主流多播路由协议比较

主流多播路由协议比较

多播路由协议根据IGMP维护的多播组成员关系信息，解决多个特定路由器间多播数据转发问题。常见的构造思路是在多播成员之间运用一定的多播路由算法构造多播扩展树，实现多播数据报的转发，扩展树连接了多播组中所有主机。不同的多播路由协议使用不同技术构造扩展树。

IP多播路由协议有两种类型：第一种假设多播组成员在网络中密集分布，并且带宽足够大，这种密集模式组播路由协议采用洪泛技术将数据推向所有的路由器，因而不适用于大规模的网络。目前密集模式下的常见协议有距离矢量多播路由协议DVMRP ( Distance Vector Multicast Routing Protocol) 、MOSPF ( Multicast Open Shortest Path First )和PIM- DM(Protocol Independent Multicast- Dense Mode)；第二种假设组成员在网络中稀疏分布，或没有足够带宽，广播就会浪费大量网络

带宽。稀疏模式(S M)多播路由协议必须进行路由选择来构造多播树。稀疏模式下的协议有PIM- SM ( Protocol Independent Multicast Sparse Mode) 和CBT ( Core Based Tree)，下面从原理上分析

这5种多播路由协议的优缺点。

1)DVMRP：

DVMRP使用DV路由算法来支持RPM 算法、定时的路由更新策略“剪枝”机制和可靠的“嫁接”机制，常和隧道技术(Tunnel)相结合以构造Internet上的MBone。在实际的网络上实施起来比较简单，对路由器处理信息的要求不高。它周期性地发送多播路由更新，扩展性很差，而且采用周期性的扩散和剪枝机制，路由器中状态的数量太多。应用了DV ( 距离矢量) 算法，所以存在DV 算法中慢收敛和无穷计算的问题。每个路由器存储了大量的路由信息，伸缩性差，需要周期性的扩散机制来重新构造多播树。

2)MOSPF：

MOSPF是一种基于链路状态的路由协议，使用点到点的链路状态数据库，每个区域内链路

状态数据库一致，路由器无需发送任何控制分组，就可以通过链路状态表计算组中每个数据源的SPT，而且所有路由器计算的结果一致。不存在DVMRP协议中的路由控制开销问题，链路利用

率比较高。按需执行路由算法，只有路由器收到数据源的第一个分组时，才利用Dijkstra算法计

算SPT，进一步提高了路由性能。Dijkstra算法的计算量随着组的扩大而飞速增长，所以很有可能破坏路由器，它的扩展性也较差。而且依赖于点到点的路由协议，很难适应广域网上的多点通信；定期扩散路由控制信息限制了组的规模。

3)PIM-DM：

PIM-DM属于数据驱动型协议，使用SPT来构建多播树。直接使用单播路由算法给出的路由表转发数据，但独立于单播协议，在它的实现中使用了状态机的思想，并有相应的定时器。直接使用单播路由算法给出的路由表转发数据，可以和所有的单播路由协议协同工作，可扩充性较好。属于密集模式，有着密集模式多播协议的缺点：组播成员密布在整个网络上，即许多子网至少包含一个成员，带宽很充裕，它采用洪泛技术把信息传播到网络的所有路由器，适用网络规模不大。它有比DVMRP 好得多的扩展性能，因为不用发送单独的多播路由更新，而且使用单播路由表

来执行RPF校验。同时，它的状态刷新机制也防止了剪枝状态的超时，避免了不必要的信息周期性扩散。

4)PIM-SM：

PIM-SM由RP来连接发送者和接收者。源发送数据到RP，再由RP发送到组中；接收者接收

数据时，需要先向RP注册。当数据流量达到一定闭值时，由共享树向SPT树转换。有着稀疏模式协议的缺点：适用于组播组成员稀疏地分布在整个网络，并且未必有充裕的带宽可用的情况。使用显式加入模型，因此多播信息被更好地约束在确实需要它的网络部分。而且，它也消除了扩散和剪枝协议的低效率问题。所以，它的可扩展性较好。

5)CBT：

只需要为每个活动的组存储路由信息，一旦核心路由器确定，不在CBT上的路由器就可向核心路由器发送加入请求报文，再由核心路由器在每一跳建立路由表，而且第一个分组不需要在全网扩散。CBT不依赖于多播或单播的路由表，可伸缩性好、协议简单、存储开销小，不对非树上的路由器造成任何影响，也不需要它们保存任何信息，不需要参与树的维护。显式地加入组。但容易存在核心的单失败点问题，容易导致通信量的集中和核心路由器附近的瓶颈。在源和目的节点间的路径不一定是最短路径，不是动态自适应的(PIM-SM这点上做得很好)。数据是双向流动的，无法处理数据的循环。能把多播状态优化到组的数量级，这也是CBT相对于SPT树的最大优势所在。

虽然IP多播技术发展较快，且大多数路由器能支持多播，但要想大规模推广，还得在这些方面努力。以下问题决定了多播技术还需进一步完善：

1) 无连接机制无法提供服务质量和安全保证。

2) 多播对成员的管理非常松散，无法提供一种对成员的有效管理及认证机制。

3) 多播网络是一个随着多播源和组成员的变化而动态变化的网络，多播流量无法控制和预计，多播采用的UDP技术没有内在的拥塞避免机制。

4) 启动多播功能对网络设备及运维要求较高，这是由于多播功能的实现需要所有的路由器都必须支持和启动多播功能的缘故。

5) 路由协议的协同工作问题。由于不同厂家产品实施协议的具体方式不同，各种路由协议之间如果没有统一标准，很难协同工作。

多播路由协议的实现现在还主要处于实验阶段，主要是由于连接网络的路由器不支持多播数据的转发，存在以上问题。关于多播路由技术的应用还限于实验室或小型局域网中使用，相信随着网络技术的进一步发展，多播与多播路由技术将发挥巨大的作用，并改变计算机网络的体系结构。