Учебник для вузов в. Олифер Н. Олифер Компьютерные Принципы, технологии, протоколы
 Скачать 22.28 Mb.
|
|
жалению, адресное пространство групповых ІР-адресов в 32 раза объемнее пространства групповых М AC-адресов. То есть отображение этих двух адресных пространств оказывается далеко неоднознач ным — на один и тот же групповой МАС-адрес отображается целый блок из 32 различных групповых ІР-адресов. Следовательно, когда сетевой адаптер захватывает кадр, содержащий пакет группового вещания, существует значительная вероятность того, что этот пакет был направлен совсем другой группе. Однако эта ошибка скоро обнаруживается. Когда кадр передается вверх по стеку, протокол IP проверяет, совпадает ли групповой ІР-адрес в поле адреса назначения инкапсулированного пакета с групповым ІР-адресом данного интерфейса. (Отметим, что ни групповые IP-адреса, ни групповые МАС-адреса никогда не используются в качестве адресов отправителя.) Принципы маршрутизации трафика группового вещания Среди принципов маршрутизации трафика группового вещания можно отметить: □ маршрутизацию на основе доменов; □ учет плотности получателей группового трафика; □ два подхода к построению маршрутного дерева; □ концепцию продвижения по реверсивному пути. Маршрутизация на основе доменов. Значительный объем хранимой и передаваемой по сети служебной информации, используемой для поддержания группового вещания, стал факто ром, ограничивающим масштабируемость данной технологии. Для улучшения масштаби руемости разработчики технологии группового вещания предложили традиционный для Интернета иерархический подход, основанный на доменах. Подобно автономным системам (доменам маршрутизации) и DNS-доменам, вводятся домены группового вещания. Для доставки информации в пределах домена предлагаются одни методы и протоколы маршру тизации группового вещания, называемые внутридоменными, а в пределах многодоменной структуры — другие, называемые междоменными. Мы ограничимся в этом учебнике опи санием средств продвижения пакетов группового вещания в пределах отдельного домена. Учет плотности получателей группового трафика. Внутридоменные протоколы маршру тизации разделяются на два принципиально отличных класса: □ Протоколы плотного режима (Dense Mode, DM) разработаны в предположении, что в сетевом домене существует большое число принимающих узлов. Отсюда следует главная идея этих протоколов: сначала «затопить» сеть пакетами группового вещания по всем направлениям, останавливая продвижение пакетов, лишь когда находящийся на пути распространения трафика маршрутизатор явно сообщит, что далее ниже по потоку членов данной группы нет. □ Протоколы разряженного режима (Sparse Mode, SM) рассчитаны на работу в сети, в ко торой количество маршрутизаторов с подключенными к ним членами групп невелико Групповое вещание 631 по сравнению с общим числом маршрутизаторов. В такой ситуации выгоднее не усекать некоторые пути распространения широковещательной рассылки, а использовать явные сообщения о необходимости присоединения подсетей к дереву рассылки. В сети, использующей протокол класса SM, необходимо существование центрального элемента, обычно называемого точкой рандеву, или встречи (Rendezvous Point, RP). Точка встречи должна существовать для каждой имеющейся в сети группы и быть единственной для группы. Все узлы, заинтересованные в получении информации, предназначенной той или иной группе, должны регистрироваться в соответствующей точке встречи. Функции точки (или нескольких точек) встречи выполняет специально назначенный для этого маршрутизатор. В сети может быть несколько маршрутизаторов, играющих роли точек встречи. ПРИМЕЧАНИЕ-------------------------------------------------------------------------------------------------- Сейчас согласно общепринятому мнению предпочтительнее применять протоколы разряженного режима даже в тех ситуациях, когда плотность приемников достаточно высока. Два подхода к построению маршрутного дерева. Как и при решении задачи маршрутизации на основе индивидуальных адресов, в сети с групповым вещанием маршрутизаторы анали зируют топологию сети, пытаясь найти кратчайшие пути доставки данных от источников к получателям. При этом все протоколы маршрутизации группового вещания используют один из следующих двух подходов. Для всех источников данной группы строится единственный граф связей, называемый разделяемым деревом. Этот граф связывает всех членов данной группы (точнее, все маршрутизаторы, к которым подключены локальные сети, имеющие в своем составе членов данной группы). Разделяемое дерево может включать также и необходимые для обеспече ния связности маршрутизаторы, не имеющие в своих присоединенных сетях членов данной группы. Разделяемое дерево служит для доставки трафика всем членам данной группы от каждого из источников, вещающих на данную группу. Для каждой группы строятся несколько графов по числу источников, вещающих на каждую из этих групп. Каждый такой граф, называемый деревом с вершиной в источнике, служит для доставки трафика всем членам группы, но только от одного источника Концепция продвижения по реверсивному пути — это еще одна концепция, которую не обходимо понять всем, кто реализует групповое вещание. Механизм, используемый для маршрутизации трафика группового вещания, в определенном аспекте является прямо противоположным (реверсивным) тому механизму, который применяется для продвиже ния обычного трафика на основе индивидуальных адресов. Традиционная маршрутизация на основе индивидуальных адресов основывается на адресе назначения. То есть маршрутизаторы перемещают пакет с индивидуальным адресом по сети вперед, в направлении приемника. Напротив, все пакеты с групповым адресом маршрутизаторы тиражируют и передают ко пии во все стороны — на все интерфейсы, кроме того, с которого этот пакет поступил. При этом в сложных сетях возможно образование петель — замкнутых маршрутов. Для пра вильной работы сети зациклившиеся пакеты необходимо распознавать и отбрасывать. Петля не может возникнуть, если ли пакет прибыл от источника по ожидаемому пути, про ложенному в соответствии с обычным алгоритмом маршрутизации, основанном на анализе 632 Глава 18. Дополнительные функции маршрутизаторов ІР-сетей таблиц маршрутизации. А именно, маршрутизатор проверяет, является ли входной интер фейс, получивший групповой пакет, интерфейсом, через который пролегает кратчайший путь к источнику. Он делает это с помощью обычной таблицы маршрутизации, которая, как известно, содержит указания о рациональных путях ко всем сетям составной интерсети. Проверка факта выполнения данного условия называется продвижением по реверсивному пути (Reverse Path Forwarding, RPF). Такое название объясняется тем, что эта процедура связана не столько с путями, ведущими вперед от текущего места нахождения пакета к пункту назначения, сколько с обратным (реверсивным) путем, который уже пройден пакетом от того места, где он находится сейчас, до источника. Только пакеты, которые прошли RPF-проверку, являются кандидатами для дальнейшего продвижения вдоль путей, ведущих к потенциальным получателям трафика группового вещания. Концепция продвижения по реверсивному пути является главной при маршрутизации груп пового трафика независимо от того, какой протокол при этом использован. Механизм RPF применятся и в других вариантах организации группового вещания. Например, когда марш рутизатор пытается продвигать пакеты к точке встречи в сети, работающей в разряженном режиме, он выбирает интерфейс, от которого проходит кратчайший путь к точке встречи. На этом этапе мы йе предъявляли специфических требований к таблицам маршрутиза ции, на основании которых выполняется RPF-проверка. Некоторые протоколы, такие как DVMRP, строят собственную таблицу маршрутизации, в то время как, например, протокол PIM работает с таблицами маршрутизации, построенными другими протоколами. Протокол DVMRP Дистанционно-векторный протокол маршрутизации группового вещания (Distance Vector Multicast Routing Protocol, DVMRP), описанный в спецификации RFC 1075, может быть характеризован с самых общих позиций следующим образом: □ как следует из его названия, он основан на дистанционно-векторном алгоритме и, сле довательно, обладает всеми особенностями, свойственными данному алгоритму; □ относится к классу протоколов плотного режимау использующих проверку продвижения по реверсивному пути; □ продвигает пакеты на основе деревьев с вершинами в источниках; □ является протокольно зависимым в том смысле, что для принятия решений о продви жении пакетов он не может использовать обычные (для индивидуальной рассылки) таблицы маршрутизации. Протокол DVMRT был одним из первых протоколов продвижения группового трафика в исследовательской сети МВопе. Групповая маршрутизация в ранней версии МВопе была, в сущности, управляемой формой широковещания, когда пришедший пакет с групповым адресом передавался через все интерфейсы, кроме входного. Для борьбы с зацикливанием пакетов с групповыми адресами маршрутизаторы запоминали факт продвижения данно го пакета и при его поступлении в следующий раз просто отбрасывали. Для сокращения бесполезного трафика в сети применялся протокол IGMP. С помощью этого протокола маршрутизаторы выясняли, имеются ли в непосредственно подключенных к нему сетях конечные узлы, принадлежащие к определенной группе, или нет. В том случае, когда маршрутизатор определял, что к некоторому интерфейсу подключена сеть, в которой нет членов группы, являющихся получателями группового пакета, он не передавал копию этого пакета чрез данный выходной интерфейс. Групповое вещание 633 Однако такой прием не исключает полностью избыточный трафик в сети, так как марш рутизатор не может судить о целесообразности передач дальше непосредственно подклю ченных к нему подсетей. Маршрутизатор передает пакет следующему маршрутизатору даже в том случае, если у того в подключенных сетях нет членов группы и ни один марш рут, проходящий через него, не ведет к сетям, в состав которых входят члены группы. На рис. 18.15 зачеркнуты избыточные маршруты группового трафика от узла 5, по которым передаются пакеты туда, где нет ожидающих их получателей. Чтобы модернизировать протокол DVMPR, понадобилось несколько лет дополнительных усилий. Цель модернизации состояла в распространении группового трафика от источника к по лучателям таким образом, чтобы пакеты продвигались только по тем путям, которые единственным и кратчайшим образом соединяли источник с каждым получателем. Такие пути образуют дерево с вершиной в источнике, соединяющее кратчайшими путями все маршрутизаторы, к которым непосредственно подключены локальные сети, содержащие получателей данной группы, с маршрутизатором, к которому непосредственно подсоеди нена сеть, содержащая источник. Дерево для источника S и членов показанной на рисунке группы образуется оставшимися (незачеркнутыми) путями. ПРИМЕЧАНИЕ--------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Для построения деревьев с вершиной в источнике пригодны различные алгоритмы, в частности один из таких алгоритмов, разработанный и стандартизованный IEEE для мостов локальных сетей под названием STA, мы рассмотрели ранее в главе 14. Источ і Рис. 18.15. Управляемое широковещание 634 Глава 18. Дополнительные функции маршрутизаторов ІР-сетей Дальнейший прогресс в области алгоритмов маршрутизации для группового вещания был связан с разработкой алгоритма плотного режима, получившего название широковещание и усечение (broadcast-and-prune). Этот алгоритм рассчитан на то, что сети плотно «на селены» членами различных групп, поэтому ситуация, когда в какой-либо подсети члены группы отсутствуют, считается редкой и отрабатывается особо. В этом «особом» случае маршрутизатор, обнаруживший подсеть, не содержащую членов группы, оповещает об этом другие маршрутизаторы и инициирует процедуру усечения избыточных маршрутов. Результирующее дерево называется деревом реверсивного кратчайшего пути. Для его построения необходимо выполнить следующие действия: 1. Источник отправляет пакет по своей локальной сети с групповым адресом. Присоеди ненный к локальной сети маршрутизатор получает пакеты и отправляет их на все вы ходные интерфейсы. 2. Каждый маршрутизатор, который получает пакеты, выполняет RPF-проверку. Маршру тизатор принимает пакеты по некоторому интерфейсу только в том случае, если считает, что через него проходит самый эффективный обратный путь к источнику. Все пакеты, принимаемые с «правильного» интерфейса, продвигаются на все выходные интерфейсы. Все остальные просто отбрасываются. 3. В конце концов пакет достигает тупикового маршрутизатора (лист на графе маршру тизаторов) с некоторым количеством присоединенных хостов. Такой маршрутизатор должен проверить, имеются ли в какой-либо из присоединенных к нему сетей члены группы, адрес которой указан в данном пакете. Для этого маршрутизатор периодически рассылает IGMP-запросы. Если члены группы присутствуют, то маршрутизатор распро страняет пакет по локальной сети, а сообщение об усечении (prune) не посылает. Если же у маршрутизатора-листа нет получателей для группы, то он посылает сообщение об усечении по направлению к источнику через интерфейс RPF, то есть через интерфейс, который маршрутизатор-лист должен использовать для продвижения пакетов к данному источнику. 4. Сообщения об усечении продвигаются в обратном направлении к источнику, и маршру тизаторы вдоль их пути фиксируют состояние усечения для интерфейса, через который получено сообщение об усечении. Как уже было сказано, протоколы широковещания и усечения относятся к классу прото колов плотного режима, они эффективно работают, когда сеть плотно «населена» членами групп, так что далее по потоку имеются члены групп и поэтому целесообразно дальнейшее продвижение пакетов. Только когда приходит непосредственно сообщение об усечении, маршрутизатор перестает продвигать групповой трафик. Главным недостатком протоколов плотного режима является то, что информация состоя ния для каждого источника должна храниться в каждом маршрутизаторе сети независимо от того, существуют ли члены групп вниз по потоку или нет. Если группа населена не очень плотно, то в сети нужно хранить значительный объем информации состояния и значитель ная часть пропускной способности может тратиться впустую. Этот недостаток и стал толчком к разработке нового класса протоколов, названных прото колами разряженного режима. Вместо ориентации на существование большого количества членов группы, протоколы разряженного режима подразумевают наличие их в небольшом количестве, причем рассеянном по сети, как это часто и бывает в действительности. Мы рассмотрим два протокола «разряженного» режима — MOSPF и PIM-SM. Групповое вещание 635 Протокол MOSPF Протокол MOSPF (Multicast extensions to OSPF — расширения протокола OSPF для группового вещания), описанный в спецификации RFC 1584, опирается на обычные механизмы OSPF для поддержки группового вещания. MOSPF-маршрутизаторы добав ляют к информации о состоянии связей, распространяемой по протоколу OSPF, данные о членстве в группах узлов в непосредственно присоединенных сетях. Эти данные рас сылаются по сети в дополнительном сообщении о членстве в группе (group membership). В результате помимо топологии связей, MOSPF-маршрутизаторам становится известно о наличии членов каждой из групп в каждой подсети области. На основании этой инфор мации маршрутизатор находит дерево кратчайших путей для каждой группы. Это позво ляет распространять групповые пакеты не широковещательно, а по кратчайшим путям от источника до подсетей, в которых есть активные члены группы. Для получения данных о том, в какие группы входят конечные узлы в связанных с ним подсетях, MOSPF-маршрутизатор использует запросы и ответы протокола IGMP. При каждом подключении узла к группе или исключении узла из группы маршрутизатор рас сылает по сети новое сообщение о членстве в группе, так что можно считать, что протокол MOSPF задействует механизм явных уведомлений Ьб изменении состава групп и поэтому относится к группе протоколов разряженного режима. Кроме того, известные положитель ные свойства протокола OSPF — устойчивое поведение при изменениях топологии сети, меньшие объемы служебного трафика по сравнению с протоколом RIP, а также возмож ность деления сети на области — полностью наследуются протоколом MOSPF, что делает его весьма привлекательным для применения в больших сетях. Протокол PIM-SM Протокол PIM-SM является одной из двух версий протокола PIM (Protocol Independent Multicast — независимое от протокола групповое вещание), описываемого в спецификации RFC 2362: □ версии плотного режима PIM-DM (Protocol Independent Multicast — Dense Mode); □ версии разряженного режима PIM-SM (Protocol Independent Multicast — Sparse Mode). Эти версии существенно отличаются друг от друга способом построения и использования покрывающего дерева, но у них есть и одно общее свойство. Оно вынесено в название каждого из этих протоколов и означает независимость данного протокола от конкретных протоколов маршрутизации. Если DVMPR использует в своей работе механизмы RIP, а протокол MOSPF является расширением протокола OSPF, то протокол PIM может рабо тать совместно с любым протоколом маршрутизации. Протокол PIM задействует готовые таблицы маршрутизации для продвижения групповых пакетов и служебных сообщений и для него не имеет значения, с помощью какого протокола маршрутизаторы строят эти таблицы. Протокол PIM-DM похож на протокол DVMPR. Он, также являясь протоколом плотного режима, строит для доставки групповых пакетов деревья с вершиной в источнике, исполь зуя для этого проверки продвижения по реверсивному пути и технику широковещания и усечения. Основное отличие состоит в том, что PIM-DM применяет готовую таблицу маршрутизации, а не строит ее сам, как это делает DVMPR. |