1多播發(fā)展簡介
　　隨著Internet的發(fā)展，視頻廣播、視頻會議等應用迅速增加。其中大部分應用需要通過一對多或多對多的通信方式來完成,，并且在傳輸數(shù)據(jù)的同時，需要服務質(zhì)量" title="服務質(zhì)量">服務質(zhì)量QoS(Quality of Service)保障,。因此,，多播技術的應用和QoS的支持成為網(wǎng)絡應用拓展的重要因素。
　　多協(xié)議標簽交換MPLS(Multi Protocol Label Swit-ching)^[1]作為IETF的一個標準,，很有可能成為下一代主干網(wǎng)絡的主要傳輸方式,。它對帶寬控制和QoS保障提供了很好的支持。整合多播與MPLS不僅可以加強網(wǎng)絡性能的發(fā)揮,，而且有利于多播的拓展和應用,。
　　本文提出了使用逆向多播樹算法在MPLS上構建多播應用的方法，使用定源多播SSM(Source Specific Multicast)協(xié)議構建多播樹,，即從葉子節(jié)點到根節(jié)點逆向構建多播樹,。
2 MPLS與多播相結合的問題與解決
　　IETF提出了關于如何在MPLS域內(nèi)構建多播的整體框架^[2],。將所有標準多播協(xié)議以MPLS的方式進行了分析,，并且考慮了MPLS下多播的特性，如聚集,、洪泛和剪枝等,。指出要在MPLS下實現(xiàn)多播就意味著實現(xiàn)一對多的標簽交換路徑LSP(Label Switched Path)或者多對多的LSP，而目前的MPLS只提供了一對一的LSP,。
　　解決方法之一是使用映射方法,，將一對多的LSP映射為多組一對一的LSP。使用該方法在MPLS域內(nèi)構建稀疏模式多播協(xié)議PIM-SM" title="PIM-SM">PIM-SM(Protocol Independent Multicast-Sparse Mode)^[3],，需要使用加入/剪枝信息構建LSP多播樹,。將邊界路由器LER(Label Edged Router)作為多播組的集合點RP(Rendezvous Point)，當入口LER接收到加入請求后,，將請求轉(zhuǎn)發(fā)至RP,。RP在多播轉(zhuǎn)發(fā)表MFT(Multicast Forwarding Table)內(nèi)加入記錄，新記錄為指向新加入LER的LSP,。標簽交換路由LSR器(Label Switched Router)只需要按照標簽進行轉(zhuǎn)發(fā),，不需要保存多播組狀態(tài)。但是,，該方法存在嚴重的隱患：當有大量的活動組存在于域內(nèi)時,，很有可能導致標簽不足,；而且，MFT的體積會隨著多播組的增加不斷增大,。隨之而來的是路由器內(nèi)存消耗的迅速上升,、查表時間的延長和轉(zhuǎn)發(fā)速度的下降。
　　為減少路由器內(nèi)保存的多" title="的多">的多播組狀態(tài)數(shù)和MFT的體積,，提出了聚集多播樹(Aggregated Multicast)算法,。該算法并不需要為每個多播組建立相應的多播樹，而是用一棵聚集樹支持多個多播組,。文獻^[4]以此方法為基礎構建MPLS上可靠多播應用,，即當有鏈路" title="鏈路">鏈路斷開時，該聚集樹失效,，由后備鏈路重新組合生成新的聚集樹,，以提高多播傳遞的可靠性。但是某個多播組很可能與聚集樹并不完全匹配,，可能發(fā)生多播信息被傳送到一些節(jié)點,，而這些節(jié)點并非該多播組的成員，從而造成帶寬的浪費,。
　　文獻^[5]中通過第2層的支持實現(xiàn)了MPLS廣播機制,，并對其進行了擴展，使其在MPLS域內(nèi)支持稠密模式(Dense Mode)的多播通信,。但稠密模式本身就會造成帶寬的浪費,。
3 逆向多播樹構建算法
　　聚集樹算法會在部分枝節(jié)點處產(chǎn)生帶寬的浪費，PIM-SM的實施會消耗過多的資源,。于是本文采用了仿SSM多播路由協(xié)議的方法,，通過逆向構建多播樹在MPLS域內(nèi)實施多播。
3.1 通過質(zhì)數(shù)法則聚集標簽
　　為實現(xiàn)多播信息在路由器內(nèi)的復制轉(zhuǎn)發(fā),，對每個路由器添加多播轉(zhuǎn)發(fā)表MFT,。每個表中包含該路由器的接口號IFID(Interface ID)以及通過該接口轉(zhuǎn)發(fā)的多播組的聚集標簽號AMID(Aggregated Multicast Group ID)。這里使用了標簽聚集算法,，使MFT的體積不會隨著多播組的增加而變大,，一直保持常量，其數(shù)目為該路由器的接口數(shù),。為了使一個聚集標簽號代表多個多播組,，為每個多播組分配一個組標簽號GID(Group ID)，并且要求該標簽號必須為質(zhì)數(shù),。把從同一個接口轉(zhuǎn)發(fā)的多播組標簽號的乘積作為該接口的AMID,。
　　公式1：
　　設有質(zhì)數(shù)GID1，GID2，GID3,，GID4,。
　　乘積AMID1= GID1*GID2*GID4，必不可被GID3整除,，必可被GID1,、GID2、GID4中任意一個數(shù)整除,，這是由質(zhì)數(shù)本身的特點決定的,。
　　因此，以組GID能否整除聚集標簽號AMID來判斷是否需要向接口發(fā)送來自于多播組GID的多播信息,。以樹形結構表示某MPLS域內(nèi)的多播拓撲結構,，如圖1所示。多播組G1,、G2,、G3的多播源主機通過LSR1連接到MPLS域，LSR3連接著多播組G1和G3的組成員,，LSR4連接著多播組G1和G2的組成員,。
　　假定多播組G1、G2,、G3都已經(jīng)分配了多播組標簽號GID,，分別為質(zhì)數(shù)2、3,、5,，則如圖1中所示，可得到LSR2內(nèi)MFT表,，如表1所示,。

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3.2 逆向構建多播樹
　　多播源發(fā)送建立信息至相連的LER,，該LER為其分配一個組標簽GID,，LER內(nèi)部保存GLT(Group Label Table)表。表內(nèi)包括：多播源S,、多播組G,、多播組在該MPLS域內(nèi)的組標志號GID，并保證S,、G,、GID在該MPLS域內(nèi)一一對應。當LER為某多播組分配好GID后,，即通過相連的LER廣播該GID,，防止相同的GID被分配給不同的多播組。
　　多播組成員發(fā)送加入請求、申請加入多播組時,，請求經(jīng)過的從葉子節(jié)點到根節(jié)點的路徑就成為多播樹的一部分,。多播源將按照該路徑自上而下發(fā)送多播信息。因此,，新成員加入多播組的過程即為樹枝節(jié)點內(nèi)MFT建立的過程,，亦為多播樹建立的過程。
　　(1)加入多插組,。逆向構建多播樹算法,，類似于SSM協(xié)議。組成員發(fā)送的加入請求到達LER后,，LER分析該數(shù)據(jù)內(nèi)的多播組地址,，然后查找LER內(nèi)部的GLT表，找到該多播組的源地址S,，按照指向該地址的LSP把數(shù)據(jù)包發(fā)往該多播樹的根節(jié)點——多播源,。LSR從接口i接收到加入請求后，從數(shù)據(jù)包中提取組信息GID,，然后在MFT中對該接口i對應的AMID進行檢查和更新：
　　If(mod(AMID[i],，GID)!=0))
　　AMID[i]=AMID[i]*GID；
　　如果GID可以整除AMID[i],，則說明該接口會將GID代表的多播組信息從該接口轉(zhuǎn)發(fā)出去,；否則，更新該AMID[i],，與新GID作乘法運算,。
　　(2)多播數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。MPLS網(wǎng)絡中,，單播包和多播包被賦予不同的標簽號,。當LER收到多播源發(fā)送的數(shù)據(jù)包后，即查找GLT表,，將對應的GID壓入數(shù)據(jù)包,。然后，采取與LSR相同的操作——查找MFT,，判斷該從哪些接口向外發(fā)送該包,。方法如下：
　　/*n為路由器接口數(shù)，從0到n-2為n-1個接口(除去接收多播包的接口)*/
　　for(int i=0,；i＜n-1,；i++)　　/*當該接口的AMID非默認值時，AMID默認值為1*/
　　if(AMID[i]!=1)
　　if(mod(AMID[i],，GID)==0)
　　Send(Packet,，IFID[i]),；
　　參照公式1，由于所有GID為質(zhì)數(shù),，AMID為若干質(zhì)數(shù)的乘積,，所以AMID一定不會被其他質(zhì)數(shù)整除。當AMID可以被GID整除時,，該AMID對應的接口一定為該GID所屬多播組的多播數(shù)據(jù)經(jīng)過的接口,。
　　如圖1所示，當LSR2從接口1接收到GID為5的多播包后,，即計算mod(10,，5)=0；mod(6,，5)=1,。因此，判斷該包應該從接口2傳至LSR3,。
　　(3)退出多播組,。當葉子節(jié)點想要退出多播組時，發(fā)送退出信息至與它連接的LER,。LER查找GLT,，將該多播組對應的標簽號GID壓入退出數(shù)據(jù)包，并沿LSP傳至該多播源,。當LSR接收到退出信息時,，會更新它的MFT。方法如下：
　　If(mod(AMID[i],，GID)==0)
　　AMID[i]=AMID[i]/GID,；
　　即使該接口對應的AMID[i]不再可以被GID整除。當一個LSR所有下游接口都返回退出信息時,，該節(jié)點向上游節(jié)點發(fā)送退出信息,。
4 數(shù)值分析與仿真
4.1 質(zhì)數(shù)耗盡問題
　　由于MPLS域內(nèi)采取20bit作為傳輸標記。所以,，質(zhì)數(shù)的數(shù)量是否會由于多播組的增加被用盡是個需要考慮的問題,。為此，計算100～1 000內(nèi)質(zhì)數(shù)分布,，得到的質(zhì)數(shù)分布圖如圖2所示,。可以看出質(zhì)數(shù)隨著自然數(shù)增大逐漸增多,。

4.2 逆向法與稀疏模式法比較
　　與MPLS上建立PIM-SM多播樹方法相比，逆向構建多播樹算法可以節(jié)省轉(zhuǎn)發(fā)表體積,，減少查詢時間,。假設一個LSR節(jié)點有n個接口，該域內(nèi)有m個多播組。則最壞的情況下,，轉(zhuǎn)發(fā)表體積為TableSize=n*m,，而逆向構建算法的MFT始終保持MFTableSize=n。逆向構建多播樹不需要RP節(jié)點的支持,。在MPLS域間,，多播組標簽號、多播組和多播源分別一一對應,。

4.3 逆向法與傳統(tǒng)聚集法比較
　　與聚集多播樹相比,，逆向構建多播樹不需要核心控制節(jié)點生成聚集樹，并且可以節(jié)省大量帶寬,。為更好地說明問題,，擴展網(wǎng)絡仿真工具jns^[6]對聚集樹算法和逆向構建多播樹算法進行仿真。仿真拓撲結構如圖1所示,，通過收集LSR3和LSR4在兩種不同多播算法下的流量來比較帶寬使用情況,。
　　在聚集多播樹算法下，LSR2節(jié)點把G1,、G2,、G3多播組的信息分別傳遞給LSR3和LSR4。因此,，對于聚集樹算法,，通過節(jié)點LSR3與LSR4的流量是相同的。在逆向構建多播樹算法下,，LSR2只把G1和G2多播組的信息傳給LSR3,，把G1、G3多播組的信息傳給LSR4,。
　　兩種算法下LSR3與LSR4多播流量對比分別如圖3和圖4所示,。從圖3、圖4中可以看出,，在完成同樣的多播信息的傳遞與接收時,，使用逆向構建多播樹算法，經(jīng)過LSR3,、LSR4兩個節(jié)點的多播流量明顯低于聚集樹算法,。因此，使用逆向建立多播樹算法可以有效地節(jié)省帶寬,。