Учебник для вузов в. Олифер Н. Олифер Компьютерные Принципы, технологии, протоколы
 Скачать 22.28 Mb.
|
|
Источник S \ ...*s ш н . шт ............ > ш ш и п и «ними ' « р Узел, желающий получить пакет Узел, не желающий получить пакет Узел, желающий получить пакет^ Узел, желающий получить пакет Рис. 18.11. Групповая доставка на основе широковещательного адреса В случае привлечения сервисов прикладного уровня функции по обеспечению групповой доставки перекладываются на самих членов группы. То есть, как показано на рис. 18.12, источник генерирует один экземпляр данных и, используя индивидуальный адрес, пере дает данные одному из членов группы, который генерирует копию и направляет ее другому члену группы и т. д. Перемещение решения задачи с нижних транспортных уровней на при кладной уровень повышает суммарные накладные расходы сети на реализацию групповой доставки и делает этот механизм менее гибким. Таким образом, традиционные Механизмы доставки пакетов стека TC P/IP мало пригодны для поддержки группового вещания. В такой ситуации наиболее эффективным решением 624 Глава 18. Дополнительные функции маршрутизаторов ІР-сетей является использование специально разработанного механизма группового вещания, ори ентированного на сокращение избыточного трафика и накладных расходов сети. Узел, желающий Узел, не желающий получить пакет получить пакет Рис. 18.12. Групповая доставка на основе сервисов прикладного уровня Главная идея группового вещания состоит в следующем: источник генерирует только один экземпляр сообщения с групповым адресом, которое затем, по мере перемещения по сети, копируется на каждой из «развилок», ведущих к тому или иному члену группы, указанной в адресе данного сообщения (рис. 18.13). В конце концов, пакет с групповым адресом до стигает маршрутизатора, к которому непосредственно подключена сеть с хостами-членами данной группы. Напомним, что у хостов, относящихся к той или иной группе, интерфейс наряду с индивидуальным адресом имеет еще и групповой адрес — адрес класса D, на зываемый также адресом группового вещания. Интерфейс может иметь даже несколько групповых адресов — по числу групп, в которых состоит данный хост. Как и в случае обычной маршрутизации на базе индивидуальных адресов, маршрутизатор упаковывает пакет с групповым адресом в кадр канального уровня (той технологии, кото рая используется в данной локальной сети, например Ethernet), снабжая его групповым МАС-адресом, соответствующим групповому IP-адресу данного пакета1. Кадр с пакетом группового вещания поступает в локальную сеть, распознается и захватывается интерфей сами хостов, являющихся членами данной группы. 1 Об отображении групповых ІР-адресов на групповые МАС-адреса см. далее в разделе «Протокол IGMP». Групповое вещание 625 При таком подходе данные рассылаются только тем узлам, которые заинтересованы в их получении. Функция репликации группового сообщения и продвижения копий в сторону членов группы возлагается на маршрутизаторы, для чего они должны быть оснащены соот ветствующими программно-аппаратными средствами. Такой режим экономит пропускную способность за счет передачи только того трафика, который необходим. Узел, желающий Узел, не желающий получить пакет получить пакет Рис. 18.13. Схема группового вещания Стив Диринг (Steve Deering) — один из главных идеологов группового вещания — сформу лировал несколько принципиальных положений, регламентирующих поведение конечных узлов сети, которые являются источниками и получателями группового трафика. □ Дейтаграммный подход. Источник может посылать пакеты U D P/IP в любое время без необходимости регистрировать или планировать передачи, реализуя сервис «по возможности». □ Открытые группы. Источники должны знать только групповой адрес. Они не должны знать членов группы и не обязательно должны быть членами той группы, которой они посылают данные. Группа может быть образована узлами, принадлежащими к разным IP-сетям и подсетям. Группа может иметь любое число источников данных. □ Динамические группы. Хосты могут присоединяться к группам или покидать группы без необходимости регистрации, синхронизации или переговоров с каким-либо централизо ванным элементом группового управления. Членство в группе является динамическим, поскольку хосты могут присоединиться к группе или выйти из группы в любой момент времени, к тому же они могут быть членами нескольких групп. 626 Глава 18. Дополнительные функции маршрутизаторов ІР-сетей Из концепции открытых групп следует, что групповое вещание может быть организовано как по схеме «один ко многим», так и по схеме «многие ко многим». Заметим также, что возможность быть источником никак не связана с членством хоста в той или иной группе. Источник группового вещания может начать передачу пакетов некоторой группе даже при условии, что во всем Интернете нет ни одного узла, который был бы заинтересован в этих данных. В этих концептуальных положениях Диринг говорит о правилах для конечных узлов, вы полняющих функции источников и получателей, но не обсуждает требований к маршру тизации группового трафика. Он также не определяет механизмов обеспечения качества обслуживания, безопасности или назначения адресов. В соответствии с традиционной моделью группового вещания узлы могут делать заявки на трафик, направляемый той или иной конкретной группе (по тому или иному групповому адресу), при этом не имеет значения, каким источником генерируется этот трафик. Для описания такой модели часто используют термин групповое вещание из любого источ ника (Any Source Multicast, ASM). Модель ASM включает обе схемы: и «один ко многим», и «многие ко многим». В более поздней модели, называемой групповым вещанием из конкретного источника (Source Specific Multicast, SSM), хосты могут регистрировать свою заинтересованность не только относительно определенной группы, указывая соответствующий групповой адрес, но и в отношении совершенно определенных источников группового трафика, указывая соответствующие индивидуальные адреса. Возможность запроса конкретных источников является ключевой в модели SSM. Модель сервиса группового вещания SSM строится по схеме «один ко многим» и предусматривает возможность работы хостов в двух дополни тельных режимах: □ в режиме исключения хост может требовать, чтобы ему направлялись пакеты для его группы, но только те, которые поступают от источников, не входящие в его список ис ключенных источников; □ в режиме включения хост может требовать получение группового трафика только от тех источников, которые перечислены в списке включенных источников. Адреса группового вещания Ранее в главе 15, изучая типы ІР-адресов, мы отмечали, что адреса IPv4 из диапазона 224.0.0.0-239.255.255.255 относятся к классу D и они зарезервированы для группового вещания. Адреса из этого диапазона используются: □ для идентификации групп; □ для идентификации адресов источников группового вещания (в рамках модели SSM); □ для административных нужд при реализации группового вещания. В общем случае адреса используются динамически, то есть если после остановки вещания источник снова начинает передачу, то он в общем случае может задействовать новый адрес группового вещания. Так называемые хорошо известные источники обычно наделяются постоянным групповым адресом. Групповое вещание 627 Информацию о том, какие адреса уже закреплены для выполнения некоторой постоянной роли, а также о том, как использовать адресное пространство адресов класса D, дает до кумент RFC 3171 полномочной организации по цифровым адресам Интернета (Internet Assigned Numbers Authority, IANA). Некоторые сведения из этого документа можно найти на сайте www.olifer.co.uk в разделе «Структурирова ние адресного пространства группового вещания». Основные типы протоколов группового вещания На основе описанной концепциидля стека T C P/IP был разработан ряд протоколов, с по мощью которых можно организовать групповое вещание с различной степенью эффектив ности. Эти протоколы делятся на две категории. □ В первую входит один протокол — протокол IGMP, с помощью которого, во-первых, хо сты сообщают о своем «желании»1 присоединиться к некоторой группе, во-вторых, марш рутизатор узнает о принадлежности хостов в непосредственно подключенных к нему подсетях к той или иной группе. Протокол IGMP работает в тесном взаимодействии с протоколами второй категории — протоколами маршрутизации группового вещания. □ Протоколы маршрутизации группового вещания необходимы для продвижения па кетов, несущих в себе информацию для групповых получателей, через сеть произволь ной конфигурации. Эти протоколы — DVMRP, MOSPF, PIM — опираются на разные подходы, но в конечном итоге все они сводятся к построению графа, связывающего все хосты в определенной группе, причем между двумя хостами существует только один путь. Такой граф называют покрывающим деревом. Протоколы маршрутизации осуществляют постоянный мониторинг покрывающего дерева и время от времени от секают те ветви дерева, которые из-за изменения состояния сети уже не ведут к членам той или иной группы. Протокол IGMP Протокол группового управления в Интернете (Internet Group Management Protocol, IGMP) был разработан в 1989 году для обеспечения более эффективной рассылки ин формации по IP-адресам, чем традиционные методы одноадресной и широковещатель ной передачи. Существует три версии IGMP: IGMPvl (RFC 1112), IGMPv2 (RFC 2236) и IGMPv3 (RFC 3376). Протокол IGMP используется исключительно при взаимодействии непосредственно свя занных друг с другом маршрутизатора и хоста, когда последний выступает (или желает выступать) в роли получателя трафика группового вещания. ПРИМЕЧАНИЕ-------------------------------------------------------------------------------------------------- Источник не нуждается в протоколе IGM P. Любой компьютер, подключенный к Интернету, может стать источником группового вещания, при этом ему не требуется никакого дополнительного про граммного обеспечения, кроме того, которое включено в состав обычной реализации стека T C P /IP . 1 Точнее, о «желании» приложения, выполняющегося на этом хосте, получать трафик, направляемый той или иной группе. 628 Глава 18. Дополнительные функции маршрутизаторов ІР-сетей К основным функциям протокола IGMP относятся оповещение маршрутизатора о желании хоста быть включенным в группу и опрос членов группы. Оповещение маршрутизатора о желании хоста быть включенным в группу. Чтобы стать получателем групповых данных, узел должен «выразить» свою заинтересованность марш рутизатору, к которому непосредственно подсоединена его сеть. Для этого хост должен установить взаимодействие с маршрутизатором по протоколу IGMP. Версия IGMP для хоста прямо зависит от типа операционной системы, установленной на хосте. Так, ранние версии Windows (Windows 95) поддерживали только версию IGMPvl, более поздние (Windows 2000) — версию IGMPv2, а начиная с Windows ХР, поддерживается версия IGMPv3. Протоколы IGMPv2 и IGMPv3 поддерживаются во многих версиях Mac OS, Linux, Unix-подобных операционных системах. Опрос членов группы. Для выполнения этой функции один из маршрутизаторов локальной сети выбирается доминирующим. Доминирующий маршрутизатор средствами протокола IGMP периодически опрашивает все системы (групповой адрес 224.0.0.1) в непосредствен но присоединенных к нему подсетях, проверяя, активны ли члены всех известных ему групп. Остальные (не выбранные) маршрутизаторы прослушивают сеть, и если обнаружи вают отсутствие сообщений-запросов в течение некоторого периода (обычно 250 секунд), то повторяют процедуру выбора нового доминирующего маршрутизатора. В IGMPv2 определено три типа сообщений: □ Запрос о членстве (membership query). С помощью этого сообщения маршрутизатор пытается узнать, в каких группах состоят хосты в локальной сети, присоединенной к какому-либо его интерфейсу. Запрос о членстве существует в двух вариантах: в одном из них маршрутизатор делает общий запрос обо всех группах, в другом его интересует информация только о некоторой конкретной группе, адрес которой указывается в за просе. □ Отчет о членстве (membership report). Этим сообщением хосты отвечают маршрути затору, который послал в сеть запрос о членстве. В сообщении содержится информа ция об адресе группы, в которой они состоят. Маршрутизатор, являясь членом всех групп, получает сообщения, направленные на любой групповой адрес. Для марш рутизатора, получающего ответные сообщения, важен только факт наличия членов той или иной группы (групп), а не принадлежность конкретных хостов конкретным группам. Этот факт будет использован другими маршрутизаторами сети для продви жения пакетов группового вещания в ту часть сети, за которую «отвечает» данный маршрутизатор. Отчет о членстве хост может послать не только в ответ на запрос маршрутизатора, но и по собственной инициативе, когда он пытается присоединиться к определенной группе. После такого сообщения хост может рассчитывать на то, что трафик для этой группы действительно будет доставляться в сеть, к которой этот хост принадлежит. □ Покинуть группу (leave group). Это сообщение хост может использовать, чтобы сигна лизировать «своему» маршрутизатору о желании покинуть некоторую группу, в которой он до этого состоял. Получив это сообщение, маршрутизатор посылает специфиче ский запрос о членстве членам только этой конкретной группы, и если не получает на него ответ (то есть это был последний хост в группе), то перестает передавать трафик группового вещания для этой группы. Слово «может» означает в данном случае, что хост может быть исключен из группы, просто не отвечая маршрутизатору на запрос о членстве (такой подход реализован в протоколе IGM Pvl). Тогда маршрутизатор Групповое вещание 629 будет продолжать передавать нежелательный трафик группового вещания до тех пор, пока не истечет некоторый период времени с момента поступления последнего отчета о членстве. Такой подход может значительно удлинить период скрытого нахождения хоста в состоянии выхода из группы, что снижает эффективность работы сети. Сообщения с запросами о членстве посылаются маршрутизатором регулярно с некоторой частотой. На каждом из интерфейсов с установленными средствами IGMP маршрутиза торами поддерживаются кэш-таблицы групп. Кэш-таблица содержит список всех групп, в составе которых есть хотя бы один член. Для каждой строки таблицы установлен тайм аут. Маршрутизатор регулярно посылает запросы (по умолчанию — каждые 125 секунд), чтобы проверить, что в каждой группе еще имеются члены. Если для некоторой группы ответ не поступает в течение установленного для нее тайм-аута, то соответствующая стро ка удаляется из кэш-таблицы, и маршрутизатор считает, что членов этой группы в сети больше нет. Локальная сеть может иметь несколько хостов, заинтересованных в получении трафика одной и той же группы, но маршрутизатору достаточно подтверждения только от одного хоста для того, чтобы продолжить передавать трафик в сеть для этой группы. При ис пользовании протокола IGMPvl или IGMPv2 для ограничения числа ответов хостов на запрос маршрутизатора любой хост, состоящий в группе, вместо того чтобы немедленно ответить на запрос, сначала ждет в течение некоторого интервала времени, не появится ли в сети ответ какого-нибудь другого хоста. Если по истечении этого времени он так и не смог дождаться появления в сети ответа другого хоста, то он посылает маршрутизатору собственный отчет о членстве. (Если же используется протокол IGMPv3, то никаких пауз не устанавливается, и хосты сразу генерируют сообщения о членстве.) Основываясь на информации, полученной с помощью IGMP, маршрутизаторы могут опре делять, в какие подключенные к ним сети необходимо передавать групповой трафик. Все типы IGMP-сообщений имеют длину 8 байт и состоят из четырех полей. В зависимости от версии протокола IGMP назначение полей может несколько меняться. На рис. 18.14 показана структура сообщения для версии IGMPv2. 1-4 байты 5-8 байты Рис. 18.14. Структура IGMP-сообщения Поле максимального времени ответа используется хостами для вычисления времени за держки ответа. Время задержки выбирается случайным образом из интервала от нуля до значения, заданного в этом поле. Заметим, что поле адреса группового вещания в IGMP-сообщении не содержит адрес на значения, оно несет в себе информацию, по-разному используемую в разных типах сообще ний. Например, маршрутизатор, посылая запрос о членстве, помещает в этом поле нули, а хост в сообщениях «Отчет о членстве» и «Покинуть группу» помещает в это поле адрес группы, в которую он хочет вступить или которую он хочет покинуть соответственно. Тип Максимальное Контрольная сообщения время ответа сумма Адрес группового вещания (Multicast group address) 630 Глава 18. Дополнительные функции маршрутизаторов ІР-сетей ПРИМЕЧАНИЕ-------------------------------------------------------------------------------------------------- Чтобы хост смог получать трафик группового вещания, недостаточно установить на нем протокол IGMP, с помощью которого хост может отправить сообщение своему маршрутизатору о желании при соединиться к группе. Помимо этого, надо сконфигурировать сетевой интерфейс хоста так, чтобы он стал захватывать из локальной сети кадры, несущие в себе пакеты группового вещания для той груп пы, к которой присоединился хост. Для этого необходимо настроить интерфейс на прослушивание определенного группового адреса канального уровня, соответствующего групповому IP-адресу. К со |