李衛(wèi)平， 黨 琦

(1.西北工業(yè)大學航天學院，西安 710069;2.西安衛(wèi)星測控中心，西安 710043)

0 引言

隨著網(wǎng)絡帶寬以及多媒體業(yè)務的發(fā)展，組播(Multicasting)技術(shù)越來越受到用戶的青睞。采用組播技術(shù)，能有效節(jié)省帶寬，控制網(wǎng)絡流量，減輕服務器負荷，降低網(wǎng)絡負載，避免資源的無謂浪費［1］。

目前廣泛使用的任意源組播(Any-Source Multicast，ASM)模型對于組播源沒有特別要求和限制，支持一對多和多對多的通信。該模型一般采用組成員管理協(xié)議IGMPv2和PIM-SM(PIM-稀疏模式)。主機使用IGMP告知路由器加入或離開一個組，路由器將組成員變化情況通告給匯聚點(Rendezvous Point，RP)，RP是PIM-SM協(xié)議運行的核心，同時維護組成員表(*，G)和有關(guān)發(fā)送源的表(S，G)，并據(jù)此形成共享樹和最短路徑樹，從而實現(xiàn)組播數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。但ASM 存在諸如訪問控制缺乏、RP單點瓶頸風險、組播轉(zhuǎn)發(fā)不經(jīng)濟等缺點［2］，所以在一些組播源已知的專用網(wǎng)絡中，指定源組播(Specified Source Multicast，SSM)模型逐漸發(fā)展起來。

SSM模型的網(wǎng)絡相對于傳統(tǒng)的ASM網(wǎng)路來說，具有非常突出的優(yōu)越性。SSM使用組播源地址和組播組地址對(S，G)［3］來標識一個組播會話，不需要RP的幫助，直接建立由(S，G)標識的一個組播最短路徑樹(Shortest Path Tree，SPT)，減少了源的發(fā)現(xiàn)過程，跳過了RP和共享樹規(guī)程。由于網(wǎng)絡中不再需要匯聚點，也不再需要共享樹或RP的映射，提高了網(wǎng)絡對組播業(yè)務轉(zhuǎn)發(fā)的效率，另外SSM仍保留了主機顯式加入組播組的高效性。但是，為了成功實施SSM組播業(yè)務，除了要求網(wǎng)絡端到端地支持網(wǎng)絡組播和SSM模式外，同時還要求網(wǎng)絡和應用支持IGMPv3協(xié)議。IGMP協(xié)議用于主機向鄰接的多播路由器報告它們的組成員關(guān)系。IGMPv3對v1/v2進行了兼容和改進，增加了關(guān)于組播源的過濾模式(Include或Exclude)，使主機不僅可以指定要加入的組播組，還能明確要求接收或拒絕從某特定組播源發(fā)出的組播信息［4］。

SSM通過IGMPv3來維護主機與路由器之間的關(guān)系，但并非所有操作系統(tǒng)都支持IGMPv3。本文通過對靜態(tài)映射方法、程序?qū)崿F(xiàn)方法以及IGMPv3模擬方法的論述，以支持 IGMPv3的 Windows XP和不支持IGMPv3的 Windows 2000操作系統(tǒng)為例，說明了在Windows平臺下主機實現(xiàn)對SSM模型的支持方法。

1 Windows XP對SSM的實現(xiàn)

SSM模型要求在接收者主機所在的網(wǎng)段，路由器能夠了解主機加入組播組時所指定的組播源。如果接收者主機上運行的是IGMPv3，則可以在IGMPv3的報告報文中直接指定組播源的地址。Windows XP以上版本提供了對IGMPv3的支持，可在應用程序中利用IP_ADD_SOURCE_MEMBERSHIP增加對Include和Exclude的通告，利用 IP_DROP_SOURCE_MEMBERSHIP實現(xiàn)源組播的退出通告，這樣即可實現(xiàn)主機對SSM的支持。

例如在圖1中，網(wǎng)絡中存在Source1和Source2兩個組播源，均向組播組G發(fā)送組播報文。HostB僅對從Source1發(fā)往G的信息感興趣，而對來自Source2的信息沒有興趣。當主機與路由器之間運行了IGMPv3之后，HostB就可以要求加入Source1所對應的組播組G，或要求退出Source2所對應的組播組G，這樣就只有來自Source1的組播信息才能傳遞給HostB了。XP下VC程序示例如圖2、圖3所示。

圖1 指定源組的組播流路徑Fig.1 Path of multi-membership

圖2 加入源組播Fig.2 Joining the source membership

圖3 退出源組播Fig.3 Exit from the source membership

2 靜態(tài)映射方法SSM-Mapping

并非所有的主機都支持 IGMPv3，例如 Windows 2000以下版本。這些接收者主機只能運行IGMPv2，IGMPv2的報告報文中無法指定組播源的地址。這種情況下可通過在路由器(或三層交換機)上配置SSM Mapping功能，將IGMPv2報告報文中所包含的(*，G)信息映射為(S，G)信息，從而為運行IGMPv2的接收者主機提供對SSM模型的支持。

當路由器收到來自主機的IGMPv2報告報文時，首先檢查該報文中所攜帶的組播組地址G，然后根據(jù)檢查結(jié)果的不同分別進行處理。

1)如果G不在SSM組地址范圍內(nèi)，則提供ASM組播服務。

2)如果G在SSM組地址范圍內(nèi):

①若路由器上沒有G對應的SSM Mapping規(guī)則，則丟棄該報文，不提供該組播的SSM服務;

②若路由器上有G對應的SSM Mapping規(guī)則，則依據(jù)規(guī)則將報告報文中所包含的(*，G)信息映射為(S，G)信息，并提供SSM服務。

以華為三層交換機配置示例，如圖4所示。

圖4 華為三層交換機配置Fig.4 Huawei switch configuration

利用SSM-Mapping盡管可以實現(xiàn)對SSM的支持，但是網(wǎng)絡配置工作量較大，而且無論源或組地址更改都需要重新進行映射配置，給網(wǎng)絡維護帶來風險。

3 IGMPv3模擬實現(xiàn)

通過研究IGMPv3協(xié)議可以發(fā)現(xiàn)，該協(xié)議的核心實際是定義了主機與網(wǎng)絡設備的查詢和應答流程。所以，主機應用程序只需要按協(xié)議規(guī)定的流程以正確的格式對網(wǎng)絡設備的查詢進行應答，如圖5所示，即可實現(xiàn)對IGMPv3協(xié)議的支持。

圖5 IGMPv3成員關(guān)系查詢及上報Fig.5 IGMPv3 membership query and report

利用這個思路，結(jié)合IGMPv3協(xié)議的要求，以Windows 2000系統(tǒng)為例，可設計模擬IGMPv3協(xié)議的應用程序，流程如圖6所示。應用程序創(chuàng)建原始套接字［5］，監(jiān)聽路由器的成員關(guān)系查詢消息報文，當收到查詢時，根據(jù)本地接收組以及已知的源地址，按照IGMPv3規(guī)定的格式，加工組成員關(guān)系報告消息報文［6］并向網(wǎng)絡設備專用組發(fā)送，路由器收到該報文，即認為終端設備支持IGMPv3，從而實現(xiàn)了對SSM協(xié)議的支持。

圖6 主要程序流程Fig.6 Main program flow chart

按此方案開發(fā)的測試程序，在 Windows 2000、Windows XP以及Windows 2003系統(tǒng)下進行了測試，測試連接示意圖如圖7所示，網(wǎng)絡設備分別使用華為設備和CISCO設備。

圖7 Win 2000系統(tǒng)下測試連接示意圖Fig.7 Testing connection under Win 2000

圖8為網(wǎng)絡發(fā)送測試程序運行效果，發(fā)送端數(shù)據(jù)可設置為連續(xù)碼、固定55碼或固定AA碼，并在指定位置通過設置發(fā)送的幀速率可調(diào)節(jié)發(fā)送速率;圖9為指定源接收程序運行效果，通過判斷接收數(shù)據(jù)幀數(shù)是否連續(xù)，可以測定指定源接收是否存在丟幀、重幀的現(xiàn)象。測試結(jié)果說明，利用該方法編制的IGMPv3程序運行正常，功能正確，可以滿足指定源組播對終端設備的要求。值得說明的是，考慮到 Windows XP以及Windows 2003本身具備對IGMPv3協(xié)議的支持，所以使用此方法，可解決原有任意源組播的應用程序支持指定源組播的特殊需求。即增加IGMPv3模擬程序負責與網(wǎng)絡設備進行指定源組播的通告，而原程序版本不需更改。

圖8 Win2000系統(tǒng)下發(fā)送測試程序Fig.8 Sending program under Win 2000

圖9 Win2000系統(tǒng)下接收測試程序Fig.9 Receiving program under Win 2000

4 結(jié)論

在已知組播源的專用網(wǎng)絡中，SSM相對于傳統(tǒng)的ASM，具有非常突出的優(yōu)越性，系統(tǒng)網(wǎng)絡中不再需要匯聚點，不但效率高，而且簡化了網(wǎng)絡配置及組播地址分配。隨著指定源組播技術(shù)的發(fā)展和成熟，必將在實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娴玫皆絹碓綇V泛的應用。

Windows平臺對SSM的支持有多種方法，對于支持IGMPv3協(xié)議的Windows XP以上版本，僅需采用終端應用程序進行(S，G)加入或退出的聲明即可。針對不支持IGMPv3的Windows 2000及以下版本，利用在三層交換機上配置SSM-Mapping可實現(xiàn)對SSM的支持。在終端運行外掛IGMPv3模擬軟件無疑是一個更好的解決途徑。即使對于Windows XP及以上版本，若要使原有支持任意源組播的應用程序具備SSM的支持能力，又不能對原有應用程序改動，也可利用外掛模擬協(xié)議的程序。

［1］華為技術(shù)有限公司.SSM技術(shù)白皮書［S］.深圳:華為技術(shù)有限公司，2007.

［2］沈富可.特定源組播協(xié)議研究［J］.西北大學學報，2004，34:21-24.

［3］BHATTACHA PYYA S.特定源組播概述［Z］.The Internet Society,2003.

［4］Network Working Group B.RCF3376英特網(wǎng)組管理協(xié)議［Z］.3版.The Internet Society,2002.

［5］羅軍舟，黎波濤，楊明，等.TCP/IP協(xié)議及網(wǎng)絡編程技術(shù)［M］.北京:清華大學出版社，2004.

［6］BEHROUZ A,FOROUZAN S,CHUNG F.TCP/IP 協(xié)議族［M］.謝希仁，等譯.北京:清華大學出版社，2006.