Опубликован: 30.07.2013 | Доступ: свободный | Студентов: 1676 / 50 | Длительность: 24:05:00
Лекция 9:

Управление групповым трафиком

Аннотация: Маршрутизация групповых пакетов IP. Необходимость управления групповым вещанием на сетевом и канальном уровнях стека. Протоколы MLDv1 и MLDv2. Теоретико-множественная основа MLDv2.
Ключевые слова: поддержка, ПО, остаток, IP, интерфейс, кадр, канальный уровень, адрес, RFC, отображение, сетевой уровень, маршрутизатор, путь, очередь, список, таблица, минимум, ЛВС, коммутатор, порт, вывод, входной, поле, архитектура, mac, механизмы, надежность, MTU, запрос, группа, стек, анализ, адресация, хост, значение, стоимость, опция, транзитивность, генератор, место, информация, целый, поток информации, действительный, интервал, размерность, длина, пункт, объединение, множества, погрешность, SSM, SFM, универсум, ASM, Пустое множество, Дополнение, плоскость, запись, тип записи, include, пересечение множеств, block, разность множеств, пересечение, таймер, подмножество, блокировка, атрибут, потомок, параметр, верхняя граница, сеть, функция, конфигурация, выражение, точность, счетчик, вероятность, права, сценарий, бит, правила синхронизации, диапазон, мантисса, байт, алгоритм, оптимизация, компромисс, безопасность, подделка сообщений, угроза, злоумышленник, Личность

"Ешь, кума, девятую шанежку — я ведь не считаю". (Пословица)

Между групповым вещанием в IPv4 и IPv6 нет принципиальных отличий благодаря целенаправленной конвергенции их линий развития. Поэтому, даже если читатель не до конца знаком со всеми механизмами группового вещания IPv4, данный раздел не вызовет у него затруднений, потому что он не опирается на знания из IPv4. Как раз наоборот, у такого читателя будет возможность наверстать отставание в данной теме сразу для обеих версий IP.

С приходом IPv6 групповое вещание больше нельзя считать второстепенным механизмом и обходить его вниманием даже при начальном изучении темы — ведь без него IPv6 практически неработоспособен.

"Конструируя" такой важный механизм IPv6, как проколы ND, мы активно применяли групповое вещание, практически не задумываясь над тем, готово ли оно служить нам без каких-либо усилий с нашей стороны. Дабы потом не обнаружилось, что мы построили замок на песке, нам надо уделить немного внимания нашему верному помощнику и убедиться, что у него есть все необходимое для полноценной работы.

Находясь на сетевом уровне стека, мы склонны допустить, что на канальном уровне групповое вещание уже полностью работоспособно. Это естественное предположение, которое опирается на принятую нами модель сетевого стека, и отклонения от него могут быть вызваны только чисто практическими деталями. Но, к сожалению, эти детали слишком серьезны, чтобы обойти их вниманием.

Поэтому давайте для начала вспомним, каким образом устроена поддержка группового вещания на канальном уровне сетевого стека. По этому критерию канальные технологии можно разбить на четыре больших группы.

  • В первой из них канальный уровень поддерживает групповое вещание, по крайней мере, в теории. К примеру, идеальная ЛВС Ethernet готова разослать групповой кадр, как только мы укажем верный адрес назначения MAC, в котором установлен бит I/G. На практике же необходимы различные оговорки. Пока сеть Ethernet реализована как общая шина, групповой кадр попадает на вход ко всем станциям, и задача фильтрации группового трафика ложится на сетевые адаптеры. Это означает, что аппаратные фильтры надо явным образом программировать, а когда число групп превышает возможности фильтра, то остается только отключить фильтр. В коммутируемой сети Ethernet проблема неизбирательной доставки групповых кадров по-прежнему остается, потому что коммутаторы заранее не знают, к каким портам подключены члены данной группы. Чуть позже мы посмотрим, как ее можно решить и чего это будет нам стоить.
  • Во второй группе находятся широковещательные канальные технологии без групповой адресации. Типичный представитель этой группы — ныне вышедшая из употребления ЛВС ARCNET. У каждой станции ARCNET был свой канальный адрес длиной 8 бит. Кроме того, нулевой адрес был широковещательным. Однако групповых адресов канального уровня у ARCNET вообще не было. Поэтому групповые адреса сетевого уровня оставалось транслировать в широковещательный адрес ARCNET. Вполне естественно, что эта группа канальных технологий тоже страдает от неизбирательной доставки группового трафика.
  • Третью группу составляют каналы "точка-точка", в которых вся адресация — неявная, например, PPP. Когда локальный узел передает пакет в такой канал, он тем самым как бы заявляет: "Пакет адресован не мне". Канальный уровень, за неимением других вариантов, делает такой вывод: "Раз не мне, то удаленному узлу". И снова групповой пакет попадает на вход узлу, членство которого в группе возможно, но далеко не гарантировано.
  • Наконец, четвертая группа — это каналы NBMA, в которых полноценное групповое вещание невозможно (см. §5.2). Точнее, в них возможно только ограниченное групповое вещание, когда узел рассматривает канал NBMA как множество каналов "точка-точка" и передает групповой пакет всем своим непосредственным соседям. То, что некоторые узлы канала вообще не получат пакет, хотя они, может быть, и состоят в данной группе, — проблема данного типа каналов, и мы с ней вряд ли что-то можем поделать, не меняя тип канала с NBMA на широковещательный при помощи дополнительного протокола (например, LANE в ATM или VPLS в MPLS). В то же время, и проблема неизбирательной доставки тоже остается, потому что узел-источник не обладает сведениями о членстве соседей в данной группе. Хотя такой режим вещания можно назвать групповым только условно, он может пригодиться, например, хостам для розыска маршрутизатора по умолчанию, так как этот маршрутизатор — всегда сосед хоста (см. §5.2).

Сухой остаток из этого сравнения таков: если канал вообще поддерживает групповое вещание, то он сделает все возможное, чтобы доставить групповой пакет всем членам группы, но он вправе пожертвовать избирательностью, доставив пакет и узлам, в данной группе не состоящим. Поэтому узел обязан фильтровать входящий групповой трафик по адресу назначения на всех доступных ему уровнях стека. Так как возможность фильтровать его на канальном уровне ограничена, в основном из-за рудиментарной групповой адресации, главная доля ответственности ложится здесь на сетевой уровень, то есть IP.

Мы сформулировали это требование фильтрации пакетов на входе для группового трафика, потому что именно о нем сейчас идет речь. Однако на практике то же самое требование справедливо и для индивидуального трафика. Так, хост не должен полагать, что любой входящий пакет адресован именно ему. Хост может получать чужие пакеты по ошибке, например, из-за неправильных или устаревших маршрутов в сети. Требования устойчивости и безопасности в этом случае очевидны: прежде чем принять пакет в обработку, хост должен убедиться, что адрес назначения пакета — действительно его. Приведем аналогию из обычной жизни: перед тем как вскрыть найденный в почтовом ящике конверт, хорошим тоном будет проверить адрес получателя.

Теперь мы можем двинуться вверх по стеку, и наше внимание немедленно привлекает интерфейс между канальным и сетевым уровнями. Общепринятая модель инкапсуляции такова, что превратить групповой кадр в групповой пакет очень просто: достаточно удалить обрамление канального уровня.

Строго говоря, нет абсолютной гарантии, что внутри принятого группового кадра окажется именно групповой, а не индивидуальный пакет. Как мы упоминали в примечании к §5.2, некоторые семейства протоколов за пределами TCP/IP даже пользуются этим трюком, чтобы сэкономить на явном разрешении индивидуальных адресов. К их числу относится, например, ISO.

В то же время, обратная операция может потребовать дополнительных усилий, если канальный уровень поддерживает явную адресацию. Какой канальный адрес назначения мы укажем в групповом кадре? Как раз здесь нам пригодятся правила разрешения групповых адресов IPv6 для данного типа канальной инкапсуляции, а они заведомо локальны и сводятся к какому-то вычислению (cм. §4.1.1). Скажем, в ARCNET любой групповой адрес IPv6 превратится в адрес 0 [§7 RFC 2497], а в Ethernet это будет полученный подстановкой битов адрес 33 33 XX XX XX XX [§7 RFC 2464]. Хотя даже в последнем случае отображение адресов далеко от взаимной однозначности, это не вызовет проблем благодаря обязательной фильтрации на входе.

На этот аспект можно посмотреть и с другой стороны: потеря информации при разрешении групповых адресов IP в канальные адреса — еще одна весомая причина фильтровать входящие групповые пакеты по их адресу назначения. Это касается не только IPv6, но и IPv4. Так, групповой адрес IPv4 тоже отображается с потерей битов, например, в тот же нулевой адрес ARCNET [§4.3 RFC 1201] или в адрес MAC 48 01-00-5E-XX-XX-XX [§6.4 RFC 1112].

Наконец мы снова вынырнули на сетевой уровень. Здесь задача группового вещания IPv6 сводится к трем очевидным подзадачам, которые уже знакомы нам по индивидуальной передаче:

  1. передача в пределах канала;
  2. прием;
  3. маршрутизация.

С передачей по каналу мы уже практически разобрались. Передающий узел (источник или маршрутизатор) выбирает по каким-то правилам выходной сетевой интерфейс, а затем просто отдает групповой пакет в ведение соответствующего канального модуля. Тот, если нужно, вычисляет канальный адрес назначения и — в добрый путь!

Процедура группового приема сложнее, потому что требует предварительной подготовки. Мы не раз повторяли фразу о том, что узел должен вступить в некую группу Г на сетевом интерфейсе И. Пришло время посмотреть, что за этим стоит на самом деле. В первую очередь, это означает: настроить входные фильтры канального и сетевого уровней так, чтобы адресованные группе Г пакеты, войдя через интерфейс И, достигали локального уровня IP и принимались им в обработку. На поверхности это выглядит так: узел вносит адрес Г в список групп данного сетевого интерфейса И. Поскольку членство в группах динамическое, то необходима и обратная операция, то есть покинуть группу, убрав адрес Г из списка групп на интерфейсе И.

В групповом вещании IP передача и прием — операции независимые, так что вещать группе вполне может узел, в ней не состоящий. Членство в группе влияет только на прием.

Сергей Субботин
Сергей Субботин

"Теоретически канал с адресацией EUI 64 может соединить порядка 2^63 "

запись вида 2^63  не понятна и отнимает время на попытку ее осмыслить.

ее можно заменить например на записи вида  264  или 1,8 * 1019

 

Павел Афиногенов
Павел Афиногенов

Курс IPv6, в тексте имеются ссылки на параграфы. Разбиения курса на параграфы нет.

Дмитрий Сирош
Дмитрий Сирош
Украина, Черкассы
Игорь Акулич
Игорь Акулич
Россия, с. Самара