网际多目标广播简介

1、单播和多播单播和多播使用传统的使用传统的IP寻址方法，每个信息包都使用一个唯一的寻址方法，每个信息包都使用一个唯一的IP地址，一次只给一个地址，一次只给一个节点节点(即主机即主机)传送，这种方法称为传送，这种方法称为单目标传送单目标传送(unicast)。如果使用单目标广播。如果使用单目标广播服务把相同内容的信息传输给服务把相同内容的信息传输给N个目标站点，就须要传输个目标站点，就须要传输N个拷贝，即要传输个拷贝，即要传输N次。次。缺点：缺点：浪费链路带宽，因为在链路上要传送多个相同的拷贝浪费链路带宽，因为在链路上要传送多个相同的拷贝大大地加重了服务机的负担大大地加重了服务机的负担 多媒体技术

2、多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院单播和多播单播和多播把消息一次性地同时传输给把消息一次性地同时传输给N个目标站点，这就叫做个目标站点，这就叫做多目标广播多目标广播(multicasting)，在因特网上广播就称为在因特网上广播就称为IP多目标广播多目标广播(IP multicast)或者叫做网际多目标广播或者叫做网际多目标广播特点：特点： 是真正的分布式信息传输服务是真正的分布式信息传输服务大大减轻网络上出现的拥挤和服务器的负担大大减轻网络上出现的拥挤和服务器的负担可用于声音和影视的实时广播，例如，因特网电话会议，因特网电视会议可用于声音和影视的实时

3、广播，例如，因特网电话会议，因特网电视会议须在须在IP协议中增加支持多目标广播的路径安排协议中增加支持多目标广播的路径安排(multicast routing)功能功能IP多目标广播路由协议多目标广播路由协议(IP Multicast routing protocol)比较好地满足了在比较好地满足了在IP网网络上实现多目标广播的功能络上实现多目标广播的功能多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院多目标广播所需要的环境多目标广播所需要的环境 为支持为支持IP多目标广播，发送端和接收端以及收发两端多目标广播，发送端和接收端以及收发两端之间的网络设施都必

4、需具备多目标广播功能，包括之间的网络设施都必需具备多目标广播功能，包括中间的路由器中间的路由器主机节点需要的环境：主机节点需要的环境： TCP/IP协议堆中可支持协议堆中可支持IP多目标广播多目标广播 软件支持网际主机组管理协议软件支持网际主机组管理协议(Internet Group Management Protocol，IGMP)，这样就可以申请参加多目标广播组，这样就可以申请参加多目标广播组(multicast group)和接收多目标广播和接收多目标广播 要有要有IP多目标广播应用软件，例如电视会议软件多目标广播应用软件，例如电视会议软件 在在WAN网络上运行或者评估多目标广播就还需要

5、：网络上运行或者评估多目标广播就还需要：在接收两端之间的所有路由器都具备多目标广播的功能在接收两端之间的所有路由器都具备多目标广播的功能也许要能识别防火墙以便使多目标广播畅通也许要能识别防火墙以便使多目标广播畅通多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院网际多目标广播环境网际多目标广播环境 多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院多目标广播树多目标广播树 多目标广播树多目标广播树(multicast tree)或者叫做多目标广播跨越树或者叫做多目标广播跨越树(multicast spanning tree

6、)描述服务机描述服务机(播送机播送机)和接收机之间构成的播放与接收关系和接收机之间构成的播放与接收关系服务机只向外传送一个信息包流服务机只向外传送一个信息包流每当信息包到达多目标广播树中有多个分支的路由器时，路由器就为每个分支每当信息包到达多目标广播树中有多个分支的路由器时，路由器就为每个分支复制一个信息包。这样就减轻了服务机的负担，更有效地利用了网络资源。复制一个信息包。这样就减轻了服务机的负担，更有效地利用了网络资源。 多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院建立多目标广播树建立多目标广播树 建立多目标广播树的过程如下：建立多目标广播树的过程如

7、下：广播源把数据或者广播通知发送给所有路由器广播源把数据或者广播通知发送给所有路由器不想参加多目标广播的终端逆向发送一个删除消息不想参加多目标广播的终端逆向发送一个删除消息删除没有成员的分支和不在最短路径树上的分支删除没有成员的分支和不在最短路径树上的分支在广播源生成最短路径树在广播源生成最短路径树使用联结和删除功能改变成员之间的关系使用联结和删除功能改变成员之间的关系至少有三种多目标广播路由协议：至少有三种多目标广播路由协议：距离矢量多目标路由协议距离矢量多目标路由协议(Distance Vector Multicast Routing Protocol，DVMRP)。 多目标广播开放最短路

8、径优先协议多目标广播开放最短路径优先协议(Multicast Open Shortest Path First，MOSPF)。 协议独立多目标广播协议独立多目标广播(Protocol Independent Multicasting，PIM)多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院IP多目标广播的地址多目标广播的地址 传输控制协议传输控制协议(Transfer Control Protocol，TCP)和和用户数据包协议用户数据包协议(User Datagram Protocol，UDP)仅提供单目标广播仅提供单目标广播(unicast)传送服务，

9、不能满足多传送服务，不能满足多目标广播的要求目标广播的要求1989年由施乐公司年由施乐公司(Xerox)在帕洛阿尔托研究中心在帕洛阿尔托研究中心(Palo Alto Research Center，PARC)的的Steve Deering提出了一种解决方案，使用提出了一种解决方案，使用IP地址中的地址中的D类类地址来实现地址来实现IP多目标广播多目标广播(IP-Multicast) （ RFC 1112 ）1992年年3月因特网工程特别工作组月因特网工程特别工作组(Internet Engineering Task Force，IETF)召开的会议上采纳召开的会议上采纳了一种称为了一种称为“多

10、目标广播骨干网多目标广播骨干网MBone”的试验方的试验方案，案，1993年年7月正式命名为月正式命名为MBone，是一种可在全，是一种可在全球范围内传输电视的网络球范围内传输电视的网络 多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院主机组主机组 加入某一广播的所有计算机构成一个计加入某一广播的所有计算机构成一个计算机组，称为主机组算机组，称为主机组(host group) 一个主机组的成员是随时变动的，一台一个主机组的成员是随时变动的，一台主机可以随时加入或者退出主机组主机可以随时加入或者退出主机组主机组成员的数目和所在的地理位置也主机组成员的数目和所

11、在的地理位置也不受限制不受限制一台主机也可以属于几个主机组一台主机也可以属于几个主机组多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院主机组地址主机组地址 IP多目标广播使用多目标广播使用D类类IP地址地址(Class D Internet Protocol addresses) 最高最高4位为位为1110用来指定多目标广播主用来指定多目标广播主机组群机组群(multicast host groups)的地址，的地址，主机组的地址范围从主机组的地址范围从224.0.0.0到到239.255.255.255主机组的地址划分为两种类型，一种称主机组的地址划分为

12、两种类型，一种称为永久性地址，另一种称为暂时性地址为永久性地址，另一种称为暂时性地址 多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院地址的分配地址的分配地址的分配由因特网号码分配局地址的分配由因特网号码分配局(Internet Assigned Numbers Authority，IANA)掌握掌握永久地址永久地址224.0.0.1称为称为“所有主机组所有主机组(all-hosts group)”地址，它是用来与直接连接地址，它是用来与直接连接到网络上的所有到网络上的所有IP多目标广播主机组进行通多目标广播主机组进行通信的地址信的地址244.0.0.2是

13、与是与LAN上的所有路由器进行通信上的所有路由器进行通信的地址的地址244.0.0.0到到244.0.0.255是为路由协议和其他是为路由协议和其他用途保留的地址用途保留的地址其他的地址和地址范围用于应用软件，这些其他的地址和地址范围用于应用软件，这些保留的保留的IP多目标广播地址列在多目标广播地址列在RFC 1700中中多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院数据包的发送数据包的发送发送给多目标广播主机组所有成员的数发送给多目标广播主机组所有成员的数据包称为据包称为IP多目标广播数据包多目标广播数据包(IP Multicast Datagram)

14、，这种数据包与，这种数据包与单目标广播单目标广播IP数据包相同数据包相同发送端发送端指定一个代表主机组的目标地址指定一个代表主机组的目标地址，使用与发送单目标数据包一样的操作使用与发送单目标数据包一样的操作“Send IP”来发送多目标广播数据包来发送多目标广播数据包 多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院接收数据包接收数据包 用户主机在多目标广播主机组中申请成员资格用户主机在多目标广播主机组中申请成员资格与与LAN上的路由器通信，如果需要的话还要与发送端和接收端之上的路由器通信，如果需要的话还要与发送端和接收端之间的中间路由器进行通信间的中间路

15、由器进行通信接收端主机上的网络接口卡就可开始筛选具体的接收端主机上的网络接口卡就可开始筛选具体的LAN网络硬件网络硬件(数据链路层数据链路层)的地址，这个地址是与新的地址，这个地址是与新的多目标广播组地址相关联的的多目标广播组地址相关联的WAN路由器把请求的多目标广播数据包递送到路由器把请求的多目标广播数据包递送到LAN路由器，路由器，LAN路由器把接收端的主机地址转换成相路由器把接收端的主机地址转换成相关的硬件地址，然后使用这个地址创建消息关的硬件地址，然后使用这个地址创建消息(例如，例如，以太网帧以太网帧) 正在注意这些地址的接收主机的网络接口卡和网络正在注意这些地址的接收主机的网络接口卡

16、和网络驱动程序就把多目标广播消息传输给驱动程序就把多目标广播消息传输给TCP/IP协议堆，协议堆，由协议堆把广播消息变成用户应用程序的输入，例由协议堆把广播消息变成用户应用程序的输入，例如电视播放器如电视播放器 多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院网际主机组管理协议网际主机组管理协议 如果如果LAN上多目标广播组的成员要接收来自远距离广播源的广播，多上多目标广播组的成员要接收来自远距离广播源的广播，多目标广播信息包就必需要通过路由器转发到目标广播信息包就必需要通过路由器转发到LAN网上。多目标广播路网上。多目标广播路由器通过使用网际主机组管理协

17、议由器通过使用网际主机组管理协议(Internet Group Management Protocol，IGMP)来来查明直接附加到子网的主机组成员是否存在查明直接附加到子网的主机组成员是否存在，它发，它发送一个送一个IGMP查询消息以获得主机组成员的情况查询消息以获得主机组成员的情况为了确定在局域子网上的任何一台主机是否属于多目标广播组：为了确定在局域子网上的任何一台主机是否属于多目标广播组：路由器要周期性地向路由器要周期性地向LAN上的所有终端主机发送一个主机成员查询上的所有终端主机发送一个主机成员查询(Host Membership Query)信息，要求它们汇报主机组群成员的情况信息，

18、要求它们汇报主机组群成员的情况查询被送到所有主机组查询被送到所有主机组(网络地址网络地址224.0.0.1) 每台主机都回送一个主机成员报告每台主机都回送一个主机成员报告(Host Membership Report)信息信息这样就可确定子网上的主机是否加入多目标广播组，从而确定是否要把多目标数据这样就可确定子网上的主机是否加入多目标广播组，从而确定是否要把多目标数据包送到这个子网包送到这个子网多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院接收端如何参与多目标广播接收端如何参与多目标广播 多目标广播会话消息经常通过因特网多目标广播会话消息经常通过因特网广

19、告通知广告通知接收端接收端广告使用应用层的广播会话说明协议广告使用应用层的广播会话说明协议(Session Description Protocol，SDP)来发布来发布地址是地址是224.2.2.2，UDP端口号是端口号是4000内容包括广播的名称、广播时间内容包括广播的名称、广播时间(active times)、媒体的类型、媒体的类型(声音、电视、白板等等声音、电视、白板等等)和广播地址和广播地址任何有兴趣了解多目标广播的主机都可以参加这个特殊的多目任何有兴趣了解多目标广播的主机都可以参加这个特殊的多目标广播会话和接收这种广告标广播会话和接收这种广告可用一台主机运行用户代理来收集广告并把广

20、告摘要用图形方可用一台主机运行用户代理来收集广告并把广告摘要用图形方式向用户显示，叫做会话目录式向用户显示，叫做会话目录(Session Directory，SD) ，右，右图是一个客户端看图是一个客户端看SD的工具的工具如何给多目标广播分配地址？如何给多目标广播分配地址？当源端开始一个新的多目标广播时，当源端开始一个新的多目标广播时，SD就从多目标地址空间中就从多目标地址空间中随机地选择一个多目标广播地址随机地选择一个多目标广播地址参加多目标广播的主机需要做两件事参加多目标广播的主机需要做两件事要立即给最近的路由器发送一个消息，告诉它参加多目标广播，发送这个消息是使用应用层的一个叫做网际主机

21、组管理协议IGMP要设置IP进程去接收IP数据包，因为它在IP目标地址域中含有会话的多目标广播地址，当接收端退出多目标广播会话时，类似的进程也要设置多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院多目标广播路径选择多目标广播路径选择 根据多目标广播组成员在整个网络上预期的分布情根据多目标广播组成员在整个网络上预期的分布情况，况，IP多目标广播路由选择协议通常遵循下述两种基多目标广播路由选择协议通常遵循下述两种基本假设来制定：本假设来制定：多目标广播组成员密布在整个网络上，也就是许多子网至少包含多目标广播组成员密布在整个网络上，也就是许多子网至少包含一个成员

22、，并且带宽很充裕。一个成员，并且带宽很充裕。根据这种假设制定的协议叫做密集型多目标广播路由协议(dense-mode multicast routing protocols) 依靠称为“流放(flooding)”技术把信息传播到所有路由器这个协议包含：距离矢量多目标广播路由协议(Distance Vector Multicast Routing Protocol，DVMRP) 多目标广播开放式最短路径优先(Multicast Open Shortest Path First，MOSPF)协议协议独立的多目标广播-密集型(Protocol-Independent Multicast - Dens

23、e Mode，PIM-DM)路由协议多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院多目标广播路径选择多目标广播路径选择多目标广播组成员稀疏地分布在整个网络，多目标广播组成员稀疏地分布在整个网络，并且未必有充裕的带宽可用并且未必有充裕的带宽可用根据这种假设制定的协议叫做稀疏型多目标根据这种假设制定的协议叫做稀疏型多目标广播路由协议广播路由协议(Sparse-Mode Multicast Routing Protocols) 稀疏型多目标广播路由协议包括稀疏型多目标广播路由协议包括用几个核心路由器构造的用几个核心路由器构造的核心基干树核心基干树(Core B

24、ased Trees，CBT)协议协议和和协议独立的协议独立的多目标广播多目标广播-稀疏型稀疏型(Protocol-Independent Multicast- Sparse Mode，PIM-SM)路由协议路由协议 多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院密集型多目标广播路由协议密集型多目标广播路由协议 在生成跨越广播树期间有选择的转发工作过程如下：在生成跨越广播树期间有选择的转发工作过程如下：当路由器接收到一个多目标广播信息时：当路由器接收到一个多目标广播信息时：它检查它的单目标广播路由表。如果这个接口就是多目标广播信息到达的最短路径它检查它的

25、单目标广播路由表。如果这个接口就是多目标广播信息到达的最短路径接口，路由器就在它内部的表中登录某些状态信息用来识别多目标广播组，并且把接口，路由器就在它内部的表中登录某些状态信息用来识别多目标广播组，并且把多目标广播消息转发到所有相邻的路由器。这种机制叫做反向路径转发多目标广播消息转发到所有相邻的路由器。这种机制叫做反向路径转发(Reverse Path Forwarding)。它可确保在广播树上没有环路，而且是最短路径。这是它可确保在广播树上没有环路，而且是最短路径。这是DVMRP协议的基本部分。协议的基本部分。协议中的剪除部分是用来剪除广播树的树枝，就是删除不参加多目标协议中的剪除部分是用

26、来剪除广播树的树枝，就是删除不参加多目标广播组的成员广播组的成员IGMP协议运行在主机和与它们直接邻接的路由器之间，它用来维护路由器中的组协议运行在主机和与它们直接邻接的路由器之间，它用来维护路由器中的组员数据员数据当路由器确信没有主机属于多目标广播组时就向上游路由器发送一个剪除信息当路由器确信没有主机属于多目标广播组时就向上游路由器发送一个剪除信息路由器修改路由表中的状态信息以反映剪除路由器修改路由表中的状态信息以反映剪除过程一直到所有多余的分支被剪除掉为止过程一直到所有多余的分支被剪除掉为止最后得到的是一棵最小跨越广播树。最后得到的是一棵最小跨越广播树。多媒体技术多媒体技术,2006年年中

27、山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院DVMRP跨越广播树的构造过跨越广播树的构造过程程 在第在第1次转发时，消息到达次转发时，消息到达路由器路由器MR1。 在第在第2次转发时，消息到次转发时，消息到达路由器达路由器MR2、3和和4。 在第在第3次转发时，消息到次转发时，消息到达路由器达路由器MR5、6和和8，路由，路由器器MR3和和4交换消息。交换消息。 在第在第4次转发时，消息到次转发时，消息到达路由器达路由器MR7。它认识到这。它认识到这是一个叶子路由器，而且在是一个叶子路由器，而且在子网上没有广播组的成员，子网上没有广播组的成员，所以它就回送一个剪除消息所以它就回送一个剪除

28、消息给路由器给路由器MR6。路由器。路由器MR6回送一个剪除消息给路由器回送一个剪除消息给路由器MR4。路由器。路由器MR3也回送一也回送一个剪除消息给路由器个剪除消息给路由器MR1。多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院最后生成的跨越广播树最后生成的跨越广播树 多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院DVMRP特点特点由于新的成员可在任何时候加入到广播组，而且由由于新的成员可在任何时候加入到广播组，而且由于新成员可能是在某一个被剪除的分支上加入，因于新成员可能是在某一个被剪除的分支上加入，因此此DV

29、MRP就周期性地重新启动跨越广播树的构造进就周期性地重新启动跨越广播树的构造进程。程。在子网上密布有多目标广播组的情况下，在子网上密布有多目标广播组的情况下，DVMRP工工作得很好，但多目标广播组稀疏分布在广域网上的作得很好，但多目标广播组稀疏分布在广域网上的情况下，周期性地广播行为会使网络的性能严重下情况下，周期性地广播行为会使网络的性能严重下降降多目标广播路由状态信息的数量问题多目标广播路由状态信息的数量问题所有路由器都必需为每个广播组所有路由器都必需为每个广播组(广播源和接收组广播源和接收组)存放状态信息，存放状态信息，这些信息是用来转发多目标广播消息的指定接口信息，或者是剪这些信息是用

30、来转发多目标广播消息的指定接口信息，或者是剪除状态信息除状态信息信息必需要存放在多目标广播路由器中信息必需要存放在多目标广播路由器中多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院多目标广播开放最短路径优先协议多目标广播开放最短路径优先协议 多目标广播开放最短路径优先协议多目标广播开放最短路径优先协议(Multicast Open Shortest Path First，MOSPF) 不能不能脱离开放最短路径优先协议脱离开放最短路径优先协议(Open Shortest Path First，OSPF)来使用来使用OSPF是单目标广播路由协议是单目标广播路由

31、协议沿着最低成本路径邮递消息沿着最低成本路径邮递消息最低成本则使用链路状态最低成本则使用链路状态(link-state)来衡量：来衡量：路径上的转发数之外负荷平衡信息，例如，对通信量小的链路，其成本就比较低，对交通量大的链路，其成本就比较高，这样做是为了平衡网络上的交通；要求的服务质量，例如，对要求时延低的服务，其成本就比较高，对要求使用卫星链路的服务，其成本就比较高，等等多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院MOSPF工作过程工作过程过程：过程：每台每台MOSPF路由器通过网际主机组管理协议路由器通过网际主机组管理协议(Internet Gro

32、up Management Protocol，IGMP)周期性地收集多目标广播组成员周期性地收集多目标广播组成员的信息的信息信息连同上述的链路状态信息一起传送到这个路由域中所有的其信息连同上述的链路状态信息一起传送到这个路由域中所有的其他路由器他路由器由于每个路由器都了解整个网络的布局，因此路由器就使用广播由于每个路由器都了解整个网络的布局，因此路由器就使用广播源作为树根、使用广播组的成员作为树叶来独立计算最低成本跨源作为树根、使用广播组的成员作为树叶来独立计算最低成本跨越广播树越广播树由于所有路由器都周期性地共享链路状态信息，因此它们计算得由于所有路由器都周期性地共享链路状态信息，因此它们计

33、算得到的广播树将完全相同到的广播树将完全相同计算过程是由多目标广播传输来激发的，也就是数据驱动计算过程是由多目标广播传输来激发的，也就是数据驱动(data driven)的方法；每台路由器接收到消息时就计算广播树，并可得的方法；每台路由器接收到消息时就计算广播树，并可得到完全相同的广播树，然后使用广播树来转发广播内容。到完全相同的广播树，然后使用广播树来转发广播内容。 多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院MOSPF计算最短路径树计算最短路径树MOSPF使用使用Dijkstra算法去计算最算法去计算最短路径树。对每个广播对短路径树。对每个广播对(

34、广播源和广播源和目标组目标组)都要单独计算。为了减少计都要单独计算。为了减少计算量，当路由器接收到数据包流中的算量，当路由器接收到数据包流中的第一个数据包时才做这种计算。一旦第一个数据包时才做这种计算。一旦计算出广播树，就把信息存储起来，计算出广播树，就把信息存储起来，为后来的数据包使用为后来的数据包使用 计算步骤如下：计算步骤如下： MR1计算的树：经由计算的树：经由IGMP知道组的成员，知道组的成员，因此就知道通往因此就知道通往MR4的路径要经的路径要经MR2，通往通往MR8的路径要经的路径要经MR5，等等。，等等。 MR2计算的树：确定通往计算的树：确定通往MR4的路径是的路径是直接的，

35、通往直接的，通往MR8的路径要经的路径要经MR5；MR3计算的树：确定通往计算的树：确定通往MR9的路径是的路径是直接的。直接的。 MR5计算的树：确定通往计算的树：确定通往MR8的路径是的路径是直接的直接的多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院协议独立多目标广播路由协议协议独立多目标广播路由协议 协议独立多目标广播协议独立多目标广播(Protocol Independent Multicast，PIM)路由协路由协议的目标：议的目标：开发一个标准的多目标广播路由协议开发一个标准的多目标广播路由协议不依赖于任何特殊的单目标广播路由协议提供的方法不

36、依赖于任何特殊的单目标广播路由协议提供的方法用可增减路由域数目的域间多目标广播的行程安排用可增减路由域数目的域间多目标广播的行程安排PIM有两种运行模式：有两种运行模式：为密集型分布的多目标广播组群为密集型分布的多目标广播组群协议独立多目标广播协议独立多目标广播-密集型密集型(Protocol-Independent Multicast-Dense Mode，PIM-DM)路由协议路由协议(PIM-DM)路由协议与距离矢量多目标广播路由协议路由协议与距离矢量多目标广播路由协议DVMRP 相类似，使用保留路径相类似，使用保留路径多目标广播技术多目标广播技术(Reverse Path Multic

37、asting，RPM)来构造广播树来构造广播树DVMRP和和PIM-DM之间的主要差别是：之间的主要差别是：PIM完全独立于单目标路由广播协议完全独立于单目标路由广播协议PIM-DM比比DVMRP简单。简单。 为稀疏型分布的多目标广播组群为稀疏型分布的多目标广播组群协议独立型多目标广播协议独立型多目标广播-稀疏型稀疏型(Protocol Independent Multicast - Sparse Mode，PIM-SM)路由协议（后面讲）路由协议（后面讲）多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院稀疏型多目标广播路由协议稀疏型多目标广播路由协议 密

38、集型需要使用数据驱动密集型需要使用数据驱动(data-driven)方法来构造多目标广播树，而稀疏型协方法来构造多目标广播树，而稀疏型协议使用议使用接收器启动接收器启动(receiver-initiated)的方法来构造多媒体广播树，也就是仅的方法来构造多媒体广播树，也就是仅当子网上有主机向特定多目标广播组申当子网上有主机向特定多目标广播组申请成员资格时，路由器才去构造多目标请成员资格时，路由器才去构造多目标广播树广播树核心基干树核心基干树(CBT)协议协议 协议独立多目标广播协议独立多目标广播-稀疏型协议稀疏型协议(PIM-SM) 多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院

39、中山大学信息科学与技术学院核心基干树核心基干树(CBT)协议协议 核心基干树核心基干树(Core Based Tree，CBT)协议构造一棵由所有组协议构造一棵由所有组员共享的树，整个组的多目标广播交通都在这棵相同的树上发员共享的树，整个组的多目标广播交通都在这棵相同的树上发送和接收，而不管它们的广播源。使用共享树可以明显节省在送和接收，而不管它们的广播源。使用共享树可以明显节省在路由器中存储的多目标广播状态信息的数量路由器中存储的多目标广播状态信息的数量 如果要想加入这棵核心树，路由器就发送一个加入消息如果要想加入这棵核心树，路由器就发送一个加入消息(join message)到核心路由器表

40、示它准备加入核心树。到核心路由器表示它准备加入核心树。当核心路由器接收到加入申请时，核心路由器给它返回一个确当核心路由器接收到加入申请时，核心路由器给它返回一个确认消息，这样就形成一个树的分支。认消息，这样就形成一个树的分支。申请加入广播树时，加入消息不需要穿越到达核心路由器的所申请加入广播树时，加入消息不需要穿越到达核心路由器的所有线路：有线路：如果一个加入消息在到达核心路由器之前命中广播树上的一个路由器，这如果一个加入消息在到达核心路由器之前命中广播树上的一个路由器，这个路由器就会终止转发加入消息，并且回送一个确认消息，然后它就连接个路由器就会终止转发加入消息，并且回送一个确认消息，然后它

41、就连接到了共享树上。到了共享树上。 某些版本的某些版本的CBT路由协议支持使用多个核心路由器，因此负载路由协议支持使用多个核心路由器，因此负载平衡问题也就可以使用多个核心路由器来改善平衡问题也就可以使用多个核心路由器来改善 多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院CBT共享树共享树 多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院共享广播树特点共享广播树特点优点：优点：共享广播树容易构造共享广播树容易构造减少了必需存储在路由器中的状态信息数减少了必需存储在路由器中的状态信息数如果多目标广播组是由大量的低数据率广

42、播源组成，共享如果多目标广播组是由大量的低数据率广播源组成，共享广播树应该可节省网络资源广播树应该可节省网络资源缺点：缺点：共享广播树会导致交通集中在核心路由器上或者在会合点共享广播树会导致交通集中在核心路由器上或者在会合点上，当有大量的多目标广播交通出现时就会使用服务质量上，当有大量的多目标广播交通出现时就会使用服务质量减低减低交通经常不能在最短路径上通行交通经常不能在最短路径上通行 多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院协议独立多目标广播协议独立多目标广播-稀疏型协议稀疏型协议 PIM-SM围绕一个称为会合点围绕一个称为会合点(rendezv

43、ous point)的路由器来构造多目标广播树。这个的路由器来构造多目标广播树。这个会合点所扮演的角色与会合点所扮演的角色与CBT协议中的核心路协议中的核心路由器所扮演的角色相同，但比由器所扮演的角色相同，但比CBT协议更灵协议更灵活活用用CBT路由协议构造的树总是组共享广播树路由协议构造的树总是组共享广播树(group-shared tree)，而使用，而使用PIM-SM协议协议构造广播树时既可构造组共享树，也可构造构造广播树时既可构造组共享树，也可构造最短路径树最短路径树(shortest-path tree)多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技

44、术学院PIM-SM构造广播树构造广播树PIM-SM协议最初构造一棵组共享广播树协议最初构造一棵组共享广播树(group-shared tree)以支持多目标广播组，这是通过发送端以支持多目标广播组，这是通过发送端(广播源广播源)和接收端都连接到会合点来建立的和接收端都连接到会合点来建立的广播树建立之后，路由器可向广播源发送一个广播树建立之后，路由器可向广播源发送一个PIM加加入消息入消息(PIM join message)，目的是把接收端与广，目的是把接收端与广播源的连接播源的连接改接到最短路径树改接到最短路径树上上从广播源到接收端的最短路径一旦建立，通过会合从广播源到接收端的最短路径一旦建立

45、，通过会合点的无关分支就可以剪除，点的无关分支就可以剪除，在单个多目标广播组中，对不同的广播源也可以选在单个多目标广播组中，对不同的广播源也可以选择不同类型的广播树择不同类型的广播树 多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院广播广播-稀疏型广播树的构造过程稀疏型广播树的构造过程 广播源广播源1( Source 1)在会合点上的多目标在会合点上的多目标广播路由器广播路由器RPt处登处登记。记。 接收端加入路由器接收端加入路由器RPt；现在是一个比；现在是一个比较大的共享树。较大的共享树。 接收端接收来自广播接收端接收来自广播源源1的数据，然后发的数据

46、，然后发送一个明确的加入消送一个明确的加入消息到广播源息到广播源1，这样，这样就构造了一条最短的就构造了一条最短的路径。路径。多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院协同工作协同工作 现存的单目标广播路由器和正在出现的现存的单目标广播路由器和正在出现的具有多目标广播功能的路由器之间的协具有多目标广播功能的路由器之间的协同工作同工作各种多目标广播路由方法之间的协同工各种多目标广播路由方法之间的协同工作作 解决在解决在PIM-DM和和PIM-SM之间能够协同工作之间能够协同工作解决在解决在PIM与其他多目标广播路路径结构之间的与其他多目标广播路路径结构

47、之间的协同工作协同工作多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院实时传输协议和实时控制协议实时传输协议和实时控制协议 RTP：Realtime-Transfer ProtocolRTP是一种提供端对端传输服务的实时传输协议是一种提供端对端传输服务的实时传输协议支持在单目标广播和多目标广播网络服务中传输实时数据支持在单目标广播和多目标广播网络服务中传输实时数据实时数据的传输则由实时数据的传输则由RTCP协议来监视和控制协议来监视和控制RTP定义在定义在RFC 1889中中RTP信息包的结构包含：信息包的结构包含：声音点播(audio-on-demand

48、)影视点播(video on demand)因特网电话(Internet telephony)电视会议(videoconferencing)RTP的规格没有对声音和电视的压缩格式制定标准，它可以被用的规格没有对声音和电视的压缩格式制定标准，它可以被用来传输普通格式的文件来传输普通格式的文件例如，WAV或者GSM(Global System for Mobile communications)格式的声音、MPEG-1和MPEG-2的电视，也可以用来传输专有格式存储的声音和电视文件。多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院实时传输协议和实时控制协议实时

49、传输协议和实时控制协议RTP VS Tcp/Ip使用使用RTP协议的应用程协议的应用程序运行在序运行在RTP之上之上执行执行RTP的程序运行在的程序运行在UDP的上层，目的是为的上层，目的是为了使用了使用UDP的端口号和的端口号和检查和检查和RTP可以看成是传输层可以看成是传输层的子层的子层由多媒体应用程序生成的声音和电视数据块被封装在RTP信息包中每个RTP信息包被封装在UDP消息段中，然后再封装在IP数据包中多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院实时传输协议和实时控制协议实时传输协议和实时控制协议RTP与应用开发与应用开发开发人员必需把开发人

50、员必需把RTP集集成到应用程序中成到应用程序中在发送端，开发人员必在发送端，开发人员必需把执行需把执行RTP协议的程协议的程序写入到创建序写入到创建RTP信息信息包的应用程序中，然后包的应用程序中，然后应用程序把应用程序把RTP信息包信息包发送到发送到UDP的套接接口的套接接口(socket interface) 在接收端，在接收端，RTP信息包信息包通过通过UDP套接接口输入套接接口输入到应用程序，因此开发到应用程序，因此开发人员必需把执行人员必需把执行RTP协协议的程序写入到从议的程序写入到从RTP信息包中抽出媒体数据信息包中抽出媒体数据的应用程序。的应用程序。 多媒体技术多媒体技术,20

51、06年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院实时传输协议和实时控制协议实时传输协议和实时控制协议RTP的特点的特点使用标准的使用标准的RTP协议，应用程序就更容易与其他的网络应用程序配合运行协议，应用程序就更容易与其他的网络应用程序配合运行例如，如果有两个不同的公司都在开发因特网电话软件，他们都把RTP合并到他们的产品中，这样就有希望：使用不同公司电话软件的用户之间能够进行通信RTP不提供任何机制来确保把数据及时递送到接收端或者确保其他的服务质量不提供任何机制来确保把数据及时递送到接收端或者确保其他的服务质量RTP不担保在递送过程中不丢失信息包或者防止信息包的次序不被打乱不担保

52、在递送过程中不丢失信息包或者防止信息包的次序不被打乱中间的路由器并不区分那个中间的路由器并不区分那个IP数据报是运载数据报是运载RTP信息包的信息包的RTP允许给每个媒体源分配一个单独的允许给每个媒体源分配一个单独的RTP信息包流信息包流例如，摄像机或者麦克风。例如，有两个团体参与的电视会议，这就可能打开4个信息包流：两台摄像机传送电视流和两个麦克风传送声音流许多流行的编码技术，包括MPEG-1和MPEG-2在编码过程中都把声音和电视图像捆绑在一起以形成单一的数据流，一个方向就生成一个RTP信息包流。RTP信息包没有被限制只可应用于单目标广播信息包没有被限制只可应用于单目标广播可以在一对多可以

53、在一对多(one-to-many)的多目标广播树上传送的多目标广播树上传送可以在多对多可以在多对多(many-to-many)的多目标广播树上传送的多目标广播树上传送多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院实时传输协议和实时控制协议实时传输协议和实时控制协议RTP信息包标题域信息包标题域 有效载荷类型有效载荷类型(payload type)域域长度为7位，因此RTP可支持128种不同的有效载荷类型对于声音流、电视流 ，这个域用来指示声音使用的编码类型如果发送端在会话或者广播的中途决定改变编码方法，发送端可通过这个域来通知接收端 顺序号顺序号(seq

54、uence number)域域长度为长度为16位，每发送一个位，每发送一个RTP信息包顺序号就加信息包顺序号就加1接收端可以用它来检查信息包是否有丢失以及按顺序号处理信息包接收端可以用它来检查信息包是否有丢失以及按顺序号处理信息包例如，接收端的应用程序接收到一个RTP信息包流，这个RTP信息包在顺序号86和89之间有一个间隔，接收端就知道信息包87和88已经丢失，并且采取措施来处理丢失的数据 时间戳时间戳(timestamp)域域域的长度为32字节反映RTP数据信息包中第一个字节的采样时刻(时间) 接收端可以利用这个时间戳来去除由网络引起的信息包的抖动，并且在接收端为播放提供同步功能。 同步源

55、标识符同步源标识符(Synchronization Source Identifier)域域 长度为32位。它用来标识RTP信息包流的起源在RTP会话或者期间的每个信息包流都有一个清楚的SSRCSSRC不是发送端的IP地址，而是在新的信息包流开始时源端随机分配的一个号码。 多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院实时传输协议和实时控制协议实时传输协议和实时控制协议RTCP(Real-time Control Protocol)RTCP用来监视服务质量和传送有用来监视服务质量和传送有关与会者的信息关与会者的信息多媒体网络应用把多媒体网络应用把RTCP

56、和和RTP一一起使用，尤其是在多目标广播中更起使用，尤其是在多目标广播中更具吸引力具吸引力在在RTP会话期间，每个参与者周期会话期间，每个参与者周期性地向所有其他参与者发送性地向所有其他参与者发送RTCP控制信息包控制信息包对于对于RTP会话或者广播，通常使用会话或者广播，通常使用单个多目标广播地址，属于这个会单个多目标广播地址，属于这个会话的所有话的所有RTP和和RTCP信息包都使信息包都使用这个多目标广播地址用这个多目标广播地址使用不同的端口号可把使用不同的端口号可把RTP信息包信息包和和RTCP信息包区分开来信息包区分开来 多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山

57、大学信息科学与技术学院实时传输协议和实时控制协议实时传输协议和实时控制协议RTCP的主要功能的主要功能 为应用程序提供会话质量或者广播性能质量的信息为应用程序提供会话质量或者广播性能质量的信息不封装声音数据或者电视数据，封装发送端和不封装声音数据或者电视数据，封装发送端和/或者接收端的统计或者接收端的统计报表，包括：报表，包括：发送的信息包数目丢失的信息包数目信息包的抖动这些反馈信息对发送端、接收端或者网络管理员都是很有用的这些反馈信息对发送端、接收端或者网络管理员都是很有用的RTCP规格没有指定应用程序应该使用这个反馈信息做什么，这规格没有指定应用程序应该使用这个反馈信息做什么，这取决于应用

58、程序开发人员，可以根据反馈信息来：取决于应用程序开发人员，可以根据反馈信息来：修改传输速率判断问题是本地的、区域性的还是全球性的评估网络性能多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院实时传输协议和实时控制协议实时传输协议和实时控制协议RTSP (Real-Time Streaming Protocol)实时流放协议实时流放协议 目的：目的：为单目标广播和多目标广播上的流式多媒体应用提供牢靠的播放性能，以及支持不同厂家提供的客户机和服务机之间的协同工作能力 工作过程：工作过程：播放的数据流被分成许多信息包，信息包的大小很适用于客户机和服务器之间的带宽当

59、客户机已经接收到足够多的信息包之后，用户软件就可开始播放一个信息包，同时对另一个信息包解压缩和接收第三个信息包用户就不需要把整个媒体文件从服务器上下载之后就可立即播放广播源可以是现场的数据流也可以是存储的数据流RTSP能够与资源保留协议一起使用，用来设置和管理保留带宽的流式会能够与资源保留协议一起使用，用来设置和管理保留带宽的流式会话或者广播话或者广播 多媒体技术多媒体技术,2006年年中山大学信息科学与技术学院中山大学信息科学与技术学院资源保留协议资源保留协议 特定：因特网资源是指链路带宽和路由器的特定：因特网资源是指链路带宽和路由器的缓存缓存当前因特网主要是为当前因特网主要是为IP数据报提

60、供最佳服务，数据报提供最佳服务，而对吞吐率和时延不提供任何担保而对吞吐率和时延不提供任何担保为了改善声音和电视质量，这就非常渴望能为了改善声音和电视质量，这就非常渴望能够在因特网上为多媒体网络应用提供服务质够在因特网上为多媒体网络应用提供服务质量量(quality of service，QoS) 有保证的服务有保证的服务QoS保证需要一种机制，这种机制允许应用保证需要一种机制，这种机制允许应用程序保留因特网上的资源程序保留因特网上的资源资源保留协议资源保留协议(Resource Reservation Protocol，RSVP)就是一个允许应用程序保就是一个允许应用程序保留资源的一种标准留资