Автор работы: Пользователь скрыл имя, 08 Июня 2014 в 15:22, дипломная работа
Основной целью группового вещания является создание эффективного механизма передачи данных по схеме "один-ко-многим" и "многие-ко-многим". Традиционные механизмы стека TCP/IP доставки пакетов мало пригодны для поддержки группового вещания. Например, использование уникальных адресов (unicast) приводит к необходимости установления многочисленных двухточечных соединений между отправителем и каждым из получателей. Другим способом передачи данных является широковещательная передача, когда станция направляет пакеты, используя широковещательные адреса (broadcast). Пакеты с такими адресами передаются всем конечным узлам указанной сети независимо от того, нужны ли они каждому из них. Во многих ситуациях такой способ передачи также оказывается неэффективным вследствие своей избыточности, которая ведет к чрезмерному росту трафика, особенно в крупных сетях.
PIM-DM менее сложен, нежели DVMRP. Есть три механизма, посредством которых PIM-DM строит дерево групповой адресации: обрезание, прививание и обнаружение сетей-листов.
При приеме групповой датаграммы в таблице индивидуальной адресации отыскивается входящий интерфейс; следовательно, маршрутизатору нужен какой-либо протокол индивидуальной маршрутизации. Если интерфейс приемника - тот же, через который маршрутизатор направляет индивидуально адресуемые датаграммы обратно в подсеть, то групповая датаграмма принимается и перенаправляется во все порты, за исключением входящего интерфейса. Если нет, то датаграмма просто отбрасывается без отсылки каких-либо сообщений об ошибке (безмолвное выкидывание). Теперь маршрутизатор проверяет статус перенаправления для группового адреса. В случае, когда для группового адреса не существует записи, маршрутизатор добавляет ее. Маршрутизатор проверяет список выходящих интерфейсов, чтобы определить, должен ли он перенаправлять датаграмму. В этом списке перечисляются интерфейсы, от которых маршрутизатор получал сообщения о членстве или сообщения маршрутизатора PIM. Сообщения маршрутизатоpa PIM-DM могут быть следующими: hello (приветствие), prune (отсечение), join; (присоединение) или graft (наращивание). Если существует хотя бы один активный интерфейс, маршрутизатор перенаправляет через него датаграмму. При отсутствии интерфейсов отсылается сообщение об обрезании.
Информация о целевом принимающем маршрутизаторе будет содержаться в самом сообщении (не в заголовке IP-пакета). Нижестоящий маршрутизатор узнает данный адрес, осуществив RPF-поиск в таблице индивидуальной маршрутизации. Получив запрос об обрезании, принимающий маршрутизатор запланирует удаление интерфейса локальной сети для этой группы. Планирование означает, что он вставит временную задержку перед удалением и подождет, не ответит ли еще какой-либо маршрутизатор. Другие маршрутизаторы подсети также получат сообщение об обрезании и, в свою очередь, отошлют сообщение о присоединении этому маршрутизатору, заставляя его отменить удаление интерфейса локальной сети для пары (источник, группа).
Сам по себе тот факт, что один маршрутизатор проводит операцию обрезания, еще не означает, что в этой локальной сети больше нет маршрутизаторов, которые хотят продолжать получать информацию по групповому адресу.
Отсутствие элементов в списке выходящих интерфейсов могло бы быть следствием того обстоятельства, что интерфейс пустой (для него нет членов) или маршрутизатор не получает ни одного сообщения PIM-Hello от других маршрутизаторов, расположенных в данной подсети (это позволяет выявлять сети-листья; то есть при отсутствии таких сообщений в сети располагаются только групповые узлы). Маршрутизатор будет следить за листьями-членами (за базой данных локальной группы, построенной протоколом IGMP), а также хранить список маршрутизаторов. Любой маршрутизатор удаляет из списка запись о маршрутизаторе, который не отсылает сообщений на протяжении определенного периода времени.
Обрезанное состояние для любой групповой записи в конце концов проходит, и в результате все групповые датаграммы должны снова направляться во все интерфейсы, пока деревья групповой адресации в очередной раз не будут обрезаны.
Добавление интерфейсов
Маршрутизатор может добавлять интерфейсы, для которых он получил сообщение о прививании (заново присоединить ветку для группы) или отчет IGMP о членском составе. Если маршрутизатор уже обладает информацией о состоянии группы (сформировал запись для группы), он просто добавляет или обновляет запись об интерфейсе, через который поступило сообщение IGMP или сообщение о прививании. В случае, когда список выходящих интерфейсов оказывается пустым, маршрутизатор отсылает сообщение о прививании вышестоящему по направлению к источнику маршрутизатору. Любой маршрутизатор, получивший это сообщение, будет использовать принявший его интерфейс в качестве выходящего интерфейса для существующей пары (источник, группа).
Если у маршрутизатора нет информации о состоянии ни для одной пары (источник, группа), он ничего не будет делать, так как известно, что маршрутизаторы, работающие с PIM-DM доставят групповую датафамму всем интерфейсам при создании группы. Сообщения PIM о прививании квитируются положительными ответами. Сообщение о прививании PIM индивидуально адресуется вышестоящему маршрутизатору. Последний заменяет сообщение о прививании сообщением о подтверждении прививания (graft ack) и отсылает его обратно исходящему маршрутизатору.
PIM-SM был разработан для того,
чтобы ограничить поток
Все маршрутизаторы, работающие с PIM, периодически (по умолчанию каждые 30 с) передают друг другу сообщения Hello, используя адрес 224.0.0.13 (групповой адрес всех PIM-маршрутизаторов - all_pim_routers), чтобы обнаружить другие PIM-маршрутизаторы. Это - локальный групповой адрес, область охвата которого не позволяет выходить за маршрутизатор, Получив такое сообщение, PIM-маршрутизатор сохраняет IP-адрес для этого соседа (отправителя сообщения). Каждая запись PIM-маршрутизатора будет иметь собственный таймер интервалов между приходами сообщений Hello. Значения интервалов содержатся в принимаемых сообщениях Hello, и маршрутизатор запомнит это время в своей таблице, задав либо значение 3.5 * период ожидания сообщения Hello (30 с), либо, по умолчанию, 105 с. Если периодические сообщения от соседа перестанут поступать, таймер сработает, и маршрутизатор удалит соседа из таблицы. Когда DR (выбранный IGMPv2) получает новую запись (о новом маршрутизаторе), он индивидуально адресует самую свежую информацию об адресе перекрестного маршрутизатора своему новому соседу.
Маршрутизатор, известный как отвестсвенный (DR, обычно работающий с IGMP), отвечает за отсылку команд присоединения/обрезания перекрестному маршрутизатору для своих локальных получателей и отправителей. DR не обязательно является запрашивающим объектом IGMP, не должен он быть и постоянным маршрутизатором последнего перехода для группы. Маршрутизатор с максимальным IP-адресом среди всех принятых сообщений Hello выбирается ответственным маршрутизатором. Маршрутизатор последнего перехода - это последний маршрутизатор, который всегда получает групповые сообщения перед их доставкой локальным приемникам. При необходимости он становится ответственным.
Типы деревьев
- совместно используемое дерево (Shared Tree - дерево с корнем в точке рандеву, RP) - указывается символами (*, G) в таблице маршрутов, которые определяют это дерево для адресуемой группы G;
- дерево с корнем в источнике (или дерево SRT) - обозначается символами (S, G) в таблице маршрутов. Данное дерево было построено для адресуемой группы G, отправителем в которую является заданный 1Р-адрес(а).
Подобно всем остальным протоколам групповой маршрутизации, PIM передает свои сообщения в заголовочных пакетах данных IGMP. Если узел (приемник) желает присоединиться к группе, он передает информацию о своем членстве при помощи протокола IGMP. Когда PIM-маршрутизатор получает сообщение IGMP, ответственный маршрутизатор ищет связанную с ним точку рандеву. DR создает шаблонную запись для группы, которая имеет вид (*, G), и сообщение о присоединении/обрезании (записи и об обрезании, и о присоединении включаются в одно и то же сообщение). Протокол PIM работает в сотрудничестве с IGMP.
Для заданной пары (источник, группа) первоначально формируется дерево вокруг перекрестного маршрутизатора, Это исходное дерево называется совместно используемым. Все члены группы общаются при помощи этого дерева (хотя оно и не всегда предоставляет наикратчайший маршрут между источником и узлом). Такое дерево легко построить, в результате уменьшаются «накладные расходы» в маршрутизаторе (таблицы, информация о состоянии и т.п.); его просто реализовать. Тем не менее оно может быть неэффективным. При создании совместно используемых деревьев в качестве центральной точки служит перекрестный маршрутизатор. Это дерево может не быть деревом кратчайших маршрутов между источником и некоторыми узлами-получателями.
Протокол PIM в состоянии приспособиться и к таким условиям. В зависимости от скорости передачи данных (если скорость достаточно велика), построенное (после встречи в точке рандеву) между узлом-получателем и источником совместно используемое дерево может быть превращено в дерево кратчайших маршрутов. Маршрутизатор отсылает команду присоединения непосредственно источнику, после чего формируется дерево групповой адресации. Исходный маршрут через перекрестный маршрутизатор разрывается.
Здесь следует обратить внимание на один важный момент: PIM, подобно другим алгоритмам групповой адресации, работает с протоколом RPF. Так как PIM-SM пользуется деревьями с корнем и в источнике, и в точке рандеву, проверка интерфейсов при помощи RPF для деревьев с корнем в источнике и для совместно используемых деревьев выполняется по-разному.
Маршрутизатор PIM, который применяет дерево с корнем в источнике, осуществляет проверку с помощью протокола RPF по IP-адресу отправителя группового пакета. Если маршрутизатор входит в совместно используемое дерево, он проверяет по адресу точки рандеву, который известен на момент вхождения членов в группу.
PIM-SM определяет, куда ему необходимо послать сообщения о присоединении и обрезании узлов, посредством функции поиска протокола RPF.
Присоединение к группе
Маршрутизатор, к которому непосредственно подключены соседи, должен сначала присоединиться к совместно используемому дереву. Когда ответственный маршрутизатор получает уведомление о членстве от узла, он ищет связанную с данной группой точку рандеву (дополнительная информация о точках рандеву будет представлена позже). DR создает шаблонную групповую запись вида (*, G). Если для группы не найдено соответствие, пакет направляется согласно этой записи. Адрес точки рандеву содержится в специальном поле маршрутной записи и включается в периодически рассылаемые сообщения о присоединении/обрезании.
DR отправляет сообщение о
На рисунке показана последовательность присоединений к группе.
Передача данных от узла к группе
Когда узел передает групповой пакет в конкретную группу, отмеченный маршрутизатор (выбранный IGMPv2) направляет групповую датаграмму как индивидуально адресуемую в точку рандеву. Эта индивидуально адресуемая датаграмма является групповой датаграммой, инкапсулированной в пакет PIM-SM-Register (пакет регистрации). Пакет данного типа сообщает в точку рандеву о новом источнике. В точке рандеву обрезаются инкапсулированные (регистрационные) заголовки и групповая датаграмма распространяется по дереву доставки. Активная для данного маршрута RP (точка рандеву) передает обратно ответственному маршрутизатору исходящей станции сообщение PIM-JOIN (присоединение). Маршрутизаторы, лежащие между ответственным маршрутизатором источника и RP, обновляют маршрутную информацию на основании получаемых сообщений PIM-JOIN. Это позволяет, определять, через какие интерфейсы перенаправить незарегистрированные инкапсулированные пакеты, когда они будут приняты. RP вышлет индивидуально адресуемую датаграмму как групповую обратно по дереву групповой адресации данной группы. DR источника будет продолжать инкапсулировать групповые датаграммы ,и отправлять их к RP. Получив сообщение Register-Stop (прекратить регистрацию) от RP (RP отсылает эти сообщения, когда у него нет нижестоящих приемников для группы или для данного источника), DR также начнет рассылать сообщения о прекращении регистрации, если RP уже присоединена к дереву (S, G), и получает обычные пакеты данных (неинкапсулированные).
DR использует таймер, и если таймер сработает, начинает повторно рассылать групповые датаграммы, инкапсулированные в регистрационных сообщениях.
В PIM-SM специальный маршрутизатор, известный как точка рандеву (RP), служит в качестве отправной точки при построении совместно используемого дерева. Отправители и получатели присоединяются к адресуемой группе, регистрируясь на рандеву-маршрутизаторе (перекрестном маршрутизаторе). Точка рандеву - это всего лишь IP-адрес одного маршрутизатора. Посредством таких точек отправители уведомляют себя и приемники об обнаружении новых отправителей для группы.
Где и как отыскивается RP? В каждом PIM-домене (единый набор маршрутизаторов, каждый из которых реализует PIM) существует один маршрутизатор, называемый инициализирующим маршрутизатором (bootstrap router, сокращенно BSR). Этот маршрутизатор отвечает за рассылку инициализирующих сообщений (Bootstrap). BSR выбирается динамически и занимается распространением информации о RP. Информация BSR посылается каждому маршрутизатору в домене PIM. Для получения информации о RP все маршрутизаторы внутри домена PIM собирают инициализирующие сообщения и сохраняют сведения, содержащиеся в сообщениях BSR.
Маршрутизатор, функционирующий как RP, становится потенциальной (candidate) RP (C-RP). C-RP рассылают уведомления (Advertisement) инициализирующему маршрутизатору домена. Внутри уведомлений имеются поля группового адреса (group address) и групповой маски (group mask) или префикса, для которых этот маршрутизатор готов стать RP. Другими словами, какие диапазоны групповых адресов он может поддерживать в качестве RP. Этот диапазон может включать в себя от одной до всех групп, что позволяет BSR распространять информацию об RP в другие маршрутизаторы домена, работающего с протоколом PIM, при помощи сообщений «Всем маршрутизаторам PIM» (А11- PIM -Routers).
В общем случае качество обслуживания (Quality of Service, QoS) означает предоставление приложениям и пользователям сети предсказуемого сервиса доставки данных, называемого также транспортным сервисом. Предсказуемость сервиса доставки данных означает, что администратор сети может количественно оценить вероятность того, что сеть будет передавать определенный поток данных между двумя конкретными узлами в соответствии с потребностями приложения или пользователя.
Расплывчатость определения связана с тем, что оно старается учесть разнообразные способы поддержки качества обслуживания и всевозможные характеристики этого сервиса. В каждом конкретном случае определение качества обслуживания становится гораздо более четким. Например, при передаче голосового трафика через сеть под качеством обслуживания чаще всего понимают гарантии того, что голосовые пакеты будут доставляться сетью с задержкой не более N мс, при этом вариация задержки не превысит М мс, и эти характеристики станут выдерживаться сетью с вероятностью 0,95 на определенном временном интервале.