Tác giả:
+ Lê Anh Đức
+ Ngô Tự Nhiên
8.1. Tổng quan về multicast
Có ba kiểu truyền IP traffic trên router và switch:
• Unicast: Các gói tin được gửi từ một địa chỉ nguồn đến một địa chỉ đích. Một router hoặc một thiết bị lớp 3 sẽ chuyển các gói tin bằng cách tìm địa chỉ đích trong bảng định tuyến. Nếu một thiết bị là L2, nó chỉ cần dựa vào địa chỉ MAC.
• Broadcast: Các gói tin được gừi từ một máy nguồn đến một địa chỉ đích broadcast. Địa chỉ đích có thể là địa chỉ tất cả các hosts (255.255.255.255) hoặc là một phần của địa chỉ subnet. Một router hoặc một L3 switch sẽ không cho phép chuyển các dữ liệu broadcast này. Một thiết bị L2 sẽ cho phép phát tán broadcast traffic ra tất cả các cổng của nó.
• Multicast: Các gói được gửi từ một địa chỉ nguồn đến một nhóm các máy tính. Địa chỉ đích tượng trưng bằng các hosts muốn nhận traffic này. Mặc định, một router hoặc một L3 switch sẽ không chuyển các gói tin này trừ khi phảI cấu hình multicast routing. Một thiết bị L2 switch không thể nhận biết được vị trí của địa chỉ multicast đích. Tất cả các gói sẽ được phát tán ra tất cả các port ở chế độ mặc định.
Có hai thái cực được mô tả ở đây. Cơ chế dùng unicast thì dữ liệu sẽ đi từ host đến host; broadcast thì traffic sẽ đi đến tất cả các host trên phân đoạn mạng đó. Cơ chế multicast sẽ nằm giữa hai thái cực này, trong đó máy nguồn chỉ gửi những gói tin từ một host đến các người dùng muốn nhận loại traffic đó. Nhóm này gọi là nhóm multicast. Các máy nhận multicast traffic có thể nằm ở bất cứ nơi nào chứ không chỉ trên phân đoạn mạng cục bộ.
Các traffic dạng multicast thường là một chiều (unidirectional). Do có nhiều host nhận cùng một dữ liệu, nên thông thường các gói tin không được phép gửi ngược về máy nguồn trên cơ chế multicast. Một host đích sẽ trả traffic ngược về nguồn theo cơ chế unicast. Cơ chế multicast cũng sẽ được truyền theo kiểu phi-kết-nối (connectionless). Multicast dùng UDP chứ không dùng TCP.
Các host muốn nhận dữ liệu từ một nguồn multicast có thể tham gia hoặc rời khỏi một nhóm multicast ở bất kỳ thời điểm nào. Hơn nữa, một host sẽ quyến định có trở thành thành viên của một hay nhiều nhóm multicast hay không . Nguyên tắc cần quan tâm là sẽ hoạch định làm thế nào để phân phối các multicast traffic đến các thành viên của nhóm mà không ảnh hưởng đến các thành viên ngoài nhóm.
8.2. Địa chỉ multicast:
Các router và switch phảI có phương thức để phân biệt traffic dạng multicast vớI dạng unicast hay broadcast. Điều này thực hiện thông qua việc gán địa chỉ IP, bằng cách dùng địa chỉ lớp D từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255 chỉ cho multicast. Các thiết bị mạng có thể nhanh chóng lọc ra các địa chỉ multicast bằng cách đọc 4 bit bên trái của một địa chỉ. Bốn bit này của một địa chỉ multicast luôn luôn bằng 1110.
Làm thế nào mà một router và switch kết hợp một địa chỉ multicast của IP với một địa chỉ MAC. Do không có cơ chế tương đương với cơ chế ARP, một dạng giá trị đặc biệt dành riêng cho địa chỉ MAC của multicast sẽ được dùng. Các địa chỉ này bắt đầu bằng 0100.5e. Phần 28 bit sau của địa chỉ multicast Ip sẽ được ánh xạ vào 23 bit thấp của địa chỉ MAC bằng một giải thuật đơn giản.
Hình 8. 1 Ánh xạ địa chỉ IP với địa chỉ MAC
Hình trên cho thấy cơ chế ánh xạ địa chỉ. Chỉ có 23 bit cuối của địa chỉ là được chép từ địa chỉ IP sang địa chỉ MAC.
Tuy nhiên chú ý rằng có 5 bit của địa chỉ IP không được chuyển sang địa chỉ MAC. Khả năng này làm cho nảy sinh một vấn đề là có thể có 32 địa chỉ MAC khác nhau có thể ánh xạ vào cùng một địa chỉ MAC. Do sự nhập nhằng này, một host multicast có một vấn đề nhỏ khi nó nhận một Ethernet frame của một địa chỉ multicast. Một MAC có thể tương ứng với 32 địa chỉ multicast khác nhau. Vì vậy, khi một host phải nhận và kiểm tra tất cả các frame có MAC mà nó quan tâm. Sau đó host này phải kiểm tra phần địa chỉ IP bên trong mỗi frame để nhận ra phần địa chỉ của từng nhóm multicast.
Một vài không gian địa chỉ được dành riêng:
- Toàn bộ không gian địa chỉ multicast: 224.0.0.0-239.255.255.255
- Địa chỉ link-local: 224.0.0.0-224.0.0.255 được dùng bởi các giao thức định tuyến. Router sẽ không chuyển các gói tin có địa chỉ này. Các địa chỉ bao gồm địa chỉ tất cả các host all-hosts 224.0.0.1, tất cả các router 224.0.0.2, tất cả các OSPF routers 224.0.0.5…Đây là địa chỉ các nhóm cố định vì các địa chỉ này được định nghĩa trước.
- Tầm địa chỉ dành cho quản trị (239.0.0.0-239.255.255.255) được dùng trong các vùng multicast riêng, giống như dãy địa chỉ dành riêng trong RFC1918. Địa chỉ này không được route giữa các domain nên nó có thể được dùng lại nhiều lần.
- Địa chỉ toàn cục (224.0.1.0-238.255.255.255) được dùng bởi bất cứ đối tượng nào. Các địa chỉ này có thể được route trên Internet, vì vậy địa chỉ này phải duy nhất.
8.3. Định tuyến cho traffic multicast
Các traffic IP phải được định tuyến giống như bất cứ một gói tin L3 nào. Sự khác nhau là ở điểm cần phải biết để chuyển gói tin về đâu. Các gói tin L3 dạng unicast chỉ có một cổng ra duy nhất trên router (ngay cả khi có quá trình load-balancing xảy ra), trong khi multicast traffic có thể được chuyển mạch ra nhiều cổng , tuỳ thuộc vào các máy nhận nằm ở đâu.
Một vài giao thức định tuyến multicast hiện có. Bài viết này tập trung vào PIM.
8.3.1. Cây Multicast
Các router hoặc các multilayer switch trong một mạng phải xác định một tuyến đường để phân phối các gói tin multicast từ máy nguồn đến từng máy nhận. Khi đó, toàn bộ mạng giống như một cấu trúc cây, trong đó gốc của cây là nguồn của luồng traffic đó. Mỗi router dọc theo đường đi sẽ là một nhánh rẽ của cây. Nếu một router biết tất cả các địa chỉ multicast, router cũng phải biết cần phải nhân bản luồng multicast đó ra những nhánh nào của cây. Một vài router không có các máy nhận trong các phân đoạn mạng của nó thì các router đó sẽ không chuyển traffic. Các router khác sẽ có thể có các máy nhận multicast traffic.
Cấu trúc cây này tương tự như cấu trúc cây Spanning Tree vì nó có một root và các lá. Cấu trúc cây này cũng đảm bảo là không bị vòng lặp sao cho traffic multicast không bị chuyển ngược về cây.
8.3.2. Reverse Path Forwarding
Các router thường phải thực hiện một phép kiểm tra trên tất cả các gói multicast mà nó nhận. Reverse Path Forwarding (RPF) là một công cụ để đảm bảo rằng các gói tin không bị đưa ngược trở về cây multicast ở một vị trí bất kỳ nào đó. Khi một gói tin được nhận trên một cổng của router, ví dụ cổng E0 của router, địa chỉ nguồn của gói sẽ được kiểm tra. Sau đó router sẽ so sánh địa chỉ nguồn này với một entry trong bảng định tuyến unicast. Nếu cột out-going interface của bảng định tuyến cũng đúng bằng cổng nhận gói multicast (tức E0 trong ví dụ này), gói multicast sẽ được xử lý và chuyển ra các nhánh của cây. Nếu cổng là không so trùng, điều này có nghĩa là có một ai đó đã đưa gói vào một vị trí không mong đợi, chuyển gói tin ngược về root. Gói tin lúc này sẽ bị loại bỏ. Để thực hiện phép kiểm tra RPF này, router chạy giao thức PIM phải tìm kiếm địa chỉ nguồn trong bảng định tuyến unicast.
8.3.3. IGMP
Làm thế nào một router biết được các máy cần nghe multicast traffic? Để nhận multicast traffic từ một nguồn, cả nguồn và các máy nhận đầu tiên phải gia nhập (join) vào một nhóm multicast. Nhóm này được xác định thông qua địa chỉ multicast. Một host có thể tham gia vào một nhóm multicast bằng cách gửi các yêu cầu đến router gần nhất. Tác vụ này được thực hiện thông qua giao thức IGMP. IGMPv1 được định nghĩa trong RFC1112 và bản cải tiến của nó, IGMPv2 được định nghĩa trong RFC2236. Khi có vài host muốn tham gia vào nhóm, giao thức PIM sẽ thông báo cho nhau giữa các router và hình thành nên cây multicast giữa các routers.
8.3.3.1. IGMPv1
Để tham gia vào một nhóm multicast, một host sẽ gửi một thông điệp đăng ký tham gia vào nhóm đến router cục bộ của nó. Thông điệp này có tên là Membership Report IGMP. Thông điệp này sẽ thông báo cho router về địa chỉ multicast mà host muốn tham gia vào. Địa chỉ multicast 224.0.0.1 all-hosts được dùng như địa chỉ đích. Trong thông điệp này có chứa địa chỉ nhóm multicast. Cứ mỗi 60 giây, một router trên mỗi phân đoạn mạng sẽ gửi truy vấn đến tất cả các host để kiểm tra xem các host này có còn quan tâm nhận multicast traffic nữa không? Router này gọi là IGMPv1 Querier và chức năng của nó là mời các host tham gia vào nhóm. Nếu một host muốn tham gia vào một nhóm, hoặc nó muốn tiếp tục nhận traffic từ một nhóm mà nó đã tham gia, nó phải trả lời lại bằng thông điệp membership-report.
Các host có thể tham gia vào các nhóm multicast ở bất kỳ thời điểm nào. Tuy nhiên IGMPv1 không có cơ chế để cho phép một host rời khỏi một nhóm nếu host đó không còn quan tâm đến nội dung của nhóm multicast đó. Thay vào đó, router sẽ kết luận là một cổng giao tiếp của bó không còn thuộc về một nhóm multicast nào nếu router không nhận được membership-report trong ba chu kỳ truy vấn liên tiếp. Điều này có nghĩa là, ở chế độ mặc định, các multicast traffic vẫn gửi vào một phân đoạn mạng trong ba chu kỳ truy vấn liên tiếp sau khi tất cả các thành viên của nhóm không còn lắng nghe multicast traffic nữa.
Ngoài ra, router không có giữ một danh sách đầy đủ các host thành viên cho từng nhóm multicast. Thay vào đó, nó cần phải lưu những nhóm multicast nào là đang tồn tại trên những cổng nào của nó.
8.3.3.2. IGMPv2
Phiên bản IGMPv2 giới thiệu vài sự khác biệt so với phiên bản đầu tiên. Các gói tin truy vấn bây giờ được gọi là General Queries. Các gói này có thể gửi tới địa chỉ all-hosts hoặc tới từng nhóm cụ thể. Một cải tiến khác nữa là các host được phép rời khỏi nhóm. Khi một host quyết định rời khỏi một nhóm nó đã tham gia, nó sẽ gửi thông điệp LeaveGroup đến địa chỉ all-router 224.0.0.2. Tất cả các router trên một phân đoạn mạng nội bộ sẽ lưu ý thông điệp này và router truy vấn sẽ tiếp tục quá trình. Router sẽ trả lời thông điệp trên bằng thông điệp truy cập gửi theo nhóm. Thông điệp này sẽ hỏi rằng có còn host nào muốn nhận traffic cho nhóm đó nữa không? Bất cứ host nào cũng phải trả lời lại bằng thông điệp membership report. Nếu khác đi, router sẽ kết luận một cách an toàn là không cần thiết chuyển traffic cho nhóm đó trên phân đoạn mạng đó.
8.3.3.3. IGMPv3
Hỗ trợ lọc nguồn cho phép một máy nhận multicast báo hiệu cho một router các group mà nó muốn tham gia vào việc nhận multicast traffic và từ nguồn nào mà nó muốn nhận traffic từ nguồn đó, với IGMPv3 thì các máy nhận sẽ báo hiệu ở 2 trạng thái:
• Include mode: ở mode này bên nhận sẽ công bố sự liên hệ với một nhóm các máy và cung cấp một danh sách các địa chỉ nguồn mà nó muốn nhận traffic.
• Exclude mode: bên nhận sẽ công bố sự liên hệ với một nhóm các máy và cung cấp một danh sách các nguồn mà nó không muốn nhận traffic và nó chỉ nhận những traffic từ những IP không có trong danh sách.
8.3.4. Giao thức PIM
Protocol Independent Multicast (PIM) là một giao thức định tuyến có thể được dùng để chuyển các multicast traffic. PIM hoạt động độc lập vớI các giao thức định tuyến IP vì vậy PIM sử dụng bảng định tuyến IIP và không giữ các bảng multicast routing. Cần chú ý là bảng unicast routing cũng không phụ thuộc vào các giao thức định tuyến vì nhiều giao thức định tuyến có thể đóng góp vào cùng một bảng định tuyến. PIM có thể hoạt động ở hai chế độ:
PIM Dense Mode
PIM Sparse Mode
8.3.4.1. PIM Dense Mode
Các PIM router có thể được cấu hình theo kiểu Dense Mode (còn gọi là PIM-DM) nếu các host tham gia vào multicast group nằm ở khắp nơi trên tất cả các subnet. Địa chỉ multicast nguồn trở thành gốc của cây và cây multicast được xây dựng từ nguốn đến đích. Cơ chế này còn được gọi bằng ký hiệu (S,G) trong đó đường đi từ nguồn đến các thành viên trong nhóm là duy nhất và được xác định.
Cây multicast được xây dựng bằng cách cho phép phát tán các traffic từ nguồn đến tất cả các router trong mạng. Cây sẽ phát triển từ trên xuống dưới. Trong một thờI gian ngắn, các traffic không cần thiết sẽ được lưu chuyển giống như trong broadcast traffic. Tuy nhiên khi các router nhận được traffic cho một nhóm, router sẽ quyết định nó có các máy nhận muốn nhận dữ liệu hay không? Nếu là muốn, router sẽ duy trì tình trạng im lăng và để dòng traffic tiếp tục. Nếu không có host nào đăng ký cho nhóm multicast đó (thông qua IGMP), router sẽ gửi thông điệp Prune đến các router láng giềng của nó (theo hướng về gốc của cây. Nhánh của cây sau đó sẽ bị loại bỏ (prune) sao cho các traffic không cần thiết sẽ không được phát tán về hướng đó.
Hình 8. 2 PIM dense mode
Cây multicast sẽ được xây dựng theo một làn sóng của các yêu cầu tham gia vào nhóm. Sau đó các switch không có các host tham gia sẽ bị xóa ra khỏi cây. Cây kết quả sau cùng được hiển thị ở hình. kế tiếp.
Hình 8. 3 Cây PIM dense mode và cây PIM sparse mode
PIM-DM sẽ nhận biết các thiết bị láng giềng bằng cách trao đổi các gói hello. Thông tin láng giềng này được dùng trước để xây dựng cây đến tất cả các láng giềng. Sau đó, các nhánh của cây sẽ lần lượt được loại bỏ. Nếu một dòng multicast bắt đầu, cây sẽ được xây dựng, cây sẽ chỉ tồn tại khi các thành viên tích cực còn tồn tại. Nếu một host mới đăng ký tham gia nhóm, nhánh của phân đoạn mạng đó sẽ được đính thêm vào cây.
+ Lê Anh Đức
+ Ngô Tự Nhiên
8.1. Tổng quan về multicast
Có ba kiểu truyền IP traffic trên router và switch:
• Unicast: Các gói tin được gửi từ một địa chỉ nguồn đến một địa chỉ đích. Một router hoặc một thiết bị lớp 3 sẽ chuyển các gói tin bằng cách tìm địa chỉ đích trong bảng định tuyến. Nếu một thiết bị là L2, nó chỉ cần dựa vào địa chỉ MAC.
• Broadcast: Các gói tin được gừi từ một máy nguồn đến một địa chỉ đích broadcast. Địa chỉ đích có thể là địa chỉ tất cả các hosts (255.255.255.255) hoặc là một phần của địa chỉ subnet. Một router hoặc một L3 switch sẽ không cho phép chuyển các dữ liệu broadcast này. Một thiết bị L2 sẽ cho phép phát tán broadcast traffic ra tất cả các cổng của nó.
• Multicast: Các gói được gửi từ một địa chỉ nguồn đến một nhóm các máy tính. Địa chỉ đích tượng trưng bằng các hosts muốn nhận traffic này. Mặc định, một router hoặc một L3 switch sẽ không chuyển các gói tin này trừ khi phảI cấu hình multicast routing. Một thiết bị L2 switch không thể nhận biết được vị trí của địa chỉ multicast đích. Tất cả các gói sẽ được phát tán ra tất cả các port ở chế độ mặc định.
Có hai thái cực được mô tả ở đây. Cơ chế dùng unicast thì dữ liệu sẽ đi từ host đến host; broadcast thì traffic sẽ đi đến tất cả các host trên phân đoạn mạng đó. Cơ chế multicast sẽ nằm giữa hai thái cực này, trong đó máy nguồn chỉ gửi những gói tin từ một host đến các người dùng muốn nhận loại traffic đó. Nhóm này gọi là nhóm multicast. Các máy nhận multicast traffic có thể nằm ở bất cứ nơi nào chứ không chỉ trên phân đoạn mạng cục bộ.
Các traffic dạng multicast thường là một chiều (unidirectional). Do có nhiều host nhận cùng một dữ liệu, nên thông thường các gói tin không được phép gửi ngược về máy nguồn trên cơ chế multicast. Một host đích sẽ trả traffic ngược về nguồn theo cơ chế unicast. Cơ chế multicast cũng sẽ được truyền theo kiểu phi-kết-nối (connectionless). Multicast dùng UDP chứ không dùng TCP.
Các host muốn nhận dữ liệu từ một nguồn multicast có thể tham gia hoặc rời khỏi một nhóm multicast ở bất kỳ thời điểm nào. Hơn nữa, một host sẽ quyến định có trở thành thành viên của một hay nhiều nhóm multicast hay không . Nguyên tắc cần quan tâm là sẽ hoạch định làm thế nào để phân phối các multicast traffic đến các thành viên của nhóm mà không ảnh hưởng đến các thành viên ngoài nhóm.
8.2. Địa chỉ multicast:
Các router và switch phảI có phương thức để phân biệt traffic dạng multicast vớI dạng unicast hay broadcast. Điều này thực hiện thông qua việc gán địa chỉ IP, bằng cách dùng địa chỉ lớp D từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255 chỉ cho multicast. Các thiết bị mạng có thể nhanh chóng lọc ra các địa chỉ multicast bằng cách đọc 4 bit bên trái của một địa chỉ. Bốn bit này của một địa chỉ multicast luôn luôn bằng 1110.
Làm thế nào mà một router và switch kết hợp một địa chỉ multicast của IP với một địa chỉ MAC. Do không có cơ chế tương đương với cơ chế ARP, một dạng giá trị đặc biệt dành riêng cho địa chỉ MAC của multicast sẽ được dùng. Các địa chỉ này bắt đầu bằng 0100.5e. Phần 28 bit sau của địa chỉ multicast Ip sẽ được ánh xạ vào 23 bit thấp của địa chỉ MAC bằng một giải thuật đơn giản.
Hình 8. 1 Ánh xạ địa chỉ IP với địa chỉ MAC
Hình trên cho thấy cơ chế ánh xạ địa chỉ. Chỉ có 23 bit cuối của địa chỉ là được chép từ địa chỉ IP sang địa chỉ MAC.
Tuy nhiên chú ý rằng có 5 bit của địa chỉ IP không được chuyển sang địa chỉ MAC. Khả năng này làm cho nảy sinh một vấn đề là có thể có 32 địa chỉ MAC khác nhau có thể ánh xạ vào cùng một địa chỉ MAC. Do sự nhập nhằng này, một host multicast có một vấn đề nhỏ khi nó nhận một Ethernet frame của một địa chỉ multicast. Một MAC có thể tương ứng với 32 địa chỉ multicast khác nhau. Vì vậy, khi một host phải nhận và kiểm tra tất cả các frame có MAC mà nó quan tâm. Sau đó host này phải kiểm tra phần địa chỉ IP bên trong mỗi frame để nhận ra phần địa chỉ của từng nhóm multicast.
Một vài không gian địa chỉ được dành riêng:
- Toàn bộ không gian địa chỉ multicast: 224.0.0.0-239.255.255.255
- Địa chỉ link-local: 224.0.0.0-224.0.0.255 được dùng bởi các giao thức định tuyến. Router sẽ không chuyển các gói tin có địa chỉ này. Các địa chỉ bao gồm địa chỉ tất cả các host all-hosts 224.0.0.1, tất cả các router 224.0.0.2, tất cả các OSPF routers 224.0.0.5…Đây là địa chỉ các nhóm cố định vì các địa chỉ này được định nghĩa trước.
- Tầm địa chỉ dành cho quản trị (239.0.0.0-239.255.255.255) được dùng trong các vùng multicast riêng, giống như dãy địa chỉ dành riêng trong RFC1918. Địa chỉ này không được route giữa các domain nên nó có thể được dùng lại nhiều lần.
- Địa chỉ toàn cục (224.0.1.0-238.255.255.255) được dùng bởi bất cứ đối tượng nào. Các địa chỉ này có thể được route trên Internet, vì vậy địa chỉ này phải duy nhất.
8.3. Định tuyến cho traffic multicast
Các traffic IP phải được định tuyến giống như bất cứ một gói tin L3 nào. Sự khác nhau là ở điểm cần phải biết để chuyển gói tin về đâu. Các gói tin L3 dạng unicast chỉ có một cổng ra duy nhất trên router (ngay cả khi có quá trình load-balancing xảy ra), trong khi multicast traffic có thể được chuyển mạch ra nhiều cổng , tuỳ thuộc vào các máy nhận nằm ở đâu.
Một vài giao thức định tuyến multicast hiện có. Bài viết này tập trung vào PIM.
8.3.1. Cây Multicast
Các router hoặc các multilayer switch trong một mạng phải xác định một tuyến đường để phân phối các gói tin multicast từ máy nguồn đến từng máy nhận. Khi đó, toàn bộ mạng giống như một cấu trúc cây, trong đó gốc của cây là nguồn của luồng traffic đó. Mỗi router dọc theo đường đi sẽ là một nhánh rẽ của cây. Nếu một router biết tất cả các địa chỉ multicast, router cũng phải biết cần phải nhân bản luồng multicast đó ra những nhánh nào của cây. Một vài router không có các máy nhận trong các phân đoạn mạng của nó thì các router đó sẽ không chuyển traffic. Các router khác sẽ có thể có các máy nhận multicast traffic.
Cấu trúc cây này tương tự như cấu trúc cây Spanning Tree vì nó có một root và các lá. Cấu trúc cây này cũng đảm bảo là không bị vòng lặp sao cho traffic multicast không bị chuyển ngược về cây.
8.3.2. Reverse Path Forwarding
Các router thường phải thực hiện một phép kiểm tra trên tất cả các gói multicast mà nó nhận. Reverse Path Forwarding (RPF) là một công cụ để đảm bảo rằng các gói tin không bị đưa ngược trở về cây multicast ở một vị trí bất kỳ nào đó. Khi một gói tin được nhận trên một cổng của router, ví dụ cổng E0 của router, địa chỉ nguồn của gói sẽ được kiểm tra. Sau đó router sẽ so sánh địa chỉ nguồn này với một entry trong bảng định tuyến unicast. Nếu cột out-going interface của bảng định tuyến cũng đúng bằng cổng nhận gói multicast (tức E0 trong ví dụ này), gói multicast sẽ được xử lý và chuyển ra các nhánh của cây. Nếu cổng là không so trùng, điều này có nghĩa là có một ai đó đã đưa gói vào một vị trí không mong đợi, chuyển gói tin ngược về root. Gói tin lúc này sẽ bị loại bỏ. Để thực hiện phép kiểm tra RPF này, router chạy giao thức PIM phải tìm kiếm địa chỉ nguồn trong bảng định tuyến unicast.
8.3.3. IGMP
Làm thế nào một router biết được các máy cần nghe multicast traffic? Để nhận multicast traffic từ một nguồn, cả nguồn và các máy nhận đầu tiên phải gia nhập (join) vào một nhóm multicast. Nhóm này được xác định thông qua địa chỉ multicast. Một host có thể tham gia vào một nhóm multicast bằng cách gửi các yêu cầu đến router gần nhất. Tác vụ này được thực hiện thông qua giao thức IGMP. IGMPv1 được định nghĩa trong RFC1112 và bản cải tiến của nó, IGMPv2 được định nghĩa trong RFC2236. Khi có vài host muốn tham gia vào nhóm, giao thức PIM sẽ thông báo cho nhau giữa các router và hình thành nên cây multicast giữa các routers.
8.3.3.1. IGMPv1
Để tham gia vào một nhóm multicast, một host sẽ gửi một thông điệp đăng ký tham gia vào nhóm đến router cục bộ của nó. Thông điệp này có tên là Membership Report IGMP. Thông điệp này sẽ thông báo cho router về địa chỉ multicast mà host muốn tham gia vào. Địa chỉ multicast 224.0.0.1 all-hosts được dùng như địa chỉ đích. Trong thông điệp này có chứa địa chỉ nhóm multicast. Cứ mỗi 60 giây, một router trên mỗi phân đoạn mạng sẽ gửi truy vấn đến tất cả các host để kiểm tra xem các host này có còn quan tâm nhận multicast traffic nữa không? Router này gọi là IGMPv1 Querier và chức năng của nó là mời các host tham gia vào nhóm. Nếu một host muốn tham gia vào một nhóm, hoặc nó muốn tiếp tục nhận traffic từ một nhóm mà nó đã tham gia, nó phải trả lời lại bằng thông điệp membership-report.
Các host có thể tham gia vào các nhóm multicast ở bất kỳ thời điểm nào. Tuy nhiên IGMPv1 không có cơ chế để cho phép một host rời khỏi một nhóm nếu host đó không còn quan tâm đến nội dung của nhóm multicast đó. Thay vào đó, router sẽ kết luận là một cổng giao tiếp của bó không còn thuộc về một nhóm multicast nào nếu router không nhận được membership-report trong ba chu kỳ truy vấn liên tiếp. Điều này có nghĩa là, ở chế độ mặc định, các multicast traffic vẫn gửi vào một phân đoạn mạng trong ba chu kỳ truy vấn liên tiếp sau khi tất cả các thành viên của nhóm không còn lắng nghe multicast traffic nữa.
Ngoài ra, router không có giữ một danh sách đầy đủ các host thành viên cho từng nhóm multicast. Thay vào đó, nó cần phải lưu những nhóm multicast nào là đang tồn tại trên những cổng nào của nó.
8.3.3.2. IGMPv2
Phiên bản IGMPv2 giới thiệu vài sự khác biệt so với phiên bản đầu tiên. Các gói tin truy vấn bây giờ được gọi là General Queries. Các gói này có thể gửi tới địa chỉ all-hosts hoặc tới từng nhóm cụ thể. Một cải tiến khác nữa là các host được phép rời khỏi nhóm. Khi một host quyết định rời khỏi một nhóm nó đã tham gia, nó sẽ gửi thông điệp LeaveGroup đến địa chỉ all-router 224.0.0.2. Tất cả các router trên một phân đoạn mạng nội bộ sẽ lưu ý thông điệp này và router truy vấn sẽ tiếp tục quá trình. Router sẽ trả lời thông điệp trên bằng thông điệp truy cập gửi theo nhóm. Thông điệp này sẽ hỏi rằng có còn host nào muốn nhận traffic cho nhóm đó nữa không? Bất cứ host nào cũng phải trả lời lại bằng thông điệp membership report. Nếu khác đi, router sẽ kết luận một cách an toàn là không cần thiết chuyển traffic cho nhóm đó trên phân đoạn mạng đó.
8.3.3.3. IGMPv3
Hỗ trợ lọc nguồn cho phép một máy nhận multicast báo hiệu cho một router các group mà nó muốn tham gia vào việc nhận multicast traffic và từ nguồn nào mà nó muốn nhận traffic từ nguồn đó, với IGMPv3 thì các máy nhận sẽ báo hiệu ở 2 trạng thái:
• Include mode: ở mode này bên nhận sẽ công bố sự liên hệ với một nhóm các máy và cung cấp một danh sách các địa chỉ nguồn mà nó muốn nhận traffic.
• Exclude mode: bên nhận sẽ công bố sự liên hệ với một nhóm các máy và cung cấp một danh sách các nguồn mà nó không muốn nhận traffic và nó chỉ nhận những traffic từ những IP không có trong danh sách.
8.3.4. Giao thức PIM
Protocol Independent Multicast (PIM) là một giao thức định tuyến có thể được dùng để chuyển các multicast traffic. PIM hoạt động độc lập vớI các giao thức định tuyến IP vì vậy PIM sử dụng bảng định tuyến IIP và không giữ các bảng multicast routing. Cần chú ý là bảng unicast routing cũng không phụ thuộc vào các giao thức định tuyến vì nhiều giao thức định tuyến có thể đóng góp vào cùng một bảng định tuyến. PIM có thể hoạt động ở hai chế độ:
PIM Dense Mode
PIM Sparse Mode
8.3.4.1. PIM Dense Mode
Các PIM router có thể được cấu hình theo kiểu Dense Mode (còn gọi là PIM-DM) nếu các host tham gia vào multicast group nằm ở khắp nơi trên tất cả các subnet. Địa chỉ multicast nguồn trở thành gốc của cây và cây multicast được xây dựng từ nguốn đến đích. Cơ chế này còn được gọi bằng ký hiệu (S,G) trong đó đường đi từ nguồn đến các thành viên trong nhóm là duy nhất và được xác định.
Cây multicast được xây dựng bằng cách cho phép phát tán các traffic từ nguồn đến tất cả các router trong mạng. Cây sẽ phát triển từ trên xuống dưới. Trong một thờI gian ngắn, các traffic không cần thiết sẽ được lưu chuyển giống như trong broadcast traffic. Tuy nhiên khi các router nhận được traffic cho một nhóm, router sẽ quyết định nó có các máy nhận muốn nhận dữ liệu hay không? Nếu là muốn, router sẽ duy trì tình trạng im lăng và để dòng traffic tiếp tục. Nếu không có host nào đăng ký cho nhóm multicast đó (thông qua IGMP), router sẽ gửi thông điệp Prune đến các router láng giềng của nó (theo hướng về gốc của cây. Nhánh của cây sau đó sẽ bị loại bỏ (prune) sao cho các traffic không cần thiết sẽ không được phát tán về hướng đó.
Hình 8. 2 PIM dense mode
Cây multicast sẽ được xây dựng theo một làn sóng của các yêu cầu tham gia vào nhóm. Sau đó các switch không có các host tham gia sẽ bị xóa ra khỏi cây. Cây kết quả sau cùng được hiển thị ở hình. kế tiếp.
Hình 8. 3 Cây PIM dense mode và cây PIM sparse mode
PIM-DM sẽ nhận biết các thiết bị láng giềng bằng cách trao đổi các gói hello. Thông tin láng giềng này được dùng trước để xây dựng cây đến tất cả các láng giềng. Sau đó, các nhánh của cây sẽ lần lượt được loại bỏ. Nếu một dòng multicast bắt đầu, cây sẽ được xây dựng, cây sẽ chỉ tồn tại khi các thành viên tích cực còn tồn tại. Nếu một host mới đăng ký tham gia nhóm, nhánh của phân đoạn mạng đó sẽ được đính thêm vào cây.
Comment