The Cable Guy - 2003年6月

Windows Server 2003可靠的多播协议组件

作者：The Cable Guy

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除了单播和广播支持，Internet协议（IP）（第4版）还提供一种发送和接收IP多播流量的机制。IP多播流量是一种一对多的传送过程，比单播流量更加高效（您不必向每个接收者发送一个单独的数据包）。而且和广播流量不同，多播流量通过路由器进行转发。有关IP多播的概述，请参见IP多播概述（The Cable Guy于2002年2月发表的专栏）。

典型的多播数据流使用用户数据报协议（UDP）进行发送。之所以没有使用传输控制协议（TCP），是因为TCP针对单播数据流而设计。通过UDP发送的多播数据流原本就不可靠，因为UDP不提供有保障的传输或被丢失数据包的重新传输。除非上层协议提供了可靠性，否则基于UDP的多播数据流中丢失的数据包就无法被检测或恢复。

Internet工程任务组（IETF）可靠多播传输工作组的使命就是创建一组标准，用以从一个或多个发送者向多个接收者传输可靠的数据流。有许多协议标准可在传输或应用层提供可靠的多播传输。现有的可靠多播协议可归为以下几个类别：

1. 仅否定应答（NACK）

   接收者使用NACK数据包向发送者请求重传多播数据流中丢失的数据包。NACK-only协议不需要来自网络中的路由器的任何附加支持。

2. 基于树的应答（acknowledgement，ACK）

   接收者使用肯定应答来表明成功接收的多播数据包。

3. 异步分层编码（Asynchronous Layered Coding，ALC）

   发送者提供转发错误纠正（forward error correction，FEC）——其中不带来自接收方或网络路由器的消息。

4. 路由器辅助

   接收方使用NACK数据包。 网络中的路由器辅助丢失数据包的重传。

本页内容

实用通用多播（Pragmatic General Multicast，PGM）概述
PGM包
添加和使用可靠的多播协议
PGM和可靠多播协议是如何工作的
更多信息

实用通用多播（Pragmatic General Multicast，PGM）概述

实用通用多播（PGM）是RFC 3208中描述的一种路由器辅助类型的可靠的多播协议。支持PGM的接收者使用NACK包来请求重传丢失的数据包。网络中支持PGM的路由器定义了一个逻辑PGM拓扑结构，并且能够帮助恢复丢失的数据包，即代表发送者发送这些丢失的数据包。PGM拓扑结构重叠在物理IP互联网络之上。PGM路由器定义了发送者及其接收者之间的一系列PGM跳（hop）。虽然RFC 3208中定义了PGM路由器，但是它并不是必需的。网络的PGM拓扑可以由发送者和接收者之间的单个逻辑跳（hop）组成。

PGM没有提供用于多播数据流的所有TCP功能。例如，PGM没有提供发送或接收方的流控制、字节流窗口或拥塞控制。PGM为支持PGM的应用程序提供了基本的可靠性。

PGM是一种传输层多播协议，它使用协议号113直接运行在IP上。它没有对自己的消息或多播数据传输使用TCP或UDP。PGM是Windows Server 2003系列所支持的唯一可靠的多播协议。下图显示了Windows Server 2003的TCP/IP体系结构中的PGM和其他组件之间的关系。

有关Windows网络体系结构的更多信息，请参见Windows 2000网络体系结构。

PGM包

RFC 3208定义了以下类型的PGM：

• 源路径消息（Source Path Messages，SPM）

• 原始数据(ODATA)

• 重传数据(RDATA)

• 否定应答(NAK)

• NAK确认(NCF)

SPM、NCF和RDATA数据包包含“IP路由器警报”选项。下图显示了PGM包的基本结构。上层协议数据单元（protocol data unit，PDU）是由支持PGM的应用程序发送的。

注意： 由于PGM没有提供数据源身份验证或数据完整性，因此建议仅在专用intranet上使用它。

源路由消息（SPM）包

SPM由发送者定期发送，以便向网络中的PGM路由器提供PGM拓扑确定信息。SPM包括一个传输窗口和前一跳PGM路由器的地址。传输窗口是对重传过程可用的数据范围。前一跳PGM路由器的地址需要用于请求数据重传。

原始数据（ODATA）和重传数据（RDATA）数据包

ODATA包以发送者最初发送的形式（即按原样）包含多播数据流中的数据。由于PGM提供可靠的多播传输，ODATA报头具有多个与TCP报头中的相应字段类似的字段，包括如下：

• Source Port（源端口）

  一个16位的字段，用于识别发送者进程。

• Destination Port（目标端口）

  一个16位的字段，用于识别接收者进程。

• Checksum（校验和）

  一个16位的字段，用于检验ODATA报头和上层协议数据单元（PDU）的位级（bit-level）完整性。与TCP或UDP校验和不同，PGM校验和没有在校验和计算中整合IP报头中的字段。

• Data Packet Sequence Number（数据包序列号）

  一个32位的字段，它包含由发送者分配给该包的序列号。接收者使用Data Packet Sequence Number字段来检测多播数据流中丢失的数据包。

RDATA数据包用于重传的多播数据。RDATA数据包和ODATA数据包使用相同的报头和字段。ODATA和RDATA报头中的Type（类型）字段将ODATA数据包和RDATA数据包区别开来。RDATA数据包是由发送者或由指定的本地修复者（Designated Local Repairer，DLR）发送的。 DLR能够代表发送者重传多播数据流中的包。

否定应答（NAK）和NAK确认（NCF）包

接收者向它最近一跳的PGM路由器发送一个NAK包来请求一个丢失的数据包，这个丢失的数据包通过它的数据包序列号进行识别。PGM路由器通过向NAK的发送者发送一个NCF包来确认它接收到了该NAK。然后这个PGM向它的下一个最近的PGM路由器发送该NAK数据包。该PGM又使用一个NCF数据包进行响应。这个NAK和NCF数据包交换过程将继续针对每一个PGM跳进行下去，直至到达上游的发送者或某个DLR。

NAK和NCF报头中的关键字段如下：

• Requested Sequence Number（请求的序列号）

  对于NAK数据包，这个字段就是需要重传的数据包的序列号。 对于NCF数据包，这个字段就是正在被确认的NAK的序列号。

• Source Network Layer Address（源网络层地址）

  丢失的数据的最初发送者的单播IP地址。

添加和使用可靠的多播协议

为了在运行Windows Server 2003系列的成员之一的计算机上使用PGM，您必须添加“可靠的多播协议”组件并创建支持PGM的应用程序。

添加可靠主播协议

为了向某个连接添加可靠的多播协议，请完成以下步骤：

1. 单击**“开始”，单击“控制面板”，然后双击“网络连接”**。

2. 在**“网络连接”中，右键单击该连接，然后单击“属性”**。

3. 在该连接的属性对话框中，单击**“安装”**。

4. 在**“选择网络组件类型”中，双击“协议”**。

5. 在**“网络协议”中，单击“可靠多播协议”，然后单击“确定”**。

6. 要保存对连接属性所作的更改，请单击**“关闭”**。

“可靠多播协议”组件将出现在该连接正在使用的项的列表中，不过没有可配置的属性。 “可靠的多播协议”的驱动程序为Rmcast.sys，位于systemroot\System32\Drivers文件夹中。

编写支持PGM的应用程序

为了使用PGM，应用程序必须使用Windows Socket和PGM socket（套接字）选项。发送者应用程序使用Windows Socket来创建一个PGM数据包，将该socket绑定到任何地址，然后连接到多播组地址。接收者应用程序使用Windows Socket来创一个PGM数据包，将该socket绑定到多播组地址，对新的socket进行侦听，然后使用**accept()**函数来获得PGM会话的一个socket句柄。 有关使用Windows Socket来创建支持PGM的发送者和接收者应用程序的更多信息，请参见可靠多播编程（PGM）。

使用PGM的Microsoft产品包括Message Queuing（也称为MSMQ）和Automated Deployment Services（自动部署服务，ADS）。

注意： 应用程序必须运行在一个拥有管理员特权的帐户之下才能充当PGM发送者，才能接收相同多播会话的两个以上的流。

PGM和可靠多播协议是如何工作的

接收者采用以下步骤：

1. 多播应用程序使用适当的可靠多播socket选项来打开一个侦听socket（listen socket）。

2. 接收者发送一个Internet Group Management Protocol（IGMP）Membership Report（Internet组管理协议成员报告）消息，向本地路由器通知接收者在该多播组中的成员关系。

发送者采用以下步骤：

1. 多播应用程序使用适当的可靠多播socket选项来打开一个发送socket。

2. 多播应用程序开始发送数据。 ODATA数据包从序列号0开始发送，后续的ODATA包的序列号递增1。

3. ODATA数据包由支持多播的路由器从整个IPv4互联网络上转发到包含组成员的子网。

接收者采用以下步骤请求多播数据流中的某个丢失的数据包：

1. 如果检测到一个丢失的数据包，多播组成员将向最近的PGM路由器发送一个单播NAK数据包。

2. 这个PGM路由器将使用一个NCF数据包进行响应，以确认它接收到了该NAK。

3. 路由器向客户端发送一个NCF来确认它接收到了该NAK。这个过程将逐跳重复，直至到达数据发送者或DLR。

4. 发送者或DLR发送一个RDATA数据包用以替代原先丢失的ODATA数据包所丢失的数据。

如果网络中没有支持PGM的路由器，NAK将发送到发送者或DLR。

为了维持对PGM逻辑拓扑结构的感知，发送者将定期发送一个SPM数据包，其中包含它们自己的序列号。SPM序列号按整数单位逐一递增，用于检测SPM数据包的丢失情况。SPM还包含对应于数据流的前沿（leading edge）和后沿（trailing edge）序列号。前沿序列号向接收客户端指定应该已经接收的数据包。后沿是能够请求重传的最旧的数据包。

更多信息

更多关于IP多播和可靠的多播的信息，请参考以下资源：

• Windows 2000 Server资源包的IP多播支持章节

• IP多播概述（The Cable Guy于2002年2月发表的专栏)

• 可靠的多播编程(PGM)

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欲了解关于The Cable Guy的所有专栏的列表和更多信息，请点击此处。