（计算机科学与技术专业论文）高性能路由器广域组播路由协议的实现技术研究.pdf

国防科学技术大学研究生院学位论文 摘要 组播技术实现了p 网络中点到多点的高效数据传送，提高了应用程序的效率、改罄 了网络的性能。但是目前这些应用大多只能在小规模的网络中实施，并且局限于特定的组 播域沟。如栗要在k t e m e t 上或者大规模的隧络上进行应用，网络必须划分为特定鲍域， 并解决域间组管理加入和组播数据转发问题。融此，跨域组播技术，即广域组播路由协议 的实现研究，受到网络设备制造商和网络运营商的越来越广泛的重视。 本文基于离性能路垂器的体系结构，提出广域组攘路自渗议豹实旄方案，实现了典型 的路由协议并对其进行了比较全面的测试。完成的主要工作有： 1 、提出了高性能路由器广域组播系统总体实现结构。在全面分析多种跨域缀播实现 方案豹綦础上，基予舞性能路电器约软硬饽体系结构，提出基于p i m s m m 国g p 腑s d p 的 广域组播实现结构。 2 、完善了高性能路由器项目溅有的域内组播路由协议实现。对原有p i m s m 协议实 现进行补充和改进，并对域内组播功能进行更全西的调试与测试。本文详细描述了p i 卜s m 软件的关键数据结构和功能模块，对组播转发平面和控制平面的交互问题、p “s m 注册 和注册停止的处理、r p t 囱s p t 盼切换等关键交现问越进行探讨。 3 、全面实现了基于m s d p m b g p 的域间组播路由功能。这是本文的麓点，也是分析 广域组播的关键。本文设计了域间组播路由的实现结构，藿点实现了组播源发现协议 m s d p 、组播边界网关协议m b g p ，系统的分绍了主要功攘块、数据结构、协议实瑗耄f t 制与各子系统之间的接口关系。 4 、对高性能路由器广域组播网络系统进行了测试。主要包括组播功能组网测试， p i m s m 、m s d 啦和m b g p 的一致瞧测试，组搔路由系统的憔能测试等。 5 、研究了域间组播路由存在的一些问题，对组播网络管理、域间组播部署和m s d p 协议存在的问题进行了分析，并提出了珏，、，6 环境下基于嵌入式r p 的域问缀播路由系设计 方寨。 关键词：高性能路由器，广域组播路出，m s d p ，m b g p ，协议测试 国防科学技术大学研究生院学位论文 a b s t r a c t t 0e n h a n c et 1 1 ee 衔c i e n c yo f 叩p l i c a t i o n s 趾di r r l p m v e 廿l ep e r f o m a l l c eo fi pn e 押o r k ，i s p s r e s o r tt oi pm u l t i c a s tt e c h n o l o g i e sw i s l l y h o 、e v e r ，m o s tm u l t i c a s ta p p l i c a t i o n sc a no n l yb e a p p l i e di ns m “ln e t w o r k sn o w a d a y s t bi l n p l e m e ml a 唱e s c a l em u l t i c a s to rm u l t i c a s ti nt 1 1 e i n t e t m e t ，i ti sn e c e s s a r yt o s l o v em ep r o b l e m so fd o m a i np a n i t i o n j n ga 1 1 di n t e r - d o m a i n f o r w a r d i n g t h e r e f o r e ，m ei m p l e i n e m a t i o no f i i l t e r - d o m a i l lo rw i d e a r e am u l t i c a s t i n gi si m p o r t a n t f o rt l l ei m e n l e ts e i c ep r o v i d e r sa n dr o u t e rv e n d o r s w bh a v ed e s i g n e da 1 1 d i m p l e m e n t e d 谢d e - a r c am u l t i c a s tm u t i n gp r o 幻c o l s i nt h e h i g h p e r f o 咖a n c er o u t e r ，a 1 1 dc o n d u c t e dr a t l l e rc o m p l e t et e s t sf o rt h ei i r l p i e m e n t a t i o n s p e c i a l l y ， 也ef o l l o w i n gt a s k sw e r ef i 血s h e d ： 1 p r o p o s e d 也e a r c h j t e c t l l r eo f 、v i d e a r e am u l t i c a s t m u t i n gi m p l e m e n t a t i o n i n h i g h p e r f o r m a n c em u t e i s b 鹪e do n ac o m p r e h e n s i v ec o m p a r i s o no fs e v e r a la p p r o a c h e s t o 埘d e a r e am u l t i c a s t i n g ，t h et h e s i s a d o p t sp i m - s m m b g p m s d ps c h e m ea 1 1 dp r e s e n t s i t s i m p l e m e n 诅t i o na r c l l i t e c t i i r ei i lo l l rh i g h - p e r f o m l a n c er o u t e l 2 i r l l p m v e dm ee x i s 廿且g 洫l p l e i n e m a t i o no fi n t r a - d o m a i nm l l 王t i c a s tp m t o c o l sf o r o i l r h i 曲一p e r f 0 衄趴c er o u t e rp r o j e c t w e h a v ec o m p l e t e dt l l e p r e v i o u sw o r ko fi g m pa 1 1 dp i m i m p l e m e m a t i o i l s ，a n dc o n d u t e dn c wc a s e st ot e s tm e m t h et h e s i sd e s c r i b e st h em a i nd a t a s t n l c t i 】r e sa n df u n c t i o nm o d u l e so fm es y s 把 i l ，a 1 1 dp m b e si m os o m ee n g i e e r i n g p r o b l e m s s u c ha sm ei n t e r a c t i o nb e t v 岭e nc o n t o lp l a n ea n dd a t af o r w a r d i n gp l a n e ，t h eh 卸d l i n go f r e g i s t r a t i o ns u s p e n s i o n ，a 1 1 dt 1 1 es w i t c hf o mr p t t os pt 3 f u l f i l l e dt 圭1 ei n t e r - d o m a i l lm u l t i c a s t触c t i o n sb a s e do nm s d p m b g pi n h i 曲- p e r f o n n a c er o u t e f s h l t e r - d o m a i nr o u t i n gi s 幽ec o r et e c h i l o l o g yt oa c c o m p l i s h 、v i d e a r e a m u l t i c a s i n g t h em e s i sp r 0 v i d e st h eo v e r a l ls t n j c t u r et oa c c o m p l i s hm ei m e r - d o m a i nm u l t i c a s t r o u t i n g ，m l k e sad e t a i l e dd e s c r i p d o no fm s d pa n dm b g p i nt e r m so ft h e i rf i m c t i o nm o d l l l e s ， m a j o rd a t as t n j c t i l r ed e s i g na n di m e a c er e l a t i o n s l l i pb e w t e e nd i 圩b r e n ts u b s y s t e m s 4 c o n d u c t e dr a t h e rc o m p j e t et e s t i n gf o rm e 谢d e a r e am u c a s t j n gi m p l e m e n t a t i o n s t h e t e s t si n c l u d ef h n c t i o n a lt e s t i n gu n d e rr e a l w o r l dn e 觚o r k i n ge n v i o r n m e n t s ，c o n f o m l a n c et e s t i n g a i l dp e r f b 册a n c et e s t i n f o rt h cw h o l es y s t e ma 1 1 dm a i nr o u t i n gp r o t o c o l si n c l u d i n gp i m s m ， m s d pa n d m b g p 5 s t u d i e ds o m ep r o b i e m sr e i a t e dw i t 王lt h ew i d e a r e am u i t i c a s t i n g t h et h e s i sd i s c l l s s e s s e v e r a lr e l e v a n ti s s u e s ，s u c ha sm u h i c a s tn e t w o r km a n g m e ma n dd e p l o y m e n t 趿dt h e s h o r t c o m i n g so f m s d pp r o t o c 0 1 w ba l s op r o v i d ea n i c es 0 1 u t i o nf o ri p v 6 讯d e ，a r e am u l t i c a s t i n g b a s e do ne m b e d d e dr p t e c h n o l o g y k e y w o r d s ：h 培h - p e r f o r m a i l c er o u t e r ，w i d e - a r e am u l t i c a s tr o u t i n g ，m s d p ( m u i t i c a s ts o l l r c e d i s c o v e r yp m t o c 0 1 ) ，m b g p ( m u l t i c a s tb o r d e rg a t e 、v a yp r o t o c 0 1 ) ，p m t o c o l t e s t i n g 国防科学技术大学研究生院学位论文 图目录 图l ，lg f 8 6 1 5 路由器的结构 图1 2o f 一8 6 1 5 路由器的软件结构 3 4 图1 3 本文缎织结构图6 图2 1p i m s m ，m b o p m s d p 组合方案8 闰2 2 基于b g m p 的域间组播示意图9 图2 3 跨囊治域源特定组播的基本原理l o 图2 ，4g f 一8 6 1 5 的广域组播软件结构1 2 图2 5g f 遗6 1 5 广域组播系统1 3 圈3 1p i m 和i g m p 的软件模块互联图1 6 图3 2 接收特定源的组信息1 8 图3 3r p 共事树( r p t ) 的生成+ 2 0 图3 4 共享树的加入2 1 图3 5 共享树的剪枝2 2 图3 6p i m 豹系统缝构图2 2 图3 7p i m s m 组播系统软件结构图2 3 图3 8p i m 协议模块与相关模块的关系2 3 强3 - 9p 默一s m 功能模块图2 6 图4 1 域问路由实现的总体结构3 3 图4 2m s d p 工作原理3 5 圈4 3m s d p 功能结构图3 6 阉4 4 邻居r p f 转发关系3 7 圈4 5 单播路由与组播路翻的拓扑结构4 6 图4 。6p i m s m 和域闻组播软件模块交互关系5 4 图5 1 域内缎播功能测试5 6 图5 2 域耀组播功能图5 7 图5 3p i m s m 协议测试拓扑结构5 8 图5 4m s d p 综合一致性测试拓扑6 0 鞫5 5m b g p 一致性测试拓拎6 1 表目录 表3 1i g m p 协议软件中使用的定时器和变量 表3 2p i m s m 报文头部 表3 3p i m s m 控制消息的类型 表3 4p i m s m 声明消息的格式 表3 5p i m s m 备选r p 消息的格式 表3 6p i m s m 呼叫消息 表3 7 选项字段的值 表3 - 8 保持时间参数的值 表3 9n p 组播转发表项结构 表4 1m s d p 的邻居字段关系表 表4 2m s d pt l v 格式 表4 3t i 的类型定义 表4 4s ac a c h e 的数据结构表 表4 5m s d p 请求表数据结构表 表4 6m s d p 邻居表项的数据结构 表4 7m s d p 缓冲表数据结构 表4 8n l r i m pr e a c hn l 砒的属性列表一 表4 9 属性编码格式 表4 1 0n l r j 编码格式 表4 1 1 对等体表的域描述 表4 1 2m e d 表的域描述 表4 1 3 更新过滤表的域描述 表4 1 4 聚合表的域描述 表4 1 5 路由框架项的域描述一 表4 1 6b g p 信息项的域描述一 表4 1 7a s 路径项的域描述 表4 1 8 连接节点的域描述 表4 ，1 9r i b 的域描述 表5 1p i m s m 一致性和互操作性测试内容 表5 2p i m s m 一致性和互操作性测试 加以埘埘 甾甾蕊 拍如甜甜 铊 钙舛钳 铝曲 如 如如”n 铊 娩 观 鼹 的 | | | | | | | | | | 国防科学技术大学研究生院学位论文 表5 3m s d p 一致性测试 表5 4m b g p 一致性测试一 表5 5p i m s m 性能测试 表6 1i p v 6 的地址标识 表6 2 嵌入式r p 地址格式 表ap i m s m 测试内容与测试结果 6 0 6 1 6 5 7 0 7 0 7 4 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文题目：西蛙s 监直墨 堑堡搔蹬圭迹逖煎塞理撞盔婴究 学位论文作者虢盔趔 吼狮年7 月抽日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定。本人授权国 防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允 许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书。) 学位论文题目：直：眭l 蹬皂墨 越丝援隆由垫邀笪塞堡堇盔盟窒 学位论文作者签名 作者指导教师签名 日期埘年夕月扣日 日期：。r 年甲月 - 日 酝 国防科学技术大学研究生院学位论文 第一章绪论 1 1 课题背景 许多城市从城域网接入到i n t e r n e t 核心的各个部分都实现了宽带化，架构了以i p 为基 础的数据承载平台。网络的宽带化使人们在宽阔的信息高速公路上能更顺畅地通信，人们 已经不再局限于传统的点到点的交流，更渴望多点之间的通信，组播技术为多点通信提供 了良好的技术支撑。 1 、i p 组播技术 i p 组播技术，是一种允许一台或多台主机( 组播源) 发送单一数据包到多台主机的 t c p ，i p 网络技术。组播作为一点对多点的通信，是节省网络带宽的有效方法之一。在网络 音频视频广播的应用中，当需要将一个节点的信号传送到多个节点时，无论是采用重复点 对点通信方式，还是采用广播方式，都会严重浪费网络带宽，只有组播才是最好的选择。 组播能使一个或多个组播源把数据包发送给特定的组播组，而只有加入该组的主机才能接 收到数据包。目前，i p 组播技术被广泛应用在网络音频视频广播、a o d o d 、网络视频 会议、多媒体远程教育、“p u s h ”技术( 如股票行情等) 和虚拟现实游戏、仿真等方面。 现在i n t e m e t 上一般是由互联网服务商( i s p ) 来提供网络服务的，每个i s p 都有自己 的网络，多个i s p 的网络域之间必须通过有效的协议来实现组播的正确运行。所以i s p 迫 切需要合适的方案来解决域间组播路由问题。 2 、组播技术的市场前景 i p 组播技术有效地解决了单点发送多点接收的问题，实现了口网络中点到多点的高 效数据传送，能够大量节约网络带宽，降低网络负载。作为一种与单播和广播并列的通信 方式，组播的意义不仅在于此。更重要的是可以利用网络的组播特性，方便地提供一些新 的增值业务，包括在线直播网络电视、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等 互联网的信息服务领域。 i p 组播从1 9 8 8 年提出到现在，经历了十几年的发展，许多国际组织对组播的技术研 究和业务开展进行了大量的工作。随着互联网建设的迅猛发展和新业务的不断推出，组播 也必将走向成熟。尽管目前端到端的全球组播业务还未大规模开展起来，但是具备组播能 力的网络数目在增加，一些主要的i s p 已运行域间组播路由协议进行组播路由的交换，形 成组播对等体，在i p 网络中多媒体业务日渐增多的情况下，组播有着巨大的市场潜力，组 播业务也将逐渐得到推广和普及。 第l 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 随着i p 网络的日益普及，特别是i p 网络端到端的特性使网络终端的加入和离开可以 更加灵活，组播技术具有了更强的实用性，从而得到了更快的发展。 3 、广域组播的应用 随着计算机和网络技术的飞速发展，i n f e m e t 的不断扩大，用户对交流质量日益苛求， 对网络带宽的需求呈现直线上升趋势。用户传输的内容不再局限于简单的语音和数据通 信。 组播技术实现了i p 网络中点到多点的高效数据传送，可有效地节约网络带宽、降低网 络负载，提高应用程序的效率、改善网络的性能。随着技术的发展与应用的深入，i p 组播 技术将带来更多新的增值业务，但这些应用只能在小规模的网络中，局限于特定的组播域 内。如果要在i n t e m e t 上或者大规模的网络上部署应用，网络必须划分为特定的域，若不 能解决域间组播转发，i p 组播就无法扩展到整个i n t e m e t ，组播也就无法真正得到实际而 广泛的应用。因此跨域组播技术即广域组播的实现已受到越来越多人的关注。 历史上存在一些广域组播的简单解决方案，提供了一定程度上的广域组播能力。但这 些方案有不可避免的局限性，要在现阶段实现真正能在大规模范围内使用的广域组播，需 要根据网络和应用的发展现状进行系统的分析和客观的选择。本文选择了当前较为成熟可 用的方案，用于高性能路由器广域组播功能的实现。组播被扩散到比较大的网络上时，如 果采用密集模式的组播协议，泛洪剪枝所带来的开销是绝对不能接受的；需用采用稀疏模 式协议p i m s m 协议，通过有效的显式加入机制可以有效地控制组播流量形成代价较低的 组播树。我们采用和单播独立的m b g p ( m 1 1 l t i c a s tb g p ) 与不依赖其他域r p ( r e n d e z v o u s p o i n t ，汇集点) 的m s d p ( m u l t i c a s ts o l l r c ed i s c o v e r yp r o t o c o i ) 两个协议来提供域间组播能 力，实现大范围内的域间组播。 4 、高性能路由器的研制 高性能路由器作为i n t e m e t 的骨干网络的路由设备，不但要求对b g p 、o s p f 等单播路 由协议有完善的支持，也需要高效地实现广域组播功能，从而为大型i s p 的业务扩展和网 络性能优化构建良好的平台。本文的研究正是在国家8 6 3 项目“新一代互联网综合实验环 境”和型号项目“高性能路由交换设备”的支持下开展的。我们基于所研制的路由器g f - 8 6 1 5 的体系结构设计并实现了广域组播的域内和域间路由功能，对组播协议软件和组播转发部 件进行了全面的测试，试运行表明开发的组播路由系统能够满足大规模组播应用和实际组 网要求。 1 2 g f - 8 6 1 5 路由器的系统结构 本文开发的广域组播路由功能是高性能路由器g f 8 6 1 5 的一个子系统，实现的路由协 第2 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 议软件和组播报文的转发功能都是基于g f 一8 6 1 5 的体系结构。因此，有必要先对高性能路 由器g f 一8 6 1 5 的体系结构进行分析，以此为基础制定广域组播的实现方案。 1 、g f 8 6 1 5 路由器体系结构 高性能网络交换设备( 如核心路由器) 是i n t e m e t 重要的组成部分。从逻辑上看，这类 设备由基本的传输平台( 分组的接收，转发和交换) 、流量控制( q o s 控制、安全控制等) 和高层协议栈( 路由计算、网络管理) 三部分组成。用于i n t e m e t 核心的交换设备对传输 平台性能要求较高，而用于i m e m e t 边缘的设备( 包括企业级园区路由器和高端口密度的 接入路由器) 则需要较强的流量控制功能。下面我们介绍一下g f 8 6 1 5 路由器的结构，如 图1 1 。 处于路由器上层结构的是软件控制部分，包含各个单播路由协议、组播路由协议、协 议控制部分和操作系统的一部分，下层包含i p 层的一部分和多个转发板。转发板上含有 n p ( n e 似o r kp r o c e s s o r ，网络处理器) 和转发表，可以通过查找转发表单独完成转发功能， 多个转发板并行转发，这样不但可以减小c p u 的负载，加快转发速度，提高效率，而且能 够提高系统的可靠性和路由器的可用性。 图l 一1g f _ 8 6 1 5 路由器的结构 2 、g f 8 6 1 5 路由器软件系统 与g f 一8 6 1 5 的硬件结构相对应，路由器的整个软件系统分为两个大部分：控制部分和 ( 多个) 接口处理部分。 控制部分包括各种路由协议、网管、路由表、t c p i p 基本协议栈等。接口处理部分由 网络处理器( n p ，n e t w o r kp r o c e s s o r ) 实现。c p ( c o m m o np r o g r 舢i n gi n t e r f k e ) 是网 络处理器论坛定义的控制部分与接口处理部分之间的接口，目标是鼓励软件提供商尽量提 供通用的代码，以实现报文转发部分和路由控制功能的交互。c p a p l 分成不同的功能块， 每个功能块对网络处理器某一方面的功能进行抽象。功能块包含输入端口处理，报文分析 第3 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 和查表，策略和整形，报文修改以及输出端口处理等几个部分。 接口处理部分包含转发表、与控制部分的接口模块( n p a s ，n e t 、v o r kp r o c e s s o r a p p l i c a t i o ns e i c e ) 、查找以及其他功能模块，能够实现丰富的数据报文转发和控制功能。 每个网络处理器单独维护一个转发表，此转发表与控制部分的路由表保持一致。 n p a s ( 网络处理器应用服务) 软件主要完成控制处理机与网络处理器之间的通讯，并 为高层应用软件提供网络处理器服务和协议栈的低层支持。路由器的控制处理机可利用 n p a s 对网络处理器操作，例如增加或删除一条转发表项、增加或更新一条a r p 表项等。 网络处理器的软件采用微码( p i c o c o d e ) 实现，从而使网络处理器具有f p g a 等单纯 的硬件转发引擎所不可比拟的灵活性。微码的关键任务是通控制硬件协处理器按照要求完 成转发功能，进行路由查找、0 0 s 控制、加密解密、报文分类和过滤等操作。 图1 2g f 8 6 1 5 路由器的软件结构 1 3 本文工作 将i p 组播扩展到跨越i s p 网络边界，以便这种应用能拥有更多用户，而这种需求已经 越来越强烈，因此寻求一种域内与域间组播技术实现广域组播是我们研究的重点。p i m d m 不适合广域组播，它只支持信源树，不支持共享树，在传播方法采用泛洪方式，没有域的 控制，而p i m s m 克服了这种缺点，因此域内组播技术采用p i m s m ，域间组播采用较成 熟的m b g p 和m s d p 来支持与实现。 本文工作涉及组播协议i g m p 、p i m 、m b g p 、m s d p 等，通过系统分析域间组播路由 第4 页 圄防科学技术大学研究生院学位论文 系统的多种构成方案，提出了基于m b g p 和m s d p 域间组播实现方案，基于高性能路由 器的体系结构实现并测试了广域组播路由系统，同时对域问组播路由问题做了探讨。在课 题的研究过程中，主要取得了如下几个方面的成果： 1 、设计了基于i g m p p i m m b ( p m s d p 的高性能路由器g f 一8 6 1 5 广域组播路由实现 方案： 2 、进一步完善了p i m s m v 2 协议软件的实现： 3 、在高性能路由器g f 一8 6 1 5 上设计并实现了m b g p 协议软件： 4 、在高性能路由器g f 8 6 1 5 上设计并实现了m s d p 协议软件； 5 、与项目组的测试小组联合测试了( m 一8 6 1 5 的广域组播路由功能，重点是对跨域组播 功和跨域组播转发性能的测试； 6 、讨论了域间组播路由问题，分析了i p v 6 环境下基于嵌入式r p 的域间组播路由方案。 1 4 论文组织 根据上述研究内容，全文共分七章，章节的基本关系如图1 3 所示。 第一章，绪论。主要对当前i p 组播技术与域间组播技术及跨域组播的背景和研究发展 进行了总体概述，讲述了组播技术的相关知识、相关研究工作和本文工作的意义、目标。 第二章，i n t e m e t 广域组播路由系统的实现结构。本章对当前存在或正在研究的多种广 域组播方案进行了比较与评价，描述了高性能路由器g f 8 6 1 5 的广域组播路由系统与软件 系统结构。 第三章，完善了域内组播协议的实现。本章详细研究了组播协议包含p i m 、i g m p 的 实现、功能模块、数据结构，及关键技术，对下一章讨论域间组播技术提供了基础。 第四章，基于m s d p 和m b g p 的域问组播实现。这是本文的重点，本章主要针对域问 组播路由实现的总体结构进行了设计，并重点讨论研究了g f 8 6 1 5 路由器中m s d p 与 m b g p 协议的实现、功能模块、数据结构，及相应实现。 第五章，广域组播网络系统的测试。本章讨论了组播网络系统的测试，对测试方法及 效果进行了认真的分析。 第六章，域间组播路由问题研究。本章讨论了组播网络管理、域间组播及m s d p 存在 问题的研究，并进行了i p v 6 环境下的域间组播系统的设计分析。 第七章，总结与对未来工作的展望。总结了论文的主要工作，对今后高性能广域组播 路由协议的深入研究进行了展望。 第5 页 第一章绪论 | 本文解决方案 第二章 i n t e r n e t 广域组播路由系统的实现 i基本技术 第三章 域问组播协议的实现 i 关键技术的设计 第四章 基于惦d p 和船g p 的域阃组播实现 l 系统测试 第五章 广域组播网络系统的测试 问题研究 第六耄 域间组播路由问题研究 图1 3 本文组织结构图 实现 第6 页 豳防科学技术大学研究生院学位论文 第二章i n t e m e t 广域组播路由系统的实现结构 2 1 广域组播方案的比较与选择 m b o n e i l 】是i n t 嘲e t 最晕豹组播实验网络，m b o n e 采燕的是平面结构，不提供域润路 由协议，并没脊真正实现域间组播。m b o n e 发展过程中遇到了严重的扩展性问题和管理性 问题，域边界没有保护机隼l ，缺乏有效的用户管理功能，如认证难，m b o n e 不提供用户认 证功能，用户w 随意她加入成离开；计费难，m b o n e 不涉及计费，加上组播源无法得知明 户何时加入或离开，也无法统计某时间段到底有多少用户在收看组播节目，因此无法进行 准确的计费：管理难，缀播源缺乏有效豹管理手段去控制组播信息在网上传递瓣范围和方 向，这样使路由问题很容易在整个网络上扩散。同样，由于i p v 6 的使用，m b o n e 对其地 址分配也存在很大困难。 p 嚣订s 雠b g p 册涯s d p 协议体系是臻行的广域组播解决方案，缮到一蹙主要豹路由器 设备制造商的支持。但也存在弊端，一般认为这是域间组播的过渡技术。由此域闻组播技 术可向二个方向发展，一方面是向b g m p ，m a s c 演化，这就是所谓的域间组播的长期解决 方案；另一方疆，是特定源组捶( s o u r c es p e c 添cm 吐i c a s t ，s s m ) 【2 l 组搔模型豹出现，与 现有的任意源组播( a 且ys o u r c em u l t i c a s t ，a s m ) 组播模型共存。 2 1 1i g m p ，p l m s m m b g p m s d p 体系 域内组播树的构造可利鹾p i m s m ，而在构造域闻组播树对剐需要区分组播发送者、 汇集点( r c n d e z v o u sp o i n t ，r p ) 、组播接收者等在不同域的情况。m b g p 【3 】是单播域问路 由协议b g p 的多协议扩展，使其能够在域间传递组播路由信息。m b g p 携带的是从r p 或 接收者到达组播发送者的最佳路径信息，主要用于域瓣组搔拓扑信怠的传播。m s d p 冲l 般在r p 路由器上运行，它告诉其它域是否存在活跃的组播发送者。组播发送者首先向本 域r p 注册，m s d p 向其他域的对等体发送源激活( s o u r c ea c 廿v e ，s a ) 消息。其他域的 r p 如莱有缝成员状态，收到s a 消患后，藐要向组播源发送j o i n 消息。 如图2 1 所示，在全网都运行p i m s m ，域间运行m b g p 和m s d p 。也就是说，域内 的组播路由和组播源信息收集工作由p i m s m f 5 l 完成，域问由m b g p 来传播具有缀播拓扑 豹信息，m s d p 传攒缀播深信患。这秭方案要求所有的自治域都支持p 翌订一s m 、m b g p 鞠 m s d p 。p i m s m ，m b g p ，m s d p 方案是广域组播组网较成熟的方案，u u n e t 、s p r i m 等i s p 的跨域组播都使用这种方式组网。 第7 蕊 国防科学技术大学研究生院学位论文 + 在外部m s d p 对等体+ 一外部m b g p 对等体+ + 内部m s d p 对等体 图2 1p i m s h 伽g p 灯v i s d p 组合方案 在p d 讧一s m m b g p f s d p 组合方案中，自治域边界路由器之间配置外部m b g p 对等 体，i 冲之间配置外部m s d p 对等体；自治域内部路由器之间根据需要配置内部的m b g p 对等体，内部r p 之间配置内部的m s d p 对等体，运行a _ 1 1 y c a s t r p ，所有的自治域都运行 p i m s m 协议。 在图2 1 中的d r 是指定路由器( d e s i g a t e d r o u t e r ) 。如果一个子网上存在多个路由器， d r 是负责组播数据发送和接收的路由器，其他路由器可能是b d r ( 备份指定路由器) 或 普通的路由器。 2 1 2i g m p p i m b g m p ，m a s c 体系 由于p i m s m m b g p m s d p 组合方案自身没有很好地解决组播地址分配冲突的问题， p i m b g m p ，m a s c 提供了一种组播地址分配和广域组播路由的长期解决方案。 b g m pf 6 】( b o r d e rg a t e w a ym u i t i c a s tp r o t o c 0 1 ，边界网关组播协议) 在域间构造双向 共享树，b g m p 的主要功能是确定共享树的根所在的域。它通过严格的地址分配避免域间 相互依赖问题。如果某个域拥有某个组播组，就可作为该组播应用的组播树的根。b g m p 只是域间路由协议，域内组播可用p i m s m 。 m a s c 7 1 ( m u l t i c a s t a d d r e s s s e tc l a i m ，组播地址集声明协议) 进行域间组播地址分配。 m a s c 提供的是m aaa 【8 1 ( m u l t i c a s ta d d r e s sa l l o c a t i o na r c h i t e c t u r e ，组播地址分配结构) 要 求的地址结构体系中的顶级地址分配，可以快速解决地址冲突。m 从a 还包括域内地址分 配协议，以及主机和网络之间的组播地址协议。m a a a 是组播地址的动态分配方案，因其 过于复杂，近期内难以得到广泛部署。 第8 页 国防科学技术犬学研究生院学位论文 g l o p 翻是静态缀播翅壤分配方案，将一组缀播趣坻分配给特定域，地址中包含域号等 信息。g l o p 缎播地自t 第一个字节是静态的，有二个字节表示域号，这样每个域只能有2 5 6 个组播地址。而i p v 6 采用1 2 8 位士呶址，就可以避免这个问题。另外，g l o p 并没有说明域 翅组播地蛙分瓤机制，可以借霜a66 提供豹域内遗蛙分配协议。 图2 - 2 是基于b g m p 的域间组播示意图。其中域b 是组2 2 4 2 2 r 2 的根域。 篱2 2 基于b g m p 的域间组播示意图 2 1 3i g m p v 3 伊l m s s m 方案 源特定组播s s m ( s o u r c es p e c i f i cm m c a s t ) 是一种区别于传统组播的新业务摸型， 它使用组播组地址和组播源地址同时来标识一个组播会话，而不是像传统的组播服务那样 只使用缀播组地址来标识一个组播会话。当运营滔需要开展踌不同自治域的深特定组播业 务或源指定的点到多点组播业务时，建议采用p i m s s m 技术来提供。s s m 是一个数据报 传递模型，最适用于一对多的应用，也日q 互联网广播应用。s s m 保留了传统p i m s m 模式 中的主枫显式加入缰播组的离效性，但是雀去了p i m s m 模式中的焚享楗和r p 协议孱举 来的复杂性。在传统p i m s m 模式采用的是a s m ( a n ys o u r c em u l t i c a s t ，任意源组播) 模 型，共享树和r p 协议使用( + ，g ) 缀对来表示一个组播会话，其中( g ) 表示一个特定的i p 缉搐组，丽( + ) 表示发岛组援组g 的任何一个源。s s m 壹接建立由( s ，g ) 标识的个组播 最短路径树，其中( g ) 表示一个特定的i p 组播组地址，而( s ) 表示发向组播组g 的特 定源的i p 地址。 s s m 采用( s ，g ) 对，也称为一个频道( c h 锄n e l ) ，以区分传统p i m 。s m 组播中盼任意 源组播组。由于a s m 支持点到多点和多点到多点两种组播业务模式，源的发现过程是导 致a s m 协议复杂的重要原因。铡懿，在p i m s m 模式中，用户启动淄览器中的缀播会话， 接收端设备只是加入棚应的组播组，而没有获取缀播源的具体信息。面在s s m 模式中， 第e 葵 国防科学技术大学研究生院学位论文 用户端将同时接收到组播源和组播组的信息。 图2 3 显示的是s s m 跨域部署的典型网络拓扑。这时网络中不再需要r p 点，在提供 跨a s 的组播业务时，也不需要在r p 点之间运行m s d p 协议，网络结构比较简单。在网 络组成中，要求连接组播源和组播接收端的路由器需要支持i g m p v 3 ，同时还要求组播源、 组播接收端和所连接的二层交换机都支持i g m p v 3 。一个a s ( a m t o n 0 i n o u ss y s t e r n ，自治 域) 内相关路由器都运行p i m s m 协议，在连接两个a s 的边界路由器( a s b r ) 的相连链 路上也需要激活p i m s m 协议。如果不需要对跨a s 的组播路由进行特殊控制，则在a s b r 之间运行标准的e b g p ( e x t e m a lb g p ，外部b g p ) 协议即可，这时a s 2 中的路由器的组 播r p f ( r e v e r s ep a t l lf o 州a r d i n g