Стандартная модель группового вещания IP

Основной целью группового вещания является создание эффективного механизма пере­дачи данных от одного источника нескольким получателям. Для решения этой задачи могут использоваться несколько подходов, например индивидуальная рассылка, широко­вещательная рассылка, привлечение сервисов прикладного уровня.

Рис. 18.10. Групповая доставка на основе индивидуальных адресов

 

При индивидуальной рассылке (unicast) на основе уникальных адресов источник данных, которые надо доставить некоторой группе узлов, генерирует их в количестве экземпляров,

равном количеству узлов-получателей, состоящих в данной группе (рис. 18.10). То есть передача по принципу «один ко многим» сводится к нескольким передачам «один к одно­му». Очевидно, что передача нескольких идентичных копий на участках, где маршруты к разным членам группы перекрываются (это особенно характерно для начальных участ­ков), приводит к избыточному трафику.

При широковещательной рассылке (broadcast) станция направляет пакеты, используя широковещательные адреса (рис. 18.11). В этой схеме, для того чтобы доставить данные группе узлов-получателей, источник генерирует один экземпляр данных, но снабжает этот экземпляр широковещательным адресом, который диктует маршрутизаторам сети копировать эти данные и рассылать их всем конечным узлам независимо от того, «заин­тересованы» узлы в получении этих данных или нет. В этом случае, как и в предыдущем, существенная доля трафика является избыточной.

Рис. 18.11. Групповая доставка на основе широковещательного адреса

 

В случае привлечения сервисов прикладного уровня функции по обеспечению групповой доставки перекладываются на самих членов группы. То есть, как показано на рис. 18.12, источник генерирует один экземпляр данных и, используя индивидуальный адрес, пере­дает данные одному из членов группы, который генерирует копию и направляет ее другому члену группы и т. д. Перемещение решения задачи с нижних транспортных уровней на при­кладной уровень повышает суммарные накладные расходы сети на реализацию групповой доставки и делает этот механизм менее гибким.

Таким образом, традиционные механизмы доставки пакетов стека TCP/IP мало пригодны для поддержки группового вещания. В такой ситуации наиболее эффективным решением

является использование специально разработанного механизма группового вещания, ори­ентированного на сокращение избыточного трафика и накладных расходов сети.

Рис. 18.12. Групповая доставка на основе сервисов прикладного уровня

 

Главная идея группового вещания состоит в следующем: источник генерирует только один экземпляр сообщения с групповым адресом, которое затем, по мере перемещения по сети, копируется на каждой из «развилок», ведущих к тому или иному члену группы, указанной в адресе данного сообщения (рис. 18.13). В конце концов, пакет с групповым адресом до­стигает маршрутизатора, к которому непосредственно подключена сеть с хостами-членами данной группы. Напомним, что у хостов, относящихся к той или иной группе, интерфейс наряду с индивидуальным адресом имеет еще и групповой адрес — адрес класса D, на­зываемый также адресом группового вещания. Интерфейс может иметь даже несколько групповых адресов — по числу групп, в которых состоит данный хост.

Как и в случае обычной маршрутизации на базе индивидуальных адресов, маршрутизатор упаковывает пакет с групповым адресом в кадр канального уровня (той технологии, кото­рая используется в данной локальной сети, например Ethernet), снабжая его групповым MAC-адресом, соответствующим групповому IP-адресу данного пакета^[58]. Кадр с пакетом группового вещания поступает в локальную сеть, распознается и захватывается интерфей­сами хостов, являющихся членами данной группы.

При гаком подходе данные рассылаются только тем узлам, которые заинтересованы в их получении. Функция репликации группового сообщения и продвижения копий в сторону членов группы возлагается на маршрутизаторы, для чего они должны быть оснащены соот­ветствующими программно-аппаратными средствами. Такой режим экономит пропускную способность за счет передачи только того трафика, который необходим.

Рис. 18.13. Схема группового вещания

 

Стив Диринг (Steve Deering) — один из главных идеологов группового вещания — сформу­лировал несколько принципиальных положений, регламентирующих поведение конечных узлов сети, которые являются источниками и получателями группового трафика.

§ Дейтаграммный подход. Источник может посылать пакеты UDP/IP в любое время без необходимости регистрировать или планировать передачи, реализуя сервис «по возможности».

§ Открытые группы. Источники должны знать только групповой адрес. Они не должны знать членов группы и не обязательно должны быть членами той группы, которой они посылают данные. Группа может быть образована узлами, принадлежащими к разным IP-сетям и подсетям. Группа может иметь любое число источников данных.

§ Динамические группы. Хосты могут присоединяться к группам или покидать группы без необходимости регистрации, синхронизации или переговоров с каким-либо централизо­ванным элементом группового управления. Членство в группе является динамическим, поскольку хосты могут присоединиться к группе или выйти из группы в любой момент времени, к тому же они могут быть членами нескольких групп.

Из концепции открытых групп следует, что групповое вещание может быть организовано как по схеме «один ко многим», так и по схеме «многие ко многим».

Заметим также, что возможность быть источником никак не связана с членством хоста в той или иной группе. Источник группового вещания может начать передачу пакетов некоторой группе даже при условии, что во всем Интернете нет ни одного узла, который был бы заинтересован в этих данных.

В этих концептуальных положениях Диринг говорит о правилах для конечных узлов, вы­полняющих функции источников и получателей, но не обсуждает требований к маршру­тизации группового трафика. Он также не определяет механизмов обеспечения качества обслуживания, безопасности или назначения адресов.

В соответствии с традиционной моделью группового вещания узлы могут делать заявки на трафик, направляемый той или иной конкретной группе (по тому или иному групповому адресу), при этом не имеет значения, каким источником генерируется этот трафик. Для описания такой модели часто используют термин групповое вещание из любого источ­ника (Any Source Multicast, ASM). Модель ASM включает обе схемы: и «один ко многим», и «многие ко многим».

В более поздней модели, называемой групповым вещанием из конкретного источника (Source Specific Multicast, SSM), хосты могут регистрировать свою заинтересованность не только относительно определенной группы, указывая соответствующий групповой адрес, но и в отношении совершенно определенных источников группового трафика, указывая соответствующие индивидуальные адреса. Возможность запроса конкретных источников является ключевой в модели SSM. Модель сервиса группового вещания SSM строится по схеме «один ко многим» и предусматривает возможность работы хостов в двух дополни­тельных режимах:

§ в режиме исключения хост может требовать, чтобы ему направлялись пакеты для его группы, но только те, которые поступают от источников, не входящих в его список ис­ключенных источников;

§ в режиме включения хост может требовать получение группового трафика только от тех источников, которые перечислены в списке включенных источников.

Адреса группового вещания

Ранее в главе 15, изучая типы IP-адресов, мы отмечали, что адреса IPv4 из диапазона 224.0.0.0-239.255.255.255 относятся к классу D и они зарезервированы для группового вещания.

Адреса из этого диапазона используются:

§ для идентификации групп;

§ для идентификации адресов источников группового вещания (в рамках модели SSM);

§ для административных нужд при реализации группового вещания.

В общем случае адреса используются динамически, то есть если после остановки вещания источник снова начинает передачу, то он в общем случае может задействовать новый адрес группового вещания. Так называемые хорошо известные источники обычно наделяются постоянным групповым адресом.

Информацию о том, какие адреса уже закреплены для выполнения некоторой постоянной роли, а также о том, как использовать адресное пространство адресов класса D, дает до­кумент RFC 3171 полномочной организации по цифровым адресам Интернета (Internet Assigned Numbers Authority, IANA).

Некоторые сведения из этого документа можно найти на сайте www.olifer.co.uk в разделе «Структурирование адресного пространства группового вещания».