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多媒体技术中南大学信息科学与工程学院黄东军第十章网络组播技术1组播的概念

广播：将源端数据发送到一个网络中的所有主机的传播方式。广播使用广播地址。

单播：将源端数据发送到网络中的某个特定主机的传播方式。单播使用特定主机地址。

组播：将源端数据发送到网络中的一组主机的传播方式。组播使用组地址。1组播的概念SrcSrc组播：一种有效节省网络带宽的传输方式。2组播的应用广泛应用于一对多（one-to-many）的传送需要举例:新闻/体育消息/股票信息/天气信息的更新发布远程教育（Distancelearning）网络路由信息更新（routingupdates）远程会议（Teleconferencing，audio,video,sharedwhiteboard,texteditor）分布式交互式游戏和仿真（Distributedinteractivegamingorsimulations）内容发布（Contentdistribution）;软件发布（Softwaredistribution）Web缓存更新（Web-cacheupdates）数据库应用（Databasereplication）3组播与广播、单播的比较广播（Broadcast）:

将一个数据拷贝发送到网络中的所有主机实现简单（Simple）,但是效率不高（inefficient）即使主机对该数据不感兴趣也必须处理它因此占用了主机的CPU资源会产生广播风暴“broadcaststorms”多个重复的单播（ReplicatedUnicast）发送者依次向各接收主机发送相同的数据发送者必须事先知道每个接收主机的地址通讯量在发送方过于集中，但比较可靠（Reliability

=>per-receiverstate,separatesessions/processesatsender）4IP组播的体系结构HostsRouters服务模型Servicemodel主机与路由器关系协议(IGMP)组播路由协议Multicastroutingprotocols5IP组播模型:RFC1112发送者（源）不需要知道接收主机使用组地址“groupaddress”标识一个群组即IP包的头部使用的是组地址而不是单播地址群组所包含的主机数量是任意的（anysize）;群组成员可以位于互联网任何地方群组关系（Groupmembership）是非显式知道的（notexplicitlyknown）接收主机可以在任何时候加入或者退出群组通信（Receiverscanjoin/leaveatwill）网络负责构造分配树（Distributiontree，也叫组播树）以实现组播传输在组播传输中，任何子网中不能出现同一数据的两个副本组播数据只能传送给群组成员（由于群组成员可以在任何时候加入或者退出群组，因此组播传送是一个非常动态化的问题（multicastdeliverytreechangesdynamically）5IP组播模型:RFC11126IP组播地址IP组播使用D类IP地址（ClassDIPaddresses）224.0.0.0–239.255.255.255组地址的分配（Addressallocation）:IANA指定了一些永久地址（Well-known:224.0.0.xand224.0.1.x

）；其他组地址是临时组地址（Transientmulticastaddresses），需要动态分配每一个组地址代表一个主机群组（hostgroup）IP组地址是非结构化的（flataddressspace）1110GroupIDIP组播播服服务务：：组组播播数数据据的的接接收收提供供两两种种操操作作加入入组组播播群群组组:Join-IP-Multicast-Group(group-address,interface)退出出群群组组：：Leave-IP-Multicast-Group(group-address,interface)加入入群群组组后后，，主主机机通通过过常常规规IP接收收操操作作（（normalIP-receiveoperation）接接收收组组播播数数据据包包7IP组播播地地址址到到链链路路层层组组地地址址的的映映射射以太太网网（（Ethernet）等等局局域域网网使使用用802地址址:采用用直直接接映映射射（Directmapping!较unicast简单单!无需需ARP等协协议议.）LANmulticastaddress0000000100000000010111100111028bits23bitsIPmulticastaddressGroupbitIPMulticastArchitectureHostsRoutersServicemodelHost-to-routerprotocol(IGMP)Multicastroutingprotocols(various)8群组组关关系系管管理理协协议议（（InternetGroupManagementProtocol）IGMP:在子子网网中中建建立立、、维维护护和和撤撤销销群群组组的的信信号号协协议议“signalingprotocol”。目标标:保持持路路由由器器对对整整个个局局域域网网上上群群组组关关系系的的更更新新（keeprouterup-to-datewithgroupmembershipofentireLAN）但是是，，路路由由器器不不需需要要知知道道所所有有成成员员的的存存在在，，而而只只需需要要知知道道是是否否有有成成员员主主机机存存在在IGMP协议议的的工工作作原原理理一个个网网络络选选择择一一个个路路由由器器充充当当查查询询者者“querier””查询询者者周周期期性性发发送送群群组组关关系系查查询询报报文文IGMP（MembershipQuerymessage）到一一个个特特定定地地址址（all-systemsgroup，224.0.0.1)所有有主主机机接接收收到到该该报报文文后后，，启启动动一一个个随随机机计计时时器器（randomtimers，0~10秒)QRouters:Hosts:IGMP协议的工工作原理理(cont.)一旦有一一个主机机超时，，它就发发送一个个群组关关系应答答报文（MembershipReport）到组G其他主机机也接收收到该报报文，立立即终止止其定时时器路由器负负责监听听所有群群组的应应答报文文，如果果一个群群组未给给出应答答（超时时），路路由器就就终止对对该群组组报文的的转发QGGGGRouters:Hosts:IPMulticastArchitectureHostsRoutersServicemodelHost-to-routerprotocol(IGMP)Multicastroutingprotocols9组播路由由（MulticastRouting）组播路由由的基本本目标：：在网络络层为传传送组播播数据包包而建立立组播分分配树组播树的的叶结点点是指包包含有群群组成员员主机的的子网(detectedbyIGMP)组播路由由是一个个比较困困难的课课题（Multicastservicemodelmakesithard）组播的匿匿名性动态加入入和退出出（Dynamicjoin/leave）简单组播播路由技技术概览览基于泛播播与剪枝枝技术的的路由首先在整整个网络络泛播组组播数据据包然后剪除除不含成成员主机机的网络络分枝属于这类类技术的的协议:DVMRP,PIM-DM基于链路路状态的的组播路路由协议议一个路由由器知道道有成员员主机加加入群组组时，它它就在整整个网络络广播该该群组关关系一个路由由器接收收到组播播数据时时，它就就利用Dijkstra算法计算算到目标标主机的的最短路路经，并并转发组组播数据据协议举例例:MOSPF基于泛播播的组播播路由过过程GGSG泛播（Flooding）GGSG剪枝（Pruning）GGSPrune(s,g)Prune(s,g)GGraft(s,g)Graft(s,g)嫁接（Grafting）GGSGGReport(g)嫁接完成成后GGSGG距离向量量组播路路由（Distance-VectorMulticastRouting）DVMRP由两部分分组成:常规距离离向量协协议(likeRIP)组播数据据包转发发协议DVMRP转发组播播数据包包ifThepacketarrivedfromthelinkusedtoreachthesourceofthepacket即反向路路径转发发–RPF仅在子链链路上转转发组播播数据包包如果下游游链路没没有成员员节点，，则进行行剪枝处处理DVMRP协议的缺缺点像其他基基于距离离向量的的协议一一样,受无穷计计数（count-to-infinity）和环路路影响（（transientlooping）伸缩性受受到类RIP协议的制制约.也引入了了新的伸伸缩性问问题（scalinglimitations）:路由器的的(S,G)状态，使使路由器器存储开开销比较较大!广播对网网络冲击击比较大大.MulticastBackbone(MBone)AnoverlaynetworkofIPmulticast-capableroutersusingDVMRPTools:sdr(sessiondirectory),vic,vat,wbHost/routerMBonerouterPhysicallinkTunnelPartofMBoneRRRHRHRRHMulticastOSPF(MOSPF)MOSPF是OSPF的扩充，以便便支持组播路由器（Multicast-capablerouters）广播链路状状态广告（linkstateroutingadvertisements）链路状态报文文中包含有组组播地址（Link-statepacketsincludemulticastgroupaddressestowhichlocalmembershavejoined）一个路由器接接到组播数据据包时就计算算（应用Dijkstra算法）到目标标节点的最短短路径以便形形成组播树Source1Receiver1Receiver2MOSPF:ExampleZWQTSource1Receiver1Receiver2LinkFailure/TopologyChangeZWQTXSource1Receiver1Receiver2GroupMembershipChangeZWQTReceiver3共享树vs.源基树源基树（Source-basedtrees）为每一个源端端建立一个组组播树每个路由器维维护(S,G)状态（state）的组播路由由表Eg:DVMRP,MOSPF,PIM-DM,PIM-SM共享树（Sharedtrees）所有成员共享享一个组播树树无论哪个源端端都是用同一一个组播树传传输数据路由器只需要要维护(*,G)状态（(*,G)stateatintermediaterouters）Eg:CBT,PIM-SM源基树（Source-basedTrees）RouterSourceReceiverSRRRRRSS共享树（SharedTree）RPRouterSourceReceiverSSSRRRRRSharedvs.Source-BasedTreesSource-basedtreesShortestpathtrees––lowdelay,betterloaddistributionMorestateatrouters(per-sourcestate)在密集模式的的网络环境下下比较有效（（Efficientindense-areamulticast）SharedtreesHigherdelay(boundedbyfactorof2),trafficconcentrationChoiceofcoreaffectsefficiencyPer-groupstateatrouters比较适合稀疏疏模式的网络络环境（Efficientforsparse-areamulticast）Core-basedRoutingProtocolsSpecify“meetingplace”aka“core”or“rendezvouspoint(RP)””SourcessendinitialpacketstocoreReceiversjoingroupatcoreRequiresmappingbetweenmulticastgroupaddressand“meetingplace”Examples:CBT,PIM-SM协议独立组播播路由协议：：ProtocolIndependentMulticast(PIM)Supportforbothsharedandper-sourcetreesDensemode(per-sourcetree)SimilartoDVMRPSparsemode(sharedtree)Core=rendezvouspoint(RP)IndependentofunicastroutingprotocolJustusesunicastforwardingtablePIMProtocolOverviewBasicprotocolstepsRouterswithlocalmembersJointowardRendezvousPoint(RP)tojoinsharedtreeRouterswithlocalsourcesencapsulatedatainRegistermessagestoRPRouterswithlocalmembersmayinitiatedata-drivenswitchtosource-specificshortestpathtreesPIMv.2Specification(RFC2362)Source1Receiver1Receiver2PIMExample:BuildSharedTree(*,G)Receiver3(*,G)(*,G)(*,G)(*,G)(*,G)Joinmessage

towardRPSharedtreeafterR1,R2joinRPSource1Receiver1Receiver2DataEncapsulatedinRegister(*,G)Receiver3(*,G)(*,G)(*,G)(*,G)(*,G)UnicastencapsulateddatapackettoRPinRegisterRPRPde-capsulates,forwardsdownsharedtreeSource1Receiver1Receiver2RPSendJointoHighRateSourceReceiver3(S1,G)RPJoinmessage

towardS1SharedtreeSource1Receiver1Receiver2BuildSource-SpecificDistributionTreeReceiver3JoinmessagesSharedTreeRPBuildsource-specifictreeforhighdataratesource(S1,G),(*,G)(S1,G)(S1,G),(*,G)(S1,G),(*,G)Thankyou!9、静夜四无邻邻，荒居旧业业贫。。1月-231月-23Thursday,January5,202310、雨中黄叶树树，灯下白头头人。。03:00:3403:00:3403:001/5/20233:00:34AM11、以以我我独独沈沈久久，，愧愧君君相相见见频频。。。。1月月-2303:00:3403:00Jan-2305-Jan-2312、故人江江海别，，几度隔隔山川。。。03:00:3403:00:3403:00Thursday,January5,202313、乍见翻疑疑梦，相悲悲各问年。。。1月-231月-2303:00:3403:00:34January5,202314、他乡生白白发，旧国国见青山。。。05一月月20233:00:34上上午03:00:341月-2315、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。一月233:00上上午1月-2303:00January5,202316、行动出出成果，，工作出出财富。。。2023/1/53:00:3403:00:3405January202317、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。3:00:34上上午3:00上上午午03:00:341月-239、没有失败败，只有暂暂时停止成成功！。1月-231月-23Thursday,January5,202310、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有结结果果，，但但是是不不努努力力却却什什么么改改变变也也没没有有。。。。03:00:3403:00:3403:001/5/20233:00:34AM11、成功功就是是日复复一日日那一一点点点小小小努力力的积积累。。。1月-2303:00:3403:00Jan-2305-Jan-2312、世世间间成成事事，，不不求求其其绝绝对对圆圆满满，，留留一一份份不不足足，，可可得得无无限限完完美美。。。。03:00:3403:00:3403:00Thursday,January5,202313、不知香积寺寺，数里入云云峰。。1月-231月-2303:00:3403:00:34January5,202314、意志坚强强的人能把把世界放在在手中像泥泥块一样任任意揉捏。。05一月月20233:00:34上上午03:00:341月-2315、楚塞三湘湘接，荆门门九派通。。。。一月233:00上上午1月-2303:00January5,202316、少少年年十十五五二