TÌM HIỂU MULTICAST

đồ án cơ sở TÌM HIỂU MULTICAST

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN MẠNG MÁY TÍNH ĐỒ ÁN CƠ SỞ TÌM HIỂU MULTICAST Giáo viên hướng dẫn: Dương Thiên Tứ Sinh viên thực hiện: Võ Chinh Phục MSSV: 105102121 TP. HỒ CHÍ MINH Năm 2008 GVHD: Dương Thiên Tứ Tìm hiểu Multicast LỜI CẢM ƠN Em xin cảm ơn Khoa Công Nghệ Thông Tin trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ đã tạo điều kiện cho em thực hiện đồ án cơ sở này. Em xin chân thành cảm ơn thầy Dương Thiên Tứ đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt thời gian thực hiện đồ án. SVTH: Võ Chinh Phục Trang 2 GVHD: Dương Thiên Tứ Tìm hiểu Multicast MỤC LỤC Chương 1 5 GIỚI THIỆU MULTICAST .5 1.1. Giới Thiệu 5 1.2. Multicast trên các lớp .5 1.3. Địa chỉ Multicast .6 1.4. IGMP .8 1.5. Cây Phân Phối .13 1.5.1 Source Tree .13 1.5.2 Shared Tree .14 Chương 2 16 CÁC GIẢI THUẬT ĐỊNH TUYẾN MULTICAST 16 2.1. Giải thuật Flooding .16 2.2. Spanning Tree .17 2.3. Reverse Path Forwarding 17 2.4. Giải thuật Reverse Path Broadcasting (RPB) 18 2.5. Reverse Path Multicast (RPM) 19 2.6. Steiner Tree 21 2.7. Core Based Tree 21 2.8. Multicast Backbone 22 Chương 3 23 CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN .23 3.1. Giao thức PIM .23 3.1.1. PIM Dense Mode .23 3.1.2. PIM Sparse Mode 25 3.2. DVMRP 26 3.3. Giao thức MOSPF 28 3.3.1 Định tuyến nội miền .29 3.3.2 Định tuyến liên vùng .30 3.3.3 Định tuyến liên miền 31 Chương 4 33 SVTH: Võ Chinh Phục Trang 3 GVHD: Dương Thiên Tứ Tìm hiểu Multicast MULTICAST TRÊN IPV6 33 4.1 Địa chỉ Multicast IPv6 33 4.2 Ánh xạ IPv6 Multicast đến địa chỉ Ethernet MAC 34 Chương 5 36 GIỚI THIỆU ỨNG DỤNG MULTITST .36 Chương 6 39 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .39 6.1 Kết luận: .39 6.2 Hướng phát triển: 39 PHỤ LỤC .40 Chú Giải Thuật Ngữ: 40 SVTH: Võ Chinh Phục Trang 4 GVHD: Dương Thiên Tứ Tìm hiểu Multicast Chương 1 GIỚI THIỆU MULTICAST 1.1. Giới Thiệu IP Multicast là giao thức dùng để truyền gói tin IP từ một nguồn đến nhiều đích khác nhau trong mạng LAN hay WAN. Nhóm những thành viên muốn nhận thông tin này thì phải tham gia vào một nhóm Multicast. Với IP Multicast, ứng dụng gửi một bản sao của thông tin đến một nhóm. Thông tin này đến tất cả những người nào muốn nhận nó. Kĩ thuật Multicast đánh địa chỉ các gói là địa chỉ nhóm thay vì địa chỉ của từng người nhận; Các gói tin này phụ thuộc vào các mạng chuyển tiếp để chuyển đến mạng cần nhận nó. Multicast là kĩ thuật đẩy thông tin, trong đó một máy chủ sẽ gửi dữ liệu đến người sử dụng mà không cần người sử dụng phải yêu cầu trước. Chuẩn IP Multicast hỗ trợ hàng ngàn người có thể nhận thông tin đồng thời mà không ảnh hưởng đến băng thông chung. Thêm vào đó, giao thức định tuyến IP multicast cung cấp một phương thức truyền hiệu quả cho dữ liệu từ một nguồn đi qua các mạng khác nhau và không đồng nhất như là Internet. Nếu các thiết bị mạng hỗ trợ Multicast, chỉ cần gửi một gói tin duy nhất vào mạng cho nhiều người nhận. 1.2. Multicast trên các lớp Multicast có thể được cài đặt trên cả hai lớp data-link và network. Tại lớp data- link các giao thức Ethernet, FDDI, và token ring hỗ trợ địa chỉ Multicast trong các trường mở rộng. Multicast tại lớp data-link chỉ được giới hạn trong các ứng ụng tại một mạng LAN. Tuy nhiên, multicast cũng có thể được sử dụng tại lớp network nếu các ứng dụng multicast mở rộng ra khỏi mạng LAN hoặc phát triển trên nền Internet bao gồm các môi trường truyền khác nhau và các cấu trúc mạng khác nhau. Multicast được thực hiện ở lớp này bởi vì các lí do sau: - Quá trình chuyển đổi địa chỉ tại ISO/OSI Layer 3-to-Layer 2 - Một máy tính thuộc một nhóm có thể đăng kí với router để chuyển tiếp thông tin nhóm đến nó.RFC 1112 định nghĩa IGMP. IGMP chỉ rõ phương thức mà một nút mạng thông báo cho mạng biết nó là thành viên của một nhóm multicast. SVTH: Võ Chinh Phục Trang 5 GVHD: Dương Thiên Tứ Tìm hiểu Multicast Multicast còn được hỗ trợ trong quá trình định tuyến thông qua liên lạc giữa các router với nhau. Có một số chuẩn cho việc truyền multicast như sau: - RFC 1075 định nghĩa Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP) - RFC 1584 định nghĩa giao thức Multicast Open Shortest Path First (MOSPF), một sự mở rộng của OSPF và hỗ trợ IP Multicast. - RFC 2117 định nghĩa giao thức Protocol Independent Multicast-Sparse Mode (PIM-SM). 1.3. Địa chỉ Multicast Một địa chỉ multicast cho phép truyền các gói tin tới một tập hợp các thành viên của cùng một nhóm. Một địa chỉ multicast định danh một nhóm các máy hoặc giao tiếp mạng đại diện cho một nhóm là một địa chỉ lớp D. Trong gói tin multicast địa chỉ đích đến trong trường địa chỉ của gói tin IP luôn là địa chỉ lớp D và có giá trị trong khoảng 224.0.0.0 – 239.255.255.255 Trong lớp này 256 địa chỉ đầu tiên được dùng cho mục đích quản lí và các thành phần cấp thấp trong thao tác. Khoảng địa chỉ giữa được sử dụng cho các ứng dụng multicast trong nhóm, intranet hoặc Internet.Khoảng trên của lớp D được sử dụng cho các các thao tác quản lí cục bộ hoặc các ứng dụng multicast đặc biệt. Khi một router trong một subnet nhận được một gói tin multicast lớp 3, nó có thể ánh xạ một địa chỉ IP multicast này thành một địa chỉ multicast lớp 2, có thể là một địa chỉ Ethernet MAC. Tại nơi nhận thiết bị giao tiếp mạng có thể dễ dàng đọc địa chi lớp 2 này bằng phần cứng. Nếu địa chỉ nhận được là địa chỉ Multicast thì gói tin sẽ được chuyển tiếp lên lớp trên. Ánh xạ IP Multicast đến địa chỉ Ethernet MAC Khối địa chỉ Ethernet MAC bắt đầu với địa chỉ 01:00:5E dạng thập lục phân. Trong khoảng từ 0100.5e00.0000 đến 0100.5e7f.ffff là địa chỉ dành cho IP Multicast. Quá trình chuyển đổi địa chỉ từ IP qua địa chỉ lớp 2 xảy ra bằng cách ánh xạ trực tiếp địa chỉ IP tới địa chỉ MAC Ehernet, lấy 23 bit trọng số thấp trong địa chỉ IP chuyển thành 23 bit có trọng số thấp trong địa chỉ Ethernet. SVTH: Võ Chinh Phục Trang 6 GVHD: Dương Thiên Tứ Tìm hiểu Multicast Bởi vì có 5 bit của địa chỉ IP bị mất trong quá trình ánh xạ, do đó địa chỉ nhận được không phải là duy nhất. Trong thực tế, 32 nhóm địa chỉ IP được ánh xạ vào cùng một địa chỉ Ethernet. Địa chỉ 224.1.1.1 và 225.1.1.1 cùng ánh xạ vào địa chỉ MAC. Nếu một máy đăng ký vào nhóm A (224.1.1.1) và một máy khác đăng ký vào nhóm B (225.1.1.1), thì chúng sẽ nhận được cả hai thông điệp từ A và B. Trong trường hợp này tính hiệu quả của multicast bị giới hạn. Quá trình định tuyến Gửi thông tin chỉ cần một lần duy nhất tới nhiều người có thể tiết kiệm rất nhiều băng thông. Các thông điệp chỉ được nhân bản khi đi qua các router, và chỉ xảy ra khi router đó là router chuyển tiếp thay router có chứa nhóm cần gửi. Các router có khả năng multicast chỉ chuyển tiếp các gói tin multicast khi mà có các máy thuộc nhóm multicast nằm trong mạng của nó. Các máy sử dụng giao thức IGMP để thông báo cho router biết các nhóm multicast nào mà nó tham gia. Nếu các thành viên của nhóm trong cùng một phân đoạn mạng đều rời khỏi nhóm đó thì router sẽ không chuyển tiếp các gói tin đến phân đoạn mạng này nữa. Router chỉ nhân bản gói tin IP multicast khi có quá trình rẽ nhánh trong đường đi, còn lại các trường hợp khác router chỉ gửi một gói tin duy nhất cho mỗi mạng. Các giao thức định tuyến cho multicast như: DVMRP, MOSPF, và PIM. SVTH: Võ Chinh Phục Trang 7 GVHD: Dương Thiên Tứ Tìm hiểu Multicast 1.4. IGMP Làm thế nào một router biết được các máy cần nghe multicast traffic? Để nhận multicast traffic từ một nguồn, cả nguồn và các máy nhận đầu tiên phải gia nhập (join) vào một nhóm multicast. Nhóm này được xác định thông qua địa chỉ multicast. Một host có thể tham gia vào một nhóm multicast bằng cách gửi các yêu cầu đến router gần nhất. Tác vụ này được thực hiện thông qua giao thức IGMP (Internet Group Management Protocol). - IGMPv1 được định nghĩa trong RFC1112 - IGMPv2 được định nghĩa trong RFC2236. i. IGMPv1 Khuôn dạng thông điệp - Version: Xác định phiên bản của IGMP được gán bằng 1. - Type: Loại thông điệp, trong IGMPv1 thì có 2 loại thông điệp được sử dụng giữa host và router: Membership Report: Thông điệp đăng ký tham gia vào nhóm multicast được gởi từ host đến router. Membership Query: Thông điệp truy vấn được gởi từ router đến các host để kiểm tra xem các host có muốn nhận multicast traffic hay không. - Checksum: Trường này gồm 16 bit, và chứa tổng số bit của thông điệp. - Group Address: Trường này chứa địa chỉ nhóm multicast khi thông điệp Membership Report được gởi, bằng không khi dùng trong thông điệp Membership Query. Quá trình Query-Response IGMP sử dụng mô hình truy vấn – trả lời (Query - Response) cho phép các router multicast xác định nhóm multicast hoạt động (có host tham gia vào nhóm multicast) trên nhánh mạng. SVTH: Võ Chinh Phục Trang 8 GVHD: Dương Thiên Tứ Tìm hiểu Multicast Trong mô hình này, Host H1, H2 đăng ký vào nhóm multicast 224.1.1.1, host H3 đăng ký vào nhóm multicast 224.2.2.2 . Router A là IGMPv1 Querier và chức năng của nó là gởi thông điệp Membership Query đến tất cả các host trong nhánh mạng. Router B chỉ lắng nghe và ghi nhận việc trả lời từ các host. 1. Cứ mỗi 60 giây, Router A gởi thông điệp Membership Query đến tất cả các host trên nhánh mạng. 2. Tất cả router sẽ nhận được thông điệp này, và các host(H2) đã đăng ký vào nhóm multicast phải trả lời lại bằng thông điệp Membership Report, thông báo cho router biết rằng trên nhánh mạng có host muốn nhận gói tin từ nhóm 224.1.1.1. 3. Host H1 cũng lắng nghe đến nhóm 224.1.1.1, do đó nó biết được H2 đã gởi thông điệp Membership Report đến router, và hủy(suppress) thông điệp của nó. Cơ chế này (Report Suppression) làm giảm được lưu lượng trên nhánh mạng. 4. Host H3 cũng nhận được thông điệp Membership Query và nó cũng trả lời lại thông điệp Membership Report đến nhóm mà nó đã đăng ký 224.2.2.2. Kết quả của quá trình Query-Response là Router A biết được các máy muốn nhận gói tin từ nhóm 224.1.1.1 và 224.2.2.2 trên nhánh mạng. Ngoài ra, Router B cũng lắng nghe được trên toàn bộ quá trình và cũng biết các thông tin như router A. Cơ chế Report Suppression Cơ chế giúp giảm số lưu lượng IGMP trên một nhánh mạng đến mức tối thiểu. - Khi một host nhận thông điệp Membership Query, host bắt đầu đếm ngược thời gian trả lời (report-timer) đối với nhóm multicast mà nó tham gia vào. Mỗi report- timer được khởi tạo ngẫu nhiên từ 0 đến thời gian trả lời tối đa. Mặc định là 10 giây. - Sau thời gian đó, host gởi thông điệp Membership Report kết hợp với report- timer đến nhóm multicast. SVTH: Võ Chinh Phục Trang 9 GVHD: Dương Thiên Tứ Tìm hiểu Multicast - Nếu host nghe một host khác gởi thông điệp Membership Report, thì nó hủy thông điệp Membership Report và report – timer. Bằng cách đó, triệt tiêu được việc gởi thông điệp đến nhóm multicast. IGMPv1 Querier Nếu tất cả router trên một nhánh mạng đều gởi thông điệp Membership Query thì gây ra lãng phí băng thông mạng. Do đó cần phải có 1 router là IGMPv1 Querier. IGMPv1 dựa trên các giao thức định tuyến (PIM, DVMRP, …) để chỉ định 1 router (Designated Router) cho nhánh mạng. Các host có thể gởi một hay nhiều thông điệp Membership Report (unsolicited report) tham gia vào các nhóm multicast ở bất kỳ thời điểm nào mà không cần phải chờ thông điệp Membership Query kế tiếp từ router. IGMPv1 không có cơ chế để cho phép một host rời khỏi một nhóm, khi host đó không còn quan tâm đến nội dung của nhóm multicast đó. Thay vào đó, router sẽ kết luận là một cổng giao tiếp của nó không còn thuộc về một nhóm multicast, nếu router không nhận được Membership Report trong ba chu kỳ truy vấn liên tiếp. Điều này có nghĩa là, ở chế độ mặc định, các multicast traffic vẫn gửi vào một phân đoạn mạng trong ba chu kỳ truy vấn liên tiếp sau khi tất cả các thành viên của nhóm không còn lắng nghe multicast traffic nữa. Ngoài ra, do cơ chế Report Suppression nên các router không giữ một danh sách đầy đủ các host thành viên cho từng nhóm multicast. Thay vào đó, nó cần phải lưu những nhóm multicast nào đang tồn tại trên những cổng của nó. ii. IGMPv2 Khuôn dạng thông điệp - Type: Trong IGMPv2 có 4 loại thông điệp được sử dụng giữa host và router Membership Query (0x11): có hai dạng: + General Query: Dùng để xác định các nhóm multicast hoạt động. General Query được biểu thị bởi giá trị 0 trong Group Address. SVTH: Võ Chinh Phục Trang 10 [...]... Tứ Tìm hiểu Multicast 14 1110 Phạm vi toàn cầu 15 1111 Dự trữ - Group ID gồm 112 bít thực hiện chức năng định danh các nhóm multicast Trong một phạm vi scope, có nhiều nhóm multicast (nhóm multicast các router, nhóm multicast mọi node, nhóm multicast mọi máy chủ DHCP…) Giá trị các bít Group ID sẽ định danh các nhóm multicast Trong một phạm vi, số định danh này là duy nhất Lưu lượng có địa chỉ đích multicast. .. mạng nhỏ Khi có nhiều máy bắt đầu gửi lưu lượng multicast, các routers phải thực hiện một số tính toán Dijkstra, làm tốn tài nguyên CPU Cisco IOS không hỗ trợ MOSPF SVTH: Võ Chinh Phục Trang 32 GVHD: Dương Thiên Tứ Tìm hiểu Multicast Chương 4 MULTICAST TRÊN IPV6 4.1 Địa chỉ Multicast IPv6 Trong IPv6, 8 bit đầu định nghĩa cho địa chỉ multicast Mỗi địa chỉ multicast sử dụng một định dạng tiền tố (prefix)... bít cấu trúc địa chỉ IPv6 multicast làm group ID, các bít khác đều thiết lập giá trị bằng 0 Gắn 16 bit tiền tố 33-33 (giá trị hexa) với 32 bit cuối của địa chỉ ipv6 multicast tương ứng SVTH: Võ Chinh Phục Trang 34 GVHD: Dương Thiên Tứ Tìm hiểu Multicast Để nhận được các gói tin ipv6 multicast trên một đường link Ethernet, card mạng Ethernet cần phải lưu trữ thêm các địa chỉ MAC multicast cần thiết trong... Ipv6 multicast đang được host nghe lưu lượng và địa chỉ MAC multicast tương ứng SVTH: Võ Chinh Phục Trang 35 GVHD: Dương Thiên Tứ Tìm hiểu Multicast Chương 5 GIỚI THIỆU ỨNG DỤNG MULTITST Multitst là ứng dụng cho phép gửi và nhận thông điệp theo giao thức multicast Giao diện chính Các chức năng của chương trình: - Menu Socket: Để lấy giá trị Socket - Menu Sendto: Gởi thông điệp đến các máy trong nhóm multicast. .. Trang 14 GVHD: Dương Thiên Tứ Tìm hiểu Multicast Trong ví dụ này, lưu lượng multicast từ nguồn gởi host A và host D đến gốc (Router D) sau đó xuống shared tree đến các host nhận B và C Bởi vì tất cả các nguồn trong nhóm multicast sử dụng một shared tree, do đó kí hiệu (*, G) đại diện cho cây Trong đó, * có nghĩa là tất cả các nguồn (all sources) và G đại diện cho một nhóm multicast Do đó, trong ví dụ... trình phân phát dữ liệu Lựa chọn điểm hẹn là vấn đề quan trọng nhất khi áp dụng giải pháp này cho mạng multicast SVTH: Võ Chinh Phục Trang 15 GVHD: Dương Thiên Tứ Tìm hiểu Multicast Chương 2 CÁC GIẢI THUẬT ĐỊNH TUYẾN MULTICAST 2.1 Giải thuật Flooding Trong giải thuật này khi router nhận được một gói multicast, đầu tiên nó kiểm tra xem gói tin này đã nhận được trước đó chưa - Nếu là lần đầu tiên, router... Group ID được khuyến nghị là 32 bít 4.2 Ánh xạ IPv6 Multicast đến địa chỉ Ethernet MAC Để thực hiện được multicast trên mạng Ethernet, sử dụng giao thức TCP/IP, cần có hai phần: Multicast mức Hardware/Ethernet (lớp link-layer) và IP Multicast Cần phải ánh xạ được giữa một địa chỉ IPv6 multicast (1 nhóm các host) tới một địa chỉ duy nhất Ethernet Multicast Chính vì mục đích này, RFC 3513 khuyến nghị... thông điệp multicast được chuyển tiếp đến các phần Internet không hỗ trợ chuyển tiếp multicast Khi chuyển tiếp qua tunnels, các gói IP được đóng gói trong một gói IP khác (IP over IP) khi đó chúng như các gói unicast thông thường chuyển tiếp giữa các router SVTH: Võ Chinh Phục Trang 22 GVHD: Dương Thiên Tứ Tìm hiểu Multicast Chương 3 CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 3.1 Giao thức PIM Protocol Independent Multicast. .. độ spare-mode còn được gọi là Shared tree Các dòng multicast được mô tả như (*,G) bởi vì cây luôn cho phép bất cứ nguồn nào gửi đến một nhóm Khi một host tham gia vào một nhóm multicast dùng IGMP, router cục bộ sẽ chuyển các thông điệp Membership report về gốc của cây multicast Mỗi router dọc SVTH: Võ Chinh Phục Trang 25 GVHD: Dương Thiên Tứ Tìm hiểu Multicast theo đường đi sẽ thêm nhánh đó vào cây dùng... Thuật toán SPT được tính toán theo yêu cầu Khi gói tin multicast đầu tiên của nhóm đến - Thông qua quá trình tính toán, tất cả các router biết các thành viên nhóm ở đâu dựa trên các thành viên nhóm LSAs - Sau vài phép tính toán SPF là hoàn tất, các hàng sẽ được đưa vào bảng định tuyến multicast SVTH: Võ Chinh Phục Trang 28 GVHD: Dương Thiên Tứ Tìm hiểu Multicast - Cũng giống như định tuyến unicast OSPF, . Tứ Tìm hiểu Multicast MULTICAST TRÊN IPV6..............................................................................................33 4.1 Địa chỉ Multicast. Trang 4 GVHD: Dương Thiên Tứ Tìm hiểu Multicast Chương 1 GIỚI THIỆU MULTICAST 1.1. Giới Thiệu IP Multicast là giao thức dùng để truyền gói