Многоадресная передача: Соединение «точка-многоточка» для эффективной передачи данных

Когда речь идет о радио- и телевещании, не имеет значения, сколько пользователей настроены на эту услугу и пользуются ею. Это совсем не так при передаче информации по IP-сетям. Например, если бы несколько различных пользователей могли подключиться к живому потоку, стандартная одноадресная передача данных по IP потребовала бы от отправляющей станции посылать соответствующие пакеты каждому получателю отдельно. Поскольку это привело бы к израсходованию доступной пропускной способности в течение очень короткого периода времени, была быстро разработана и внедрена многоадресная маршрутизация (также известная как IP multicast). Она позволяет отправителю передавать потоки IP-данных многим получателям одновременно за один шаг.

Что такое IP multicast?

Интернет-протокол — это стандартный протокол для обмена данными в компьютерных сетях. Независимо от того, через Интернет или локальную сеть, отправка электронных сообщений с использованием IP-адресов и т.п. является неотъемлемой частью современного мира сетей. Стандартный стек протоколов TCP/IP предоставляет набор протоколов и методов, которые охватывают широкий спектр требований.

Доступные формы связи играют ключевую роль. Среди этих форм все большее значение приобретает многоадресная передача. Эта концепция, также известная как IP multicast, позволяет отправлять информацию с одного узла нескольким получателям. Именно поэтому многоадресную передачу часто называют соединением «точка-многоточка».

В целях защиты вашей конфиденциальности видео не будет загружаться, пока вы не нажмете на него.

Предоставляя возможность отправки одного потока данных нескольким получателям, многоадресная передача четко отличается от стандартной одноадресной передачи, при которой IP-пакеты отправляются через прямое соединение между взаимодействующими системами. Многоадресная передача IP отличается от очень похожих методов вещания тем, что потоки данных не отправляются всем участникам сети. Она отправляет только тем, кто предварительно зарегистрировался у отправителя и, таким образом, является частью соответствующей многоадресной группы. Затем отправитель может одновременно передать соответствующий поток данных группе через назначенный многоадресный адрес. В интернет-протоколе версии IPv4 для этой цели назначается диапазон адресов от 224.0.0.0 до 239.255.255.255, а в IPv6 для многоадресной адресации используется префикс FF00::/8.

Как работает многоадресная адресация?

Групповая адресация является одной из ключевых особенностей многоадресной рассылки IP и, таким образом, имеет фундаментальное значение для функционирования системы связи. Она также предоставляет возможность статической адресации, при которой устанавливается соединение с сервером многоадресной рассылки, выполняющим требуемую услугу. В качестве альтернативы, многоадресные адреса могут быть получены динамически, поскольку многоадресные группы, подключенные к ним, не обязаны существовать вечно. Это также означает, что частные группы могут быть легко сформированы и так же легко снова распущены. Независимо от того, является ли назначенный адрес статическим или динамическим, диапазон адресов для IP-сетей составляет от 224.0.0.0 до 239.255.255.255 (или FF00::/8), который также называют диапазоном адресов класса D.

В целях защиты вашей конфиденциальности видео не будет загружаться, пока вы не нажмете на него.

Вступление в многоадресные группы IP обычно осуществляется сетевыми маршрутизаторами с поддержкой многоадресной рассылки и протоколом Internet Group Management Protocol (IGMP). Для этого протокол, являющийся членом семейства протоколов Интернета, предоставляет различные типы сообщений, с помощью которых узлы могут информировать локальный маршрутизатор о запросе на присоединение, а маршрутизаторы могут получать и пересылать соответствующие потоки многоадресных данных IP. IGMP-коммуникация всегда исходит от маршрутизатора, который соединяет передатчик многоадресной рассылки с сетью. Передатчик пересылает пакеты потока данных только один раз, указывая адрес многоадресной группы в качестве адреса получателя. Количество охваченных конечных станций неизвестно отправителю.

Многоадресная передача по IP: обзор технологий и протоколов маршрутизации

Маршрутизация, или отправка многоадресных пакетов через отдельные маршрутизаторы и сети, управляется специальными протоколами многоадресной маршрутизации. Он использует различные алгоритмы для максимально быстрой и эффективной передачи потока данных всем членам определенной многоадресной группы. Стандартного протокола не существует, так как существующие протоколы предназначены для разных задач. Каждый из них имеет свои сильные стороны. Некоторые из них хороши, когда члены группы находятся близко друг к другу, в то время как другие имеют преимущество, когда члены группы находятся далеко друг от друга. Кроме того, существуют различные алгоритмы маршрутизации, включая обратную переадресацию (RPF) и усеченную обратную переадресацию (TRPF), которые получили особенно широкое распространение.

Переадресация обратного пути (RPF)

Пересылка по обратному пути — это метод, обеспечивающий незацикленную пересылку многоадресных пакетов IP, при которой узлы не получают пакеты более одного раза. Адрес источника и ранее используемый интерфейс в сети имеют решающее значение для пересылки потока данных. Как только многоадресный пакет достигает интерфейса маршрутизатора, он сравнивает обе эти части информации с таблицей маршрутизации, которая ранее была либо автоматически создана в результате широковещательной рассылки, либо настроена вручную. Если для адреса источника есть запись, подтверждающая ранее использованный интерфейс, проверка RPF проходит успешно, и маршрутизатор направляет многоадресный поток на все остальные доступные интерфейсы. Если нет, он отбрасывает пакеты.

RPF выполняет обратную проверку пути пакета. Кроме того, методы одноадресной маршрутизации используются для соединения маршрутизаторов по кратчайшему пути. Карта маршрутизации также называется деревом многоадресной рассылки. Отправитель или его маршрутизатор представляет собой корень (т.е. начальную точку).

Усеченная переадресация обратного пути (TRPF)

Усеченная переадресация обратного пути — это расширение концепции RPF, при которой многоадресные пакеты пересылаются только на маршрутизаторы, обслуживающие хотя бы одного члена многоадресной группы. Сначала выполняется стандартная обратная проверка адреса источника и интерфейса приемника. Затем TRPF последовательно проверяет следующие возможные интерфейсы и определяет, какие узлы должны быть обслужены. Решающим фактором является наличие в интерфейсе узлов, зарегистрированных в многоадресной группе, в которую отправляется полученный поток данных. Если да, то пакеты пересылаются, в противном случае — нет.

Примечание

Прежде чем многоадресный маршрутизатор сможет использовать TRPF, ему необходим список всех многоадресных групп, к которым можно обратиться через различные сетевые интерфейсы, в дополнение к таблице маршрутизации.

Какие существуют протоколы многоадресной маршрутизации?

Стандартного протокола маршрутизации для многоадресной рассылки IP не существует. Это связано с радиусом передачи и количеством принимающих станций, которые оказывают значительное влияние на требуемую архитектуру протокола. Существует сильное различие между двумя типами «плотный режим» (т.е. для случаев, когда приемники «густо» населены) и «разреженный режим» (т.е. для случаев, когда приемники «мало» населены). Однако между протоколами есть и другие различия. Это показано в следующих разделах, посвященных DVMRP, MOSPF и PIM.

Протокол многоадресной маршрутизации по вектору расстояния (DVMRP)

В 1988 году протокол Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP) был определен в RFC 1075 как экспериментальное решение для маршрутизации многоадресных пакетов между IP-сетями. DVMRP был разработан исследовательской группой в Стэнфордском университете на основе RIP (Routing Information Protocol), протокола одноадресной маршрутизации, основанного на алгоритме вектора расстояния.

Примечание

RIP был впервые определен в RFC 1058. С тех пор протокол несколько раз пересматривался. RIPng (RIP следующего поколения) — это версия, которая добавляет поддержку IPv6 в протокол маршрутизации.

Для эффективного расчета путей пакета команда реализовала метод Reverse Path Forwarding. При использовании этого метода многоадресный маршрутизатор автоматически создает свою собственную таблицу маршрутизации, в которой хранится вектор расстояния для всех остальных маршрутизаторов в сети. Эти записи включают информацию о затратах, связанных с отправкой данных на соответствующий маршрутизатор (например, задержка передачи или количество ретрансляционных станций), а также информацию о том, на какой соседний маршрутизатор должен быть перенаправлен пакет, чтобы достичь маршрутизатора назначения. IGMP используется как коммуникационный протокол для связи между различными маршрутизаторами.

Многоадресная рассылка с открытым кратчайшим путем (MOSPF)

Multicast Open Shortest Path First (MOSPF) — это расширение протокола маршрутизации OSPF, которое позволяет осуществлять многоадресную маршрутизацию в сети на базе OSPF. Это позволяет каждому маршрутизатору иметь полную базу данных всей топологии сети (расположение устройств и соединений), которая, благодаря новым сообщениям, содержащим информацию о членстве в группе, может также содержать записи о местоположении всех участников многоадресной IP-группы. Членство в группе определяется маршрутизаторами, которые используют для этого сообщения IGMP. Начиная с маршрутизатора, на котором находится многоадресный передатчик, можно легко построить древовидную диаграмму, которая показывает кратчайший путь для каждого пакета.

Примечание

MOSPF не требует дополнительного протокола маршрутизации для построения дерева многоадресной рассылки, так как для этой цели он использует маршрутизацию OSPF.

Независимая многоадресная рассылка по протоколу (PIM)

Protocol Independent Multicast (PIM) — это семейство протоколов маршрутизации, которое не имеет собственных средств генерации таблиц маршрутизации. Поэтому PIM полагается на информацию, предоставляемую протоколами одноадресной маршрутизации, активными в сети. При этом не имеет значения, какой протокол используется. Именно поэтому Protocol Independent Multicast может использоваться как в плотных, так и в разреженных сетях. Эти два режима называются плотный режим (PIM-DM) и разреженный режим (PIM-SM).

В плотном режиме потоки многоадресных данных отправляются на все маршрутизаторы сети (из-за отсутствия членов группы), пока они не отсоединятся от дерева многоадресной рассылки. И наоборот, в разреженном режиме в качестве концентратора для обработки многоадресных соединений используется маршрутизатор с точкой рандеву. Он принимает многоадресные передачи и направляет пакеты всем запрашивающим маршрутизаторам, подсети которых содержат хотя бы одного члена многоадресной группы.

В целях защиты вашей конфиденциальности видео не будет загружаться, пока вы не нажмете на него.

Многоадресная рассылка против широковещательной: их сходства и различия

Широковещательная рассылка — это не просто альтернатива многоадресной рассылке IP. Она также может быть частью многоадресной рассылки. Между широковещанием и многоадресной рассылкой есть важное сходство. И широковещание, и многоадресная рассылка позволяют устанавливать в IP-сетях соединения «точка-многоточка», благодаря которым передатчик может одновременно достигать многих получателей. Основное различие заключается в том, что широковещательная передача всегда направлена на все узлы в сети или сегменте сети, в то время как многоадресная передача отправляет данные только многоадресной группе или конкретным получателям. (Возможно пересечение границ сети).

Поскольку широковещательные сообщения всегда отправляются всем узлам назначения, нет необходимости в расширенном диапазоне адресов, в отличие от многоадресной рассылки. Таким образом, для стандартной широковещательной рассылки всегда назначается IP-адрес назначения 255.255.255.255. Прямые широковещательные рассылки, также известные как локальные широковещательные рассылки, также становятся возможными благодаря указанию маски подсети. Широковещательная рассылка имеет свои преимущества, если адреса получателей неизвестны, например, при совместном использовании файлов или принтеров или при назначении IP-адресов через DHCP. Однако, по сравнению с многоадресной рассылкой, этот метод требует гораздо больше ресурсов и расходует часть пропускной способности.

Примечание

Формат широковещательных сообщений больше не существует в IPv6. В новой версии Интернет-протокола специальные многоадресные адреса берут на себя функцию отправки сообщений или пакетов данных одновременно всем устройствам в сети.

Оцените статью
cdelat.ru
Добавить комментарий