工业以太网组播技术分析

   2023-06-09 工业品商城368
核心提示:Multicast,英文原文是Multicast,也有人翻译成multicast。 它是IP网络中三种通信方式之一(另外两种是broadcast-Broadcast,点对点通信也叫unicast-Unicast)。 在工业现场总线和工业以太网的应用环境中,组播技术是目前最常用的保证属于同一通信主站的多个通信从站能够实时接收到主站报文的方法。 相同的信息,即各个从站

Multicast,英文原文是Multicast,也有人翻译成multicast。 它是IP网络中三种通信方式之一(另外两种是broadcast-Broadcast,点对点通信也叫unicast-Unicast)。 在工业现场总线和工业以太网的应用环境中,组播技术是目前最常用的保证属于同一通信主站的多个通信从站能够实时接收到主站报文的方法。 相同的信息,即各个从站收到信息的时刻是比较一致的。

组播技术主要依靠使用某个组播地址(包括多个目的地址)作为信息的目的地址,并采用最高效的传输策略:信息只需要在每条网络链路上传输一次,只有当信息到达时才会被复制 路径叉。 那么组播技术是如何管理由多个目的地址组成的组播组的呢? 以下常见的组播技术协议都有相关规定:互联网组管理协议

(IGMP)、协议独立组播(PIM)、距离向量组播路由协议(DVMRP)、组播OSPF(MOSPF)、组播BGP(MBGP)、组播源发现协议 (MSDP) 和多播侦听器发现 (MLD)。 限于篇幅,先介绍一下IGMP-Internet Group Management Protocol,即互联网组管理协议,因为这是几乎所有工业以太网交换产品都支持的组播技术,也是最常用的组播技术。

IP主机与其直接邻居组播代理之间使用Internet组管理协议,支持临时组播组地址的分配和组播组成员的增删。IP 多播定义为将 IP 数据报(数据包)传输到“(目标)主机组”,即由单个 IP 目标地址标识的零个或多个主机的“组”。 多播数据报以与常规单播 IP 数据报相同的“best effort-UDP”安全性传送到其目标主机组的所有成员,即不保证数据报到达目标组的所有成员,或不在 与其他数据报的顺序相同。主机组中的成员是动态的; 也就是说,主持人可以随时加入和离开群组。 主机组中成员的数量或位置没有限制,但成员资格仅限于具有专用访问密钥的主机。 一个主机可能同时是多个组的成员。 主机可以向它发送数据报,即使它不是组的成员。主机组可以是永久的或临时的。永久组具有众所周知的、官方分配的 IP 地址。 是地址,不是组成员,即永久; 在任何时候,永久组都可能有很多成员,甚至可能有零个成员。 另一方面,临时组在应主机请求创建时会动态分配一个地址。当其成员资格降至零且临时组解散时,可以重新分配其地址。 创建临时组和维护组成员信息是“多播代理”(存在于 Internet 网关或其他专用主机中的实体)的责任。 至少一个多播代理直接连接到每个支持IP多播的IP网络或子网。 主机通过与邻居代理交换消息来请求创建新组、加入或离开现有组。 多播代理还负责多播 IP 数据报的 Internet 网络传输。 发送多播 IP 数据报时,主机将其发送到 LAN 多播地址,该地址标识属于目标主机组成员的所有邻居。 如果该组在其他网络上有成员,则多播代理成为本地多播的辅助接收者,并通过 Internet 网关系统将数据报中继到其他网络上的代理。 最后,另一个网络上的代理将数据报作为本地多播广播到它们自己目标组的相邻成员。

目前市场上在现场使用的工业以太网交换设备绝大多数是二层交换设备,即不支持刚才提到的组播技术等三层技术。 所有这些工业以太网交换机都使用 IGMP 侦听技术——通过动态配置第 2 层端口来抑制组播流量的泛滥,从而确保组播流量仅转发到那些与 IP 组播设备关联的端口。 顾名思义,IGMP snooping需要工业以太网交换机监听主机与三层设备之间的IGMP传输意图,记录组播组及其成员的端口。 当工业以太网交换机收到主机的 IGMP 报告加入特定组播组报告时,交换机会在其转发表中添加主机所连接的端口号; 当工业以太网交换机收到主机报告要离开特定组播组时,它会从这个条目中删除它所连接的交换机的端口号。 如果交换机没有收到来自多播客户端的 IGMP 多播成员报告,它也会定期删除其多播组成员条目。 网络中的三层交换设备,如三层交换机或路由器,会周期性地向所有VLAN(Virtual Local Area Networks)发送IGMP通用查询。 一旦工业以太网交换机上的IGMP snooping功能被开启,交换机会根据被连接设备基于MAC组播组的加入请求,响应三层交换设备的查询,针对每个VLAN和每个MAC组播 组在其转发条目中创建相应的条目。


 
 
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