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利用IP實(shí)現(xiàn)多媒體流傳輸將是未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要應(yīng)用,而提高基于IP傳輸?shù)目煽啃浴⑻峁└S富的內(nèi)容和提高服務(wù)質(zhì)量是該應(yīng)用取得成功的關(guān)鍵。IGMP多播方案能有效利用帶寬,利用該方案設(shè)計(jì)工程師可構(gòu)建符合這三個(gè)要求的寬帶設(shè)備。本文詳細(xì)介紹了IGMP協(xié)議特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方法。
隨著單一的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)收入增長(zhǎng)放緩,運(yùn)營(yíng)商必須推出各種新業(yè)務(wù)。通過(guò)已有的寬帶網(wǎng)絡(luò)提供視頻傳輸服務(wù),從而使已有的寬帶網(wǎng)絡(luò)獲得較高的投資回報(bào)。然而,網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和多業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商(MSO)將面臨如何在基于因特網(wǎng)協(xié)議(IP)的網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行視頻傳輸?shù)睦щy。盡管IP為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了許多好處,但在進(jìn)行視頻傳輸時(shí)面臨很多挑戰(zhàn),至少對(duì)于要求高服務(wù)質(zhì)量(QoS)的視頻流傳輸而言,性能不穩(wěn)定的IP網(wǎng)絡(luò)并非一個(gè)友好的環(huán)境。幸運(yùn)的是,設(shè)計(jì)工程師可以通過(guò)多播數(shù)據(jù)流來(lái)解決IP數(shù)據(jù)流的傳輸問(wèn)題。多播數(shù)據(jù)流采用因特網(wǎng)組群管理協(xié)議(IGMP),本文將詳細(xì)講述IGMP多播如何在寬帶網(wǎng)絡(luò)中有效地傳輸視頻流。
IGMP協(xié)議
IGMP是通過(guò)充分利用IP堆棧來(lái)實(shí)現(xiàn)的。網(wǎng)絡(luò)堆棧由不同的層構(gòu)成,每一層只和相鄰的上、下層通信。IGMP使用第2層和第3層,使用方式與通常的單播或廣播流略微不同。
在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流由數(shù)據(jù)包組成,每個(gè)數(shù)據(jù)包頭均帶有該數(shù)據(jù)包的起始地址和目的地址信息。單播數(shù)據(jù)流(如文件傳輸)的起始地址十分明顯,該地址就是IP地址,位于第3層或IP數(shù)據(jù)包頭中,而起始媒體訪(fǎng)問(wèn)控制(MAC)地址則位于第2層或數(shù)據(jù)鏈路層上。
廣播數(shù)據(jù)包的格式與單播數(shù)據(jù)包的格式一樣,但在廣播數(shù)據(jù)包中,目的地址是一個(gè)廣播地址。因此,對(duì)于網(wǎng)絡(luò)地址為.0的IP網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō),它的目的地址是.255。
多播數(shù)據(jù)流也必須遵循與單播和廣播數(shù)據(jù)流相同的基本格式,它們之間的差別在于其目的地址的不同。IGMP多播數(shù)據(jù)流具有一個(gè)D類(lèi)目的地址,范圍為224.0.0.0到。該目的地址并不對(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)中某臺(tái)具體的電腦或主機(jī),而是與網(wǎng)絡(luò)中距離最近的第3層設(shè)備相匹配,通常為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)路由器。
當(dāng)多播數(shù)據(jù)包到達(dá)路由器時(shí),路由器必須決定是繼續(xù)傳輸該數(shù)據(jù)包還是停止傳輸。必須注意的是,作為該數(shù)據(jù)包目的地址的D類(lèi)IP地址并非某一臺(tái)實(shí)際的主機(jī),而是一個(gè)組,它們必須先與離它最近的路由器連接,然后再告知數(shù)據(jù)流傳輸主機(jī)。如果是首次到達(dá)的數(shù)據(jù)包,路由器便會(huì)開(kāi)始“構(gòu)建組”。如果其它主機(jī)沒(méi)有要求路由器從該組接收數(shù)據(jù),那么這些數(shù)據(jù)包將被丟棄。
發(fā)送D類(lèi)地址作為請(qǐng)求
多播數(shù)據(jù)流請(qǐng)求也使用D類(lèi)地址。如果一臺(tái)主機(jī)希望尋找某個(gè)多播組,它會(huì)向保留地址224.0.0.2發(fā)送一個(gè)“加入”信息。通過(guò)該保留地址,此信息實(shí)際上發(fā)送給了“子網(wǎng)上所有的路由器”。當(dāng)主機(jī)要求加入某個(gè)特殊組時(shí),這條路徑上的路由器便會(huì)將該請(qǐng)求向外發(fā)送出去。最后,當(dāng)找到該組時(shí),數(shù)據(jù)流會(huì)順著相同路徑傳回給提出請(qǐng)求的主機(jī)。
當(dāng)主機(jī)接收完畢,決定不再需要該數(shù)據(jù)流時(shí),它也向某個(gè)特殊的多播地址發(fā)送信息,然后該數(shù)據(jù)流便會(huì)停止發(fā)送。在實(shí)際操作中,在由各個(gè)路由器和其它第3層設(shè)備組成的不同樹(shù)結(jié)構(gòu)中將會(huì)“刪除”這臺(tái)接收完畢的主機(jī),數(shù)據(jù)流也不再發(fā)送給它。
IGMP的作用
IGMP協(xié)議很有用,基于該協(xié)議,主機(jī)要求加入一個(gè)組的請(qǐng)求不必到達(dá)離數(shù)據(jù)流傳輸主機(jī)最近的路由器。如果一臺(tái)主機(jī)申請(qǐng)加入數(shù)據(jù)流傳輸路由中的某個(gè)多播組,那么離數(shù)據(jù)流傳輸路由器最近的路由器便會(huì)將這些數(shù)據(jù)包進(jìn)行復(fù)制,然后從這一請(qǐng)求多播的端口大量地向下傳輸給提出申請(qǐng)的主機(jī)。因此盡管每臺(tái)提出請(qǐng)求的主機(jī)都可以接收到數(shù)據(jù)流,但由于這些請(qǐng)求并沒(méi)有傳輸?shù)皆捶?wù)器,而數(shù)據(jù)流也只在需要多播的路由器上進(jìn)行復(fù)制而不是在源服務(wù)器上復(fù)制,因此可以節(jié)省整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的帶寬。
如果某一系統(tǒng)只能進(jìn)行單播而不能進(jìn)行多播,那么每個(gè)請(qǐng)求都必須返回到源服務(wù)器,然后單獨(dú)從源服務(wù)器獲得所需的數(shù)據(jù)流。盡管在某種意義上來(lái)說(shuō)這樣比較方便,例如主機(jī)可在從開(kāi)始到結(jié)束的整個(gè)過(guò)程中的任一時(shí)候按自己的需要加入,但這種方法效率較低,而且并不節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源。
IGMP多播的實(shí)現(xiàn)
在IP多播中,每臺(tái)請(qǐng)求接收的PC都可以獲得所需的數(shù)據(jù)流,而網(wǎng)絡(luò)本身則管理這些PC和客戶(hù)組。為了實(shí)現(xiàn)IGMP多播,網(wǎng)絡(luò)必須知道數(shù)據(jù)流在何處及何時(shí)進(jìn)行復(fù)制。
使用IGMP多播時(shí),發(fā)送器(源服務(wù)器)將數(shù)據(jù)流和附加信息發(fā)送到離它最近,或在同一子網(wǎng)中的路由器。接收到信息后,路由器創(chuàng)建一個(gè)符合D類(lèi)IP地址定義的組目的地址(GDA)。
路由器隨后查看是否有客戶(hù)機(jī)需要該多播組。如果沒(méi)有,路由器便丟棄那些從發(fā)送器傳來(lái)的數(shù)據(jù)包,不再繼續(xù)發(fā)送(見(jiàn)圖1)。
但是,如果有客戶(hù)機(jī)希望接收這些數(shù)據(jù)流,即使這一客戶(hù)機(jī)位于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)中,路由器將執(zhí)行下列步驟:
1. 首先,接收器將一個(gè)專(zhuān)用多播IP地址發(fā)送到其子網(wǎng)中的所有路由器,并申明它希望加入一個(gè)多播組；
2. 如果子網(wǎng)中的路由器找到了該多播組,它開(kāi)始將數(shù)據(jù)包發(fā)送給提出請(qǐng)求的接收器。相反,如果路由器沒(méi)有找到IGMP組,它便向外發(fā)送信息并開(kāi)始找尋這個(gè)組；
3. 通過(guò)與其它路由器通信,最初發(fā)送請(qǐng)求的路由器便可找尋到這個(gè)多播組。路由器之間的通信基于各種IGMP使用的“路由”協(xié)議,如多播開(kāi)放最短路徑優(yōu)先(MOSPF)和距離向量多播路由協(xié)議(DVMRP)。
4. 當(dāng)多播組找到后,該路徑上的路由器便作為“源”路由器,發(fā)送或復(fù)制該數(shù)據(jù)流。
IGMP方案的最大好處在于節(jié)省了帶寬。如圖2所示,網(wǎng)絡(luò)A中的遠(yuǎn)程接收器從緊接源路由器后的第一個(gè)路由器接收一個(gè)數(shù)據(jù)流。支持IGMP第2版的源路由器僅在需要復(fù)制的地方(本例中是在源路由器后的第一個(gè)路由器)將這一數(shù)據(jù)流進(jìn)行復(fù)制,而不是在源路由器進(jìn)行復(fù)制,因此節(jié)省了帶寬。
目前使用的IGMP版本為第2版。IGMP第1版和第2版之間的主要差別在于如何從多播組中去除客戶(hù)機(jī)。第1版中規(guī)定,即使接收器不再需要某個(gè)數(shù)據(jù)流,路由器仍繼續(xù)向該接收器發(fā)送數(shù)據(jù)流,并持續(xù)幾分鐘。在IGMP第1版中,當(dāng)客戶(hù)機(jī)希望停止接收數(shù)據(jù)流時(shí),它無(wú)法告知路由器。第2版則規(guī)定,接收器可發(fā)送信息告知路由器,如果沒(méi)有其它接收器出現(xiàn)便可停止發(fā)送數(shù)據(jù)包。因此,與第1版相比,第2版能節(jié)省更多的帶寬。
作者:Uzi Yahav
產(chǎn)品管理總監(jiān)
Arthur Rabinovitz
技術(shù)支持經(jīng)理
Optibase公司寬帶電視業(yè)務(wù)部
email: uziy@
