组播学习

组播学习

 

组播简介

当信息（包括数据、语音和视频）传送的目的地是网络中的少数用户时，可以采用多种传送方式。可以采用单播（Unicast）的方式，即为每个用户单独建立一条数据传送通路；或者采用广播（Broadcast）的方式，把信息传送给网络中的所有用户，不管他们是否需要，都会接收到广播来的信息。例如，在一个网络上有200个用户需要接收相同的信息时，传统的解决方案是用单播方式把这一信息分别发送200次，以便确保需要数据的用户能够得到所需的数据；或者采用广播的方式，在整个网络范围内传送数据，需要这些数据的用户可直接在网络上获取。这两种方式都浪费了大量宝贵的带宽资源，而且广播方式也不利于信息的安全和保密。

 

IP组播技术的出现及时解决了这个问题。组播源仅发送一次信息，组播路由协议为组播数据包建立树型路由，被传递的信息在尽可能远的分叉路口才开始复制和分发，因此，信息能够被准确高效地传送到每个需要它的用户。

 

需要注意的是，组播源不一定需要加入组播组，它向某些组播组发送数据，自己不一定是该组的接收者。可以同时有多个源向一个组播组发送报文。网络中可能有不支持组播的路由器，组播路由器可以使用隧道方式将组播包封装在单播IP包中传送给相邻的组播路由器，相邻的组播路由器再将单播IP头剥掉，然后继续进行组播传输。从而避免对网络的结构进行较大的改动。组播的优势主要在于：

 

1) 提高效率：降低网络流量，减轻服务器和CPU负荷；

 

2) 优化性能：减少冗余流量；

 

3) 分布式应用：使多点应用成为可能。

 

 组播地址

组播报文的目的地址使用D类IP地址， 范围是从224.0.0.0到239.255.255.255。D类地址不能出现在IP报文的源IP地址字段。单播数据传输过程中，一个数据包传输的路径是从源地址路由到目的地址，利用“逐跳”（hop-by-hop）的原理在IP网络中传输。然而在IP组播环境中，数据包的目的地址不是一个，而是一组，形成组地址。所有的信息接收者都加入到一个组内，并且一旦加入之后，流向组地址的数据立即开始向接收者传输，组中的所有成员都能接收到数据包。组播组中的成员是动态的，主机可以在任何时刻加入和离开组播组。

 

组播组可以是永久的也可以是临时的。组播组地址中，有一部分由官方分配的，称为永久组播组。永久组播组保持不变的是它的IP地址，组中的成员构成可以发生变化。永久组播组中成员的数量都可以是任意的，甚至可以为零。那些没有保留下来供永久组播组使用的IP组播地址，可以被临时组播组利用。

 

224.0.0.0～224.0.0.255为预留的组播地址（永久组地址），地址224.0.0.0保留不做分配，其它地址供路由协议使用； 224.0.1.0～238.255.255.255为用户可用的组播地址（临时组地址），全网范围内有效；239.0.0.0～239.255.255.255为本地管理组播地址，仅在特定的本地范围内有效。常用的预留组播地址列表如下：

 

224.0.0.0 基准地址（保留）

 

224.0.0.1 所有主机的地址

 

224.0.0.2 所有组播路由器的地址

 

224.0.0.3 不分配

 

224.0.0.4 DVMRP 路由器

 

224.0.0.5 OSPF 路由器

 

224.0.0.6 OSPF DR

 

224.0.0.7 ST 路由器

 

224.0.0.8 ST 主机

 

224.0.0.9 RIP-2 路由器

 

224.0.0.10 IGRP 路由器

 

224.0.0.11 活动代理

 

224.0.0.12 DHCP 服务器/中继代理

 

224.0.0.13 所有PIM 路由器

 

224.0.0.14 RSVP 封装

 

224.0.0.15 所有CBT 路由器

 

224.0.0.16 指定SBM

 

224.0.0.17 所有SBMS

 

224.0.0.18 VRRP

 

224.0.0.22 IGMP

 

以太网传输单播IP报文的时候，目的MAC地址使用的是接收者的MAC地址。但是在传输组播报文时，传输目的不再是一个具体的接收者，而是一个成员不确定的组，所以使用的是组播MAC地址。组播MAC地址是和组播IP地址对应的。IANA（Internet Assigned Number Authority）规定，组播MAC地址的高25bit为0x01005e，MAC 地址的低23bit为组播IP地址的低23bit。

 

由于IP组播地址的后28位中只有23位被映射到MAC地址，这样就会有32个IP组播地址映射到同一MAC地址上。

 

 IP组播报文转发

在组播模型中，源主机向IP数据包目的地址字段内的组播组地址所表示的主机组传送信息。和单播模型不同的是，组播模型必须将组播数据包转发到多个外部接口上以便能传送到所有接收站点，因此组播转发过程比单播转发过程更加复杂。

 

为了保证组播信息包都是通过最短路径到达路由器，组播必须依靠单播路由表或者单独提供给组播使用的单播路由表（如DVMRP路由），对组播信息包的接收接口进行一定的检查，这种检查机制就是大部分组播路由协议进行组播转发的基础——RPF（Reverse Path Forwarding，逆向路径转发）检查。组播路由器利用到达的组播数据包的源地址来查询单播路由表或者独立的组播路由表，以确定此数据包到达的入接口处于接收站点至源地址的最短路径上。如果使用的是有源树，这个源地址就是发送组播数据包的源主机的地址；如果使用的是共享树，该源地址就是共享树的根的地址。当组播数据包到达路由器时，如果RPF 检查通过，数据包则按照组播转发项进行转发，否则，数据包被丢弃。

 

 IP组播应用

IP组播技术有效地解决了单点发送多点接收的问题，实现了IP网络中点到多点的高效数据传送，能够大量节约网络带宽、降低网络负载。利用网络的组播特性可以方便地提供一些新的增值业务。在线直播、网络电视、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视/音频会议等互联网的信息服务领域可以提供如下应用：

 

1) 多媒体、流媒体的应用；

 

2) 数据仓库、金融应用（股票）等；

 

3) 任何“点到多点”的数据发布应用。

 

在IP 网络中多媒体业务日渐增多的情况下，组播有着巨大的市场潜力，组播业务也将逐渐得到推广和普及。