Управление групповым трафиком

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

"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.

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.

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.

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.