网络设备基础知识及组播
2006-04-21 16:08
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网络互连过程中要提及的设备有集线器、交换机、路由器，这三者有一定的进化联系。
1. 集线器（HUB）
建立小型局域网，不提供共享上网功能，共享带宽。这种pc互连的方式在学校联机打游戏是就用到了，老的过时了，不说了。
2. 交换机
现在交换机的价格很低，接近于集线器，它功能与HUB差不多，但它是独享带宽，传输数据速度较快。它一般工作在OSI模型的第二层数据链路层，工作原理简单，不能分割广播域；但也有工作于第三层的交换机可以分割广播域，但分割的广播域不能互连，还要有路由器协调。二层交换机一般用于构建小型局域网（视频监控系统），三层交换机兼有转发数据快和路由功能，能用于构建大型局域网。
3. 路由器
路由器根据它支持的标准和协议，价格从几百到几万不能。一般的家用宽带路由器一百多就能买一个，当然它提供的功能是十分有限的。企业级路由器较贵，如支持IP Multicast的路由器一般都要上万。路由器工作于OSI模型第三层网络层。（路由器性能指标详解链接：article.pchome.net/00/05/74/08/）
IP Multicast（摘录）
一、IP组播模型特征
用户的增加和去除不需要全局协调，加入组播组仅是需要为用户设置一个IP组播地址。为了接收数据，用户在特殊IP组播交叉点中进行注 册，而不需要知道组中其它用户的情况，路由对用户隐藏了组播实现的细节。
如果组播起源于同一个源，而终止不同的用户，且携带的数据相同，需要定义一个组播地址，让网络决定如何将源数据流发往组播地址， 如何在它的链路上组织数据流传输，以最佳地利用带宽。
路由器建立分布树，用于连接组播组所成员，把那些寻址到组播组的IP分组一直转发到具有组播组成员的网络中，并解决组播路由选择中 的回路问题。
发送者使用组播地址发送分组，发送方可以不知道接收方的任何信息，而只需要了解地址。一个组可有任何源。组播地址从224.0.0.0到239.255.255.255，具体再分三类。
二、组播路由选择
组播路由选择是网络的一个问题，这个难题的解决需要复杂的有时是难以处理的协议。
1.组播路由选择的两个基本问题
（1）目的地址问题
即如何让网络知道每个组的每个目的地址。每个路由器都连有某个组播成员的主机。组中有一个成员发出组播数据，每个主机使用 Internet组播管理协议与直接相连的路由器通信。
当源发送组播分组给它的路由器1时，此路由器将分组转发给网络内的另一个路由器2，路由器2将分组转发给路由器3和与该路由相连接的 目主机；下一跳路由器运行与此相似。结果是每个主机都看到从组播源来的数据流。如果第3和第4个路由器没有任何相连接的主机是组播组成 员，第2个路由器不知道不应转发分组给其余路由器，造成未加入组播组的地址也获得了信息，目的地址不明确。其解决方法是运行Internet组 播管理协议机制侦听网络，以获知网络上哪些节点需要接收组播通信协议。IGMP具有两个功能：将组播成员消息报告给紧接邻域多播路由器； 构建主机和路由的组播群。
（2）组播路由回路问题
有4个路由器的网络中，假设路由器向所有需要组播数据流的路由器或主机所在的接口转发数据流，由于路由器除与主机相连接以外，还相 互连接，结果是产生了组播路由选择回路，造成链路的带宽完全消耗在数据流的传输上。
2.反向路径转发
反向路径转发的基本思想是从每个目的地构建返回到源的最短路径，组播分组转发给所有接口（未有接口除外）。如果组播分组抵达的接 口不是返回到源端的最短路径，则抛弃该分组。距离矢量组播路由协议是IP组播广泛使用的路由协议，它使用反向路径转发来做出组播路由选 择回路的一种方法。它是这样工作的：当路由器收到组播分组时，查看此分组是否在最短返回源路径的接口上。如果不是，则丢弃该分组；如 果是，则转发分组到接口或者路由器。
（1）首先组播源发送一个分组给路由器1，然后路由器1将其转发给路由器2和路由器4；
（2）路由器2通过它的单播路由选择表确定路由器1是在最接近源的接口上收到的，然后它将分组转发给直接相连的接收方，此接收方用 Internet组管理协议加入该组。路由器2也转发分组给路由器3；
（3）路由器4像路由器2一样，用它的单播路由选择表示确定路由器1的分组是在最接近源的接口上收到的。然后，它将分组转发给直接相 连的接收方，此接收方用Internet组管理协议加入该组。路由器4也将分组转发给路由器3；
（4）路由器3收到路由器2和路由器4的组播分组，查找路由选择确定哪一个路由器最接近源主机。路由器3选择了连接到路由器4的通道， 即使连到路由器2的通道到源主机的距离相同，然后路由器3转发组播分组给路由器4和直接相连接的目的主机2；
（5）路由器4收到路由器3的组播分组，确定该分组不是在最近组播源的接口上收到的，结果丢弃该分组。
应用IP组播，用户只需发送自己信息的一个拷贝到所有接收者的IP组播地址中，这显然最佳地利用了网络带宽，IP组播还可以大大减少发 送服务器的负担。IP组播通过分布树能有效地进行一对多的数据流传输，在这种分布树中，两个路由器之间仅需一条传输路径，数据流只在路 径分叉点时才被拷贝。
当某主机希望加入该组时，主机发送Internet组播管理协议加入报文给了解组播源的路由器，路由器发送一个距离矢量组播路由协议嫁接 报文以便开始接收必需的组播通信，嫁接报文被发往上行流直到它们找到分布树。此分布树将一个组播中的分组传递给该组成员。就发送者而 言，仅需要简单发送一个以相应组播地址为目的地址的单个IP分组，剩下的工作都由路由器来完成，其规模可以从一个接收者扩展到数个接收 者。如果路由器发现所有直接相连的组播主机都离开该组，并且没有下行流路由器依赖于组通信，则路由器发送一个剪枝消息给上行流以关闭 通信，发送者根本不用关心组成员的变化。
组播路由协议可以分成两大类——密集模式和稀疏模式。
(1) 密集模式组播（PIM-DM）
密集模式组播路由协议适用于小型网络。它假设网络中的每个子网都存在至少一个对组播组感兴趣的接收站点。因此，组播数据包被扩散到网络中的所有点。与此伴随着相关资源（带宽和路由器的CPU等）的消耗。为了减少这些宝贵网络资源的消耗，密集模式组播路由协议对没有组播数据转发的分支进行剪枝操作，只保留包含接收站点的分支。为了使剪掉的分支中有组播数据转发需求的接收站点可以接收组播数据流，剪掉的分支可以周期性地恢复成转发状态。为了减少等待剪枝分支恢复转发状态的延时时间，密集模式组播路由协议使用嫁接机制主动加入组播分布树。这种周期性的扩散和剪枝现象是密集模式协议的特征。 一般说来，密集模式下数据包的转发路径是“有源树”——以“源”为根、组员为枝叶的一棵树。
密集模式下的典型路由协议是密集模式下的协议无关组播（Protocol-Independent Multicast-Dense Mode，PIM-DM）、距离向量组播路由协议（Distance Vector Multicast Routing Protocol，DVMRP）。
(2) 稀疏模式组播（PIM-SM）
稀疏模式默认所有机器都不需要收组播包，只有明确指定需要的才转发。接收站点为接收到特定组的数据流，必须向该组对应的“汇聚点”发送加入消息，加入消息所经过的路径就变成了共享树的分支。发送组播时，组播报文发送到汇聚点，再沿以汇聚点为根的组员为枝叶的“共享树”转发。为避免共享树的分支由于不被更新而被删除，稀疏模式组播路由协议通过向分支周期性地发送加入消息来维护组播分布树。
发送端如果想要给特定的地址发送数据，首先要在汇聚点进行注册，之后把数据发向汇聚点。当数据到达了汇聚点后，组播数据包被复制并沿着分发树路径把数据传给对其感兴趣的接收者。复制仅仅发生在分发树的分支处，这个过程能自动重复直到数据包最终到达目的地。
稀疏模式下的典型路由协议是稀疏模式下的协议无关组播（Protocol-Independent Multicast-Sparse Mode，PIM-SM）。
1. 集线器（HUB）
建立小型局域网，不提供共享上网功能，共享带宽。这种pc互连的方式在学校联机打游戏是就用到了，老的过时了，不说了。
2. 交换机
现在交换机的价格很低，接近于集线器，它功能与HUB差不多，但它是独享带宽，传输数据速度较快。它一般工作在OSI模型的第二层数据链路层，工作原理简单，不能分割广播域；但也有工作于第三层的交换机可以分割广播域，但分割的广播域不能互连，还要有路由器协调。二层交换机一般用于构建小型局域网（视频监控系统），三层交换机兼有转发数据快和路由功能，能用于构建大型局域网。
3. 路由器
路由器根据它支持的标准和协议，价格从几百到几万不能。一般的家用宽带路由器一百多就能买一个，当然它提供的功能是十分有限的。企业级路由器较贵，如支持IP Multicast的路由器一般都要上万。路由器工作于OSI模型第三层网络层。（路由器性能指标详解链接：article.pchome.net/00/05/74/08/）
IP Multicast（摘录）
一、IP组播模型特征
用户的增加和去除不需要全局协调，加入组播组仅是需要为用户设置一个IP组播地址。为了接收数据，用户在特殊IP组播交叉点中进行注 册，而不需要知道组中其它用户的情况，路由对用户隐藏了组播实现的细节。
如果组播起源于同一个源，而终止不同的用户，且携带的数据相同，需要定义一个组播地址，让网络决定如何将源数据流发往组播地址， 如何在它的链路上组织数据流传输，以最佳地利用带宽。
路由器建立分布树，用于连接组播组所成员，把那些寻址到组播组的IP分组一直转发到具有组播组成员的网络中，并解决组播路由选择中 的回路问题。
发送者使用组播地址发送分组，发送方可以不知道接收方的任何信息，而只需要了解地址。一个组可有任何源。组播地址从224.0.0.0到239.255.255.255，具体再分三类。
二、组播路由选择
组播路由选择是网络的一个问题，这个难题的解决需要复杂的有时是难以处理的协议。
1.组播路由选择的两个基本问题
（1）目的地址问题
即如何让网络知道每个组的每个目的地址。每个路由器都连有某个组播成员的主机。组中有一个成员发出组播数据，每个主机使用 Internet组播管理协议与直接相连的路由器通信。
当源发送组播分组给它的路由器1时，此路由器将分组转发给网络内的另一个路由器2，路由器2将分组转发给路由器3和与该路由相连接的 目主机；下一跳路由器运行与此相似。结果是每个主机都看到从组播源来的数据流。如果第3和第4个路由器没有任何相连接的主机是组播组成 员，第2个路由器不知道不应转发分组给其余路由器，造成未加入组播组的地址也获得了信息，目的地址不明确。其解决方法是运行Internet组 播管理协议机制侦听网络，以获知网络上哪些节点需要接收组播通信协议。IGMP具有两个功能：将组播成员消息报告给紧接邻域多播路由器； 构建主机和路由的组播群。
（2）组播路由回路问题
有4个路由器的网络中，假设路由器向所有需要组播数据流的路由器或主机所在的接口转发数据流，由于路由器除与主机相连接以外，还相 互连接，结果是产生了组播路由选择回路，造成链路的带宽完全消耗在数据流的传输上。
2.反向路径转发
反向路径转发的基本思想是从每个目的地构建返回到源的最短路径，组播分组转发给所有接口（未有接口除外）。如果组播分组抵达的接 口不是返回到源端的最短路径，则抛弃该分组。距离矢量组播路由协议是IP组播广泛使用的路由协议，它使用反向路径转发来做出组播路由选 择回路的一种方法。它是这样工作的：当路由器收到组播分组时，查看此分组是否在最短返回源路径的接口上。如果不是，则丢弃该分组；如 果是，则转发分组到接口或者路由器。
（1）首先组播源发送一个分组给路由器1，然后路由器1将其转发给路由器2和路由器4；
（2）路由器2通过它的单播路由选择表确定路由器1是在最接近源的接口上收到的，然后它将分组转发给直接相连的接收方，此接收方用 Internet组管理协议加入该组。路由器2也转发分组给路由器3；
（3）路由器4像路由器2一样，用它的单播路由选择表示确定路由器1的分组是在最接近源的接口上收到的。然后，它将分组转发给直接相 连的接收方，此接收方用Internet组管理协议加入该组。路由器4也将分组转发给路由器3；
（4）路由器3收到路由器2和路由器4的组播分组，查找路由选择确定哪一个路由器最接近源主机。路由器3选择了连接到路由器4的通道， 即使连到路由器2的通道到源主机的距离相同，然后路由器3转发组播分组给路由器4和直接相连接的目的主机2；
（5）路由器4收到路由器3的组播分组，确定该分组不是在最近组播源的接口上收到的，结果丢弃该分组。
应用IP组播，用户只需发送自己信息的一个拷贝到所有接收者的IP组播地址中，这显然最佳地利用了网络带宽，IP组播还可以大大减少发 送服务器的负担。IP组播通过分布树能有效地进行一对多的数据流传输，在这种分布树中，两个路由器之间仅需一条传输路径，数据流只在路 径分叉点时才被拷贝。
当某主机希望加入该组时，主机发送Internet组播管理协议加入报文给了解组播源的路由器，路由器发送一个距离矢量组播路由协议嫁接 报文以便开始接收必需的组播通信，嫁接报文被发往上行流直到它们找到分布树。此分布树将一个组播中的分组传递给该组成员。就发送者而 言，仅需要简单发送一个以相应组播地址为目的地址的单个IP分组，剩下的工作都由路由器来完成，其规模可以从一个接收者扩展到数个接收 者。如果路由器发现所有直接相连的组播主机都离开该组，并且没有下行流路由器依赖于组通信，则路由器发送一个剪枝消息给上行流以关闭 通信，发送者根本不用关心组成员的变化。
组播路由协议可以分成两大类——密集模式和稀疏模式。
(1) 密集模式组播（PIM-DM）
密集模式组播路由协议适用于小型网络。它假设网络中的每个子网都存在至少一个对组播组感兴趣的接收站点。因此，组播数据包被扩散到网络中的所有点。与此伴随着相关资源（带宽和路由器的CPU等）的消耗。为了减少这些宝贵网络资源的消耗，密集模式组播路由协议对没有组播数据转发的分支进行剪枝操作，只保留包含接收站点的分支。为了使剪掉的分支中有组播数据转发需求的接收站点可以接收组播数据流，剪掉的分支可以周期性地恢复成转发状态。为了减少等待剪枝分支恢复转发状态的延时时间，密集模式组播路由协议使用嫁接机制主动加入组播分布树。这种周期性的扩散和剪枝现象是密集模式协议的特征。 一般说来，密集模式下数据包的转发路径是“有源树”——以“源”为根、组员为枝叶的一棵树。
密集模式下的典型路由协议是密集模式下的协议无关组播（Protocol-Independent Multicast-Dense Mode，PIM-DM）、距离向量组播路由协议（Distance Vector Multicast Routing Protocol，DVMRP）。
(2) 稀疏模式组播（PIM-SM）
稀疏模式默认所有机器都不需要收组播包，只有明确指定需要的才转发。接收站点为接收到特定组的数据流，必须向该组对应的“汇聚点”发送加入消息，加入消息所经过的路径就变成了共享树的分支。发送组播时，组播报文发送到汇聚点，再沿以汇聚点为根的组员为枝叶的“共享树”转发。为避免共享树的分支由于不被更新而被删除，稀疏模式组播路由协议通过向分支周期性地发送加入消息来维护组播分布树。
发送端如果想要给特定的地址发送数据，首先要在汇聚点进行注册，之后把数据发向汇聚点。当数据到达了汇聚点后，组播数据包被复制并沿着分发树路径把数据传给对其感兴趣的接收者。复制仅仅发生在分发树的分支处，这个过程能自动重复直到数据包最终到达目的地。
稀疏模式下的典型路由协议是稀疏模式下的协议无关组播（Protocol-Independent Multicast-Sparse Mode，PIM-SM）。
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