Курсовая работа - Групповая адресация в интернете / Data / frame / mainframe / main-2

Г

Групповая адресация

Основы групповой адресации

Параметры

Групповой адрес

Основы групповой адресации

Протокол IP поддерживает три способа адресации своих пакетов: единичную (unicast), широковещательную (broadcast) и групповую (multicast).

При единичной адресации приложения, рассылая пакет группе хостов в сети, отправляют отдельную копию пакета каждому члену группы. Реализация этого подхода не представляет затруднений, однако если группа состоит из большого количества хостов, имеющейся пропускной способности может оказаться недостаточно, так как один и тот же пакет передается многократно.

При широковещательной адресации приложения посылают один пакет, причем он доставляется всем хостам в сети. Этот подход еще более прост для реализации, но если в этом случае широковещательный трафик не ограничен пределами локальной сети, например с помощью маршрутизаторов, то тогда глобальная сеть должна будет иметь значительную пропускную способность. Если информация предназначается только небольшой группе хостов, то такой подход представляется нерациональным.

При групповой адресации приложения посылают всего один пакет, причем он будет доставлен только группе хостов, заинтересованных в его получении. При этом (что очень важно при работе в распределенных сетях) не генерируется избыточный трафик при передаче одной и той же информации группе хостов. На Рисунке 1 приведены примеры использования единичной, широковещательной и групповой адресации при доставке пакета.

Рисунок 1 Примеры единичной, широковещательной и групповой адресации.

Параметры

Для поддержки Multicast на сетевом уровне необходимо определить несколько параметров:

Адресация – Необходимо иметь адрес сетевого уровня, отвечающий за соединения между серверами и группами рассылки, причем группы рассылки могут состоять как из одного, так и из большого числа пользователей. Кроме того, необходимо обеспечить механизм установления соответствия между этим адресом и адресами уровня 2, которые используются при работе Multicast на канальном уровне. >

Динамическая регистрация – Необходимо обеспечить механизм регистрации компьютера, подключенного к сети, в определенных группах рассылки. Без такого механизма невозможно определить, по каким именно подсетям необходимо передавать трафик для каждой группы рассылки. >

Маршрутизация Multicast – Сеть должна обеспечивать построение деревьев распределения пакетов, которые позволят источникам рассылки отправлять пакеты всем узлам-приемникам. Основной задачей деревьев распределения пакетов является обеспечение нахождения каждого пакета в определенной подсети только один раз (например, если внутри офисной сети имеется несколько получателей пакетов Multicast, то на всю офисную сеть должна приходить только одна копия каждого пакета). >

Организация IETF (Internet Engineering Task Force) разработала ряд стандартов, соответствующих пунктам, перечисленным в предыдущем разделе.

Адресация – Адресное пространство IP разделяется на четыре части: Class A, Class B, Class C и Class D. Для трафика Unicast отводятся Class А, В и С. Class D резервируется для трафика Multicast. Адреса из диапазона Class D распределяются динамически. >

Динамическая регистрация – Документ RFC-1112 определяет протокол IGMP (Internet Group Management Protocol), который обеспечивает возможность конечного узла сети информировать всю сеть о подключении этого узла к определенной группе рассылки. >

Маршрутизация Multicast – Для обеспечения маршрутизации Multicast был разработан целый ряд стандартов: >

RFC-1075, определяющий протокол DVMPR (Distance Vector Multicast Routing Protocol)

> RFC-1584, определяющий протокол MOSPF (Multicast OSPF) – расширение протокола OSPF (Open Shortest Path First), поддерживающее IP Multicast

Два предварительных описания стандартов, представленных Cisco Systems, определяющих протокол PIM (Protocol Independent Multicast) – протокол, который может использоваться совместно с любым стандартным протоколом маршрутизации IP Unicast.

Групповой адрес

Основным различием между пакетами с групповым и единичным адресом является содержимое поля "адрес получателя". В заголовке IP-пакета вместо IP-адресов классов A, B, C содержится адрес класса D, т. е. групповой адрес.

Групповой адрес присваивается некоторому множеству хостов-получателей, иными словами, группе. Хост-отправитель записывает данный групповой адрес как адрес получателя в заголовок IP-пакета. В соответствии с этим адресом пакет будет доставлен всем членам группы. Первые четыре бита адреса класса D равны '1110'. Остальную часть адреса занимает идентификатор группы, состоящий из 28 бит (Рисунок 2).

Рисунок 2 Формат адреса класса D

ЭВМ может участвовать в мультикастинг-процессе на одном из следующих уровней:

Таблица 1 - Коды групповых процессов

Уровень мультикастинг-процесса

Описание

0

ЭВМ не может ни посылать, ни принимать данные

1

ЭВМ может только посылать пакеты в процессе IP-мултикастинга

2

ЭВМ в режиме мультикастинга может передавать и принимать пакеты

В точечно-десятичной записи групповой адрес задается в диапазоне IP-адресов от 224.0.0.0 до 239.255.255.255. На Рисунке 3 показана схема разделения адресного пространства для адресов класса D.

Рисунок 3 Карта адрессов класса D

Как видно из рисунка, первые 256 адресов являются зарезервированными. В частности, этот диапазон отведен протоколам маршрутизации и другим низкоуровневым протоколам. В Таблице 2 приведены наиболее известные IP-адреса класса D, зарезервированные для специальных целей.

Таблица 2 - Общеизвестные зарезервированные адреса класса D

Мультикастинг адрес

Описание

224.0.0.0

Зарезервировано

224.0.0.1

Все системы данной субсети

224.0.0.2

Все маршрутизаторы данной субсети

224.0.0.4

Все DVMRP-маршрутизаторы

224.0.0.5-224.0.0.6

OSPFIGP (MOSPF)

224.0.0.9

Маршрутизаторы RIP2

224.0.0.10

IGRP маршрутизаторы

224.0.1.0

VMTP-группа менеджеров

224.0.1.1

NTP-network time protocol - сетевая службы времени

224.0.1.6

NSS - сервер имен

224.0.1.7

Audionews - audio news multicast (аудио служба новостей)

224.0.1.9

MTP (multicast transport protocol) - транспортный протокол мультикастинга

224.0.1.10

IETF-1-low-audio

224.0.1.11

IETF-1-audio

224.0.1.12

IETF-1-video

224.1.0.0-224.1.255.255

ST мультикастинг-группы

224.2.0.0-224.2.255.255

Вызовы при мультимедиа- конференциях

232.0.0.0-232.255.255.255

VMTP переходные группы

Выше этого диапазона находится большая группа адресов, выделенных для приложений, работающих в сети Internet. Самый верхний диапазон адресов (примерно 16 миллионов) может использоваться для локально-административных целей и для приложений, которые не ориентированы на работу в Internet. Централизованным управлением и регистрацией групповых адресов класса D занимается специальная организация IANA (Internet Assigned Numbers Authority).

Групповая адресация может быть реализована на двух уровнях модели OSI - канальном (Data-Link Layer) и сетевом (Network Layer). Протоколы передачи канального уровня, например такие, как Ethernet и FDDI, могут поддерживать единичную, широковещательную и групповую адресацию. Групповая адресация на канальном уровне позволяет получить дополнительные преимущества при доставке IP-пакетов с групповыми адресами, в случае если она поддерживается сетевой платой на аппаратном уровне.

IANA владеет блоком Ethernet адресов, которые в шестнадцатиричном представлении выглядят как 00:00:5e. Это старшие 24 бита Ethernet адреса, означающие, что блок включает адреса в диапазоне от 00:00:5e:00:00:00 до 00:00:5e:ff:ff:ff. IANA отвела половину этого блока для групповых адресов. Установлено правило, что первый байт Ethernet адреса равный 01 указывает на групповой адрес. Это означает, что Ethernet адреса, соответствующие групповым адресам IP, должны находиться в диапазоне от 01:00:5e:00:00:00 до 01:00:5e:7f:ff:ff.

 Подобное расположение позволяет 23 битам в Ethernet адресе соответствовать идентификатору группы IP. В процессе преобразования адресов 23 младших бита идентификатора группы помещаются в 23 бита Ethernet адреса. (См. рисунок 12.3.)

Старшие 5 бит в идентификаторе группы игнорируются, так как они не уникальны. Каждому Ethernet адресу соответствует 32 различных идентификатора группы. Например, групповой адрес 224.128.64.32 (в шестнадцатиричном представлении e0.80.40.20) и 224.0.64.32 (в шестнадцатиричном представлении e0.00.40.20) оба будут трансформированы в Ethernet адрес 01:00:5e:00:40:20.

Так как подобное сопоставление не уникально, предполагается, что драйвер устройства или IP модуль должен осуществить фильтрацию, так как сетевая плата может получить групповой фрейм, который хосту не предназначен. Если сетевая плата не осуществляет адекватную фильтрацию групповых фреймов, драйвер устройства, вполне возможно, должен будет получать все групповые фреймы и сам осуществлять фильтрацию.

Рисунок 4 Соответствие между IP адресами класса D и групповыми адресами Ethernet

  Существует два варианта реализации групповой адресации в сетевых платах, использующиеся в локальных сетях. Одни осуществляют групповую фильтрацию, основанную на значении аппаратного группового адреса, что означает, что некоторые нежелательные фреймы могут пройти. В другом случае имеется небольшое фиксированное количество групповых адресов, принимаемых платой, при этом, если хосту необходимо принять больше групповых адресов, чем поддерживается, интерфейс должен быть помещен в режим "разных групп" (multicast promiscuous). Однако, оба типа интерфейсов все еще требуют, чтобы драйвер устройства осуществлял проверку на предмет того, необходимо ли дальше обрабатывать принятый фрейм. Даже если интерфейс осуществляет идеальную групповую фильтрацию (основанную на 48-битном аппаратном адресе) фильтрация все еще необходима, так как сопоставление IP адресов класса D и 48-битных аппаратных адресов осуществляется не один к одному. Однако, если абстрагироваться от несовершенства преобразования адресов и аппаратной фильтрации, групповая адресация все же лучше, чем широковещательная.

Если отправитель и получатель являются членами одной физической сети, процесс передачи и приема групповых кадров на канальном уровне данных достаточно прост. Отправитель указывает IP-адрес группы получателей, а сетевая плата выполняет процедуру трансляции этого адреса в соответствующий групповой Ethernet-адрес и посылает кадр. Если отправитель и получатель находятся в разных подсетях, которые, однако, связаны маршрутизаторами, то доставка пакетов затруднена. В этом случае маршрутизаторы должны поддерживать один из групповых протоколов маршрутизации (DVMRP, MOSPF, PIM). Этот протокол построит дерево доставки и передаст групповой трафик. Кроме того, каждый маршрутизатор должен поддерживать протокол управления группой (IGMP) для определения наличия членов группы в непосредственно подключенных подсетях (Рисунок 5).

Рисунок 5 Протоколы для маршрутизации группового трафика.

Основная идея групповой маршрутизации состоит в том, что маршрутизаторы, обмениваясь друг с другом информацией, строят пути распространения пакетов ко всем необходимым подсетям без дублирования и петель. Каждый из маршрутизаторов передает принимаемый пакет на один или несколько других маршрутизаторов, избегая тем самым повторной передачи одного и того же пакета по одному каналу и доставляя его всем получателям группы. Поскольку состав группы со временем может меняться, вновь появившиеся и выбывшие члены группы динамически учитываются в построении путей маршрутизации.

В начало