多媒體技術中南大學信息科學與工程學院黃東軍第十章網絡組播技術1組播的概念

廣播：將源端數據發送到一個網絡中的所有主機的傳播方式。廣播使用廣播地址。

單播：將源端數據發送到網絡中的某個特定主機的傳播方式。單播使用特定主機地址。

組播：將源端數據發送到網絡中的一組主機的傳播方式。組播使用組地址。1組播的概念SrcSrc組播：一種有效節省網絡帶寬的傳輸方式。2組播的應用廣泛應用于一對多（one-to-many）的傳送需要舉例:新聞/體育消息/股票信息/天氣信息的更新發布遠程教育（Distancelearning）網絡路由信息更新（routingupdates）遠程會議（Teleconferencing，audio,video,sharedwhiteboard,texteditor）分布式交互式游戲和仿真（Distributedinteractivegamingorsimulations）內容發布（Contentdistribution）;軟件發布（Softwaredistribution）Web緩存更新（Web-cacheupdates）數據庫應用（Databasereplication）3組播與廣播、單播的比較廣播（Broadcast）:

將一個數據拷貝發送到網絡中的所有主機實現簡單（Simple）,但是效率不高（inefficient）即使主機對該數據不感興趣也必須處理它因此占用了主機的CPU資源會產生廣播風暴“broadcaststorms”多個重復的單播（ReplicatedUnicast）發送者依次向各接收主機發送相同的數據發送者必須事先知道每個接收主機的地址通訊量在發送方過于集中，但比較可靠（Reliability

=>per-receiverstate,separatesessions/processesatsender）4IP組播的體系結構HostsRouters服務模型Servicemodel主機與路由器關系協議(IGMP)組播路由協議Multicastroutingprotocols5IP組播模型:RFC1112發送者（源）不需要知道接收主機使用組地址“groupaddress”標識一個群組即IP包的頭部使用的是組地址而不是單播地址群組所包含的主機數量是任意的（anysize）;群組成員可以位于互聯網任何地方群組關系（Groupmembership）是非顯式知道的（notexplicitlyknown）接收主機可以在任何時候加入或者退出群組通信（Receiverscanjoin/leaveatwill）網絡負責構造分配樹（Distributiontree，也叫組播樹）以實現組播傳輸在組播傳輸中，任何子網中不能出現同一數據的兩個副本組播數據只能傳送給群組成員（由于群組成員可以在任何時候加入或者退出群組，因此組播傳送是一個非常動態化的問題（multicastdeliverytreechangesdynamically）5IP組播模型:RFC11126IP組播地址IP組播使用D類IP地址（ClassDIPaddresses）224.0.0.0–239.255.255.255組地址的分配（Addressallocation）:IANA指定了一些永久地址（Well-known:224.0.0.xand224.0.1.x

）；其他組地址是臨時組地址（Transientmulticastaddresses），需要動態分配每一個組地址代表一個主機群組（hostgroup）IP組地址是非結構化的（flataddressspace）1110GroupIDIP組播播服服務務：：組組播播數數據據的的接接收收提供供兩兩種種操操作作加入入組組播播群群組組:Join-IP-Multicast-Group(group-address,interface)退出出群群組組：：Leave-IP-Multicast-Group(group-address,interface)加入入群群組組后后，，主主機機通通過過常常規規IP接收收操操作作（（normalIP-receiveoperation）接接收收組組播播數數據據包包7IP組播播地地址址到到鏈鏈路路層層組組地地址址的的映映射射以太太網網（（Ethernet）等等局局域域網網使使用用802地址址:采用用直直接接映映射射（Directmapping!較unicast簡單單!無需需ARP等協協議議.）LANmulticastaddress0000000100000000010111100111028bits23bitsIPmulticastaddressGroupbitIPMulticastArchitectureHostsRoutersServicemodelHost-to-routerprotocol(IGMP)Multicastroutingprotocols(various)8群組組關關系系管管理理協協議議（（InternetGroupManagementProtocol）IGMP:在子子網網中中建建立立、、維維護護和和撤撤銷銷群群組組的的信信號號協協議議“signalingprotocol”。目標標:保持持路路由由器器對對整整個個局局域域網網上上群群組組關關系系的的更更新新（keeprouterup-to-datewithgroupmembershipofentireLAN）但是是，，路路由由器器不不需需要要知知道道所所有有成成員員的的存存在在，，而而只只需需要要知知道道是是否否有有成成員員主主機機存存在在IGMP協議議的的工工作作原原理理一個個網網絡絡選選擇擇一一個個路路由由器器充充當當查查詢詢者者“querier””查詢詢者者周周期期性性發發送送群群組組關關系系查查詢詢報報文文IGMP（MembershipQuerymessage）到一一個個特特定定地地址址（all-systemsgroup，224.0.0.1)所有有主主機機接接收收到到該該報報文文后后，，啟啟動動一一個個隨隨機機計計時時器器（randomtimers，0~10秒)QRouters:Hosts:IGMP協議的工工作原理理(cont.)一旦有一一個主機機超時，，它就發發送一個個群組關關系應答答報文（MembershipReport）到組G其他主機機也接收收到該報報文，立立即終止止其定時時器路由器負負責監聽聽所有群群組的應應答報文文，如果果一個群群組未給給出應答答（超時時），路路由器就就終止對對該群組組報文的的轉發QGGGGRouters:Hosts:IPMulticastArchitectureHostsRoutersServicemodelHost-to-routerprotocol(IGMP)Multicastroutingprotocols9組播路由由（MulticastRouting）組播路由由的基本本目標：：在網絡絡層為傳傳送組播播數據包包而建立立組播分分配樹組播樹的的葉結點點是指包包含有群群組成員員主機的的子網(detectedbyIGMP)組播路由由是一個個比較困困難的課課題（Multicastservicemodelmakesithard）組播的匿匿名性動態加入入和退出出（Dynamicjoin/leave）簡單組播播路由技技術概覽覽基于泛播播與剪枝枝技術的的路由首先在整整個網絡絡泛播組組播數據據包然后剪除除不含成成員主機機的網絡絡分枝屬于這類類技術的的協議:DVMRP,PIM-DM基于鏈路路狀態的的組播路路由協議議一個路由由器知道道有成員員主機加加入群組組時，它它就在整整個網絡絡廣播該該群組關關系一個路由由器接收收到組播播數據時時，它就就利用Dijkstra算法計算算到目標標主機的的最短路路經，并并轉發組組播數據據協議舉例例:MOSPF基于泛播播的組播播路由過過程GGSG泛播（Flooding）GGSG剪枝（Pruning）GGSPrune(s,g)Prune(s,g)GGraft(s,g)Graft(s,g)嫁接（Grafting）GGSGGReport(g)嫁接完成成后GGSGG距離向量量組播路路由（Distance-VectorMulticastRouting）DVMRP由兩部分分組成:常規距離離向量協協議(likeRIP)組播數據據包轉發發協議DVMRP轉發組播播數據包包ifThepacketarrivedfromthelinkusedtoreachthesourceofthepacket即反向路路徑轉發發–RPF僅在子鏈鏈路上轉轉發組播播數據包包如果下游游鏈路沒沒有成員員節點，，則進行行剪枝處處理DVMRP協議的缺缺點像其他基基于距離離向量的的協議一一樣,受無窮計計數（count-to-infinity）和環路路影響（（transientlooping）伸縮性受受到類RIP協議的制制約.也引入了了新的伸伸縮性問問題（scalinglimitations）:路由器的的(S,G)狀態，使使路由器器存儲開開銷比較較大!廣播對網網絡沖擊擊比較大大.MulticastBackbone(MBone)AnoverlaynetworkofIPmulticast-capableroutersusingDVMRPTools:sdr(sessiondirectory),vic,vat,wbHost/routerMBonerouterPhysicallinkTunnelPartofMBoneRRRHRHRRHMulticastOSPF(MOSPF)MOSPF是OSPF的擴充，以便便支持組播路由器（Multicast-capablerouters）廣播鏈路狀狀態廣告（linkstateroutingadvertisements）鏈路狀態報文文中包含有組組播地址（Link-statepacketsincludemulticastgroupaddressestowhichlocalmembershavejoined）一個路由器接接到組播數據據包時就計算算（應用Dijkstra算法）到目標標節點的最短短路徑以便形形成組播樹Source1Receiver1Receiver2MOSPF:ExampleZWQTSource1Receiver1Receiver2LinkFailure/TopologyChangeZWQTXSource1Receiver1Receiver2GroupMembershipChangeZWQTReceiver3共享樹vs.源基樹源基樹（Source-basedtrees）為每一個源端端建立一個組組播樹每個路由器維維護(S,G)狀態（state）的組播路由由表Eg:DVMRP,MOSPF,PIM-DM,PIM-SM共享樹（Sharedtrees）所有成員共享享一個組播樹樹無論哪個源端端都是用同一一個組播樹傳傳輸數據路由器只需要要維護(*,G)狀態（(*,G)stateatintermediaterouters）Eg:CBT,PIM-SM源基樹（Source-basedTrees）RouterSourceReceiverSRRRRRSS共享樹（SharedTree）RPRouterSourceReceiverSSSRRRRRSharedvs.Source-BasedTreesSource-basedtreesShortestpathtrees––lowdelay,betterloaddistributionMorestateatrouters(per-sourcestate)在密集模式的的網絡環境下下比較有效（（Efficientindense-areamulticast）SharedtreesHigherdelay(boundedbyfactorof2),trafficconcentrationChoiceofcoreaffectsefficiencyPer-groupstateatrouters比較適合稀疏疏模式的網絡絡環境（Efficientforsparse-areamulticast）Core-basedRoutingProtocolsSpecify“meetingplace”aka“core”or“rendezvouspoint(RP)””SourcessendinitialpacketstocoreReceiversjoingroupatcoreRequiresmappingbetweenmulticastgroupaddressand“meetingplace”Examples:CBT,PIM-SM協議獨立組播播路由協議：：ProtocolIndependentMulticast(PIM)Supportforbothsharedandper-sourcetreesDensemode(per-sourcetree)SimilartoDVMRPSparsemode(sharedtree)Core=rendezvouspoint(RP)IndependentofunicastroutingprotocolJustusesunicastforwardingtablePIMProtocolOverviewBasicprotocolstepsRouterswithlocalmembersJointowardRendezvousPoint(RP)tojoinsharedtreeRouterswithlocalsourcesencapsulatedatainRegistermessagestoRPRouterswithlocalmembersmayinitiatedata-drivenswitchtosource-specificshortestpathtreesPIMv.2Specification(RFC2362)Source1Receiver1Receiver2PIMExample:BuildSharedTree(*,G)Receiver3(*,G)(*,G)(*,G)(*,G)(*,G)Joinmessage

towardRPSharedtreeafterR1,R2joinRPSource1Receiver1Receiver2DataEncapsulatedinRegister(*,G)Receiver3(*,G)(*,G)(*,G)(*,G)(*,G)UnicastencapsulateddatapackettoRPinRegisterRPRPde-capsulates,forwardsdownsharedtreeSource1Receiver1Receiver2RPSendJointoHighRateSourceReceiver3(S1,G)RPJoinmessage

towardS1SharedtreeSource1Receiver1Receiver2BuildSource-SpecificDistributionTreeReceiver3JoinmessagesSharedTreeRPBuildsource-specifictreeforhighdataratesource(S1,G),(*,G)(S1,G)(S1,G),(*,G)(S1,G),(*,G)Thankyou!9、靜夜四無鄰鄰，荒居舊業業貧。。1月-231月-23Thursday,January5,202310、雨中黃葉樹樹，燈下白頭頭人。。03:00:3403:00:3403:001/5/20233:00:34AM11、以以我我獨獨沈沈久久，，愧愧君君相相見見頻頻。。。。1月月-2303:00:3403:00Jan-2305-Jan-2312、故人江江海別，，幾度隔隔山川。。。03:00:3403:00:3403:00Thursday,January5,202313、乍見翻疑疑夢，相悲悲各問年。。。1月-231月-2303:00:3403:00:34January5,202314、他鄉生白白發，舊國國見青山。。。05一月月20233:00:34上上午03:00:341月-2315、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。一月233:00上上午1月-2303:00January5,202316、行動出出成果，，工作出出財富。。。2023/1/53:00:3403:00:3405January202317、做前前，能能夠環環視四四周；；做時時，你你只能能或者者最好好沿著著以腳腳為起起點的的射線線向前前。。。3:00:34上上午3:00上上午午03:00:341月-239、沒有失敗敗，只有暫暫時停止成成功！。1月-231月-23Thursday,January5,202310、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有結結果果，，但但是是不不努努力力卻卻什什么么改改變變也也沒沒有有。。。。03:00:3403:00:3403:001/5/20233:00:34AM11、成功功就是是日復復一日日那一一點點點小小小努力力的積積累。。。1月-2303:00:3403:00Jan-2305-Jan-2312、世世間間成成事事，，不不求求其其絕絕對對圓圓滿滿，，留留一一份份不不足足，，可可得得無無限限完完美美。。。。03:00:3403:00:3403:00Thursday,January5,202313、不知香積寺寺，數里入云云峰。。1月-231月-2303:00:3403:00:34January5,202314、意志堅強強的人能把把世界放在在手中像泥泥塊一樣任任意揉捏。。05一月月20233:00:34上上午03:00:341月-2315、楚塞三湘湘接，荊門門九派通。。。。一月233:00上上午1月-2303:00January5,202316、少少年年十十五五二