第19章网际多目标广播简介 水冰水水本水水水本冰水客水冰水水冰水本水冰本水水冰冰水水水冰冰水水冰客水水本水水水水水水冰冰水冰本水水水水冰水水水冰水水*冰水 19.1多目标广播的概念 19.2多目标广播所需要的环境 19.3多目标广播树的概念 19.4IP多目标广播的地址和主机组的管 理 19.4.1P多目标广播的地址 19.4.2网际主机组管理协议 14.4.3接收端如何参与多目标广播 19.5多目标广播路径选择简介 19.5.1两种基本的路径选择法 19.5.2密集型多目标广播路由协议 19.5.3稀疏型多目标广播路由协议 19.5.4协同工作 19.6实时传输协议和实时控制协议 19.6.1RTP简介 19.6.2RTP信息包标题域 19.6.3实时传输控制协议 19.6.4实时流放协议 19.7资源保留协议 19.7.1RSVP协议简介 19.7.2不同种类的接收器 19.7.3接纳测试 19.7.4路径消息 练习与思考题 参考文献和站点 半*水水水水水水水本水水客客水冰客客水半*客水水水*冰水水水水本水水水水客水冰水水客水客水水*客水半水水冰水客水冰水水水水水冰水 进入20世纪90年代之后,组合声音、电视和数据流的多媒体网络应用的开发和研究迅 速增加,近年来也不断有产品投入市场,用户也渴望得到服务质量好、服务费用低的产 像电视会议、协同工作、远程教学、可视电话等等的多媒体网络应用都是非常受欢迎的应用 这些应用都是实时的交互应用,而且即使采用了很好的压缩技术,传输多媒体数据所需要的 带宽也是巨大的。在实现这些令人兴奋的应用中,正在开发的网际多目标广播( IP multicast 技术将会并且正在起着越来越重要的作用。使用多目标广播技术不仅可以节省宝贵的网络资 源(主要是带宽)和服务器资源,而且可以保证服务质量。 如同因特网上的其他应用技术一样,多目标广播的核心技术体现在各种各样的协议上。 协议是技术的精华,是人类智慧的结晶。如果不带着问题去阅读协议是很枯燥的,如果要开 发产品就要了解协议的思想,就要深入研究协议的细节,如果没有协议可遵循就自己制定和 提交新的协议,让大家使用你提出的协议。为此,编者从2500多个RFC文件中挑选了与多目 标广播关系最密切的RFC文件,列在本章的“参考文献和站点”中供感兴趣的读者进一步研 究 19.1多目标广播的概念 假设世界上有许多用户想在因特网上接收现场电视节目(例如现场体育比赛),如何把 传送到世界各地?最直观的方法就是使用传统的IP寻址方法,每个信息包都使用一个唯 的IP地址,一次只给一个节点(即主机)传送,如图19-01所示,这种方法称为单目标传送 ( unicast)。如果使用单目标广播服务把相同内容的信息传输给N个目标站点,就须要传输N 个拷贝,即要传输N次
第19章 网际多目标广播简介 *************************************************************************** 19.1 多目标广播的概念 19.2 多目标广播所需要的环境 19.3 多目标广播树的概念 19.4 IP多目标广播的地址和主机组的管 理 19.4.1 IP多目标广播的地址 19.4.2 网际主机组管理协议 14.4.3 接收端如何参与多目标广播 19.5 多目标广播路径选择简介 19.5.1 两种基本的路径选择法 19.5.2 密集型多目标广播路由协议 19.5.3 稀疏型多目标广播路由协议 19.5.4 协同工作 19.6 实时传输协议和实时控制协议 19.6.1 RTP简介 19.6.2 RTP信息包标题域 19.6.3 实时传输控制协议 19.6.4 实时流放协议 19.7 资源保留协议 19.7.1 RSVP协议简介 19.7.2 不同种类的接收器 19.7.3 接纳测试 19.7.4 路径消息 练习与思考题 参考文献和站点 *************************************************************************** 进入20世纪90年代之后，组合声音、电视和数据流的多媒体网络应用的开发和研究迅 速增加，近年来也不断有产品投入市场，用户也渴望得到服务质量好、服务费用低的产品， 像电视会议、协同工作、远程教学、可视电话等等的多媒体网络应用都是非常受欢迎的应用。 这些应用都是实时的交互应用，而且即使采用了很好的压缩技术，传输多媒体数据所需要的 带宽也是巨大的。在实现这些令人兴奋的应用中，正在开发的网际多目标广播(IP multicast) 技术将会并且正在起着越来越重要的作用。使用多目标广播技术不仅可以节省宝贵的网络资 源(主要是带宽)和服务器资源，而且可以保证服务质量。 如同因特网上的其他应用技术一样，多目标广播的核心技术体现在各种各样的协议上。 协议是技术的精华，是人类智慧的结晶。如果不带着问题去阅读协议是很枯燥的，如果要开 发产品就要了解协议的思想，就要深入研究协议的细节，如果没有协议可遵循就自己制定和 提交新的协议，让大家使用你提出的协议。为此，编者从2500多个RFC文件中挑选了与多目 标广播关系最密切的RFC文件，列在本章的“参考文献和站点”中供感兴趣的读者进一步研 究。 19.1 多目标广播的概念 假设世界上有许多用户想在因特网上接收现场电视节目(例如现场体育比赛)，如何把 它传送到世界各地？最直观的方法就是使用传统的IP寻址方法，每个信息包都使用一个唯一 的IP地址，一次只给一个节点(即主机)传送，如图19-01所示，这种方法称为单目标传送 (unicast)。如果使用单目标广播服务把相同内容的信息传输给N个目标站点，就须要传输N 个拷贝，即要传输N次
19章网际多目标广播简介 量 接收者 发送者 R 互连网络 R3 图19-01单目标广播服务 使用这种方法有下列缺点:①浪费链路带宽,因为在链路上要传送多个相同的拷贝 ②大大地加重了服务机的负担。一个比较好的方法是把消息一次性地同时传输给N个目标站 点,如图19-02所示,这就叫做多目标广播( multicasting),在因特网上广播就称为IP多目 标广播( IP multicast)或者叫做网际多目标广播。 接收者R1 发送者 route 互联网络 R3 图19-02多目标广播服务 多目标广播是真正的分布式信息传输服务,使用IP多目标广播可以大大减轻网络上出 现的拥挤和服务器的负担,因此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 研究表明,要满足多目标广播的要求,只须在IP协议中增加支持多目标广播的路径安 排( multicast routing)功能就可以。P多目标广播路由协议( IP Multicast routing protocol)比较好地满足了在IP网络上实现多目标广播的功能 19.2多目标广播所需要的环境 为支持IP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需具备多目 标广播功能,包括中间的路由器。对本地的IP多目标广播,主机节点所需要的环境是: (1)TCP/IP协议堆中可支持IP多目标广播 (2)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( multicast group)和接收多目标广播。 (3)要有IP多目标广播应用软件,例如电视会议软件
第19章 网际多目标广播简介 2 图19-01 单目标广播服务 使用这种方法有下列缺点：①浪费链路带宽，因为在链路上要传送多个相同的拷贝， ②大大地加重了服务机的负担。一个比较好的方法是把消息一次性地同时传输给N个目标站 点，如图19-02所示，这就叫做多目标广播(multicasting)，在因特网上广播就称为IP多目 标广播(IP multicast)或者叫做网际多目标广播。 图19-02 多目标广播服务 多目标广播是真正的分布式信息传输服务，使用IP多目标广播可以大大减轻网络上出 现的拥挤和服务器的负担，因此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。 研究表明，要满足多目标广播的要求，只须在IP协议中增加支持多目标广播的路径安 排(multicast routing)功能就可以。IP多目标广播路由协议(IP Multicast routing protocol)比较好地满足了在IP网络上实现多目标广播的功能。 19.2 多目标广播所需要的环境 为支持IP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需具备多目 标广播功能，包括中间的路由器。对本地的IP多目标广播，主机节点所需要的环境是： (1) TCP/IP协议堆中可支持IP多目标广播。 (2) 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(multicast group)和接收多目标广播。 (3) 要有IP多目标广播应用软件，例如电视会议软件
19章网际多目标广播简介 在LAN网络上运行或者评估多目标广播,只需要以上的环境就满足。在这个环境下,不 需要路由器来为主机的适配器创建或者加入多目标广播组就可以与其他主机共享多目标广 播数据。 在WAN网络上运行或者评估多目标广播就还需要: (1)在接收两端之间的所有路由器都具备多目标广播的功能。许多新的路由器都有这个 功能,老的路由器也许需要升级和更新。 (2)也许要能识别防火墙以便使多目标广播畅通 多目标广播得到工业界的广泛支持,现在也有许多网络基础设施厂商提供支持多目标 广播的软硬件,如路由器、交换机、TCP/IP堆、网络接口卡、桌面计算机操作系统和应用软 件 图19-03描述了运行多目标广播必需要有的部件。图中的交通方向是多目标广播数据包 的方向,需要与主机组成员进行通信的消息和传输路径消息没有在图上表示。 多目标广播 多目标广播 发送应用软件 多目标广播应用协议 发送应用软件 UDP (例如,电视会议,多目标广播文件传输) IP ICMP IGMP IP ICMP IGMP TcPP协议堆”寻址:源端端囗地址和接收端端囗地址,TcP/P协议堆 发送端地址(单目标广播)和 网络驱动程序 多目标广播接收端地址 网络驱动程序* 网络接口* 网络接口* 互联网* 发送端 接收端 子网 子网之 表示具有 参加多目标 具有多目标 多目标广播能力凵广播组的主机 MR广播的路由器 图19-03网际多目标广播环境[] 19.3多目标广播树的概念 为了便于说明多目标广播技术中的问题,我们引入多目标广播树( multicast tree)或 者叫做多目标广播跨越树( multicast spanning tree)的概念,用它来描述服务机(播送机) 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,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
第19章 网际多目标广播简介 3 在LAN网络上运行或者评估多目标广播，只需要以上的环境就满足。在这个环境下，不 需要路由器来为主机的适配器创建或者加入多目标广播组就可以与其他主机共享多目标广 播数据。 在WAN网络上运行或者评估多目标广播就还需要： (1) 在接收两端之间的所有路由器都具备多目标广播的功能。许多新的路由器都有这个 功能，老的路由器也许需要升级和更新。 (2) 也许要能识别防火墙以便使多目标广播畅通。 多目标广播得到工业界的广泛支持，现在也有许多网络基础设施厂商提供支持多目标 广播的软硬件，如路由器、交换机、TCP/IP堆、网络接口卡、桌面计算机操作系统和应用软 件。 图19-03描述了运行多目标广播必需要有的部件。图中的交通方向是多目标广播数据包 的方向，需要与主机组成员进行通信的消息和传输路径消息没有在图上表示。 图19-03 网际多目标广播环境[1] 19.3 多目标广播树的概念 为了便于说明多目标广播技术中的问题，我们引入多目标广播树(multicast tree)或 者叫做多目标广播跨越树(multicast spanning tree)的概念，用它来描述服务机(播送机) 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，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
19章网际多目标广播简介 图19-04说明多目标广播树的概念。图中S表示多目标广播的源端主机,R表示参加多目 标广播的终端主机,MR( multicast- enabled router)表示具有多目标广播功能的路由器。注 意,IP子网中有一处没有主机,表示对多目标广播没有任何兴趣的站点。 MR MR MR MR MR MR MR MR 发送端接收端R多目标广播路由器 图19-04多目标广播树的概念 网络将使用路由协议建立从源端到所有希望参加会话的接收端之间的多目标树,图 19-05说明这种树的结构。网络建立多目标广播树的过程如下: (1)广播源把数据或者广播通知发送给所有路由器。 (2)不想参加多目标广播的终端逆向发送一个删除消息 (3)删除没有成员的分支和不在最短路径树上的分支 (4)在广播源生成最短路径树 (5)使用联结和删除功能改变成员之间的关系 现在至少有三种多目标广播路由协议: (1)距离矢量多目标路由协议( Distance Vector Multicast Routing Protocol, DVMRP)。 (2)多目标广播开放最短路径优先协议( Multicast Open Shortest PathFirst, MOSPF)。 (3)协议独立多目标广播( Protocol independent Multicasting,PIM)
第19章 网际多目标广播简介 4 图19-04说明多目标广播树的概念。图中S表示多目标广播的源端主机，R表示参加多目 标广播的终端主机，MR(multicast-enabled router)表示具有多目标广播功能的路由器。注 意，IP子网中有一处没有主机，表示对多目标广播没有任何兴趣的站点。 图19-04 多目标广播树的概念 网络将使用路由协议建立从源端到所有希望参加会话的接收端之间的多目标树，图 19-05说明这种树的结构。网络建立多目标广播树的过程如下： (1) 广播源把数据或者广播通知发送给所有路由器。 (2) 不想参加多目标广播的终端逆向发送一个删除消息。 (3) 删除没有成员的分支和不在最短路径树上的分支。 (4) 在广播源生成最短路径树。 (5) 使用联结和删除功能改变成员之间的关系 现在至少有三种多目标广播路由协议： (1) 距离矢量多目标路由协议(Distance Vector Multicast Routing Protocol，DVMRP)。 (2) 多目标广播开放最短路径优先协议(Multicast Open Shortest Path First，MOSPF)。 (3) 协议独立多目标广播(Protocol Independent Multicasting，PIM)
19章网际多目标广播简介 MR MR MR MR MR 发送端 接收端MR多目标广播路由器 图19-05多目标广播树结构 19.4IP多目标广播的地址和主机组的管理 19.4.1IP多目标广播的地址 大多数高层网络协议(high- level network protocol),例如传输控制协议( Transfer Control protocol,TCP)和用户数据包协议( User Datagram Protocol,UDP)仅提供单目标 广播ω unicast)传送服务,不能满足多目标广播的要求。为了提高网络资源的利用率和提高 服务质量,1989年由施乐公司( Xerox)在帕洛阿尔托研究中心( Palo alto research center PARC)的 Steve deering提出了一种解决方案,就是使用IP地址中的D类地址来实现IP多目标 广播(IP- Multicast)。这个解决方案是以RFC112的形式公布的。为了探索多目标广播的应 用,1992年3月因特网工程特别工作组( Internet Engineering Task Force,IETF)召开的会 议上采纳了一种称为“多目标广播骨干网 MBone”的试验方案,1993年7月正式命名为 MBone, 是一种可在全球范围内传输电视的网络 在因特网上多目标广播的广播源分散在世界各地,加入某一广播的所有计算机构成 计算机组,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不受限制,一台主机也可以 属于几个主机组。IP多目标广播使用D类IP地址( Class d internet protocol addresses), 它的最高4位为1110就是用来指定多目标广播主机组群( multicast host groups)的地址。在 网际协议地址(IP地址)的“点十进制”记法中,主机组的地址范围从224.0.0.0到 239.255.255.255。主机组的地址划分为两种类型,一种称为永久性地址,另一种称为暂时 性地址。地址的分配由因特网号码分配局( Internet Assigned Numbers authority,IANA 掌握。例如,永久地址224.0.0.1称为“所有主机组(al1- hosts group)”地址,它是用来与 直接连接到网络上的所有IP多目标广播主机组进行通信的地址,而244.0.0.2是与LAN上的所 有路由器进行通信的地址。244.0.0.0到244.0.0.255是为路由协议和其他用途保留的地址。 其他的地址和地址范围用于应用软件,例如,244.0.13.000到244.0.13.255用于网络新闻 ( Net News),这些保留的IP多目标广播地址列在RFC1700中。广播发布或者叫做会话发布协 议( Session announcement protoco)和会话说明协议( Session Description Protocol) RFC2327草案描述了如何创建和检测 MBone的会话地址/端口的分配
第19章 网际多目标广播简介 5 图19-05 多目标广播树结构 19.4 IP多目标广播的地址和主机组的管理 19.4.1 IP多目标广播的地址 大多数高层网络协议(high-level network protocol)，例如传输控制协议(Transfer Control Protocol，TCP)和用户数据包协议(User Datagram Protocol，UDP)仅提供单目标 广播(unicast)传送服务，不能满足多目标广播的要求。为了提高网络资源的利用率和提高 服务质量，1989年由施乐公司(Xerox)在帕洛阿尔托研究中心(Palo Alto Research Center， PARC)的Steve Deering提出了一种解决方案，就是使用IP地址中的D类地址来实现IP多目标 广播(IP-Multicast)。这个解决方案是以RFC 1112的形式公布的。为了探索多目标广播的应 用，1992年3月因特网工程特别工作组(Internet Engineering Task Force，IETF)召开的会 议上采纳了一种称为“多目标广播骨干网MBone”的试验方案，1993年7月正式命名为MBone， 是一种可在全球范围内传输电视的网络。 在因特网上多目标广播的广播源分散在世界各地，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(host group)。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，主机组成员的数目和所在的地理位置也不受限制，一台主机也可以 属于几个主机组。IP多目标广播使用D类IP地址(Class D Internet Protocol addresses)， 它的最高4位为1110就是用来指定多目标广播主机组群(multicast host groups)的地址。在 网际协议地址(IP地址)的“点十进制”记法中，主机组的地址范围从224.0.0.0到 239.255.255.255。主机组的地址划分为两种类型，一种称为永久性地址，另一种称为暂时 性地址。地址的分配由因特网号码分配局(Internet Assigned Numbers Authority，IANA) 掌握。例如，永久地址224.0.0.1称为“所有主机组(all-hosts group)”地址，它是用来与 直接连接到网络上的所有IP多目标广播主机组进行通信的地址，而244.0.0.2是与LAN上的所 有路由器进行通信的地址。244.0.0.0到244.0.0.255是为路由协议和其他用途保留的地址。 其他的地址和地址范围用于应用软件，例如，244.0.13.000到244.0.13.255用于网络新闻 (Net News)，这些保留的IP多目标广播地址列在RFC 1700中。广播发布或者叫做会话发布协 议(Session Announcement Protocol)和会话说明协议(Session Description Protocol)—— RFC 2327草案描述了如何创建和检测MBone的会话地址/端口的分配