Автор работы: Пользователь скрыл имя, 08 Июня 2014 в 15:22, дипломная работа
Основной целью группового вещания является создание эффективного механизма передачи данных по схеме "один-ко-многим" и "многие-ко-многим". Традиционные механизмы стека TCP/IP доставки пакетов мало пригодны для поддержки группового вещания. Например, использование уникальных адресов (unicast) приводит к необходимости установления многочисленных двухточечных соединений между отправителем и каждым из получателей. Другим способом передачи данных является широковещательная передача, когда станция направляет пакеты, используя широковещательные адреса (broadcast). Пакеты с такими адресами передаются всем конечным узлам указанной сети независимо от того, нужны ли они каждому из них. Во многих ситуациях такой способ передачи также оказывается неэффективным вследствие своей избыточности, которая ведет к чрезмерному росту трафика, особенно в крупных сетях.
Министерство образования Российской Федерации
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра теоретических основ радиотехники (ТОР)
УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой (ТОР)
__________Пуговкин А.В.
"__" ____________2002г.
Групповое вещание в IP-сетях
Пояснительная записка к дипломной работе
РТФ ДР. 433561.001 ПЗ
СОГЛАСОВАНО
Консультант по экономической части ассистент ____________ И.А. Глотова
|
Студент гр. 167 ___________Е.А. Белянкин
"__"_________2002 г. |
Консультант по вопросам охраны труда начальник ОТ и ТБ ___________Л.И. Кодолова "__"________2002 г. |
Руководитель дипломной работы генеральный директор ООО ГПС «Версия» ____________К.И. Борисов. "__"________2002 г. |
2002
Дипломная работа — 122 страницы, рисунков — 13, таблиц — 11, чертежей — 0, демонстрационных плакатов — 4.
Протокол управления группами IGMP, алгоритмы перенаправления данных, Multicast, протоколы групповой маршрутизации, служба QoS, алгоритмы управления очередями, профилирование и формирование трафика, RSVP, ведро токенов, DiffServ, Cisco IP/TV, RealSystem, Windows Media, вещание, маршрутизатор, сеть.
В дипломной работе рассмотрены принципы и протоколы вещания Multicast, Механизмы и протоколы обеспечивающие качество обслуживания. Описано проведение экспериментального вещания.
Основной целью группового вещания является создание эффективного механизма передачи данных по схеме "один-ко-многим" и "многие-ко-многим". Традиционные механизмы стека TCP/IP доставки пакетов мало пригодны для поддержки группового вещания. Например, использование уникальных адресов (unicast) приводит к необходимости установления многочисленных двухточечных соединений между отправителем и каждым из получателей. Другим способом передачи данных является широковещательная передача, когда станция направляет пакеты, используя широковещательные адреса (broadcast). Пакеты с такими адресами передаются всем конечным узлам указанной сети независимо от того, нужны ли они каждому из них. Во многих ситуациях такой способ передачи также оказывается неэффективным вследствие своей избыточности, которая ведет к чрезмерному росту трафика, особенно в крупных сетях.
В случае использования групповых адресов отправитель передает сообщение только один раз, затем оно тиражируется и доставляется только тем узлам, которые являются членами соответствующей группы. Такой режим экономит пропускную способность за счет передачи только того трафика, который необходим. Например, добавление новых пользователей не влечет за собой необходимое увеличение пропускной способности сети, значительно сокращается нагрузка на вещающий сервер, который больше не должен поддерживать множество двухсторонних соединений. Для задания номеров группы используются IP-адреса типа multicast.
Технология группового вещания (IP multicast) впервые была введена в докторской диссертации Стива Диринга (Steve Deering) в 1988 году и впервые протестирована в широком масштабе во время "аудиокаста" в 1992 году на собрании IETF в Сан-Диего. Концепция, предложенная Дирингом, описывает, каким образом конечные системы посылают и принимают групповые пакеты. Эта концепция включает как необходимые, так и некоторые косвенные требования.
Источник может посылать пакеты UDP/IP в любое время без необходимости регистрировать или планировать передачи. Так как это пакеты UDP, то в данном случае реализуется сервис "с максимальными усилиями".
■ Открытые группы. Отправители знают только групповой адрес. Они не должны знать членов группы и им не обязательно быть членами той группы, которой они посылают данные. Группа может иметь любое число источников данных и быть образована узлами, принадлежащими к разным IP-сетям и подсетям.
■ Динамические группы. Узлы могут присоединяться или покидать группы без необходимости регистрации, синхронизации или переговоров с каким-либо централизованным элементом группового управления.
Концепция группового вещания Диринга представляет собой спецификацию для конечного узла и не обсуждает требований к групповой маршрутизации. Она также не определяет механизмов обеспечения качества обслуживания, безопасности или назначения адресов.
На основе описанной концепции для стека TCP/IP был разработан ряд протоколов, с помощью которых можно с различной степенью эффективности организовать групповое вещание. Эти протоколы делятся на две категории. В первую входит один протокол — протокол IGMP (Internet Group Management Protocol), с помощью которого маршрутизатор узнает о принадлежности хостов в непосредственно подключенных к нему подсетях к той или иной группе. Протокол IGMP работает в тесном взаимодействии с протоколами второй категории — протоколами групповой маршрутизации. Протоколы групповой маршрутизации опираются на разные подходы, но все они в конечном итоге сводятся к построению графа, связывающего все хосты в определенной группе, причем между двумя хостами существует только один путь. Такой граф называют покрывающим деревом (Spanning Tree). Протоколы групповой маршрутизации осуществляют постоянный мониторинг покрывающего дерева и время от времени отсекают те его ветви, которые из-за изменения состояния сети уже не ведут к членам той или иной группы.
Ниже приведены наиболее распространенные протоколы групповой маршрутизации:
Концепция группового вещания в IP и связанные с ней протоколы требуют хранения и обработки значительных объемов данных о состояниях источников и получателей информации, что приводит к сложностям в работе маршрутизаторов. Информация о состоянии включает уникальные адреса активных в текущий момент источников, а также данные о наличии в подсетях, связанных с этим маршрутизатором, активных получателей от этих источников. Такое требование входит в противоречие с принципами построения Internet в целом, предполагающими, что маршрутизаторы ничего не знают о состоянии конечных узлов сети.
В сети с групповой адресацией должны присутствовать четыре составляющих: сетевая карта узла с возможностью групповой адресации, программное обеспечение, использующее TCP/IP с возможностью групповой адресации, сетевая инфраструктура (маршрутизаторы, коммутаторы и т.п.) с возможностью групповой адресации и приложения, предусматривающие использование групповой адресации.
Групповая адресация на базе IP - это не автономное приложением. Она применяется на той же самой рабочей станции, которая служит нам сегодня для доступа к приложениям, использующим протокол IP и/или Internet. Групповая адресация мирно сосуществует с IP-приложениями.
Групповая IP-адресация обычно не функционирует в одиночку; существуют другие протоколы, которые работают вместе с ней для реализации передачи VVD (голос, видео, данные) поверх протокола IP. Примеры таких протоколов: протоколы реального времени (RTP) и управления в реальном времени (RТСР), потоков данных реального времени (RTSP) и резервирования ресурсов (RSVP). То же самое можно сказать и об IP. В сети, использующей TCP/IP, существует множество компонентов, и IP - просто один из них. Он обеспечивает доставку датаграмм. Групповая IP-адресация - это также один из многих компонентов.
Технология IP-Multicast использует адреса с 224.0.0.0 до 239.0.0.0. Этот диапазон адресов относится к классу D. Класс D – это специальные адреса, известные как адреса групповой рассылки. Адреса такого типа присваиваются группе сетевых станций и не предназначены для использования в качестве индивидуальных. Они применяются для рассылки датаграмм группам, но не всем узлам сети. У групповой рассылки есть множество применений, включая использование при адресации сообщений, обновляющих маршрутную информацию, а также доставку данных, видео и звука поверх протокола IP. Использование группового адреса - это более эффективный способ широковещательной рассылки, нежели использование широковещательного адреса. В этом случае не происходит прерывания работы программного обеспечения по прибытии каждого широковещательного пакета. Групповая рассылка отличается от широковещательной. При последней каждая станция, которая получает пакет, автоматически передает его программному обеспечению верхнего уровня независимо от адреса. Станция, получившая широковещательный пакет, должна обработать его.
При использовании группового адреса каждая отдельная IP-станция должна решить, принять ли ей данные от конкретного IP-адреса групповой рассылки перед тем, как прервать работу программного обеспечения транспортного уровня. В каждой сетевой карте (NIC) зарегистрирован адрес групповой рассылки уровня MAC. Он является обычным персональным адресом. Таким образом, сетевой адаптер может отбрасывать пакет, не прерывая работы программного обеспечения верхнего уровня. Сетевая карта уже запрограммирована на прием широковещательного пакета. Это пакет с адресом FF-FF-FF-FF-FF-FF.
Существует RFC 1700, в котором полностью описывается отображение адресов класса D на МАС-адреса, а также указываются присвоенные групповые адреса и зарегистрированные групповые адреса.
Базовый адрес, 224.0.0.0, зарезервирован и не может быть присвоен никакой группе, кроме того, зарезервирован диапазон 224.0.0.1 – 224.0.0.255 для протоколов маршрутизации, определения топологии и управления. Ни одному маршрутизатору, получившему датаграмму с адресом из этого диапазона, не позволено перенаправлять ее. Он должен либо принять ее, либо отбросить.
224.0.0.0 - базовый адрес [RFC1112]
224.0.0.1 - все системы данной подсети [RFC1112]
224.0.0.2 - все маршрутизаторы данной подсети
224.0.0.3 - не присвоен
224.0.0.4 - DVMRP (маршрутизаторы) [RFC1075]
224.0.0.5 - OSPFIGP (все маршрутизаторы OSPFIGP) [RFC1583]
224.0.0.6 - OSPFIGP (ответственные маршрутизаторы OSPFIGP)
224.0.0.7 - ST-маршрутизаторы [RFC1190]
224.0.0.8 - ST-узлы [RFC1190]
224.0.0.9 - маршрутизаторы RIP2 [RFC1723]
224.0.0.10 - маршрутизаторы IGMP [Cisco]
224.0.0.11 - мобильные агенты
224.0.0.12 - сервер DHCP/служба ретрансляции [RFC1884]
224.0.0.13 - 224.0.0.255 не присвоены
Для сетевых карт не имеет значения адресация третьего уровня. Они получают и передают данные посредством протокола MAC (управления доступом к среде) или аппаратных адресов. Тем не менее сетевая карта играет важную роль в приеме групповых пакетов. В любом случае требуется МАС-адрес, соответствующий групповому, но использование одного адреса для всех групповых пакетов неэффективно. Нужно иметь в виду, что вплоть до 32 различных адресуемых IP-групп могут быть приведены к одному и тому же МАС-адресу. Пять старших бит IP-адреса игнорируются. На самом деле это выглядит как 9 бит, но первые четыре бита адреса класса D всегда равны 1110 (что составляет 224 в десятичной системе, начальное значение адресов класса D). Так как рассматриваются первые 9 бит, то в действительности игнорируются только следующие 5.
При использовании группового IP-адреса в сети Ethernet, или IEEE 802, его 23 младших бита размещаются в 23 младших битах группового сетевого адреса протоколов Ethernet, или IEEE 802. IANA выделила зарезервированный блок адресов уровня доступа к среде. Таким образом, групповой МАС-адрес всегда начинается с 01-00-5Е-00-00-00 и заканчивается 01-00-5Е-7F-FF-FF (шестнадцатеричное значение).
Отобразим IP-адрес 224.0.1.88 на МАС-адрес, преобразованный в шестнадцатеричную форму (см. рис.1). Во-первых, IP-адрес должен быть преобразован в шестнадцатеричную форму. Адрес 224 - это Е0 в шестнадцатеричной системе 0 - 00, 1 - 01, а 88 - 58. Однако используются только младшие 23 бита. Таким образом, IP-адрес 224.0.1.88 преобразуется в МАС-адрес 01-00-5Е-00-01-58.
0000 0001 0000 0000 0101 1110 0xxx xxxx xxxx xxxx xxxx xxxx
бит группового
адреса Ethernet
0000 0001 0000 0000 0101 1110 0000 0000 0000 0001 0101 1000
т.о. IP-адрес, преобразованный в формат МАС-адреса: 01-00-5Е-00-01-58
Рисунок 1.
Чтобы сетевая карта получала или передавала групповые пакеты, должны быть вызваны следующие функции для размещения группового адреса в сетевой карте и для его удаления:
■ JoinLocalGroup (отображенный групповой адрес) - подключиться к локальной группе; позволяет канальному уровню принимать групповые пакеты для определенной группы узлов;
■ LeaveLocalGroup (отображенный групповой адрес) - выйти из состава локальной группы; позволяет канальному уровню прекратить прием групповых пакетов от определенной группы узлов.
Преобразованный групповой адрес - это МАС-адрес, который получается из группового адреса группы узлов.
2.1. Общие сведения.
Чтобы заставить работать групповую адресацию, требуется несколько протоколов. Не имеет значения, какой протокол типа «маршрутизатор-маршрутизатор» функционирует, один протокол используется вместе со всеми ними: протокол управления группами Internet (IGMP). Для поддержки IGMP узел должен при инициализации присоединиться к группе «все узлы» (адрес 224.0.0.1) на каждом сетевом интерфейсе и оставаться членом группы, пока узел активен. Таким образом, существует, по крайней мере, один групповой адрес, членом группы которого должен быть любой групповой узел.