9.8. Многоадресное (групповое) вещание и протокол igmp

Групповое вещание (multicast) требует некоторых расширений в протоколах узлов, они описаны в RFC 1112. Там же описан и простой протокол IGMP (Internet Group Management Protocol - протокол управления группами). Поддержка группового вещания узлами может быть реализована на трех уровнях:

• 0 - не поддерживается.

• 1 - поддерживается передача групповых сообщений (необходимые дополнительные средства минимальны).

• 2 - поддерживается передача и прием.

Каждый из адресов диапазона класса D (224.0.0.0-239.0.0.0) представляет идентификатор вещательной группы. Группы делятся на постоянные (permanent) и временные (transient). Адреса постоянных групп назначаются административно. Для временных групп адреса выделяются динамически из незанятых постоянными. Адрес 224.0.0.0 использовать запрещается. Адрес 224.0.0.1 (all-hosts address) используется как общий адрес для всех абонентов группового вещания, непосредственно подключенных к конкретной (под)сети. Адрес 224.0.0.2 (all routers) используется для обращения ко всем маршрутизаторам IGMP. Эти два адреса служат для распространения информации по протоколу IGMP. Нет способа задать групповой адрес сразу всех узлов глобальной сети. Группы получателей формируются динамически, узел может быть членом нескольких групп.

Трафик вещающего узла передается всем членам группы без гарантии доставки, но с "максимальным старанием". Передача группового трафика в сетях Ethernet использует присущий им механизм многоадресной передачи. При этом младшие 23 бита идентификатора многоадресной IP-группы помещаются в 23 младших бита группового адреса Ethernet 01-00-5E-00-00-00. Поскольку IP-идентификатор имеет разрядность 28 бит (4 бита занимает признак класса D), возможно, что в одну группу Ethernet будут попадать сообщения нескольких (до 32) IP-групп. Это дает дополнительную нагрузку на нижний протокольный уровень узла, поскольку ему придется фильтровать приходящие пакеты.

Распространение межсетевого группового трафика управляется протоколом IGMP. Все сообщения этого протокола передаются по адресам 224.0.0.1 и 224.0.0.2, поле TTL=1, так что сообщение не выходит за пределы, доступные непосредственно по локальному интерфейсу. Узел, желающий вступить в группу, передает сообщение Host Membership Report, в котором указывается идентификатор группы. Для верности это сообщение он повторяет 1-2 раза (подтверждений в IGMP не предусматривается). Маршрутизатор, поддерживающий IGMP, принимает это сообщение и заносит идентификатор в свою таблицу с привязкой к порту, от которого получено сообщение. Маршрутизатор периодически посылает запросы Host Membership Query, на которые отвечают узлы, считающие себя членами какой-либо группы. Если на пару опросов для определенной группы никто не отозвался, маршрутизатор исключает эту группу из своей таблицы. Для сокращения избыточного служебного трафика узлы отвечают не сразу, а через случайный интервал времени. Если за время этой задержки узел, собравшийся ответить, услышал такой же ответ от другого узла, он свой ответ аннулирует. О выходе из группы узел явно не сообщает, он просто перестает отвечать на опросы. Протокол IGMP используется и для обмена информацией об используемых группах между маршрутизаторами, поддерживающими групповую пересылку. Маршрутизаторы организуют пересылку пакетов группового вещания между портами, для которых в таблицы занесены соответствующие идентификаторы. Конечно же, распространение этого трафика контролируется и средствами сетевого администрирования.

Групповое вещание позволяет экономить трафик при количестве получателей более одного: рассылка одной и той же информации нескольким получателям обычными двухточечными средствами приводила бы к росту трафика пропорционально количеству приемников. Групповое вещание позволяет организовать аудио- и видеовещание по сети передачи данных. Вышеописанные средства не страхуют от ошибочной доставки пакетов, эта страховка достигается протокольными средствами (идентификации, аутентификации, шифрования) высших протокольных уровней. Механизм динамического назначения идентификаторов групп в RFC 1112 не оговаривается, предполагается, что он должен выполняться высокоуровневыми протоколами.

После RFC 1112 появилась новая версия IGMP V.2, обратно совместимая с исходной. В версии 2 введены следующие изменения:

• Определен выбор маршрутизатора-опросчика IGMP - для каждой локальной сети им будет маршрутизатор с наименьшим IP-адресом.

• Определен новый тип сообщения - Group-Specific Query, в котором указывается список групп, принадлежность к которым интересует маршрутизатор в данный момент.

• Определено новое сообщение Leave Group, которым хост явно указывает на намерение выйти из группы (групп). Сообщение посылается по специальному адресу 224.0.0.2 (all routers).

Эти меры нацелены на экономию полосы пропускания - сокращение лишнего группового трафика.

Версия 3 предполагает возможность выбора источников, данные от которых интересуют групповых получателей. До сих пор, как только узлы заявляли о вхождении в какую-либо группу, маршрутизаторы доставляли им пакеты от всех источников (их может быть множество) данной группы. Теперь сообщением Inclusion Group-Source Report хост заказывает трафик интересующих источников, а сообщением Exclusion Group-Source Report отказывается от его получения. Таким образом сеть освобождается от ненужного трафика.

Для передачи группового трафика требуется сеть маршрутизаторов (и коммутаторов), поддерживающих протоколы IGMP. Поскольку в глобальной сети на это способны далеко не все маршрутизаторы, применяют туннелирование. Пакеты с групповыми адресами инкапсулируются в обычные одноадресные пакеты (IP-Over-IP) и в таком виде пересылаются между шлюзами. Туннели, по которым проходят инкапсулированные пакеты, соединяют шлюзы, расположенные в "островках" сети, на которых имеется полная поддержка группового вещания. В шлюзе на конце туннеля многоадресные пакеты извлекаются из одноадресных и далее рассылаются в пределах "островка" вышеописанным способом. Построение магистральной сети распространения группового трафика Multicast Backbone (MBONE), являющееся нетривиальной задачей, в рамках данной книги рассматриваться не будет. Отметим лишь, что для передачи этого трафика используются протоколы DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol), MOSPF (Multicast OSPF) или PIM (Protocol-Independent Multicast).