41. Технологии ip multicast для iPv4: взаимодействие с unicast-маршрутизацией, igmp, pim, rp.

Из шпоргалки [2] п. 40 (см. ссылку - реальное голосовое общение)

См.также из Семёнова [4] – 4.4.9.0 Протокол IGMP и передача мультимедиа по Интернет.doc 4.4.9.5 Протокол PIM.doc, 4.4.9.2 Протокол реального времени RTP.doc

IGMP

Передача мультимедийных данных по сетям Интернет является одним из наиболее важных направлений. Этот вид информации передается обычно в режиме без установления соединения (протокол UDP-RTP). Наиболее типичной схемой в этом случае является наличие одного передатчика и большого числа приемников. Эта схема реализуется с использованием мультикастинг-адресации. Мультикастинг-адресация может осуществляться на IP- и MAC-уровнях. В Ethernet для этих целей зарезервирован блок адресов в диапазоне от 01:00:5E:00:00:00 до 01:00:5E:7F:FF:FF. Первый байт адреса, равный 01, указывает на то, что адрес является мультикастным. Данная схема резервирования адресного пространства позволяет использовать 23 бита Ethernet-адреса для идентификации группы рассылки при IP-мультикастинге (см. рис. 4.4.9.1.).

Рис. 4.4.9.1. Соотношение мультикастинговых MAC- и IP-адресов

Область из 5 бит в IP-адресе, отмеченная *****, не используется при формировании Ethernet-адреса. Так как соотношение IP и MAC-адресов не является однозначным, драйверы должны обеспечивать обработку адресов с тем, чтобы интерфейсы получали только те кадры, которые действительно им предназначены. Для того чтобы информировать маршрутизатор о наличии участников мультикастинг-обмена в субсети, связанной с тем или иным интерфейсом, используется протокол IGMP.

Протокол IGMP (internet group management protocol, RFC-1112) используется для видеоконференций, передачи звуковых сообщений, а также группового исполнения команд различными ЭВМ. Этот протокол использует групповую адресацию (мультикастинг).

Групповая форма адресации нужна тогда, когда какое-то сообщение или последовательность сообщений необходимо послать нескольким (но не всем) адресатам одновременно. При этой форме адресации ЭВМ имеет возможность выбрать, хочет ли она участвовать в этой процедуре. Когда группа ЭВМ хочет взаимодействовать друг с другом, используется один групповой (мультикастинг) адрес. Групповая адресация может рассматриваться как обобщение обычной системы адресов, а традиционный IP-адрес - частный случай группового обращения при числе ЭВМ, равном 1.

При групповой адресации один и тот же пакет может быть доставлен заданной группе ЭВМ. Членство в этой группе может динамично меняться со временем. Любая ЭВМ может войти в группу и выйти из группы в любое время по своей инициативе. В то же время ЭВМ может быть членом большого числа таких групп. ЭВМ может посылать пакеты членам группы, не являясь им сама. Каждая группа имеет свой адрес класса D (рис. 4.4.9.2, см. также рис. 4.4.9.1).

Рис. 4.4.9.2. Формат группового адреса

Для того чтобы участвовать в коллективных обменах в локальной сети ЭВМ должна быть снабжена программой, которая поддерживает этот режим. При этом сервер локальной сети (gateway) информируется о намерении использовать мультикастинг. Сервер передает эту информацию другим внешним серверам IP-сети. Следует иметь в виду, что мультикастинг также как и широковещательный режим, заметно загружает сеть. IGMP для передачи своих сообщений использует IP-дейтограммы (IGMP-пакеты инкапсулируются в них). Для подключения к группе сначала посылается IGMP-сообщение "всем ЭВМ" о включении в группу, при этом локальный мультикаст-сервер подготавливает маршрут. Локальный мультикаст-сервер время от времени проверяет ЭВМ и определяет, не покинули ли они группу (ЭВМ не подтверждает свое членство в группе). Все обмены между ЭВМ и мультикаст-сервером производятся в режиме ip-мультикастинга, те есть, любое сообщение адресуется всем ЭВМ группы. ЭВМ, не принадлежащая группе, IGMP-сообщений не получает, что сокращает загрузку сети.

4.4.9.1 Мультикастинг и MBONE.doc

MBONE - это виртуальная сеть, базирующаяся на мультикастинг-протоколах. Данный режим работы поддерживается не всеми маршрутизаторами. Сеть представляет собой систему Ethernet-сетей, объединенных друг с другом соединениями точка-точка, которые называются "туннелями". Конечными точками таких туннелей обычно являются машины класса рабочих станций, снабженные соответствующим программным обеспечением.

IP-мультикастинг-пакеты инкапсулируются при передаче через туннели так, что они выглядят как обычные IP-уникаст-пакеты.

Мультикастинг-маршрутизатор при посылке пакета через туннель подготавливает IP-пакет с заголовком, который содержит адрес маршрутизатора-партнера на другом конце туннеля, при этом поле IP-протокола содержит код 4 (IP). Маршрутизатор-приемник извлекает вложенный мультикастинг-пакет и направляет далее, если это требуется.

Протокол PIM и узел RP 4.4.9.5 Протокол PIM.doc

Протокол PIM (Protocol Independent Multicast) призван решить проблемы маршрутизации для произвольного числа и расположения членов группы и для произвольного числа отправителей информации.

Главным преимуществом данного протокола является эффективная поддержка работы "рассеянных" мультикастинг-групп.

PIM базируется на традиционных маршрутных протоколах, конкретно не связан ни с каким из них, им используются сформированные этими протоколами маршрутные таблицы. Существует два режима работы протокола –

DM (для компактных групп)

и SM (Protocol Independent Multicast-Sparse Mode (PIM-SM)).

В режиме SM маршрутизаторы, имеющие членов мультикастинг-группы, посылают сообщения о присоединении к дереву рассылки в узлы, которые называются точками встречи (RP). Отправители используют RP для объявления о своем существовании, а получатели, чтобы узнать о новых отправителях. В качестве RP может использоваться любой маршрутизатор, поддерживающий протокол PIM.

Когда какой-то клиент хочет подключиться к некоторой группе, ближайший к нему маршрутизатор посылает специальное сообщение о включении в группу (PIM-joint) узлу, объявленному для данной группы точкой встречи (RP). Число RP в сети может быть произвольным. Узел RP пересылает сообщение о включении узлу-отправителю (или отправителям). Если маршрутизатор не имеет информации о RP, включается схема, работающая для компактных групп. При обработке сообщения о включении в группу промежуточные маршрутизаторы формируют часть дерева мультикастинг-маршрутов между RP и получателем. При отправке мультикастинг-пакета соответствующий маршрутизатор посылает узлу RP регистрационное сообщение (PIM-register), куда вкладывается информационный пакет. Если используется несколько RP, отправитель должен посылать пакеты всем RP. Получатель же должен быть подключен лишь к одному из RP. В случае, когда сообщение о включении достигнет отправителя раньше, чем RP, подключение осуществляется, минуя RP. Если необходимо оптимизировать дерево доставки пакетов, маршрутизаторы-получатели должны послать сообщение о включении самому отправителю. После этого дерево соединений видоизменяется, некоторыми узлами, если требуется, посылается сообщение об отключении.

Рис. 4.4.9.5.1. Иллюстрация реализации протокола мультикастинг маршрутизации PIM

Получатель посылает PIM-joint пакет в RP, устанавливая канал от RP до получателя. Из рисунка видно, что исходный маршрут d-c-b-a длиннее оптимального d-b-a. Последний может быть реализован после посылки PIM-joint команды от a к d.

Следует заметить, что большинство протоколов для маршрутизации мультимедийной информации формируют маршрут не от отправителя к получателю, а в обратном направлении. Это имеет под собой веские причины. Дерево рассылки должно быть построено так, чтобы поток отправителя как можно дольше и меньше разветвлялся. Желательно, чтобы разветвления происходили как можно ближе к получателю. Это соображение проиллюстрировано на рис. 4.4.9.5.2. На рисунке условно, в виде сетки маршрутизаторов (желтые кружочки) показан фрагмент сети Интернет. Зеленым прямоугольником отмечен передатчик, а голубыми кружочками приемники - члены группы. Маршруты от передатчика к приемникам можно проложить индивидуально (выделены зеленым цветом), а можно и "коллективно" (синий цвет). От передатчика до маршрутизатора отмеченного красным цветом следует один поток для всех приемников. Такое решение приводит к минимизации сетевой загрузки, ведь всем приемникам посылаются одни и те же пакеты. Чем позже их пути разойдутся, тем лучше. Именно этот алгоритм и реализует протокол PIM. Точки разветвления потоков на рис. 4.4.9.5.2 отмечены крестами (RP).

Рис. 4.4.9.5.2.