<<
>>

Система МВопе

В то время как столько различных промышленных предприятий составляют и публикуют свои грандиозные планы на будущее, Интернет-сообщество спокойно занимается реализацией своей собственной мультимедийной системы, называющейся МВопе (Multicast Backbone — широковещательная магистраль).
В данном разделе мы познакомимся с этой системой и с принципом ее работы.

Система МВопе представляет собой телевещание по Интернету. В отличие от видео по заказу, в котором упор делается на заказе и просмотре заранее сжатых и хранящихся на сервере видеофильмов, система МВопе используется для широковещательного распространения по Интернету передач, выходящих в прямом эфире, в цифровой форме. Эта система существует с 1992 года. Она использовалась для организации многочисленных научных телеконференций, особенно встреч IETF (Internet Engineering Task Force — проблемная группа проектирования Интернета), а также для освещения различных значимых событий науки, например, запусков космических челноков. По системе МВопе были проведены трансляции концерта Rolling Stones и некоторых эпизодов Каннского кинофестиваля.

Следует ли это событие считать значимым научным событием — вопрос спорный.

Технически система МВопе представляет собой виртуальную сеть поверх сети Интернет. Она состоит из соединенных туннелями островов, на которых возможна многоадресная рассылка, как показано на рис. 7.47. На рисунке сеть МВопе состоит из шести островов, от А до F, соединенных семью туннелями. Каждый остров (обычно это локальная сеть или группа соединенных друг с другом локальных сетей) поддерживает многоадресную рассылку на аппаратном уровне. По туннелям, соединяющим острова, рассылаются МВопе-пакеты. Когда-нибудь в будущем, когда все маршрутизаторы будут напрямую поддерживать многоадресную рассылку, такая оверлейная структура станет ненужной, но пока что именно она обеспечивает работу системы.

На каждом острове находится один или несколько специальных многоадресных маршрутизаторов. Некоторые из них являются обычными маршрутизаторами, но большая часть представляет собой просто рабочие станции UNIX, на которых на пользовательском уровне работает специальное программное обеспечение. Многоадресные маршрутизаторы логически соединены туннелями. МВопе- пакеты инкапсулируются в IP-пакеты и рассылаются как обычные одноадресные пакеты по IP-адресу многоадресного маршрутизатора.

Туннели настраиваются вручную. Обычно туннель проходит по пути, для которого существует физическое соединение, хотя это не требуется. Если вдруг физический путь, по которому проходит туннель, прервется, многоадресные маршрутизаторы, использующие этот туннель, даже не заметят этого, так как Интернет автоматически изменит маршрут всего IP-трафика между ними.

При появлении нового острова, желающего присоединиться к системе МВопе, как, например, остров G на рис. 7.47, его администратор посылает по списку рассылки системы МВопе сообщение, в котором объявляет о создании нового острова. После этого администраторы соседних сайтов связываются с ним для установки туннелей. Иногда при этом заново прокладываются уже существующие туннели, так как появление нового острова позволяет оптимизировать топологию системы. Физически туннели не существуют. Они определяются таблицами многоадресных маршрутизаторов и могут добавляться, удаляться или перемещаться при помощи простого изменения содержимого таблиц. В системе МВопе обычно у каждой страны есть магистраль, с которой соединены региональные острова. Пара туннелей системы пересекает Атлантический и Тихий океаны, что делает ее глобальной системой.

Таким образом, в любой момент времени система МВопе состоит из островов и туннелей, независимо от числа используемых в данный момент групповых адресов.

Эта ситуация очень напоминает нормальную (физическую) подсеть, поэтому к ней применимы нормальные алгоритмы маршрутизации. Соответственно, в системе МВопе изначально использовался алгоритм маршрутизации DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol — протокол дистанционной маршрутизации сообщений с использованием векторной многоканальной трансляции), основанный на дистанционно-векторном алгоритме Веллмана—Форда (Bellman—Ford). Например, остров С может быть связан с островом А либо через остров В, либо через остров Е (или, возможно, через остров D). Алгоритм делает свой выбор на основании сообщаемых ему узлами значений своей удаленности от острова А и своей удаленности от других островов. Подобным образом каждый остров может определить лучший маршрут до всех остальных островов. Однако, как мы скоро увидим, эти маршруты необязательно используются именно таким образом.

Познакомимся теперь с тем, как осуществляется многоадресная рассылка. Для этого источник должен сначала получить групповой адрес класса D, действующий подобно частоте радиостанции или номеру канала. Адреса класса D зарезервированы для программ, ищущих в базе данных свободные групповые адреса. Одновременно может производиться несколько операций многоадресной рассылки, и хост может «настроиться» на интересующую его передачу, прослушивая соответствующие групповые адреса.

Периодически каждый многоадресный маршрутизатор посылает широковещательный IGMP-пакет, сфера распространения которого ограничена пределами его острова. В этом пакете содержится предложение сообщить, кого какой канал интересует. Хосты, заинтересованные в получении (или в продолжении получения) какого-либо одного или нескольких каналов, посылают в ответ свои IGMP- пакеты. Чтобы избежать перегрузки локальной сети, эти ответы посылаются не сразу, а располагаются во времени особым образом. Чтобы не тратить понапрасну пропускную способность локальных сетей, каждый многоадресный маршрутизатор хранит таблицу каналов, которые он должен направлять в свою локальную сеть.

Когда источник аудио- или видеопотока создает новый пакет, он распространяет его с помощью аппаратно реализованной многоадресной рассылки внутри своего острова. Затем этот пакет подбирается локальным многоадресным маршрутизатором, который копирует его по всем туннелям, с которыми он соединен.

Получив такой пакет по туннелю, каждый многоадресный маршрутизатор проверяет, прибыл ли этот пакет по оптимальному маршруту, то есть по маршруту, который, как указано в таблице маршрутизатора, следует использовать для данного источника (как если бы это был пункт назначения). Если пакет прибыл по наилучшему маршруту, он копируется маршрутизатором во все его туннели. В противном случае пакет игнорируется. Если, например, в таблицах маршрутизатора С (рис. 7.47) говорится, что маршрут к острову А должен пролегать через остров В, — тогда если многоадресный пакет от острова А прибудет на остров С через остров В, то он будет скопирован на острова DhE. Если же такой пакет от острова А прибудет на остров С через остров Е, то он будет проигнорирован. Этот алгоритм представляет собой просто алгоритм пересылки в обратном направлении, рассматривавшийся в главе 5. Хотя он и не совершенен, он достаточно хорош и прост в реализации.

Помимо использования алгоритма пересылки в обратном направлении, позволяющего избежать перегрузки Интернета, для ограничения сферы распространения многоадресных пакетов также используется IP-поле Time to live (время жизни). Каждый пакет начинает свой путь с определенным значением этого поля (определяемым источником). Каждому туннелю присваивается весовой коэффициент. Пакет пропускается сквозь туннель, только если он обладает достаточным весом. В противном случае пакет отвергается. Например, туннелям, пересекающим океаны, обычно назначаются весовой коэффициент, равный 128, поэтому область распространения всех пакетов, время жизни которых не превышает 127, ограничивается одним континентом. После прохождения пакета по туннелю значение его поля Time to live уменьшается на вес туннеля.

Много внимания было уделено улучшению алгоритма маршрутизации. Одно из предложений основывалось на идее дистанционно-векторной маршрутизации. В этом случае MBone-сайты группируются в области, а алгоритм становится иерархическим (Thyagarajan и Deering, 1995).

Другое предложение состоит в использовании вместо дистанционно-векторной маршрутизации модифицированной формы маршрутизации с учетом состояния линий. В частности рабочая группа Интернета IETF занимается изменением алгоритма маршрутизации OSPF (Open Shortest Path First — первоочередное открытие кратчайших маршрутов), чтобы сделать его более подходящим для многоадресной рассылки в пределах автономной системы. Новый алгоритм получил название MOSPF (многоадресный алгоритм OSPF) (Моу, 1994). В дополнение к обычной информации, используемой для выбора маршрута, в этом алгоритме также строится полная карта всех островов многоадресной рассылки и всех туннелей. Зная полную топологию системы, несложно рассчитать лучший маршрут между любыми двумя островами по имеющимся туннелям. Например, можно воспользоваться алгоритмом Дейкстры (Dijkstra).

Вторая область исследований охватывает маршрутизацию внутри автономной системы. Этот алгоритм называется PIM (Protocol Independent Multicast — не зависящая от протокола многоадресная рассылка). Он разрабатывается другой рабочей группой IETF. Создано две версии алгоритма PIM, применяющихся в зависимости от плотности островов (почти все желают смотреть видео или, наоборот, почти никто ничего не хочет смотреть). Вместо того чтобы создавать оверлейную топологию, как это делается в алгоритмах DVMPR и MOSPF, в обеих версиях алгоритма PIM используются стандартные таблицы одноадресной маршрутизации.

В плотном варианте алгоритма PIM (PIM-DM) идея состоит в отсечении бесполезных путей. Когда многоадресный пакет прибывает по «неправильному» туннелю, обратно посылается специальный отсекающий пакет, предлагающий отправителю прекратить отправлять по этому туннелю пакеты данному адресату. Если же пакет прибывает по «правильному» туннелю, он копируется во все остальные еще не отсеченные туннели.

Если все остальные туннели маршрутизатора отсечены, а в его области этот канал никто смотреть не желает, маршрутизатор сам посылает отсекающий пакет по «правильному» туннелю. Таким образом, многоадресная рассылка автоматически адаптируется к спросу на видеоданные.

Вариант алгоритма PIM для редко расположенных островов (PIM-SM), описанный в RFC 2363, действует по-другому. Идея этого варианта заключается в том, чтобы не забивать Интернет излишней многоадресной рассылкой из-за, скажем, трех человек из университета Беркли, желающих устроить небольшую видеоконференцию с помощью IP-адресов класса D. В этом случае алгоритм PIM создает так называемые точки встречи. Каждый источник посылает в эти точки свои пакеты. Любой сайт, желающий присоединиться к видеоконференции, просит установить туннель с точкой встречи. Таким образом, в этом варианте алгоритма PIM трафик переносится при помощи обычной одноадресной рассылки.

Популярность варианта PIM-SM возрастает, и система МВопе все чаще прибегает к его использованию. Соответственно, алгоритм MOSPF встречается все реже и реже. С другой стороны, сама система МВопе переживает период стагнации и, возможно, никогда не достигнет процветания.

Несмотря на этот грустный вывод относительно МВопе, мультимедиа в целом представляет собой захватывающую и быстро меняющуюся область. Ежедневно появляется информация о создании новых технологий и приложений. Многоадресная рассылка и качество обслуживания становятся все более популярны, их обсуждению посвящена книга (Striegel и Manimaran, 2002). Еще одной интересной темой является многоадресная рассылка по беспроводным сетям (Gossain и др., 2002). Вообще же область знаний, касающаяся многоадресной рассылки и всего, что с этим связано, вероятно, будет волновать умы человечества еще долгие годы.

<< | >>
Источник: Э. ТАНЕНБАУМ. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ 4-Е ИЗДАНИЕ. 2003

Еще по теме Система МВопе:

  1. § 39 Классификация договоров в отдельных видах. – Римская классификация. – Система прусского закона, французского и австрийского кодекса. – Система русского свода. – Система настоящего изложения.
  2. Тема 15 Правова система і система права. Система законодавства та систематизація нормативно-правових актів
  3. Глава 4. Система права и система законодательства
  4. §5. Система военных судов в РФ как часть системы судов общей юрисдикции
  5. Единство и взаимосвязь правовой системы и системы правового общества
  6. § 1.3. Система трудового права і система трудового законодавства
  7. § 33 Общее правило о переходе наследства к детям. – Отличие отделенных от неотделенных. – Право представления. – Право родительское. – Право боковых родственников. – Римская система определения прав по классам и степеням. – Германская система определения прав по линиям и коленам.
  8. § 14 Отношения супругов по имуществу. – Германское начало общения имуществ в браке и римская система приданого. – Особое имущество жены. – Разнообразные системы западных законодательств. – Раздел имуществ по прекращении брака. – Ограничения брачных договоров и сделок между супругами. – Английский закон об отношениях супругов по имуществу.
  9. § 34 Смешанные системы в новейших законодательствах. – Происходящее от различия сих систем различие в порядке раздела и в допущении права представления. – Ограничение наследственного права пределами родства. – Ограничение женщин. – Разделение наследства между родами. – Возвращение подаренного родителями. – Наследование супругов и незаконных детей и родителей. – Закон наследования в Англии.
  10. СИСТЕМА
  11. СИСТЕМА НЕРВНАЯ
  12. Тема 20. Смешанные правовые системы
  13. СИСТЕМА ТЕЙЛОРА
  14. 3. Система законодавства
  15. СИСТЕМА ЭРРАТИЧЕСКАЯ
  16. СИСТЕМА ИНДИКАЦИИ
  17. СИСТЕМА ВЕСТИБУЛЯРНАЯ
  18. СИСТЕМА СИГНАЛЬНАЯ
  19. СИСТЕМА НЕРВНАЯ ВЕГЕТАТИВНАЯ
  20. § 3. Партийные системы