previous up down next index search
Previous: 4.4.8 Протокол обратного адресного преобразования RARP    UP: 4.4 Интернет
Down: 4.4.9.1 Мультикастинг и MBONE
    Next: 4.4.10 Протокол загрузки BOOTP

4.4.9 Протокол IGMP и передача мультимедиа по Интернет

Семенов Ю.А. (ИТЭФ-МФТИ)
Yu. Semenov (ITEP-MIPT)

Номер раздела Название раздела Объем в страницах Объем в кбайт
4.4.9.1 Мультикастинг и MBONE 2 7
4.4.9.2 Протокол реального времени RTP 23 86
4.4.9.3 Транспортный протокол реального времени RTCP 27 157
4.4.9.4 Протокол мультикастинг-маршрутизации DVMRP 2 12
4.4.9.5 Протокол PIM 19 154
4.4.9.6 Протокол резервирования ресурсов RSVP 60 280
4.4.9.7 Протокол COPS (Common Open Policy Service) 30 110
4.4.9.8 Протокол запуска сессий SIP 10 90
Итого  

Передача мультимедийных данных по сетям Интернет является одним из наиболее важных направлений. Этот вид информации передается обычно в режиме без установления соединения (протокол UDP-RTP). Наиболее типичной схемой в этом случае является наличие одного передатчика и большого числа приемников. Эта схема реализуется с использованием мультикастинг-адресации. Мультикастинг-адресация может осуществляться на IP- и MAC-уровнях. В Ethernet для этих целей зарезервирован блок адресов в диапазоне от 01:00:5E:00:00:00 до 01:00:5E:7F:FF:FF. Первый байт адреса, равный 01, указывает на то, что адрес является мультикастным. Данная схема резервирования адресного пространства позволяет использовать 23 бита Ethernet-адреса для идентификации группы рассылки при IP-мультикастинге (см. рис. 4.4.9.1.).

Рис. 4.4.9.1. Соотношение мультикастинговых MAC- и IP-адресов

Область из 5 бит в IP-адресе, отмеченная *****, не используется при формировании Ethernet-адреса. Так как соотношение IP и MAC-адресов не является однозначным, драйверы должны обеспечивать обработку адресов с тем, чтобы интерфейсы получали только те кадры, которые действительно им предназначены. Для того чтобы информировать маршрутизатор о наличии участников мультикастинг-обмена в субсети, связанной с тем или иным интерфейсом, используется протокол IGMP.

Протокол IGMP (internet group management protocol, RFC-1112) используется для видеоконференций, передачи звуковых сообщений, а также группового исполнения команд различными ЭВМ. Этот протокол использует групповую адресацию (мультикастинг).

Групповая форма адресации нужна тогда, когда какое-то сообщение или последовательность сообщений необходимо послать нескольким (но не всем) адресатам одновременно. При этой форме адресации ЭВМ имеет возможность выбрать, хочет ли она участвовать в этой процедуре. Когда группа ЭВМ хочет взаимодействовать друг с другом, используется один групповой (мультикастинг) адрес. Групповая адресация может рассматриваться как обобщение обычной системы адресов, а традиционный IP-адрес - частный случай группового обращения при числе ЭВМ, равном 1.

При групповой адресации один и тот же пакет может быть доставлен заданной группе ЭВМ. Членство в этой группе может динамично меняться со временем. Любая ЭВМ может войти в группу и выйти из группы в любое время по своей инициативе. В то же время ЭВМ может быть членом большого числа таких групп. ЭВМ может посылать пакеты членам группы, не являясь им сама. Каждая группа имеет свой адрес класса D (рис. 4.4.9.2, см. также рис. 4.4.9.1).

Рис. 4.4.9.2. Формат группового адреса

Адрес 224.0.0.1 предназначен для обращения ко всем группам (все узлы и серверы, вовлеченные в данный момент в мультикастинг-обмен, например, участвующие в видеоконференции). ЭВМ может участвовать в мультикастинг-процессе на одном из следующих уровней:

Таблица 4.4.9.1. Коды мультикастинг-процессов

Уровень мультикастинг-процесса Описание
0 ЭВМ не может ни посылать, ни принимать данные
1 ЭВМ может только посылать пакеты в процессе IP-мултикастинга
2 ЭВМ в режиме мультикастинга может передавать и принимать пакеты

Ряд мультикастинг-адресов зарезервировано строго для определенных целей.

Таблица 4.4.9.2. Зарезервированные мультикастинг-адреса

Мультикастинг адрес Описание
224.0.0.0 Зарезервировано
224.0.0.1 Все системы данной субсети
224.0.0.2 Все маршрутизаторы данной субсети
224.0.0.4 Все DVMRP-маршрутизаторы
224.0.0.5-224.0.0.6 OSPFIGP (MOSPF)
224.0.0.9 Маршрутизаторы RIP2
224.0.0.10 IGRP маршрутизаторы
224.0.1.0 VMTP-группа менеджеров
224.0.1.1 NTP-network time protocol - сетевая службы времени
224.0.1.6 NSS - сервер имен
224.0.1.7 <>Audionews - audio news multicast (аудио служба новостей)
224.0.1.9 MTP (multicast transport protocol) - транспортный протокол мультикастинга
224.0.1.10 IETF-1-low-audio
224.0.1.11 IETF-1-audio
224.0.1.12 IETF-1-video
224.1.0.0-224.1.255.255 ST мультикастинг-группы
224.2.0.0-224.2.255.255 Вызовы при мультимедиа- конференциях
232.0.0.0-232.255.255.255 VMTP переходные группы

Для того чтобы участвовать в коллективных обменах в локальной сети ЭВМ должна быть снабжена программой, которая поддерживает этот режим. При этом сервер локальной сети (gateway) информируется о намерении использовать мультикастинг. Сервер передает эту информацию другим внешним серверам IP-сети. Следует иметь в виду, что мультикастинг также как и широковещательный режим, заметно загружает сеть. IGMP для передачи своих сообщений использует IP-дейтограммы (IGMP-пакеты инкапсулируются в них). Для подключения к группе сначала посылается IGMP-сообщение "всем ЭВМ" о включении в группу, при этом локальный мультикаст-сервер подготавливает маршрут. Локальный мультикаст-сервер время от времени проверяет ЭВМ и определяет, не покинули ли они группу (ЭВМ не подтверждает свое членство в группе). Все обмены между ЭВМ и мультикаст-сервером производятся в режиме ip-мультикастинга, те есть, любое сообщение адресуется всем ЭВМ группы. ЭВМ, не принадлежащая группе, IGMP-сообщений не получает, что сокращает загрузку сети. Формат сообщений в протоколе IGMP имеет вид, показанный ниже на рис. 4.4.9.3.

Рис. 4.4.9.3. Формат IGMP-сообщений

Поле версия определяет используемую версию протокола, поле тип=1 говорит о том, что это запрос, отправленный мультикастинг-маршрутизатором, тип=2 указывает, что этот отклик послан ЭВМ. ЭВМ использует групповой адрес, чтобы сообщить о своем подключении к группе. Контрольная сумма вычисляется по тому же алгоритму, что и для ICMP. IGMP-сообщения используются мультикастинг-маршрутизаторами для того, чтобы отслеживать членство в группе каждой из сетей, подключенных к нему. В группе может участвовать несколько активных процессов в одной и той же ЭВМ, но при этом посылается только один запрос для регистрации. Когда какой-то процесс покидает группу, ЭВМ не шлет сообщения об этом, даже в случае, когда это последний из процессов - членов группы на данной ЭВМ. Просто при очередном запросе ЭВМ не подтвердит членство в группе. Мультикастинг-маршрутизатор регулярно посылает запросы с требованием подтвердить участие в группе. ЭВМ посылает отклик- подтверждение для каждой из групп, если у нее есть хотя бы один процесс - член группы. На основе этих запросов-откликов мультикастинг-маршрутизатор составляет и поддерживает таблицу интерфейсов, которые имеют одну или более ЭВМ, входящих в мультикастинг-группы.

Протокол IGMP используется при организации мультикастинг-туннелей для передачи звуковой и видеоинформации. Для решения проблем мультимедиа в сетях Интернет используется идея MBONE.

По умолчанию мультикаст-дейтограммы имеют значение поля TTL=1, что ограничивает их распространение одной субсетью. Приложения могут увеличивать значение TTL. Первая дейтограмма, тем не менее, всегда имеет TTL=1. Если получение этой дейтограммы не подтверждается сервером, посылается вторая - с TTL=2 и т.д. Таким образом попутно измеряется и число шагов между клиентом и сервером. Для случая, когда число шагов не более 1, зарезервирован блок адресов 224.0.0.0 - 224.0.0.255. Маршрутизатор не обрабатывает пакеты с такими адресами вне зависимости от кода поля TTL.

При использовании мультикастинга MAC-переключатели переадресуют пакеты через все имеющиеся интерфейсы, что заметно ухудшает эффективность сети. Чтобы решить эту проблему компания CISCO разработала протокол CGMP (Cisco Group Management Protocol), который позволяет взаимодействовать маршрутизаторам и переключателям, что позволяет передавать мультикаст-пакеты только на те интерфейсы, где имеются активные члены группы.


Previous: 4.4.8 Протокол обратного адресного преобразования RARP    UP: 4.4 Интернет
Down: 4.4.9.1 Мультикастинг и MBONE
    Next: 4.4.10 Протокол загрузки BOOTP