Tài liệu Nghiên cứu công nghệ ip multicast và ứng dụng trong mpls vpn (mvpn)

Đồ án tốt nghiệp đại học MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................ii DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... iv THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ......................................................................................... v CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ IP MULTICAST ........................................................ 1 1.1. Tổng quan công nghệ IP multicast .............................................................................. 1 Giới thiệu ............................................................................................................. 1 Multicast trên các lớp ........................................................................................... 1 Địa chỉ multicast ................................................................................................... 2 1.2. Một số giao thức trong Multicast ................................................................................ 4 Multicast và quá trình định tuyến .......................................................................... 4 IGMP (Internet Group Management Protocol) ...................................................... 4 PIM (Protocol Independent Multicast) ................................................................ 14 1.3. Kết luận chương ....................................................................................................... 19 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MPLS VPN ............................................................... 21 2.1. Tổng quan công nghệ MPLS .................................................................................... 21 Các động lực ra đời của chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS .......................... 21 Lịch sử phát triển MPLS ..................................................................................... 22 Khái niệm MPLS ................................................................................................ 23 2.2. Các thành phần trong MPLS ..................................................................................... 25 Các khái niệm cơ bản về MPLS .......................................................................... 25 Giao thức phân phối nhãn (LDP) ........................................................................ 33 2.3. Ứng dụng công nghệ MPLS VPN ............................................................................. 35 Giới thiệu ........................................................................................................... 35 Mô hình MPLS VPN lớp 2 ................................................................................. 36 Mô hình MPLS VPN lớp 3 ................................................................................. 43 2.4. Kết luận chương ....................................................................................................... 61 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IP MULTICAST TRONG MPLS VPN (MPVN) .................................................................................................................... 63 3.1. Giới thiệu ................................................................................................................. 63 3.2. Các thành phần và cách thức hoạt động của MVPN .................................................. 64 Định tuyến và chuyển tiếp multicast VPN và miền multicast .............................. 64 Cây phân phối multicast (Multicast Distribution Trees - MDT)........................... 64 Giao diện đường hầm đa điểm (Multicast Tunnel Interface -MTI) ...................... 65 Thông điệp cập nhật MDT cho MP-BGP ............................................................ 65 Thiết lập quan hệ PIM ........................................................................................ 66 Đậu Văn Thắng – D13VT6 Đồ án tốt nghiệp đại học Mô tả hoạt động .................................................................................................. 66 3.3. Mô phỏng ................................................................................................................. 67 Mục đích mô phỏng ............................................................................................ 67 Mô hình mô phỏng ............................................................................................. 68 Phân tích hệ thống .............................................................................................. 68 Thực hiện mô phỏng ........................................................................................... 70 Đánh giá kết quả ................................................................................................. 91 3.4. Kết luận chương ....................................................................................................... 91 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 93 Đậu Văn Thắng – D13VT6 Đồ án tốt nghiệp đại học DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Biểu diễn địa chỉ multicast ...................................................................................... 2 Hình 1.2. Cơ chế ánh xạ địa chỉ multicast sang địa chỉ Ethernet MAC.................................... 2 Hình 1.3. Ví dụ minh họa cơ chế ánh xạ địa chỉ IP sang địa chỉ MAC .................................... 3 Hình 1.4. Khuôn dạng bản tin IGMPv1 .................................................................................. 5 Hình 1.5. Ví dụ minh họa quá trình hoạt động của IGMPv1 ................................................... 7 Hình 1.6. Khuôn dạng bản tin IGMPv2 .................................................................................. 7 Hình 1.7. Ví dụ minh họa quá trình rời nhóm của máy trạm IGMPv2 ..................................... 9 Hình 1.8. Ví dụ minh họa quá trình rời nhóm của máy trạm IGMPv2 ................................... 10 Hình 1.9. Khuôn dạng bản tin IGMPv2 ................................................................................ 12 Hình 1.10. Quá trình định tuyến lưu lượng multicast của PIM-DM ...................................... 15 Hình 1.11. Quá trình định tuyến lưu lượng multicast của PIM-DM ...................................... 16 Hình 1.12. Quá trình định tuyến lưu lượng multicast của PIM-SM ....................................... 17 Hình 2.1. Cấu trúc hoạt động MPLS..................................................................................... 24 Hình 2.2. Nhãn MPLS trong chế độ khung ........................................................................... 25 Hình 2.3. Nhãn MPLS trong chế độ tế bào ........................................................................... 26 Hình 2.4. Đơn vị dữ liệu giao thức lớp thích ứng ATM Layer 5 ........................................... 27 Hình 2.5. Ngăn xếp nhãn...................................................................................................... 28 Hình 2.6. Lớp chuyển tiếp tương đương FEC ....................................................................... 29 Hình 2.7. LSR trong miền MPLS ......................................................................................... 30 Hình 2.8: Kiến trúc Edge LSR.............................................................................................. 31 Hình 2.9: Kiến trúc LSR ...................................................................................................... 31 Hình 2.10: Mô tả các chức năng của LSR ............................................................................. 33 Hình 2.11: Các thông tin về LIB, FIB, LFIB ........................................................................ 33 Hình 2.12. Thủ tục phát hiện LSR lân cận. ........................................................................... 35 Hình 2.13. Cấu trúc MPLS VPN L2 ..................................................................................... 37 Hình 2.14. Kiến trúc mạng MPLS VPN L2 .......................................................................... 38 Hình 2.15. Cấu trúc chung gói tin L2 VPN ........................................................................... 40 Hình 2.16. Cấu trúc PDU ..................................................................................................... 41 Hình 2.17. Các thành phần mạng MPLS VPN L3 ................................................................. 46 Hình 2.18. Mô hình hoạt động của BGP/MPLS .................................................................... 48 Hình 2.19: Đường chuyển mạch nhãn trong mạng nhà cung cấp........................................... 49 Hình 2.20: Luồng dữ liệu trong BGP/MPLS......................................................................... 49 Hình 2.21: VRF tách tuyến khách hàng ................................................................................ 51 Hình 2.22. Hình cập nhật MP-BGP ...................................................................................... 54 Hình 2.23. RD trong MPLS VPN ......................................................................................... 55 Hình 2.24. Mô hình BGP MPLS VPN .................................................................................. 55 Hình 2.25: Sự tương tác trong mặt phẳng điều khiển của MPLS VPN .................................. 59 Hình 2.26: Hoạt động của mặt phẳng điều khiển .................................................................. 59 Đậu Văn Thắng – D13VT6 ii Đồ án tốt nghiệp đại học Hình 2.27: Hoạt động của mặt phẳng dữ liệu ........................................................................ 60 Hình 3.1. Tiến trình định tuyến và chuyển tiếp multicast VPN ............................................. 64 Hình 3.2. Topology cơ bản minh họa ................................................................................... 67 Hình 3.3. Khởi tạo Dữ liệu MDT ......................................................................................... 67 Hình 3.4. Mô hình mô phỏng ............................................................................................... 68 Hình 3.5. Ví dụ kiểm tra IP và kích hoạt các giao diện trên PE1. .......................................... 70 Hình 3.6. Ví dụ kiểm tra bảng định tuyến OSPF trên PE1. ................................................... 71 Hình 3.7. Kiểm tra thông tin cấu hình MPLS và bảng chuyển tiếp nhãn PE1 ........................ 72 Hình 3.8. Ví dụ kiểm tra trạng thái neighbor BGP của PE1 .................................................. 74 Hình 3.9. Ví dụ kiểm tra cấu hình VRF trên PE1 .................................................................. 75 Hình 3.10. Ví dụ kiểm tra trạng thái hàng xóm trên PE1....................................................... 77 Hình 3.11. Ví dụ kiểm tra bảng định tuyến tương ứng VRF A trên PE1................................ 77 Hình 3.12. Ví dụ kiểm tra bảng định tuyến trên CE-A1 và CEB1 ......................................... 78 Hình 3.13. Kiểm tra trạng thái pim trên PE1......................................................................... 79 Hình 3.14. Kiểm tra trạng thái pim neighbor theo VRF trên PE1 .......................................... 81 Hình 3.15. Kiểm tra request kênh từ CE-A2 trên PE2........................................................... 82 Hình 3.16. Kiểm tra request kênh từ CE-B2 trên PE2 ........................................................... 82 Hình 3.17. Thực hiện ping từ CE-A1.................................................................................... 83 Hình 3.18. Thực hiện ping từ CE-B1 .................................................................................... 83 Hình 3.19. Kiểm tra nguồn kênh trả về trên PE2 theo VRF A ............................................... 83 Hình 3.20. Kiểm tra nguồn kênh trả về trên PE2 theo VRF B ............................................... 84 Hình 3.21. Lọc gói tin ICMP của CE-A1 với nhóm 239.6.6.6 trong miền MPLS .................. 85 Hình 3.22. Cấu trúc gói tin ICMP được gửi từ CE-A1 đến nhóm 239.6.6.6 trao đổi giữa PE1 và P...................................................................................................................................... 85 Hình 3.23. Lọc gói tin ICMP giữa PE2 và CE-A2 ................................................................ 86 Hình 3.24. Cấu trúc gói tin ICMP được gửi từ CE-A1 đến nhóm 239.6.6.6 được trao đổi giữa PE2 và CE-A2 ..................................................................................................................... 86 Hình 3.25. Cấu trúc gói tin ICMP phản hồi từ CE-A2 đến CE-A1 được trao đổi giữa PE2 và P ............................................................................................................................................ 86 Hình 3.26. Bảng nhãn của bộ định tuyến PE1 ....................................................................... 87 Hình 3.27. Thông tin về nhãn cho mạng 192.168.15.5 được quảng bá từ PE1 đến PE2 qua giao thức MP-BGP ............................................................................................................... 87 Hình 3.28. Bảng nhãn của bộ định tuyến P ........................................................................... 87 Hình 3.29. Cấu trúc gói tin ICMP phản hồi từ CE-A2 đến CE-A1 được trao đổi giữa P và PE1 ............................................................................................................................................ 88 Hình 3.30. Cấu trúc gói tin ICMP phản hồi từ CE-A2 đến CE-A1 được trao đổi giữa PE1 và CE-A1 ................................................................................................................................. 88 Hình 3.30. Tình huống sử dụng truyền unicast ..................................................................... 89 Hình 3.31. Biểu đồ lưu lượng ra/vào trên cổng E0/1 của PE1 ............................................... 89 Hình 3.32. Tình huống sử dụng truyền multicast .................................................................. 90 Hình 3.33. Biểu đồ lưu lượng ra/vào trên cổng E0/1 của PE1 ............................................... 90 Đậu Văn Thắng – D13VT6 iii Đồ án tốt nghiệp đại học DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Giá trị của các trường trong IGMPv1 ........................................................... 5 Bảng 1.2: Các trường trong thông điệp IGMPv2 .......................................................... 7 Bảng 1.3: Các trường trong thông điệp IGMPv3 ........................................................ 13 Bảng 2.1: Các loại LSR và chức năng của chúng. ...................................................... 32 Đậu Văn Thắng – D13VT6 iv Đồ án tốt nghiệp đại học THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Thuật ngữ tiếng Anh Thuật ngữ tiếng Việt ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ chuyển mạch không đồng bộ ASN Autonomous system number Số hệ thống tự trị BGP Boder Gateway Protocol Giao thức tìm đường nòng cốt CE Customer Edge Biên phía khách hàng CoS Class of Service Lớp dịch vụ CEF Cisco Express Forwarding DSL Digital subscriber line Đường thuê bao số FEC Forwarding Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tương đương FIB Forwarding Information Base Bảng thông tin chuyển mạch IGMP Internet Group Management Protocol Giao thức Quản lý Nhóm Internet IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong phạm vi miền IP Internet Protocol Giao thức internet ISO International Organization for Standardization Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế ISM Internet Standard Multicast Truyền thông đa điểm chuẩn Internet ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ITU-T International Telecommunications Union (Telecommunications Standardisation Sector) Hiệp hội viễn thông quốc tế LAN Local area network Mạng nội bộ LL Leased Line Kênh thuê riêng Đậu Văn Thắng – D13VT6 v Đồ án tốt nghiệp đại học LSP Label-Switched Path Đường chuyển mạch nhãn LSR Label-Switched Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn LFIB Label Forwarding Information Base Cơ sở thong tin chuyển tiếp nhãn LIB Label Information Base Bảng cơ sở dữ liệu nhãn MDT Multicast Distribution Tree Cây phân phối multicast MPLS Multiprotocol Label Switching MP-BGP MPLS – Border Gateway Protocol Đa giao thức cổng biên MTI Multicast Tunnel Interface Giao diện đường hầm multicast MVPN Multicast Virtual Private Network Truyền thông đa điểm mạng riêng ảo MVRF Multicast VPN routing and forwarding instance Tiến trình định tuyến và chuyển tiếp multicast VPN OSI Open Systems Interconnerction Reference Model Mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở OSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến chọn đường ngắn nhất trước PE Provider Edge Biên nhà cung cấp PDU Protocol Data Unit Khối dữ liệu giao thức PIM Protocol Independent Multicast Giao thức định tuyến Chuyển mạch nhãn đa giao thức multicast độc lập PIM-DM Protocol Independent Multicast Dense Mode Đậu Văn Thắng – D13VT6 Giao thức định tuyến multicast độc lập chế độ dày đặc vi Đồ án tốt nghiệp đại học Protocol Independent Multicast Sparse Mode Giao thức định tuyến PIM-SSM Protocol Independent Multicast Source Specific Multicast Giao thức định tuyến multicast độc lập xác định nguồn POP Post Office Protocol Giao thức về hòm thư PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm-tới-điểm RD Route Distinguisher Bộ phân biệt tuyến RFC Request for comment Các tài liệu chuẩn do IETF đưa ra RIB Routing Information Base Bảng cơ sở thông tin định tuyến RP Rendezvous Point Điểm hẹn RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành sẵn tài nguyên RT Route Targets Tuyến đích TTL Time To Live Thời gian sống TDM Time division multiplexing Ghép kênh theo thời gian UDP User Datagrama Protocol Giao thức dữ liệu người dùng VCC Virtual Channel Connection Kênh kết nối ảo VCI Virtual Channel Identifier Định danh kênh ảo VLAN Virtual LAN LAN ảo VOD Video on Demand Video theo yêu cầu VPI Virtual Path Identifier Định danh đường dẫn ảo VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo VPNL3 Virtual Private Network Layer 3 Mạng riêng ảo lớp 3 PIM-SM Đậu Văn Thắng – D13VT6 multicast độc lập chế độ thưa thớt vii Đồ án tốt nghiệp đại học VRF Virtual Routing Forwarding Bảng định tuyến chuyên mạch ảo WAN Wide area network Mạng diện rộng Đậu Văn Thắng – D13VT6 viii Đồ án tốt nghiệp đại học CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ IP MULTICAST 1.1. Tổng quan công nghệ IP multicast Giới thiệu IP Multicast là giao thức dùng để truyền gói tin IP từ một nguồn đến nhiều đích khác nhau trong mạng LAN hay WAN. Nhóm những thành viên muốn nhận thông tin này thì phải tham gia vào một nhóm Multicast. Với IP Multicast, ứng dụng gửi một bản sao của thông tin đến một nhóm. Thông tin này đến tất cả những người nào muốn nhận nó. Kĩ thuật Multicast đánh địa chỉ các gói là địa chỉ nhóm thay vì địa chỉ của từng người nhận. Các gói tin này phụ thuộc vào các mạng chuyển tiếp để chuyển đến mạng cần nhận nó. Multicast là kĩ thuật đẩy thông tin, trong đó một máy chủ sẽ gửi dữ liệu đến người sử dụng mà không cần người sử dụng phải yêu cầu trước. IP Multicast hỗ trợ hàng ngàn người có thể nhận thông tin đồng thời mà không ảnh hưởng đến băng thông chung. Thêm vào đó, giao thức định tuyến IP multicast cung cấp một phương thức truyền hiệu quả cho dữ liệu từ một nguồn đi qua các mạng khác nhau và không đồng nhất như là Internet. Nếu các thiết bị mạng hỗ trợ Multicast, chỉ cần gửi một gói tin duy nhất vào mạng cho nhiều người nhận. Multicast trên các lớp Multicast có thể đuợc sử dụng trên cả hai lớp liên kết dữ liệu và lớp mạng. Tại lớp liên kết dữ liệu các giao thức Ethernet, FDDI, và token ring hỗ trợ địa chi Multicast trong các trường mở rộng. Multicast tại lớp liên kết dữ liệu chỉ được giới hạn trong các ứng dụng tại một mạng LAN. Tuy nhiên, multicast cũng có thể được sử dụng tại lớp mạng nếu các ứng dụng multicast mở rộng ra khỏi mạng LAN hoặc phát triển trên nền Internet bao gồm các môi trường truyền khác nhau và các cấu trúc mạng khác nhau. Multicast được thực hiện ở lớp này bới vì các lí do sau:  Quá trình chuyển đổi địa chi tại ISO/OSI Layer 3-to-Layer 2  Một máy tính thuộc một nhóm có thế đăng kí với bộ định tuyến đế chuyến tiếp thông tin nhóm đến nó. RFC 1112 định nghĩa Internet Group Management Protocol (IGMP). IGMP chỉ rõ phương thức mà một nút mạng thông báo cho mạng biết nó là thành viên cùa một nhóm multicast. Multicast còn được hỗ trợ trong quá trình định tuyến thông qua liên lạc giữa các bộ định tuyến với nhau. Có một số chuẩn cho việc truyền multicast như sau: Đậu Văn Thắng – D13VT6 1 Đồ án tốt nghiệp đại học  RFC 1075 định nghĩa Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP)  RFC 1584 định nghĩa giao thức Multicast Open Shortest Path First (MOSPF), một sự mở rộng cúa OSPF và hỗ trợ 1P Multicast.  RFC 2117 định nghĩa giao thức Protocol Independent Multicast-Sparse Mode (PIM-SM). Địa chỉ multicast Một địa chi multicast cho phép truyền các gói tin tới một tập hợp các thành viên của cùng một nhóm. Một địa chi multicast định danh một nhóm các máy hoặc giao tiếp mạng đại diện cho một nhóm là một địa chi lớp D. 28 bit 1 1 1 0 Multicast Group ID Hình 1.1. Biểu diễn địa chỉ multicast IP multicast sử dụng địa chỉ lớp D từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255 để cho các thiết bị mạng có thể dễ dàng xác định được các địa chỉ multicast bằng cách đọc 4 bit bên trái của một địa chỉ. Bốn bit này của một địa chi multicast luồn luôn bằng 1110. Do không có cơ chế tương đương với giao thức phân giải địa chỉ (ARP) như trong truyền thông unicast, một dạng giá trị đặc biệt dành riêng cho địa chỉ MAC của multicast sẽ được dùng. Các địa chỉ này bắt đầu bằng 01005E, phần 28 bit sau của địa chỉ IP multicast sẽ được ánh xạ vào 23 bit thấp của địa chỉ MAC bằng một giải thuật đơn giản. Hình dưới cho thấy cơ chế ánh xạ địa chỉ. Hình 1.2. Cơ chế ánh xạ địa chỉ multicast sang địa chỉ Ethernet MAC Chỉ có 23 bit cuối của địa chỉ là được chép từ địa chỉ IP sang địa chỉ MAC, có 5 bit của địa chỉ IP là không được chuyển sang địa chỉ multicast. Khả năng này làm cho Đậu Văn Thắng – D13VT6 2 Đồ án tốt nghiệp đại học nảy sinh một vấn đề là có thể có 32 địa chỉ IP khác nhau có thể ánh xạ vào cùng một địa chỉ MAC. Do vấn đề 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 máy trạm phải nhận và kiểm tra tất cả các frame có MAC mà nó quan tâm. Sau đó máy trạm này phải kiểm tra phần địa chỉ IP bên trong mỗi frame để nhận ra phần địa chỉ của từng nhóm multicast. Hình 1.3. Ví dụ minh họa cơ chế ánh xạ địa chỉ IP sang địa chỉ MAC Một số loại địa chỉ dành riêng cho multicast:  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. Bộ định tuyến sẽ không chuyển các gói tin có địa chỉ này. Các địa chỉ bao gồm:  Địa chỉ tất cả các máy trạm: 224.0.0.1  Địa chỉ tất cả các bộ định tuyến: 224.0.0.2  Địa chỉ tất cả các OSPF bộ định tuyến : 224.0.0.5… Đây là địa chỉ các nhóm cố định vì các địa chỉ này được định nghĩa trước.  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 RFC 1918. 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. Đậu Văn Thắng – D13VT6 3 Đồ án tốt nghiệp đại học 1.2. Một số giao thức trong Multicast Multicast và quá trình định tuyến Gửi thông tin chỉ cần một lần duy nhất tới nhiều người có thể tiết kiệm rất nhiều băng thông. Các thông điệp chỉ được nhân bản khi đi qua các bộ định tuyến, và chỉ xảy ra khi bộ định tuyến đó là bộ định tuyến chuyển tiếp thay bộ định tuyến có chứa nhóm cần gửi. Các bộ định tuyến có khả năng multicast chỉ chuyển tiếp các gói tin multicast khi mà có các máy thuộc nhóm multicast nằm trong mạng của nó. Các máy sử dụng giao thức IGMP để thông báo cho bộ định tuyến biết các nhóm multicast nào mà nó tham gia. Nếu các thành viên của nhóm trong cùng một phân đoạn mạng đều rời khỏi nhóm đó thì bộ định tuyến sẽ không chuyển tiếp các gói tin đến phân đoạn mạng này nữa. Bộ định tuyến chỉ nhân bản gói tin IP multicast khi có quá trình rẽ nhánh trong đường đi, còn lại các trường hợp khác bộ định tuyến chỉ gửi một gói tin duy nhất cho mỗi mạng. Các giao thức định tuyến cho multicast gồm có: PIM, MOSPF, DVMRP, … IGMP (Internet Group Management Protocol) Giao thức IGMP phát triển từ giao thức Host Membership Protocol. IGMP phát triển từ IGMPvl (RFC 1112) đến IGMPv2 (RFC 2236) và phiên bản cuối cùng IGMPv3 (RFC 3376). Giao thức quản lý nhóm IGMP là cơ chế truyền thông giữa trạm con và bộ định tuyến gắn trực tiếp với mạng đó. Các thông điệp IGMP được gửi bên trong gói tin IP với trường Protocol Number bằng 2, trong đó trường Time To Live (TTL) có giá trị bằng 1. Các gói IGMP chỉ được truyền trong LAN và không được tiếp tục chuyển sang LAN khác do giá trị TTL của nó. Hai mục đích quan trọng nhất của IGMP là:  Thông báo cho bộ định tuyến multicast rằng có một máy muốn nhận multicast traffic của một nhóm cụ thể.  Thông báo cho bộ định tuyến rằng một có một máy muốn rời một nhóm multicast (nói cách khác, có một máy không còn quan tâm đến việc nhận multicast traffic nữa). Các bộ định tuyến thường dùng IGMP để duy trì thông tin cho từng cổng của bộ định tuyến là những nhóm multicast nào bộ định tuyến cần phải chuyển và những máy trạm nào muốn nhận. 1.2.2.1. IGMPv1 a. Khuôn dạng bản tin Với IGMP phiên bản 1, khuôn dạng bản tin được thể hiện như hình 1.4 Đậu Văn Thắng – D13VT6 4 Đồ án tốt nghiệp đại học Hình 1.4. Khuôn dạng bản tin IGMPv1 Bản tin IGMPv1 gồm 5 trường chính, đặc điểm và ý nghĩa của các trường giá trị được mô tả trong bảng 1.1 Tên trường Version Bảng 1.1: Giá trị của các trường trong IGMPv1 Độ dài Mô tả Chỉ định phiên bản của giao thức và luôn có giá trị là 1 4 bit Xác định 2 kiểu thông điệp được định nghĩa bởi IGMPv1 4 bit - Type = 0x1 : thông điệp truy vấn thành viên Membership Query: Thông điệp truy vấn được gởi từ Bộ định tuyến đến các máy trạm để kiểm tra xem các máy trạm có muộn nhận multicast traffic không. Unused 8 bit - Type = 0x2 : thông điệp báo cáo thành viên Membership Report Type: Thông điệp đăng ký tham gia vào nhóm multicast được gửi từ máy trạm đến bộ định tuyến. Chứa giá trị 0 khi gửi và bị bỏ qua khi nhận Checksum 16 bit Dùng để kiểm tra lỗi trong quá trình truyền dữ liệu 32 bit Được gán về giá trị 0.0.0.0 khi bộ định tuyến gửi gói tin Host Membership Query và được gán giá trị địa chỉ nhóm multicast khi một máy gửi thông điệp Host Membership Report Type Group Address Lưu ý rằng khi kết hợp hai trường version và trường type, giá trị dạng thập lục phân của một gói tin IGMPv1 Host Membership Query sẽ là 0x11 và IGMPv1 Host Membership report là 0x12. Các giá trị này sẽ được so sánh với các giá trị của IGMPv2 Đậu Văn Thắng – D13VT6 5 Đồ án tốt nghiệp đại học b. Hoạt động  Cứ mỗi 60 giây, một bộ định tuyến trên mỗi phân đoạn mạng sẽ gửi truy vấn đến tất cả các máy trạm để kiểm tra xem các máy trạm này có còn quan tâm nhận multicast traffic nữa không? Bộ định tuyến này gọi là bộ định tuyến truy vấn IGMPv1 Querier và chức năng của nó là mời các máy trạm tham gia vào nhóm.  Bộ định tuyến truy vấn IGMPv1 Querier: Để tăng tính dự phòng, ta có thể triển khai nhiều bộ định tuyến multicast trên cùng một mạng. Tuy nhiên nếu tất cả các bộ định tuyến gửi gói tin truy vấn mỗi 60 giây thì sẽ rất lãng phí băng thông . Như vậy, nên có một bộ định tuyến được gán vai trò gửi gói tin truy vấn và truyền lưu lượng multicast vào hoặc ra subnet. Nếu một bộ định tuyến bị down, bộ định tuyến thứ hai có thể đảm nhận trách nhiêm. IGMPv1 thường dựa vào các thông tin định tuyến của multicast để giải quyết vấn đề bầu chọn bộ định tuyến này.  Nếu một máy trạm 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 máy trạm có thể tham gia vào các nhóm multicast ở bất kỳ thời điểm nào. Để tham gia vào một nhóm multicast, một máy trạm sẽ gửi một thông điệp đăng ký tham gia vào nhóm đến bộ định tuyến cục bộ của nó. Thông điệp này có tên là Membership Report IGMP. Thông điệp này sẽ thông báo cho bộ định tuyến về địa chỉ nhóm multicast mà máy trạm muốn tham gia vào. Địa chỉ multicast tượng trưng cho tất cả các máy 224.0.0.1 được dùng như địa chỉ đích. Trong thông điệp này có chứa địa chỉ nhóm multicast.  Tuy nhiên IGMPv1 không có cơ chế để cho phép một máy trạm rời khỏi một nhóm nếu máy trạm đó không còn quan tâm đến nội dung của nhóm multicast đó. Thay vào đó, bộ định tuyến sẽ kết luận là một cổng giao tiếp của nó không còn thuộc về một nhóm multicast nào nếu bộ định tuyến không nhận được thông điệp Membership Report trong ba chu kỳ truy vấn liên tiếp. Điều này có nghĩa là, ở chế độ mặc định, các lưu lượng multicast 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. Đậu Văn Thắng – D13VT6 6 Đồ án tốt nghiệp đại học Ngoài ra, bộ định tuyến không có giữ một danh sách đầy đủ các máy 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. Hình 1.5. Ví dụ minh họa quá trình hoạt động của IGMPv1 1.2.2.2. IGMPv2 a. Khuôn dạng bản tin Với IGMP phiên bản 2, khuôn dạng bản tin được thể hiện như hình 1.6 Hình 1.6. Khuôn dạng bản tin IGMPv2 Bản tin IGMPv1 gồm 4 trường chính, đặc điểm và ý nghĩa của các trường giá trị được mô tả trong bảng 1.2 Bảng 1.2: Các trường trong thông điệp IGMPv2 Tên trường Độ dài Đậu Văn Thắng – D13VT6 Mô tả 7 Đồ án tốt nghiệp đại học Xác định 4 kiểu thông điệp có giá trị: - Type = 0x11: Thông điệp truy cấn thành viên Membership Query, mang 2 nội dung: Thứ nhất thông điệp General Query dùng để xác định nhóm nào trên mạng có thành viên hoạt động. Thứ hai là thông điệp Group-Specific Query dùng để xác định một nhóm multicast cụ thể có thành viên hoạt động. Type 8 bit - Type = 0x12: Thông điệp báo cáo thành viên Membership Report Version 1: Dùng để tương thích với phiên bản IGMPv1 - Type = 0x16: Thông điệp báo cáo thành viên Membership Report Version 2, được gởi bởi thành viên để thông báo cho bộ định tuyến là còn ít nhất một thành viên trên mạng. - Type = 0x17: Thông điệp Leave Group: Được gửi bởi thành viên nhóm nếu nó là thành viên cuối cùng gửi thông điệp membership report. Thông điệp này báo cho bộ định tuyến rằng máy trạm đang rời khỏi nhóm. Maximum Response Time 8 bit Chỉ ra khoảng thời gian tối đa (tính bằng giây) mà một máy trạm có thể phản hồi thông tin truy vấn, chỉ sử dụng trong các thông điệp truy vấn Checksum 16 bit Dùng để kiểm tra lỗi trong quá trình truyền dữ liệu 32 bit Được gán giá trị 0.0.0.0 trong gói tin truy vấn và gán địa chỉ nhóm nếu thông điệp là cho từng nhóm cụ thể. Các thông điệp Host Membership Report hoặc thông điệp Leave Group có thể mang địa chỉ của nhóm trong trường này Group Address b. Hoạt động  Giao thức IGMP phiên bản 2 là sự mở rộng các chức năng của IGMP phiên bản 1 bao gồm:  Một phương thức để xác định bộ định tuyến nào sẽ gửi các thông điệp truy vấn multicast khi có nhiều bộ định tuyến cùng kết nối vào một mạng con.  Một thông điệp mới được sử dụng khi một máy trạm muốn rời nhóm. Đậu Văn Thắng – D13VT6 8 Đồ án tốt nghiệp đại học  Một thông điệp mới cho phép bộ định tuyến truy vấn cho từng nhóm cụ thể thay vì tất cả các nhóm.  Quá trình Leave Nhờ thông điệp Leave Group, Group-Specific Query và Maximum Response Time mà IGMPv2 giảm được việc các bộ định tuyến vẫn gửi truy vấn đến các nhánh mạng dù các máy trạm không quan tâm đển gói multicast Hình 1.7. Ví dụ minh họa quá trình rời nhóm của máy trạm IGMPv2 RFC 2236 khuyến cáo rằng một máy trạm gửi ra một thông điệp rời khỏi nhóm chỉ nếu nó là máy trạm cuối cùng gửi thông điệp membership report. Tuy nhiên phần lớn trong thực tế IGMPv2 đều cho phép một máy trạm gửi ra thông điệp Leave Group khi bất kỳ máy trạm nào rời khỏi nhóm. 1. Trạm 1 gửi một thông điệp rời bỏ nhóm IGMPv2 Leave Group. Địa chỉ đích của gói tin là 224.0.0.2. Đây là địa chỉ của tất cả các multicast bộ định tuyến. Thông điệp này muốn báo rằng “Tôi không muốn nhận multicast traffic của 224.1.1.1”. 2. Bộ định tuyến sẽ gửi ra một thông điệp cho riêng nhóm đó. Bởi vì trạm 1 đã quyết định rời khỏi nhóm 224.1.1.1, Bộ định tuyến quyết định ngừng đẩy lưu lượng của nhóm 224.1.1.1 trên cổng nếu trạm 1 là thành viên cuối cùng của 224.1.1.1. Tuy nhiên, bộ định tuyến cần phải đảm bảo rằng không còn máy trạm nào trên cổng này vẫn cần nhận lưu lượng của nhóm 224.1.1.1. Vì vậy, bộ định tuyến gửi ra một thông điệp để xác định có còn thành viên nào của nhóm 224.1.1.1. Bộ định tuyến dùng địa chỉ đích 224.1.1.1 như là địa chỉ đích trên gói tin sao cho chỉ có các máy trạm là thành viên của nhóm này là nhận thông điệp và trả lời. Thông qua thông điệp này, bộ định tuyến sẽ hỏi Đậu Văn Thắng – D13VT6 9 Đồ án tốt nghiệp đại học các máy trạm còn lại trong nhóm là “Có còn ai muốn nhận muticast traffic cho 224.1.1.1?”. 3. Trạm 3 gửi một thông điệp membership report. Trạm 3 vẫn là một thành viên của nhóm 224.1.1.1. Trạm 3 nghe thông điệp truy vấn theo nhóm và trả lời bằng một thông điệp IGMPv2 report để thông báo cho bộ định tuyến là vẫn còn thành viên của nhóm 224.1.1.1. Bộ định tuyến IGMPv2 lặp lại tiến trình ở bước 2 mỗi lần nó nhận được thông điệp rời bỏ nhóm trong bước 1. Trong ví dụ trên, bộ định tuyến không ngừng việc gửi traffic. Hình 1.8. Ví dụ minh họa quá trình rời nhóm của máy trạm IGMPv2 Trong hình trên Trạm 3 là máy trạm duy nhất còn lại của nhóm 224.1.1.1. Giả sử rằng Trạm 3 cũng muốn rời bỏ khỏi nhóm. Ba bước sau đây sẽ mô tả quá trình khi Trạm 3 rời khỏi nhóm: 1. Trạm 3 gửi ra một thông điệp rời khỏi nhóm IGMPv2 LeaveGroup. Địa chỉ đích của gói tin là 224.0.0.2 để thông báo cho tất cả các bộ định tuyến trên subnet là “Tôi không muốn nhận traffic của nhóm 224.1.1.1”. 2. Bộ định tuyến gửi ra một thông điệp truy vấn cho riêng nhóm đó. Bộ định tuyến nhận thông điệp rời khỏi nhóm từ trạm 3. Bộ định tuyến sẽ gửi các thông điệp truy vấn cho từng nhóm để xác định có còn máy nào vẫn là thành viên của nhóm 224.1.1.1. Bộ định tuyến dùng địa chỉ đích là 224.1.1.1 sao cho chỉ có những máy là thành viên của nhóm này nhận được thông điệp và trả lời. Đậu Văn Thắng – D13VT6 10 Đồ án tốt nghiệp đại học 3. Không có thông điệp report nào là nhận được, vì vậy bộ định tuyến sẽ ngừng đẩy traffic. Bởi vì không còn thành viên nào của nhóm 224.1.1.1. Bộ định tuyến sẽ không nhận được thông điệp trả lời nào cho thông điệp truy vấn trước đây do bộ định tuyến gửi ra. Kết quả là bộ định tuyến sẽ ngừng đẩy multicast traffic của nhóm 224.1.1.1 ra cổng. Mặc định, bộ định tuyến sẽ dùng một giá trị MRT bằng 10 (1 giây) cho các thông điệp truy vấn cho nhóm. Bởi vì một bộ định tuyến phải nhận một thông điệp trả lời cho thông điệp truy vấn theo nhóm trước đây trong khoảng thời gian MRT này, bộ định tuyến sẽ dùng giá trị MRT như là khoảng thời gian để xác định thành viên cuối cùng rời khỏi nhóm. Bộ định tuyến dùng tiến trình sau: 1. Gửi ra một thông điệp truy vấn cho từng nhóm cụ thể khi bộ định tuyến nhận được một thông điệp rời khỏi nhóm. 2. Nếu không có thông điệp report nào nhận được trong khoảng thời gian MRT (Last member query interval), lặp lại bước 1. 3. Lặp lại bước 1 một số lần được chỉ ra trong thông số last member query count. Chỉ số này là số lần các thông điệp truy vấn theo nhóm được gửi trước khi bộ định tuyến kết luận là không còn thành viên nào tích cực trong nhóm. Giá trị mặc định của thông số này bằng 2.Vì vậy thường chỉ mất dưới ba giây để xác định không còn thành viên nào trong nhóm. Trong khi đối với IGMPv1, thời gian này là ba phút. 1.2.2.3. IGMPv3 IGMP phiên bản 3 mở rộng chức năng của IGMPv2 bằng việc hỗ trợ tính năng multicast cho từng nguồn cho phép các máy trạm lọc dữ liệu đi vào dựa trên địa chỉ IP nguồn. Với IGMPv3 có thể có nhiều nguồn cho một dòng dữ liệu multicast vì thế các máy trạm có thể gia nhập nhóm và nhận dữ liệu từ các nguồn gần nhất. IGMPv3 còn cải tiến thông điệp Host Membership Query và thêm phiên bản mới của Host Membership Report.  Lọc dữ liệu là khả năng cho phép một máy trạm chỉ ra nó sẽ nhận nguồn dữ liệu multicast từ địa chỉ nguồn xác định. IMGPv3 cho phép một máy trạm chỉ rõ hai thuộc tính sau đây cho các nhóm multicast cụ thể:  Danh sách các nguồn mà máy trạm nhận dữ liệu.  Danh sách các nguồn mà máy trạm không nhận dữ liệu.  Thông điệp IGMPv3 Host Membership Query có cùng giá trị kiểu và có cùng định dạng với IGMPv2 Host Membership Query ngoại trừ nó thêm một số Đậu Văn Thắng – D13VT6 11