【大学课件】信息通信专业：应用层组播中的关键技术PPT
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【大学课件】信息通信专业：应用层组播技术的研究PPT
• 可测量性：能够测量非常大规模组(large group)（many thousands of nodes and higher）而不局限于单一源的服务模式 • 简单：给定CAN-like的底层组织部署，基于CAN的多点传送是易于实 现的
• Bayeux
• Bayeux 利用基于前缀的路由机制(prefix-based routing scheme)，是 对现有应用层路由协议Tapestry的继承 • 优点：
• 在针对多发送源的3D视频会议的协议中使用了以 上两种系统的混合方式 • 采用了类似于ALMI的集中方式管理树并采用类 似Narada的网优先策略生成树 • 一个完全分布式系统,所有成员是逻辑平等的,每 一个终端包含一个完整的成员列表和对自己多播 树的完全控制。 • 可以选择资源确定多播树来发送多媒体数据。 • 那么,可以让会议成员定时探测相互之间获得的端 到端的延迟,这种探测也可以用来探测用户是否失 效. University
应用层组播技术的研究
University
of
Science
and
Technology
of
China
Outline
• • • • • • 应用层组播分类 小规模多源应用层组播 大规模单源应用层组播 基于多树的应用层组播 基于特定逻辑结构的应用层组播 应用层和IP层相结合的组播
University Science Technology
• Host Multicast • Yoid
University
of
Science
and
Technology
of
C
小规模多源应用层组播
• End System Multicast
• 首先将组播组的成员组织成一个“网”(mesh)， 再在这个mesh 上以每个数据源为根各构造一个生 成树(spanning tree)。 • 优点：系统的可靠性 • 缺点：系统的开销，系统的可扩展性
• Bayeux
• Bayeux 利用基于前缀的路由机制(prefix-based routing scheme)，是 对现有应用层路由协议Tapestry的继承 • 优点：
• 在针对多发送源的3D视频会议的协议中使用了以 上两种系统的混合方式 • 采用了类似于ALMI的集中方式管理树并采用类 似Narada的网优先策略生成树 • 一个完全分布式系统,所有成员是逻辑平等的,每 一个终端包含一个完整的成员列表和对自己多播 树的完全控制。 • 可以选择资源确定多播树来发送多媒体数据。 • 那么,可以让会议成员定时探测相互之间获得的端 到端的延迟,这种探测也可以用来探测用户是否失 效. University
应用层组播技术的研究
University
of
Science
and
Technology
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China
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• • • • • • 应用层组播分类 小规模多源应用层组播 大规模单源应用层组播 基于多树的应用层组播 基于特定逻辑结构的应用层组播 应用层和IP层相结合的组播
University Science Technology
• Host Multicast • Yoid
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and
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of
C
小规模多源应用层组播
• End System Multicast
• 首先将组播组的成员组织成一个“网”(mesh)， 再在这个mesh 上以每个数据源为根各构造一个生 成树(spanning tree)。 • 优点：系统的可靠性 • 缺点：系统的开销，系统的可扩展性
组播技术介绍 ppt课件
匹配Group IP
（S， G）
同时匹配Source IP和Group IP
PPT课件
10
组播转发路径-树的概念
组播分布树
单播模型：数据包通过网络沿单一的路径从源主机 向目的主机传递
组播模型：数据包向任一被组播组地址表示的主机 传递；数据包在网络中的传播路径可以用一棵树来 描述－－组播分布树
组播分布树有两种形式： 有源树和共享树
组播技术介绍
组播的概念
单播(unicast)：“一对一”通信，源主机为每一个接 收者都发一份拷贝。
组播(multicast)：“一对多”通信，介于广播单播之 间，源主机将同样的数据报发给多个接受者，但又 不是网络中全部的主机。
广播(broadcast)：“一对多”通信，广播包被发往 网络上的所有主机。这样会产生大量的数据报拷贝。
• 组播MAC地址： – 以太网： 01-00-5e-xx-xx-xx
PPT课件
8
组播地址和组播MAC地址的映射关系
• 来源：多播的L2 MAC地址是通过L3 IP映射出来的 • L2 MAC的前3个字节总是0x01-00-5E • 映射方法：取IP地址后23位作为MAC地址 • 重叠问题：由于不是IP地址的全部(32－4)位参与映射，丢失了5位数据，所以IP地址与MAC地址之间存在重叠－32: 1
• 多播路由使用反向路径转发机制：根据单播路由，查找到源的最佳路径。
• 多播路由表一般是一个四元组：
{S，G，IIF，OIFs}
S： 源IP地址
G： 组IP地址
IIF： 入接口
OIFs： 出接口列表
Tip: OIFs中一定不包含IIF
• 多播路由一般有三种格式：
（*， *， RP） 只匹配RP
第7章-多层交换组播技术11PPT课件
我知道哪些端口连接着 229.1.33.121的成员，转
发给这些端口!
支持IGMP snooping
支持- IGMP
我已经加入了 229.1.33.121组播组，随 时准备接收组播数据!
11
组播技术协议及规范
• 组播地址
| 1110xxxx | xxxxxxxx | xxxxxxx | xxxxxxxx |
-
34
PIM-DM
• 协议独立
– PIM-DM 可以使用由任意底层单播路由协议产 生的路由表执行反向路径转发（RPF）检查
这是组xyz的组播数据包
没有组xyz的成员
-
35
课堂实验——PIM-DM协议
组播服务器
组播客户端
• 配置一个路由环境不配置单播路由协议 • 配置PIM-DM，启动组播服务器 • 从组播服务器发出组播数据从客户端接收 • 从组播服务器发一个单播数据，从客户端接收 • 配置两台设备的单播路由协议，重复第三、四步 • 比较结果的不同，可以得出什么结论
– 组播组在网络中稀疏分布、网络没有充足带宽的情况 – CBT – PIM-SM
-
30
• 反向路径扩散法
DVMRP
-
31
DVMRP
• DVMRP 通过 IGMP 交换路由选择数据报
• Version ― 版本号为1。 Type ― DVMRP 类型为3。
• Sub-Type ― 子类型有：1 = Response，提供一些目的地 路线。2 = Request，请求到达目的地的路线。3 = NonMembership Report，提供非会员报告。4 = NonMembership Cancellation，取消先前的非会员报告。
组播技术基础PPT课件
第19页/共63页
组播分发树
源 S1
最短路径树（基于源的分发树）
A
B
C
D E
接收者 R1
接收者 R2 第20页/共63页
源 S2
F 组播路由项 (S, G), iif, oiflist •S 源地址 •G 组地址 •iif 入接口 •oiifs 出接口列表
组播分发树
源 S1
最短路径树（基于源的分发树）
• 允许主机指定接收某些网络发送的某些组播组， • 相比以前的版本，增加了主机的控制能力，不仅可以指定组播组，
还能指定组播的源。
第18页/共63页
内容
• 为什么组播? • 组播编址技术 • 主机-路由器通告协议- - - - IGMP • 组播分发树- - - -SPT • 组播转发- - - -RPF • 组播路由协议- - - -PIM • 组播配置命令 • 组播配置示例
IGMP的三个标准 RFC 1112 -- IGMP版本1 Windows 95支持
• RFC 2236 -- IGMP版本2（是目前的标准） Windows98后的版本及大多数UNIX系统
• IGMP版本3目前仍然是一个草案（draft） draft-ietf-idmr-igmp-v3-03.txt
• IGMPv3 版本3的成员身份查询(Version 3 Membership quer y) 版本3的成员身份报告(Version 3 membership report)
第13页/共63页
IGMP
H1
加入一个组
H2
H3
224.1.1.1
报告
主机向路由器发送加入组的IGMP报文
第14页/共63页
第31页/共63页
《层组播和q》PPT课件
域（或IP优先级）。 • MF（Multi Field）：基于IP包头中的某些域的集
合，例如：源/目的地址、DS（或IP优先级）、协 议号、源/目的端口号等等。
精选PPT
17
4.优先级映射—802.1p优先级
精选PPT
18
DSCP优先级
IPv4报文头
Version Length
ToS 1 Byte
• 2、IGMP snooping
精选PPT
4
IGMP snooping原理
• 该数据正是否是一个IGMP加入消息如果是 则从该消息中就可以判断出发出该消息的 主机想加入的组播组，若不是则丢弃。
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5
默认情况下，IGMP snooping是开启的，可通 过/traffic/eth>show igmp domain查看。
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20
本地优先级和丢弃优先级
• 本地优先级：交换机为报文分配的具有本地意义 的优先级，默认情况下对应于丢弃优先级。充当 DSCP或者802.1p优先级到丢弃优先级的中介角色。
• 丢弃优先级：交换机在丢弃报文时的参考优先级， 其对应于出端口队列，默认情况下即队列调度采 用严格优先级时，拥塞发生时优先级越小越优先 丢弃。
Len
ID
Offset TTL Proto FCS IP-SA IP-DA Data
7
65
4
3
2
1 0 RFC2474
DSCP
CU
精选PPT
19
802.1p和DSCP的对应关系
• Priority0=DSCP0 • Priority1=DSCP8 • Priority2=DSCP16 • Priority3=DSCP24 • Priority4=DSCP32 • Priority5=DSCP40 • Priority6=DSCP48 • Priority7=DSCP56
合，例如：源/目的地址、DS（或IP优先级）、协 议号、源/目的端口号等等。
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17
4.优先级映射—802.1p优先级
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DSCP优先级
IPv4报文头
Version Length
ToS 1 Byte
• 2、IGMP snooping
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4
IGMP snooping原理
• 该数据正是否是一个IGMP加入消息如果是 则从该消息中就可以判断出发出该消息的 主机想加入的组播组，若不是则丢弃。
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5
默认情况下，IGMP snooping是开启的，可通 过/traffic/eth>show igmp domain查看。
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本地优先级和丢弃优先级
• 本地优先级：交换机为报文分配的具有本地意义 的优先级，默认情况下对应于丢弃优先级。充当 DSCP或者802.1p优先级到丢弃优先级的中介角色。
• 丢弃优先级：交换机在丢弃报文时的参考优先级， 其对应于出端口队列，默认情况下即队列调度采 用严格优先级时，拥塞发生时优先级越小越优先 丢弃。
Len
ID
Offset TTL Proto FCS IP-SA IP-DA Data
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1 0 RFC2474
DSCP
CU
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802.1p和DSCP的对应关系
• Priority0=DSCP0 • Priority1=DSCP8 • Priority2=DSCP16 • Priority3=DSCP24 • Priority4=DSCP32 • Priority5=DSCP40 • Priority6=DSCP48 • Priority7=DSCP56
《组播技术基础》课件
组播数据传输
组播数据的传输方式
通过多播地址将数据发送给组播 组的成员。
组播数据的可靠性保证
通过使用错误检测和纠正技术， 重传机制以及反馈机制来保证数 据的可靠传输。
组播数据的损耗率和延迟 问题
通过优化网络拓扑结构和数据传 输协议来降低损耗率和延迟。
组播技术的应用
1
IPTV
将多个节目同时传送给多个用户。
组播路由选择
1
组播路由选择的基本原理
基于多播数据报 的源-目的导向的路由选择。
2
组播路由选择算法
- PIM-DM算法：Dense mode下的组播路由选择算法。
- PIM-SM算法：Sparse mode下的组播路由选择算法。
- CBT算法：核心为CBH（core-based hierarchy）结构。
2
视频会议
实现远程多方视频通信。
3
多媒体直播
将音视频实时传输给大量受众。
4
内容分发网络（CDN）
通过在网络边缘缓存数据，提供高效的内容传输服务。
总结
组播技术的优势
减少网络带宽占用、提高数据传输效率、支持大规模媒体分发。
组播技术的未来发展趋势
更高效的组播路由选择算法、更稳定的传输技术、更广泛的应用场景。
组播的应用场景
多媒体直播、视频会议、内容分发网络（CDN）等。Fra bibliotek组播协议
1 IGMP协议介绍
用于主机与组播路由器之间的通信，用以管理组播组的成员关系。
2 PIM协议介绍
在组播网络中，用于构建和维护多播 routing information base（RIB）。
3 DVMRP协议介绍
用于在Internet上支持组播，是一种边界路由协议。
信息通信专业：应用层组播简介PPT
的开发提供了一个良号的硬件基础
IP组播的问题
• 路由器必须为每个组播组单独保存状态，这造成IP 组播的扩展 性很差。
• 要求所有参加组播的端系统之间的路由器都必须支持组播功能， 这给IP 组播的推广使用带来很大的困难。
• 试图用一种统一的组播模型来适应所有的应用，而现实中不同的 应用对组播的要求差别很大，这给组播算法的设计造成很大的困 难。
应用层组播简介
概要
• 一、应用层组播的提出 • 二、应用层组播的特点 • 三、应用层组播的基本思想 • 四、应用层组播的性能参数 • 五、主要的应用层组播方案 • 六、进一步研究的设想
一、应用层组播的提出
• 组播(Multicast)是一到多或多到多的多 方通信方式，在很多方面都有应用需求
• 在IP层实现的IP组播存在一些问题 • 接收终端处理能力的提高为应用层组播
• 组播组的管理方法存在缺陷，在组播组的加入、退出和管理等方 面开销大，组播组的加入和退出的延迟也很大。当存在大量规模 很小的组播组，或者组播成员在空间上的分布很稀疏时，组播组 管理上的开销将超过组播在带宽方面上的优势。
• IP 组播（这里主要针对IPv4）的地址空间太小，在组播地址的 分配上存在困难。
– 大多数参与组播的端系统可以贡献出一部分资源用于组播的转发。 这个假设并不是针对所有的应用层组播算法，但是不少的应用层组 播算法都有这个假设。
– 上层应用对性能的要求并不很苛刻，可以容忍报文的丢失和较大的 延迟。Internet 的可靠性本来就无法完全保证，参与组播的主机性 能也无法保证。所以，应用层组播并不针对所有的应用，而主要针 对那些对可靠性和性能要求较低的应用。
组播是通过终端系统之间单播来实现的,所以差错控制、流控制、 拥塞控制容易实现。
IP组播的问题
• 路由器必须为每个组播组单独保存状态，这造成IP 组播的扩展 性很差。
• 要求所有参加组播的端系统之间的路由器都必须支持组播功能， 这给IP 组播的推广使用带来很大的困难。
• 试图用一种统一的组播模型来适应所有的应用，而现实中不同的 应用对组播的要求差别很大，这给组播算法的设计造成很大的困 难。
应用层组播简介
概要
• 一、应用层组播的提出 • 二、应用层组播的特点 • 三、应用层组播的基本思想 • 四、应用层组播的性能参数 • 五、主要的应用层组播方案 • 六、进一步研究的设想
一、应用层组播的提出
• 组播(Multicast)是一到多或多到多的多 方通信方式，在很多方面都有应用需求
• 在IP层实现的IP组播存在一些问题 • 接收终端处理能力的提高为应用层组播
• 组播组的管理方法存在缺陷，在组播组的加入、退出和管理等方 面开销大，组播组的加入和退出的延迟也很大。当存在大量规模 很小的组播组，或者组播成员在空间上的分布很稀疏时，组播组 管理上的开销将超过组播在带宽方面上的优势。
• IP 组播（这里主要针对IPv4）的地址空间太小，在组播地址的 分配上存在困难。
– 大多数参与组播的端系统可以贡献出一部分资源用于组播的转发。 这个假设并不是针对所有的应用层组播算法，但是不少的应用层组 播算法都有这个假设。
– 上层应用对性能的要求并不很苛刻，可以容忍报文的丢失和较大的 延迟。Internet 的可靠性本来就无法完全保证，参与组播的主机性 能也无法保证。所以，应用层组播并不针对所有的应用，而主要针 对那些对可靠性和性能要求较低的应用。
组播是通过终端系统之间单播来实现的,所以差错控制、流控制、 拥塞控制容易实现。
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PRO关键机制
▪ PRO中PD和PS的结合
• 使用父亲节点访问链路带宽代替可利用带宽有下 面的一些优点：
▪ 输出带宽是父亲节点可用带宽的一个上限。 ▪ 估计可用带宽需要end-to-end的测量 ▪ 使得overlay中的每个节点可以估计出任何其他两个节
点的相对有用性。
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PRO主要特征
应用层组播技术研究
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1
▪ 概述 ▪ 重叠网的构造 ▪ 内容递交机制 ▪ 小结
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2
一.概述
▪ 背景介绍 ▪ IP组播回顾 ▪ 应用层组播研究概况 ▪ 应用层组播的分类 ▪ 应用层组播中的关键技术
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3
背景介绍
▪ 随着多媒体服务的高速发展，如何在互联网 上快速有效地把多媒体数据从单点传递到多 点已经成为一个挑战。
▪ Gossiping提供了一种节点发现的方法 。 ▪ PRO构建了多父亲节点，无组织的重叠网。 ▪ PRO引入被动检测可用来检测不同父亲节点
路径的任何共享瓶颈。 ▪ 减少了测量的次数，提高了稳定性
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PRO局限性和挑战
▪ 条件不满足时，接收节点不能最大化全部带 宽或者生成的overlay不够有效
▪ 实用性也许不能有效的指导搜索进程来识别 好的父亲节点
▪ 来自父亲节点的可控带宽也许不能提供一个 可测信号来检测共享瓶颈
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三.内容递交机制
设计一套高效的内容递交策略，使Overlay结 构上的用户终端能够尽可能接收到高质量的 流媒体内容。
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分层的P2P数据流LPPS
▪ 问题描述 ▪ 分层的P2P数据流解决方j outdegi indegj
性能瓶颈
▪ 带宽瓶颈 ：对任意的父节点和孩子端点以下条件必 须满足：
bwpf outbwi inbwj outdegi indegj
我们称这个为“带宽——度”条件。不失一般性， 我们假设适应“带宽——度”的条件可以保证覆盖
▪ PRO关键机制 ▪ PRO主要特征 ▪ PRO局限性和挑战
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PRO关键机制
▪ 基于Gossiping的PD机制
• PD机制即节点发现机制，使得每个节点获得 overlay中其他节点的信息。
• PRO采用了一种类似gossip的方法进行节点发现 。 • PD步骤 ： i．目标选择
ii．内容选择 iii．image维护
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5
应用层组播研究概况
▪ 最近几年来，研究人员考虑在在应用层实现 组播功能
▪ 应用层组播中，分组在端系统处进行复制。 端系统构成了逻辑上的重叠网络(Overlay Network)：
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6
应用层组播的分类
▪ 根据构造控制拓扑和数据拓扑的顺序，我们可以把 应用层组播方案分为3类：
ESM
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代表性的，除了在底层级别 的端点外，在级别n上的每个 端有：（1）在级别（n－1） 有一个父节点，在同级或低 级有（deg－1）个父节点， （2）在级别（n＋1）上有 deg个孩子节点。在底层（n ＝depth）的端点在（n－1） 层上有一个父节点，在同层 或高层有deg个孩子节点。实 际上，因为端点之间的随机 连接，有少数的端点在更高 层上有多于一个的父节点， 如图中的端点5。这可能会减 小同级里的端点的数目，增 大覆盖的深度
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由接收者驱动的P2P 重叠网 (PRO)
▪ PRO设计的主要目的： 为具有异构和非对称带宽的对等节点提供最 大的传输带宽
▪ 设计PRO的主要原则： 每一个节点能够独立并自私地决定连接到 overlay的最好方式，从而最大化自己的传输 带宽
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由接收者驱动的P2P 重叠网 (PRO)
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PRO关键机制
▪ PS机制 • PS机制就是利用已获得的节点信息决定合适的父 亲节点。
• PS机制包括两个主要方面：选择标准和单一vs多 个父亲节点
• PS原理 ：i．什么时候选择新的父亲节点 ii．选择哪个节点作为父亲节点 iii．怎样检测新的父亲节点 iv．丢弃父亲节点标准
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▪ IP组播被认为是最有效的解决方案 ▪ “应用层组播”方案也是当前最热门的网络
研究方向
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4
IP组播回顾
▪ IP组播中在网络层中实现，其网络路由 器采用 分布式算法构造一棵数据转发树 。
▪ IP组播是实现组播分组转发的最有效的方 式 ，但由于在传输技术和管理上存在严重 问题，导致其一直没有能够进入商业领域 。
里的所有连接大致有相同的带宽。
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性能瓶颈
▪ 容量瓶颈 为了最小化系统容量瓶颈的概率，所有的端 点在一个时间间隔内应该至少为它们的每个 孩子端点提供一个有用的数据单元。最小化 系统容量瓶颈和有效地利用所有端的输出带 宽的目的在本质上是相同的。
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MPPS的实际考虑
有两个在实际中可能使MPPS不能有效地使用简单 化的假设 ： ▪ 第一，覆盖中的一些连接可能在网络内部经历瓶颈。 ▪ 第二，连接的带宽可能会比或高或低。
MPPS、PRO、SCRIBE、GNUSTREAM…
▪ 内容递交策略
LPPS、PALS…
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8
二.重叠网的构造
设计一个可扩展的Overlay构建框架，用以把 所有参与流媒体应用（组播会话）的终端系 统（对等节点）组织成一个性能良好的 Overlay结构
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9
基于mesh的P2P流媒体（MPPS）
基于Mesh网优先建立的方案 ScatterCast Banana Tree
Yoid 基于树网优先建立的方案 Host Multicast
ALMI TAG NICE 基于隐含组播转发拓扑结构的方案 Delaunay triangulation
Bayeux CAN
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7
应用层组播中的关键技术
▪ 重叠网的构造
▪ 覆盖网的组织观点 ▪ 性能瓶颈 ▪ MPPS的实际考虑
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覆盖网的组织观点
▪ 定义源到一个端点p的距离为从源通过覆盖中 的有向连接到端点p的最短路径。这样，覆盖 中的端点基于它们到源的距离可以被组织成 不同的级别，即级别n包括离源的所有n跳的 端，级别0就是源本身。
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11
覆盖网的组织观点