（计算机应用技术专业论文）mpls域内组播协议的研究与实现.pdf

查! ! 垄兰堡主兰堡堡查 塑墨 m p l s 域内组播协议的研究与实现 摘要 随着i n t e r n e t 的发展和普及，网络应用趋于多元化，同时对网络的带宽和多媒体化提出了 越来越高的要求。带宽的增加使得许多高带宽的应用如远程教学、视频会议、网络集体游戏、 视频点播、分布式集群的数据同步等成为可能。这些应用又带来了新的带宽的急剧消耗从 而加剧了网络的拥塞。这些应用的典型特点就是高带宽和群发，解决这类问题的一个好的思 路就是发展i p 组播技术。 i p 组播是在标准i p 技术上的一个扩展，是一种允许一个发送者同时发送单一的数据分组 剑多个接收者的网络技术。他有效地避免了广播风暴，从本质上减少了对网络带宽的需求。 组播技术目前的凼难主要是q o s 和可扩展性问题。m p l s 是i e t f 提出的实现q o s 的一种极 具前景的新一代骨干网技术，他的流量 ：程优势为q o s 提供了有力的保证，如何在f 一代骨 干网的核心披术m p l s 上实现组播业务是急待解决的问题。 本文在深入研究传统的组播技术和m p l s 技术的基础上，分析了m p l s 域内部署组播应 用的必要性和关键技术，提出了一种将组播路由协议p i m s m 部署在m p l s 域内的方案。通 过修改m p l s 中的信息表以解决组播分枝节点的多出口问题，从而完成组播数据分组的复制 与转发，并通过j o i i l 】p r u n e 消息完成l s p 组播树的构建。晟后扩展了网络仿真器n s 卜- 的m p l s 模块，对其表结构的修改和添加相应的方法，通过仿真验证了该方案的可行性。 本文重点讨论m p l s 域内组播路由协议p i m s m 的实现问题。酋先介纠了组播技术和 m p l s 的基本概念、基本原理；其次阐述了将这两种技术相结台的必要性及面临的问题：提出 了在m p l s 域内实现绍播应用的解决方案：介绍了单播m p l s 在网络模拟器( n s ) 中的实现 细节，并以此为基础实现了m p l s 域内p i m s m 路由协议。最后，通过实例对m p l s 域内实 现p i m s m 组捅协议的可行性进行了验证。 关键词m p l s组播p i m s ml d p 一 墨些垄鲎堡主芏堡笙墨 塑! 塑篁! r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no f m u l t i c a s tp r o t o c o ls i m u l a t i o ni nm p l sd o m a i n a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n ta n dp o p u l a r i t yo fi n t e m e t ，t h en e t w o r ki sa p p l i e dt ov a r i o u sf i e l d s m e a n w h i l e ，i tr e q u i r e sm o r ea n dm o r eb a n d w i d t ht om e e tt h ed e m a n do fm u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n s 。 i n c r e a s eo f n e t w o r kb a n d w i d t hm a k e si tp o s s i b l ef o rm a n yh i g hb a n d w i d t ha p p l i c a t i o n ss u c ha s r e m o t ee d u c a t i o n ，v i d e oc o n f e r e n c e ，n e t w o r kg a m e s ，v o da n dd a t as y n c h r o n i z a t i o no fd i s t r i b u t e d c l u s t e r s t h e s ea p p l i c a t i o n si nr e t u r nr e q u i r eh i g h e rb a n d w i d t ha n dm a k en e t w o r kc o n g e s t i o nw o r s e 。 t y p i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f t h e s ea p p l i c a t i o n sa r eh i g hb a n d 弼d t ha n dm u l t i c a s ta n dab r i l l i a n ti d e at o s o l v et h ei s s u ei st od e p l o yi pm u l t i c a s tt e c h n o l o g y i pm u l t i c a s ti sa ne x t e n s i o nb a s e do nt h es t a n d a r di pt e c h n o l o g y , i t sas c h e m et h a ta l l o w sa s i n g l es e n d e rt ot r a n s i tt h es a m ep a c k e tt om u l t i p l er e c e i v e r sa tt h es a m et i m e i ta v o i d st h e b r o a d c a s ts t o r ma n dl e s s e nt h er e q u i r e m e n t sf o rn e t w o r kb a n d w i d t hi n h e r e n t l y t h em a i np r o b l e m s o fm u l t i c a s tt e c h n o l o g ya r eq o sa n ds c a l a b i l i t y m p l si sap r o m i s i n gb a c k b o n en e t w o r kt e c h n i q u e p r o p o s e db yi e t ft oi m p l e m e n tq o s ，a n di t sa d v a n t a g ei nt r a f f i ce n g i n e e r i n gp r o v i d e sq o s g u a r a n t e e s ，i ti su r g e n tt oi m p l e m e n tm u l t i c a s ta p p l i c a t i o ni nm p l sn e t w o r k sw h i c hi st h ec o r e t e c h n i q u eo f n e x tg e n e r a t i o nb a c k b o n en e t w o r k a f t e rd e e p l ys t u d y i n gt h et r a d i t i o n a lm u l t i c a s ta n dm p l st e c h n i q u e s ，a n da n a l y z i n gt h e n e c e s s i t ya n dk e yi s s u e s ，t h et h e s i sp r e s e n t sas c h e m eo fd e p l o y i n gm u l t i c a s tr o u t i n gp r o t o c o l p i m s mi nm p l sd o m a i n ，i nt h es h c e m e ，t h e i n f o r m a t i o nb a s ei nm p l si sm o d i f i e dt or e s o l v e m u l t i p l eo u t g o i n gp r o b l e m si nm u l t i c a s tb r a n c hn o d e ss ot h a tt h em u l t i c a s tp a c k e t sm a yb ec o p i e d a n df 。r w a r d e d ，a n dt h el s pm u l t i c a s tt r e ei sc o n s t r u c t e db yj o i n p r u n em e s s a g e s ha l s o d e m o n s t r a t e st h ef e a s i b i l i t yo ft h es c h e m eb ye x t e n d i n gm p l sm o d u l e so fn ss i m u l a t o r , m o d i f y i n gt h es t r u c t u r eo f l i s t sa n dd e v e l o p i n gt h ec o r r e s p o n d i n gm e t h o d s t h et h e s i sm a i n l yd i s c u s s e sh o wt o i m p l e m e n tp i m ，s mi nm p l s f i r s ti t i n t r o d u c e s c o n c e p t i o na n db a s i cp r i n c i p l eo fm u l t i c a s tt e c h n i q n ea n dm p l s t h e n ，i td i s c u s s e st h en e c e s s i t y a n dp r o b l e mo ft h ei n t e g r a t i o no ft h e s et w ot e c h n i q u e s ，p r o p o s e st h e a p p r o a c hi m p l e m e n t i n g m u l t i c a s ti nm p l s ，d e s c r i b e st h e i m p l e m e n t a t i o no fu n i c a s tm p l si nn s 、p r e s e n t st h e d e v e l o p m e n to f p i m s mi nm p l sd o m a i n a tl a s t ，t h ef e a s i b i l i t yo f e m b e d d i n gp i m s mi nm p l s i si l l u s t r a t e sb ys i m u l a t i o n ， k e yw o r d sm p l s ，m u l t i c a s t ，p i m s m ，l d p i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 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。 学位论文作者签名：芬易窟 日 期：2d o ，7 10 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 学位论文作者签名：芥乃7 宏 日 期： 2 。f 7 ，。 另外，如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为 同意。 学位论文作者签名：并历宏 签字日期： 2d d 岁7 ，。 - i 导师签名 签字日期 东北走学硕士学位论文 第一章i | 言 第一章引言 l 。1 研究背景 随着i n t e r n e t 业务和用户数量的急速增& + 越来越多的人开始关矬互联网技术。目前， i n t e m e t 正在发生着前所未有的变化，一方面，光通信技术的发展给网络带来了比较谢裕的带 宽和廉价的传输靛力，另方掰网络静随用芷飙革一的文本佟输淘多元化麓多搽体麻翊转交。 袋整钓增搬幢搀许多离带宽的您捌如远攫教学、视频会议、姆络集钵游戏、视频点援、分毒 式集群的数据同步等成为可能，这姥应用又带来了新的带宽的急剧消耗，从而加剧了网络的 拥塞。这些应喇的典型特点就是高带宽军【f 群发，解决这类问题的一个非常好的思路就是艘展 转曜络静缀播技术”1 “。 网络艨的组播只提供尽力瓶为l ! i 勺( b e s te f f o r t ) 、不可靠的、到多或多到多的数据传输。 而许多组播鹿_ i _ j 的要求不i 于此，批撬数据传送应用如文件分发和w e b 缓存更新等，都要求 无错误酶数猎传输，衙稳们一般能容忍相对较大的延时或辩动。弱一方面，实现音，橇颓流缀 援建崩以及交望式应j 孚i 等对网络的延时鞫抖动有严格要求，但容许一定的包丢失。还有一些 成 ；j 如共李白板、分布式游戏和分布式交互仿真等要求既无错误又实时的数据传输，其他的 些分布式系统的麻用，不仅要求蠢错误，还要求数据时序性。可见纽播技术席崩盼广泛 郏署嚣要程支持缀撬技术静瓣络平台上瀵是鼬s 簧求。 i e t f 的m p l si ：作缎提出的多协议标签交换体系结构是一种基于标签的快遮分缎转发机 制，其融仓了第三层乃至所有庸用层的业务，也获得了所有底层媒质的支持，被认为是f 一 代盐联弼静核心按木。葵不仅能支褥多协议溺舍酌耩络，雨釜毹蟛在提供l p 、监务对确保q o s 彝l 安金性，菇实现藏壁工程t 因此，如蜒在m p l s 网络强境f 实现对臻级援的支持成为项 新的研究课题，并且具备了实际的应用需求。 1 2 组播概述 婀播技术是t c p i p 传送方式的种，t c p i p 有三种传输方式：单播、组播、广攒。传统 盼i p 通信难在一个泺i p 主机和一个目标i p 主机之间( 单播) 或者一个源i p 主机和网络中所 宥静i p 主梳之闼( j 撵) 进行静。耍将信惠发送缭裾络中的多个搿菲所有l p 主聿几，采掰传统 的i p 通信技术只有聪对方法可以选拇：采趔广援方式或者由毽囊i p 主枧分别离嬲络中艇多个丑 标l p 主机单播发送i p 包a 广播方式会将信息发送给不需要的i p 主机而浪费带蹴，而且可能 的路由酮环会；f 起j 。稀风黎。单播方式出于i p 包的重复发送会浪费掉大管带宽同时也增加 了骚务器憨受载e 可魅t 传统躲i p 皴术不能蠢效蟪瓣凌单点发送多点接收麓闷懿，霸王p 象撬 却很好的解决了这个问题。 i p 纽播是指在i p 网络中数据包阻尽力而为传送的形式发送到所有湖络竹点冉勺某个确定子 集，这个子集称为缀播缀ni p 缓播静基本思恝是濂l p 主祝其发送一份数据，煞厉经避路由器 域交换机拷贝发送数据到个域多个接收者。郫竞诲灞糟主机囱嬲络上所有主枧魍一部分( 子 集) 发送i p 分组，只有该子集内的主机( 目标主机) 可以接收该分组，丽网络中其他i p 主机 不能收蜘该分缎。运种逻辑上的子集就是组播鳃，磷d 粪i p 地城( 2 4 4 ，0 0 叽2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 5 ) 东j b 大学硕士学位论文 第一章；l 言 采毒摹谖。狞缀攥技术膏效姥辩决了选务中的单点发送多点接收，多点发送多点接收鹩闷趣， 实现了i p 网络中点剖多点离效数据传聩，有效地节约了带宽，酶低了网络负载。 在i p 纽播路由网络中，胖组擗路由算法和组播路由协议是i p 组播技术的关键，其克服了 利搿单播迸信模鼙传递缀播信息带来豁带宽瓶颈，减少了发送栩同数据到多个接收者的通信 费用，谬销了网络带宽差l l 资溅，对延巾，具夺可舟级性。“5 。握在提离繁爨利娟翠靛翔时，还 需要考虑服务质量的其他方筒，如吞吐精、延迟、抖动、丢包等，才能更好地满足雾媒体业 务的需要。 i 3m p l s 概述 多协议标签交换协议( m u l t ip r o t o c o ll a b e ls w i t c h ，m p l s ) 是当前最具发殿前景的宽带 溺络传输技术，楚t e t f 的t 俸缀撬出静藤务质量模蛰之一，m p l s 通过在传统的i p 包重加 入标签，使原来依赖丁- m 包头的路由转发转变为依赖予标签的转发，邀不媛可以大夫建提薅 i p 包的转发速度，更可使传统i p 阏络具有q o s 能力。 m p l s 楚一个可醣在多种第二瑶进行标签交换的网络技术。这一技术结合了第上层的交 换零l 筵二簇路出懿黪点，搀第二瑶瓣基础设藏寝第三嚣静路鑫结会起来。第三盛麓蹈由在黼 络的边缘实施，而在m p l s 的网络核心采用第二屡交换。同h 寸，作为个嘲络层包转发蛇新 兴标准，他主要基丁 i e t f 提交的一系列信令协议。其中最主要的有标签分配协议( l d p ) 、 资滚颈鏊协议帮豹寐路由静标签分配协议( e r - l d p ) 三种。这整协议都鹿瑚在分配标签和 转发m p l s 数据流上。 在一个m p l s 网络当中，进入m p l s 隧域的数攒分组在标签边缘路由器( l a b e le 妇e r o u t e r , l e r ) 姓被分配一个标签，分组沿着标签交换路径( l a b e ls w i t c hp a t h ，l s p ) 进行转 发，路径中的每个拣签交换路由嚣( l a b e is w i t c hr o u t e r , l s r ) 叉双横据椽签肉容来假琏 转 发决定。具体来说m p l s 将每个进入m p l s 区域的分缎归类为一个转发等价类( f o r w a r d i n g e q u i v a l e n c e c l a s s ，f e c ) ，该等价类以一个标签来标识，因此数据分组中的标签内容也标识 了该分甥爨分配麴f e c “”。 m p l s 可以为“人运营商耙企业带采缀多蘸处。一般地，大l l l 可以番j i j m p l s 对黯络黪影 响主耍有二个方面：在i p n 络的q o s ，在i p 网络的流量一程，以及在i p 网络的新业务方面( 如 v p n ) 。流鬣上糕楚m p l s 的最大优点之一。利用m p l s 实现流鬟工程，w 以使网络管理员从烦 瑚的手动调节困境中烬黢毖来，使滚量工程基动扼残是霹能；另一方爱，m p l s 令漉鹫1 ：释豁 口标( 即使是个复杂的运营商网络) 实现起来更加容易。这不仅可以为关键业务避免或减 轻拥蘩所带来的影响，并h 可以实现端到端的服务质量( q o s ) 保证f 8 “”。本论文就是以 姥为辣景，对m p l s 域逡缀搔黯由技术进行了研究，劳对m p l s 域内纽撩协议p i m s m 避行了仿 真实现。 1 4 国内外硬究现状及存在的问题 鳃决m p l s 域内缎援协议麴实蠛勰题是实现在m p l s 鼹终环凌f 部器鳃撩癍箱麓桶藩掇。 近年来- 各国学者开始在这方灏探索，提出了一些行之肖效的方法，如： ( 1 ) i e t ff 。作编提出了一个m p l s 组播框架文档，此文档提供了个在m p l s 环境 f 怒浚i p 缀撬麴挺繁，综述了肖m p l s 技术馥稿予i p 组播时出现的问题，讨论了在m p l s 环境r 存在的i p 组播路由协议舱正反两方西蝴题积不同的标艇魅发秘分0 模式。接f 米列举 一2 一 东北走学硕士学位论丈 第一章引言 采标识。i p 组捅技术有效地解决了业务中的单点发送多点接收，多点发送多点搂收的问题 实现了1 p 网络中点到多点高效数据传输，有效地节约了带宽，降低了网络负载。 在i p 细播路由网络中i p 组j | 路由算法和蜘播路由协议是i p 耋 = | 播技术的关键其克服了 利用堕播通信模型传递组播信息带来的带宽瓶颈，减少了发送相同数据剑多个接收者的通信 费埘，协省丁网络带宽和资源，时挺小具有可升级性。“。但在提高带宽利l j 率的同时，还 需耍考虑服务质量的其他方面，如吞吐量、延迟、抖动、丢包等才能更好地满足多媒体业 务的需要。 1 3m p l s 概述 多协泌标签交换协议( m u l t ip r o t o c o ll a b e ls w i t c h ，m p l s ) 是当前最具发展前景的宽带 网络传输技术，是i e t f 的一一作组提出的服务质世模掣之一，m p l s 邋过住传统的【p 包里加 入标签，使原来依赖丁m 包头的路由转发转变为依赖于标签的转发，这不仅可以人人地提高 i p 包的转发速度更可使传统1 p 网络具有q o s 能力。 m p l s 是一个可以在多种第一二层进行标签交换的网络技术。这一技术结台了第一层的变 换和第三层路由的特点将第_ 二层的基础设施和箫三层的路由结台起来。第三层的路由在网 络的边缘实施，而往m p l s 的嘲络核心采用第二层交换。同时作为一个网络层包转发的新 兴标准，他主要基于i e t f 提交的一系列信令协议。其中最主要的有标签分配协议( l d p ) 、 资源预留协议利约束路由的标签分配协议( c r - e d p ) 三种，这些协议部廊t _ _ | j 在分再己标签秆l 转发m p i s 数据流上。 在一个m p l s 网络当中，进 m p l s 区域的数据分组在标签边缘路由器( l a b e le d g e r o u t e r , l e r ) 处被分配一个标签，分组沿着标签交换路径( l a b e ls w i t c hp a t h ，l s p ) 进 转 发，路径中的每个标签交换路由器( l a b e ls w i t c hr o u t e r , l s r ) 仅仅根据标签内容米做出转 发抉定。具体来说，m p l s 将每个进入m p l s 区域的分组归类为一个转发等价类( f o r w a r d i n g e q u i v a l e n c e c l a s s ，f e c ) ，该等价类以一个标签来标识，闻此，数据分组中的标签内容也标识 了该分组所分配冉 f e c m 7j 。 m p l s 可以为j 。人逛营而和企业带米很多盏处。般地，人f j 可以看至q m p l s 对网络的影 响土要有三个方面：在1 p 网络的q o s ，在i p 网络的流鬣工程，以及在i p 网络的新业务方面【如 v p n ) 。流量_ _ l ：烈是m p l s 的最大优点之一。利用m p l s 实现流量上程，可以使网络管理员从烦 琐的手动调节嗣境中解脱出来，使流量工程自动化成为可能；另方面，m p l s 令流量r 程的 目标( 即使是一个复祭的运营商网络) 实现起来更加容易。这不仅可以为芙键业务避免或减 轻拥塞所带米的影响并目可以实现端到端的服务质量( q o s ) 保证陌9 “”。本论文就是以 此为背景，对m p l s 域内组播路由技术进行了研究并对m p l s 域内组播协议p 1 m s m 进行7 仿 真实现。 1 4 国内外研究现状及存在的问题 解决m p l s 域山组播协议的实现问题是实现在m p l s 网络耶境卜部署组捅席削的的前提。 近年来- 各国学者开始在这方面探索，提出r 些行之有效的) 。法，如： ( i e t fi 作组提出了一个m p l s ! = 【播框架文档1 1 2 j ，此文档提供了一个在m p l s 环境 卜配盥i p 组捂的框架，综述了当m p l s 技术应蝴干t p 组播时出现的问题，讨论了在m p l s 环境f 存在的i p 绢捅踏由协议的正反两方面问题和不同的标签触发和分眄己模式。接j 、米驯举 环境f 存在弁勺i p 绢播路由协议的正反两力面问题和不同的标签触发和分酉己模式。接卜米列举 一2 东北大学硕士学位论文 第一章引言 了不同的l 2 层技术，讨论了点对点和多路访问网络技术。其只是一份概述，提纲掣领地阐述 了问题的各个方面，但并朱提供一个完整的m p l s 组播解决方案。 ( 2 ) a s h r a f m a t r a w y 等人提出了单向组播共享树建立m p l s 标签交换路径( l a b e ls w i t c h d a t h m p l sl s p ) 的框架胁“5 “，该框架利用组播树类代理( c l a s sa g e n t ) 管理组捅相关信 息，建立多点到多点( m p 2 m p ) 的m p l sl s p 。该方法通过在网络中川一个或多个控制点( 被 称为汇聚点r p ，r e n d e z v o u s p o i n t ) 来管理组播分组。组播会话的发送端必须向r p 注册并建立 单播交换路径。加入会话的接收端必须通过建立一条r p 与接收端间的点到多点( p 2 m p ) l s p ， 米向充当r p 的节点发送加入请求。该体系结构的优点是一方面利用多个r p 米实现r p 故障 恢复利提供域内负载均衡，并且能将该框架加以扩展实现域间组播会话；另一方面是充分利 川现存的m p l s 技术秆l 组播路由协议。不足之处是需要在r p 处添加更多的管理功能。 ( 3 ) a l ib o u d a n i 等提出了在m p l s 环境下如何将i p 组播扩展i j m p l s 流量l ：程的框架o 其通过扩展l d p 协议来适应组播请求消息，为m p l s 域内基于源的、单向组橘廊川提供流姑l 群； i j q o s 支持，提高了网络性能。但该结构要求组播源为m p l s 的入口边界路由器，有一定的 局限性。 ( 4 ) 关于m p l s ； i j 组播的另一个研究是b a i j i a n y a n g 提出来的基于m p l s 流茸1 科的边界路 由器组橘，他不同丁- a l i b l u d a n i 的将组播源限制在入口边界路由器，而是将纲播分支点限制在 m p l s 域的边界路由器i - t ”3 。因此，组播l s p 的建立，组播流的分配，纽捕流耸的聚台被简化 成单播问题。其研究了两种类型的边界路由器组播( a ne d g er o u t e rm u l t i c a s t i n g ，e r m ) 路由 协议。一种方法是基于对现存的组播协议的修改；另一种方法是在边界路由器的组播环境中 应用基7 - s t e i n e r 树的启发式路由算法。边界路由器组播为流量 ：程提供了一个友好的方法而不 必牺牲原有i p 组播的好处。其采用组播管理器( m u l t i c a s tm a n a g e r ) 来管理组播会话，增人了 管理开销。 ( 5 ) a i g u of e i 等提出的汇聚组播的核心思想是：在核心网络，不必为每一个组播会话分 别建立一个组播树，而是多个组播会话共享一个汇聚树来减少组播状态，从而在核心网络便 丁管理【】。在该提议里，需要两个条件：首先必须保存数据分组的源地址，弗在分支协点决 定如何进一步转发时，能够重新获得；其次必须采用一定的方式来辨别一个组_ l j 哪个汇聚树， 经过的节点必须基下呲来转发分组。为避免增加复杂性和处理开销该方案不采用i p 封装技术， 而是运用m p l s 技术。为处理汇聚树的管理和组播组与汇聚树间的匹配问题，其引入一种中央 管理实体，称之为树管理器。在绢与管理树匹配时，当没有理想的匹配绒不存在覆盖该纽的 汇聚树时复杂性会增火。因为可能将数据传送到没有包含在组中的忸点会消耗喑口分带宽， 这是该方法的缺点所在。 还有一些机制试图通过隧道技术或转发状态汇聚来减少转发状态口o 。2 “2 ”。目的在丁在路 由器上消除路由状态信息，或者通过在数据分组中对目的列表进行显式编码，而不是利用组 捅地址。 本文将i p 组播路由集成到m p l s 域内时，在非分支节点路由器对绸播分组的处理与单播的 相同，而在分支节点路由器，通过对组播数据分配不同出口标签来实现组播数据的转发。该 方法不仅能减少管理的组播状态信息，并且缀播分组的转发采用与单播类似的方式故易丁 实现且有效解扶了组播应用的流量工程和服务质量保证问题。 一3 一 东北大学硕士学位论文 第一章引 言 1 5 本文完成的主要工作及意义 在该论文里，通过将m p l s 技术与组播技术相结合，崩m p l s 域内组橘树分支节点路由器 间的标签交换路径来减少转发状态和提高可扩展性。与前面所提方案的主要区别在于该方案 只将组播状态用了- 组播树中的分支路由器。分支节点间的其他路由器无需管理组播状态。两 个分支路由器间采删单播机制。由此，组播转发状态的数量将人幅度减少。通过利州分支霄 点路由器m p l s 的标签交换路径，内存资源消耗相廊随之减少，并且不需要任何封装技术。 研究发现，纽播的应剧9 0 都是指定信源的应用，而p i m s m 是使_ 【_ j 最1 泛的绢 番路由 协议。本文研究了采用捎带技术的、指定信源的p i m s m 组播协议在m p l s 域中的实现问题， 通过适当扩展现有的m p l s 结构，就可以在m p l s 域实现指定信源的p i m s m 组播协议。然 后通过扩展的n s 2 对其进行了仿真实现。目前，对p i m s m 在m p l s 域内部署的仿真实现。 已完成方案设计利编码改造工作，并通过实例验证了其可行性。 备章的内容编织如下： 第二章介宝 了i p 组播技术、地址、路由协议，重点介绍了将实现的p i m s m 胁议； 第三章介尘佴m p l s 重要术语及定义一【= 作原理、相对下传统网络的优点n ：i m p l s 的q o s 廊 削； 第四章和第五章是本文的重点，第四章首先从整体上介绍了在m p l s 域部署组播应用的关 键技术和面临的问题，接着提出了p i m - s m 协议在m p l s 域内廊用方案，在第五章，根据n s 2 f m p l s 的实现，结合p i m s m 的特点，详细介绍了m p l s 域内纽播路由协议p i m s m 的实现方 法： 第六章对m p l s 域组播应j _ ；j 进行仿真测试，并对仿真结果进行了分析。 结论部分是对整个论文工作的总结以及下一步工作的展望，指出我们i 作中有待改进的 地方，同时指明了f 一步的研究方向。 一4 东北大学硕士学位论文 第二章组播技术 第二章组播技术 近年来，随着i n t e m e t 的迅速普及和爆炸性发展，在i n t e m e t 上产生了许多新的应刚，其 中不少是高带宽的多媒体应用，如网络视频会议、网络音频视频广播、a o d v o d 、股市行 情发布、多媒体远程教育、协同计算、远程会诊等。这就带来了带宽的急剧消耗和网络拥挤 问题。为了缓解网络瓶颈，人们提出各种方案：增加带宽，改变网络流量结构，应i jq o s 机 制及以i p 组播技术。其中采用不同于传统单播的i p 组播技术是解决这些问题的关键技术之 一。 本章主要对组播技术所要涉及的基础理论加以概述，包括组播地址、组播路由算法、组 播路由协议及且联网组管理协议( i g m p ) ，重点介绍了p i m s m 协议，阐述之所以选择p i m s m 原因。 2 1 组播地址 在组播通信中，我们需要两种地址：一个i p 组播地址和一个e t h e r n e t 组播地自i 。其中， i p 组播地址标识一个绸播组。由于所有i p 数据分组都封装在e t h e m e t 帧中，所以还需要一个 组播e t h e m e t 地址。为使组播正常工作，主机应能同时接收单播和组播数据，这意味着主机 需要多个i p 和e t h e m e t 地址。 i p 地址方案专门为组播划出一个地址范围在i p v 4 中为d 类地址，范同是2 2 4 0 0 0 到 2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 5 ，并将d 类地址划分为局部链接组播地址、预留组播地址、管理权限组播地 址；在i p v 6 中为组播地址提供了许多新的标识功能。i p v 4 的组播地址格式如图21 所示，i p v 6 的组播地址如图2 2 所示。 0 123 3 1 1 l0 g r o u p i d 图2 1i p v 4 组播地址格式 f i g u r e21t h e f o r m a to f l p v 4m u l t i c a s ta d d r e s s 酬2 2 i p v 6 组措地址格式 f i g u r e2 2t h ef o r m a to f i p v 6m u l t i e a s ta d d r e s s i p v 4 组播地址又可分为局部链接组播地址、预留组播地址、管理权限组播地址。 ( 1 ) 局部链接地址：2 2 4 0 、0 0 2 2 4 0 0 2 5 5 ，用于局域网，路由器不转发属于此范围的 i p 包。 ( 2 ) 预留组播地址：2 2 4 0 1 0 - - 2 3 82 5 5 2 5 5 2 5 5 ，用于全球范围或网络协议。 ( 3 ) 管理权限地址：2 3 9 0 0 0 2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 5 ，组织内部使用，i 【 j 丁限制组播范同。 组播地址的最后2 8 位没有结构化，即没有网络i d 和主机i d 之分。响应某一个i p 组播 一5 一 东北大学硕士学位论文 第二章组播技术 逢自 ：的主巍构成一个主掇缀+ 主瓿缀霹簿越多个两络。i p v 6 中特爨翡怒义凳表2 。| 。 表2 1i p v 6 中特殊域逝义 玑出l e 2 1t h ed e f i n i t i o no f s p e c i a lf i e l d si ni p v 6 域 标志( f l a g s )范围( s c o p e ) 直 0 0 0 00 0 0 10 0 0 t0 0 1 00 1 0 11 0 0 01 j 1 0萁他 永久组动杰组本地本地本地本地令厢组僻留成 含义 播地址播地址节点链路嘲点组织播地址束指定 2 2 组播路由算法 由于个组播组的成员可以分布在：短联网的各个角落，为了能让绑捕渊发出的数据到达 组橘组的所有成员，组播路由的选择方法就变得至关重鼹了。 耍裁缝攘鼹枣棼法主簧馥扩数式、生成越、反向爨撩转发、s t e i n e r 辩 2 3 1 。 ( 1 ) 扩散式 扩散式烛最简单的组播路由选择算法。其基本原理烛；网络中的节点收到发往组播目的 站点的分组后，首先检查遮一分组是第一次收到的还是一个拷贝，如粜魑第一次收到的，就 婚该分缎瓣拷贝发送到本搬的所有接日上除了该分维懿入璇接曩) ，确壤努缀最终到达掰有 滟强鹃蘸煮。韶聚分缀楚一个拷贝，耪丢弃健。扩散算法的实现关键楚对“钢敬接收”溯试， 需要维护一个最初的分组划表。 扩散姆法主要适用予组播要求比较离的环境。由于不依赖于任何种路由表，即使传输 错误，只要通向目的站点还存在一条路径，强的站点就麓收至该分缀。健由丁扩散舞渡要求 维护一个簸远避遗魏分缓辫表，露在一个大型溺络中，遮袋表稳当，；1 i 疆内存：弗簸最近 通过的分缴列表只能保证不对相同的分组进行二次转发，而不能保证路由器对某个分缃只接 收一次，一个分组会被传米传去，形成环路，所以效率不高。 ( 2 ) 生成书唾 踅扩羧式更菇毒效的一嵇薅由募法怒垒藏挺技零。生成楗蹩连接了所有疆点磊没有环路 的酗。为了避免形成环蹿，标记网络中的某些链路作为树的一部分，而其他的链路不使用 这样就形成一个覆盖组措域中所有网络节点的没有环路的图。 生成树技术相当有效，不需要很大的内存空间，而鼠保证分组不会镢环传输，确保分缀 裁够到达联有的g 躲避。艇楚，恁没毒考虑翻绥藏虽戆特性，罄谴只有镦少瓣j l 个缀艘员， 生或树也婺覆盖缀播域所有的网络节点，任何分组都要扩展至8 箍个生戒树，造成资源浪费。 ( 3 ) 逆向路径转发 逆向路径转发( r e v e r s ep a t hf o r w a r d i n g ，r p f ) 算法利用踏由表面向网络的优点，为每个 瓣计算一个媾定赡生成挺。建立r p f 糖鲍秘的是提供到达舞舂接收考嬲最挟夔鼯径，甏不是 要隶最小程度地使翊网络赘源。r p f 匏。捧过程如f ；毒接收到一个缀摇分缀时，记f 源站 点( s ) 和接口( i ) ，如果i 属于通向s 的最短路径，就将该分组转发给除了i 以外的所有接 口，否则，拒绝转发该分组。 r p f 除了正常的单播路由表以外，不褥嚣要任何其传资源。由予每个源站点都霄不霹熬 生残褪- 搿软霹玖逶过多条链路扩震，鼠 薅往嚣络褥舞较好的巅瓣。毽楚健也没有考惑级成 一6 东北大学硕士学位论文 第二章组播技术 员关系，分组仍然会扩散到整个缎播域。 ( 4 ) r p f 骜皴 为了解决扩散问题，人们掇出了r p f 修剪方案。其基本思想趋：通过在菜种程度上对缎 成员芙系的记忆米完善基本的r p f ，并且只要_ 谯树中有组成员荚系存在就转敏分组。这样可 以产生最小的树，但需要频繁的动态更新。其主机上作过程如f ： 当缀撩款源瓣点s 开始辩，第一个分组被传撵裂瑟毒熬隧缝萤点； r 4 1 子节点收鲻第一个分缀厩，如果叶子节点是组成员，鲻不作任俺变化：如栗不是缀 成员就向发出该分组的路由器发送个剪枝信息，使这个接口i 上不再发送米囱从s 到组0 的分缀： 强果路由嚣没有必要再接牧s 到g 的分缎，爨由器沿r p f 挺囊上转发劈技命令； 最后，树中只群f 接收崭的活动树。 但此方法存在两个明显的缺峨：第一，第一个分组会扩散副整个组播域：第二，路由器 必颁为每个组和源站点保存状态。 ( 5 ) s t e i n e r 树 s t e i n e r 辩使褥连接在一个蠹串瓣菜个组藏爨辑需静链路数最少。霹为如聚考虑资源总敲 被大量的组使用的情况，那么使用资源较少最终就会减少产生拥塞的风险口”。 该树的优点燃使_ h j 较少的资源，减少产生拥巢的风险，但树相当不稳定，树的形状随绸 中成员芙系的改变褥政变，而且对大犁网络缺少通用豹解决方絮。所以，s t e i n e r 树只不过是 一张联论结构嚣襄饔；= | l 】：其。 2 , 3 组播路由协议 组播路由选择协议是组播路由选择算法的扩展和标准化。他为组播信息找到从组播源到 接牧糍戆跨由通道，鞋绦涯鳃捶髂愚藐舅这接救翡题终。娄蔻鹃缝捺蛰议籀分为= 类：密集 模式协议、稀疏横式协议和链路状态协议。 ( 1 ) 密集模式协议 密集模式协议适用于组成员比较多或分布比较稠密的情况。距离向鬣锕播路由协议 ( d i s t a n c ev e c t o rm u l t i e a s tr o u t i n gp r o t o c o l ，d v m r p ) 秘密集模式熬蛰议无关按议( p r o t o e o l i n d e p e n d e n tm u l t i c a s t - d e n s em o d e ，p i m - d m ) 都属于密集模式协议。密集模式游议健用撵的技 术( p u s h ) 利刖最短路径树来发送组播信息，接收端只需要简单的加入缎错黼就能够收到 组播信息。 ( 2 ) 稀疏模斌协议 耩蘸模式协议遮蠲 缀蒇虽魄较少筑分毒 i 较稀巯静馕城。蠢核树( c o r e b a s e dt r e e c b t ) 和稀疏模式的协议无荧协议( p r o t o c o li a ：d e p e n d e n tm u l t i c a s t s p a r s en l o d e ，p i m s m ) 都 属下稀疏模式协议。他使_ f | | 拉的技术( p u l l ) 从组播组接收组播信息，因此，他假定组播不 被鬻婺，除非蝴一个显式的组播加入机制，否则组播信息就不会被传送到援收站点。 ( 3 ) 键路状态挠谈 链路状态协议也适用于密集横式，他是使用蠼短路径树( s h o r t e s tp a t ht r e e 。s p t ) 的接 收站点发布组播信息a 但是，链路状态协议不适用于d v m r p 或p i m d m 的扩敞年剪杖机制。 相反，他扩散特殊的纽播，却链鼹状态信息，这魑信息可随时隧帆的识捌网络觊成员。所有 兹邂络路壹器楚弼本缀戎受基患采建立献一夺淫逡缝爨所存搂救辩点瓣最短熬经秘。 一7 一 东北走学硕士学位论文 第二章纽皤技术 2 。4 要联网组管理协议 本节套缨蠲予支持主机秘路出器避 亍缀援豹i n t e m e t 缝管理协议( h 3 t e r n e tg r o t r pm a n g e r p r o t o c o l 。i g m p ) 。其作用是让一个物理网络上的所有系统知道主机当前所在的绸播组。组播 路由器需要这些倍患猷便知道缎播数据分组应该向哪些接口转发。i g m p 在r f c1 1 1 2 中定义， 璃于l p 瑶豹一部分。i g m p 援文透避l p 数据报进行传辕。 组播路由器使蚪 i g m p 报文来记漾与该路由器相连网络中组成员的变化麟况。使用规则 如f ： ( 1 当第一个迸糕加入一个组时，主梳就发送个i g m p 请求报文。如蘩一个主梳的多 个避裂加入涸一缎，只发送一个i g m p 擐文。 ( 2 ) 进程离汗一个组时，主机不发送i g m p 请求报文，即便是缎中的最后个进料离开。 主杌