Курсовая работа - Групповая адресация в интернете / Data / frame / mainframe / main-5

IGMP протокол

Общие сведения

IGMP сообщение

Вступление в группу

IGMP запросы и отчеты

Детали реализации

Поле времени жизни

Группа всех хостов (All - hosts)

Общие сведения

Основная функция протокола IGMP - обмен информацией между хостом и маршрутизатором данной подсети. Механизм работы протокола позволяет хосту информировать маршрутизатор о том, что он хочет получать пакеты с групповыми адресами, направляемыми определенной группе. Кроме того, с помощью этого протокола маршрутизатор периодически опрашивает присоединенные к нему подсети, определяя при этом активность известных ему членов группы. В случае, если к подсети подключено больше одного маршрутизатора, то один из них автоматически становится доминирующим, принимая на себя ответственность за опрос членов группы.

Основываясь на информации, полученной с помощью протокола IGMP, маршрутизаторы могут определять, в какие подключенные подсети необходимо передавать групповой трафик. Маршрутизатор использует эту информацию совместно с протоколами многоадресной маршрутизации для передачи такого типа трафика через распределенную сеть или сеть Internet.

Протокол IGMP имеет несколько версий. Его первая и наиболее распространенная версия описана в документе RFC-1112. Маршрутизатор периодически рассылает сообщения Host Membership Query (HMQ) для определения хостов, расположенных в подключенных к нему подсетях, и определения их членства в группах. Адрес этих сообщений задается равным 224.0.0.1, то есть они адресуются всем хостам в подсети, а поле TTL (Time to Live) IP-пакета - задается равным единице. Это означает, что данное сообщение не будет обрабатываться другими маршрутизаторами в этой подсети. Маршрутизаторы, перед тем как передавать пакет дальше, уменьшают поле TTL на единицу, и если при этом его значение оказывается равным нулю, то сообщение удаляется из обращения.

После того как хост получает сообщение HMQ, он отправляет сообщение Host Membership Report (HMR) для каждой группы, членом которой он является. Для того чтобы этих сообщений не оказалось чересчур много, каждый активный хост выжидает некоторое время перед отправкой очередного сообщения. Если за это время хост обнаружит сообщение HMR от другого члена его группы, то останется в этом режиме еще на некоторое время. Такая схема гарантирует, что все сообщения будут доставлены в определенный интервал времени, а порождаемый ими трафик окажется оптимальным.

IGMP является частью IP уровня (т.е. сетевого уровня, в него так же входит протокол ICMP). В отличие от других протоколов, IGMP имеет сообщение фиксированного размера, без необязательных данных. На рисунке 11 показана инкапсуляция IGMP сообщения в IP датаграмму (пакет).

Рисунок 11 Инкапсуляция IGMP сообщения в IP датаграмму.

IGMP сообщение

На рисунке 12 показан формат 8-байтового IGMP сообщения.

Рисунок 12 Формат полей IGMP сообщения

Поле версии IGMP (IGMP version) установлено в 1. В поле тип IGMP (IGMP type) устанавливается  1 для запроса (HMQ), посылаемого групповым маршрутизатором, и  2 для ответа, отправляемого хостом (HMR). Поле контрольной суммы (checksum) охватывает IGMP сообщения целиком. Чтобы рассчитать контрольную сумму IGMP для исходящей датаграммы, поле контрольной суммы сначала устанавливается в 0. Затем рассчитывается 16-битная сумма с поразрядным дополнением (One's complement - поразрядное дополнение к двоичной системе.) (заголовок целиком воспринимается как последовательность 16-битных слов). 16-битное поразрядное дополнение этой суммы сохраняется в поле контрольной суммы. Когда IGMP датаграмма принимается, вычисляется 16-битная сумма с поразрядным дополнением. Так как контрольная сумма, рассчитанная приемником, содержит в себе контрольную сумму, сохраненную отправителем, контрольная сумма приемника состоит из битов равных 1, если в заголовке ничего не было изменено при передаче. Если в результате не получились все единичные биты (ошибка контрольной суммы), IGMP отбрасывает принятую датаграмму. Сообщение об ошибке не генерируется. Теперь задача верхних уровней каким-либо образом определить, что датаграмма отсутствует, и обеспечить повторную передачу.  Контрольная сумма IGMP присутствует всегда.

 Групповой адрес (group address) это IP адрес класса D.. В запросе поле группового адреса устанавливается в 0. В отчете оно содержит групповой адрес.

Более поздние реализации протокола IGMP (версии 2 и выше) значительно расширяют возможности первой версии и обратно совместимы с ней. В частности, во второй версии IGMP вводится новая процедура выбора доминирующего маршрутизатора для каждой подсети: маршрутизатор с наименьшим IP-адресом назначается доминирующим. В первой версии он определялся с помощью протоколов многоадресной маршрутизации, что могло служить причиной возникновения нештатной ситуации, так как различные протоколы многоадресной маршрутизации используют неодинаковые методы выбора. Например, несколько маршрутизаторов могли быть назначены доминирующими.

Вступление в группу

Фундаментальной концепцией для работы группы является то, что процесс (программа которая запущена операционной системой) вступает в группу с определенным интерфейсом хоста. Членство в группе динамическое - со временем процесс может как вступать, так и выходить из группы.

Естественно, процесс должен иметь возможность вступить в группу с указанным интерфейсом. Процесс также может покинуть группу, в которую он до этого вступил. Для вступления в группу и выхода из группы требуется, чтобы какой-либо API на хосте поддерживал групповую рассылку. Процесс может вступить в одну и ту же группу с разных интерфейсов.

Поэтому идентификатор хоста в группе это адрес группы и интерфейс. Хост должен помнить таблицу всех групп, к которым принадлежит хотя бы один процесс, и счетчик обращений, то есть количество процессов, принадлежащих к группе.

IGMP запросы и отчеты

IGMP сообщения используются групповыми маршрутизаторами, чтобы поддерживать членство в группах для каждой сети, физически подключенной к маршрутизатору. Существуют следующие правила.

1.                  Хост отправляет первый IGMP отчет, когда первый процесс вступает в группу. Если несколько процессов на данном хосте вступили в одну и ту же группу, отправляется только один отчет, в тот момент, когда процесс первый раз вступил в группу. Отчет посылается на тот же интерфейс, с которым процесс вступил в группу.

2.                  Хост не посылает отчет, когда процесс выходит из группы, даже когда последний процесс вышел из группы. Хост знает, что в этой группе больше нет членов, поэтому когда он получает следующий запрос (следующий шаг), он не отправляет отчет.

3.                  Групповой маршрутизатор отправляет IGMP запрос с регулярными интервалами, чтобы выяснить, принадлежат ли процессы каких-либо хостов к каким-либо группам. Маршрутизатор послает один запрос на каждый интерфейс. Групповой адрес в запросе установлен в 0, так как маршрутизатор ожидает приход одного отклика от хоста для каждой группы, к которой от хоста принадлежит один или несколько членов.

4.                  Хост отвечает на IGMP запрос посылкой одного IGMP отчета для каждой группы, которая содержит хотя бы один процесс.

С использованием этих запросов и отчетов групповой маршрутизатор поддерживает таблицу, содержащую информацию о том, на котором из его интерфейсов имеется один или несколько хостов в группе. Когда маршрутизатор получает групповую датаграмму, которую необходимо перенаправить, он перенаправляет ее (с использованием соответствующего группового адреса канального уровня) только на тот интерфейс, на котором до сих пор есть хосты, процессы которох принадлежат к этой группе.

На рисунке 13 показаны два типа IGMP сообщений, отчеты, отправленные хостом, и запросы, отправленные маршрутизатором. Маршрутизатор опрашивает каждый хост, чтобы тот идентифицировал каждую группу для данного интерфейса.

Рисунок 13 IGMP отчеты и запросы

Детали реализации

В протоколе существуют некоторые аспекты, которые улучшают его производительность. Во-первых, когда хост посылает исходный IGMP отчет (когда первый процесс вступил в группу), не существует гарантии, что этот отчет будет доставлен (так как используется средство доставки IP). Позже отправляется еще один отчет. Время, когда будет отправлен следующий отчет, выбирается хостом случайным образом, причем значение времени находится в диапазоне от 0 до 10 секунд.

Когда хост получает запрос от маршрутизатора, он не отвечает сразу же, а откладывает ответы (хост должен послать один отчет для каждой группы, которая содержит одного или несколько членов) на более позднее время. Так как несколько хостов могут отправить отчет для одной и той же группы, каждый отправляет свой отчет с задержкой, выбранной случайным образом. Также обратите внимание на то, что все хосты подключенные к одной физической сети получают все отчеты от других хостов, находящихся в той же группе, потому что адрес назначения отчета (см. рисунок 13) - это групповой адрес. А это, в свою очередь, означает, что если хост отложил момент отправки отчета, однако получил копию того же самого отчета от другого хоста, ответ может быть отменен. Это объясняется тем, что групповому маршрутизатору нет необходимости знать, сколько хостов принадлежит к группе - ему достаточно знать, что по крайней мере один хост принадлежит к группе.

На одном физическом кабеле без групповых маршрутизаторов, траффик, принадлежащий IGMP, - это отчеты, которые отправляются хостами, поддерживающими групповую адресацию IP, когда они вступают в новую группу.

Поле времени жизни

На рисунке 13.3 мы видели, что поле TTL в отчете и запросе установлено в 1. Это напоминает обычное TTL поле в IP заголовке. Групповая датаграмма с TTL исходно равным 0 не "уйдет" дальше своего хоста. По умолчанию групповые датаграммы рассылаются с TTL равным 1. Это позволяет датаграммам распространяться только в своей подсети. Значение TTL больше единицы может быть установлено групповым маршрутизатором.

Обычно, пользовательский процесс не заботится о значении исходящего TTL. Одно исключение, пожалуй, программа Traceroute, принцип работы которой основан как раз на изменении значения поля TTL. Однако, приложения, которые работают с групповой адресацией, должны иметь возможность установить исходящее поле TTL. Это означает, что программный интерфейс должен предоставлять эту возможность пользовательским процессам.

 Путем увеличения TTL приложение может осуществить расширенный поиск (expanding ring search) конкретного сервера. В этом случае первая групповая датаграмма посылается с TTL равным 1, если ответ не получен, посылается датаграмма с TTL равным 2, затем 3 и так далее. В этом случае приложение определяет положение ближайшего сервера в количествах пересылок.

Специальный диапазон адресов 224.0.0.0 - 224.0.0.255 отводится для приложений, которые не будут рассылать групповые запросы дальше чем на одну пересылку. Групповые маршрутизаторы не должны перенаправлять датаграммы с такими адресами назначения, вне зависимости от TTL.

Группа всех хостов (All-hosts)

На рисунке 13 мы видели, что IGMP запрос от маршрутизатора отправляется на IP адрес назначения 224.0.0.1. Этот адрес называется адресом группы всех хостов (all-hosts). Он имеет отношение ко всем хостам и маршрутизаторам подключенным к физической сети и поддерживающим групповую адресацию. Каждый хост автоматически вступает в эту группу со всеми интерфейсами, которые поддерживают групповую адресацию, при инициализации интерфейса. О членстве в этой группе никогда не сообщается (рассылкой отчетов).

В начало