IP组播技术概述
IP组播技术
IP组播技术实现了IP网络中点到多点的高效数据传送，能够有效地节约网络带宽、降低网络负载。
但是，在组播网络设计时仍应十分小心，以免引起网络性能恶化或由于不恰当地使用IP组播应用而过分地消耗网络带宽，使网络发生故障。
另外，随着Internet迅猛发展，其网络规模越来越庞大，结构越来越复杂，仅仅依靠端到端的拥塞控制是不够的，网络必须参与资源的控制工作。
目前IP组播拥塞控制策略是在路由器中采用包调度算法结合缓存管理技术，由此而产生了几种IP处理的方法。
本文主要从IP组播流量管理和拥塞控制两方面进行了一些探讨。
传统的IP通信是在一个源IP主机和一个目标IP主机之间(单播)或者一个源IP 主机和网络中所有的IP主机之间(广播)进行的。
现在要将信息发送给网络中的多个而非所有IP主机，如果采用传统的IP通信技术就有两种方法可以选择：要么采用广播方式，要么由源IP主机分别向网络中的多个目标IP主机单播发送IP 包。
广播方式不仅会将信息发送给不需要的IP主机而浪费带宽，也可能由于路由回环引起一场严重的广播风暴。
单播方式由于IP包的重复发送而白白浪费掉大量带宽，同时也增加了服务器的负载。
可见，传统的IP通信技术不能有效地解决单点发送多点接收的问题。
而IP组播却很好地解决了这个问题。
组播是指信源将信息发向所有网络节点的某个确定子集的点到多点的通信形式。
IP组播是指在IP网络中数据包以尽力传送的形式发送到所有网络节点的某个确定子集，这个子集称为组播组。
IP组播的基本思想是源IP主机只发送一份数据，一个或多个接收者可接收相同数据的拷贝。
即允许源IP主机向网上所有IP主机的一部分(子集)发送IP分组，只有该子集内的主机(目标主机)可以接收该分组，而网络中其它IP主机不能收到该分组。
这种逻辑上的子集(目标主机)就是组播组，用D类IP地址(224.0.0.0～239.255.255.255)来标识。
IP组播技术有效地解决了单点发送多点接收、多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。
IPTV系统中的IP组播技术
IPTV又称为网络电视、宽带电视，是利用宽带网络为用户提供交互式服务的一种业务。
通过IPTV业务，用户可以得到高质量（接近DVD水平）的数字媒体服务，可以自由选择宽带IP网的视频节目，实现媒体提供者和媒体消费者的实质性互动。
IP组播在ADSL上实现IPTV业务是基于IP组播技术的。
组播技术是一种点到多点的网络技术，其目的是减轻网络负载和媒体服务器的负担。
组播方式分为静态组播和动态组播，由于实际应用中用户的需求总是变化的，所以在IPTV中一般采用动态组播。
1. 组播协议从协议角度讲，在IP组播中用到的协议由两部分组成：运行在主机与组播路由器之间的路由协议IGMP （Internet Group Management Protocol）和运行在各个组播路由器之间的组播路由协议，如PIM－SM、PIM－DM、MSDP和DVMRP等。
IP组播的实现主要是基于IGMP协议的，IGMP协议是第三层协议，是TCP/IP的标准之一，所有接收IP组播的机器都需要IGMP。
2. 组播地址从通信层次上讲，IP组播分为两个层面：IP组播和以太网组播。
根据IANA（Internet Assigned Number Authority）规定，组播报文的地址使用D类IP地址，其范围从224.0.0.0到239.255.255.255。
组播MAC地址的高24bit固定为0x015e，同时需要注意的是组播地址都只能作为目的地址，而不能作为源地址来使用。
IP组播地址和MAC地址以一种映射关系相关联，MAC地址的低23位映射为组播MAC的低23位，如图一所示。
组播MAC 地址和组播IP地址的这种映射关系不是唯一对应的，因为在32位IP组播地址可以变化的28bit中只映射了其中的23bit，还剩下5bit是可以自由变化的，所以每32个IP组播地址映射一个组播MAC地址。
DSLAM上实现IP组播基本原理1. DSLAM简介DSLAM（数字用户线路接入复用器）是ADSL系统中的局端设备，其功能是接纳所有的DSL线路，汇聚流量，相当于一个二层交换机。
IP组播概述超级总结
IP组播概述
1.通过单播/广播/组播实现点到多点的传输；区别在于单播同一时刻
只能向一个点传输，而广播可以同时向同一网段多点传输，容易形成信息泛滥，组播（基于UDP协议）将在同一时刻对指定接受者发送，可以跨网段并有效提高链路利用率
2.IANA将D类地址空闲分配给IPV4组播使用，范围：
224.0.0.0~239.255.255.255
本地管理组播地址：239.0.0.0~239.255.255.255;组播MAC地址：01-00-5e-xx-xx-xx
3.组播组管理协议运行于主机和路由器之间的协议，为IGMP（因特
网组播管理协议）
4.组播分发树为组播数据的转发路径，模型分为：（SPT 也称为“源
树”）最短路径树模型，（RPT）共享树，组播转发机制以逆向路径转发，以判断报文是否从树根以最短路径发送而来（组播转发的时候关心报文从哪里来）
5.组播路由可分为：域内组播和域间组播路由协议
6.组播协议体系：PIM（组播路由协议），
MSDP（域间组播路由协议），IGMP（组播管理协议）
7.组播模型：根据接受者对组播源处理方式的不同,可分为：ASM（任
意信源组播），SSM（指定信源组播），区别在于SSM的接收者已提前知道了组播源的具体位置。
IP单播广播组播介绍
IP单播广播组播介绍IP（Internet Protocol）是一种网络协议，用于在因特网中传输数据。
在IP协议中，数据被分割成小的数据包，并通过网络节点进行路由传递。
在数据传输过程中，IP协议支持不同类型的数据传输方式，包括单播、广播和组播。
本文将详细介绍这三种 IP 数据传输方式的概念、特点和应用场景。
一、单播（Unicast）单播是IP协议中最基本的数据传输方式，它用于将数据从一个发送方传递到一个接收方。
在这种模式下，数据包从源IP地址发送到目的IP地址，经过网络中的路由器逐跳传递，直到到达目的地。
特点：1.点对点传输：单播传输模式是一对一的通信方式，只有一个发送方和一个接收方之间进行数据传递。
2.可靠性：单播传输模式使用TCP（传输控制协议）或UDP（用户数据报协议）进行传输，确保数据的可靠性和完整性。
3.定向传输：单播传输模式中，数据包根据目的IP地址进行路由，只有目标接收方能够接收和处理该数据包。
应用场景：1.网页浏览：当用户在浏览器中输入网址时，浏览器通过单播方式发送HTTP请求到服务器，服务器将相应的数据通过单播方式回复给浏览器。
2.电子邮件：当发送邮件时，邮件端通过单播方式将邮件从发送方传递到接收方的邮件服务器。
二、广播（Broadcast）广播是一种将数据包传递到网络中的所有主机的传输方式。
在广播模式下，数据包从源IP地址发送到目的IP地址为广播地址的所有主机上，以确保所有主机都能够接收到数据包。
特点：1.一对多传输：广播传输模式是一对多的通信方式，将数据包发送到网络上的所有主机，而不仅仅只有一个目标接收方。
2.无需目标IP地址：在广播模式下，源IP地址可以设置为广播地址，以便将数据包发送到整个网络。
3.简单快捷：广播模式通过使用广播地址，简化了发送方设置目标主机IP地址的过程。
应用场景：1.网络发现：在局域网中，主机可以发送广播消息以寻找其他主机，并建立网络连接。
2.ARP（地址解析协议）查询：当主机要发送数据包时，需要通过广播方式查询目标主机的MAC地址，以便将数据包正确发送到目标主机。
IP组播
利用IP组播技术传输视频信息随着全球互联网（Internet）的迅猛发展，上网人数正以几何级数快速增长，以因特网技术为主导的数据通信在通信业务总量中的比列迅速上升，因特网业务已成为多媒体通信业中发展最为迅速、竞争最为激烈的领域。
Internet网络传输和处理能力的大幅提高，使得网上应用业务越来越多，特别是视音频压缩技术的发展和成熟，使得网上视音频业务成为Internet网上最重要的业务之一。
在Internet上实现的视频点播（VOD）、可视电话、视频会议等视音频业务和一般业务相比，有着数据量大、时延敏感性强、持续时间长等特点。
因此采用最少时间、最小空间来传输和解决视音频业务所要求的网络利用率高、传输速度快、实时性强的问题，就要采用不同于传统单播、广播机制的转发技术及QoS服务保证机制来实现，而IP组播技术是解决这些问题的关键技术。
一、IP组播技术的基础知识概述1．IP组播技术的概念IP组播（也称多址广播或多播）技术，是一种允许一台或多台主机（组播源）发送单一数据包到多台主机（一次的，同时的）的TCP/IP网络技术。
组播作为一点对多点的通信，是节省网络带宽的有效方法之一。
在网络音频/视频广播的应用中，当需要将一个节点的信号传送到多个节点时，无论是采用重复点对点通信方式，还是采用广播方式，都会严重浪费网络带宽，只有组播才是最好的选择。
组播能使一个或多个组播源只把数据包发送给特定的组播组，而只有加入该组播组的主机才能接收到数据包。
目前，IP组播技术被广泛应用在网络音频/视频广播、AOD/VOD、网络视频会议、多媒体远程教育、"push"技术（如股票行情等）和虚拟现实游戏等方面。
2．IP组播地址和组播组IP组播通信必须依赖于IP组播地址，在IPv4中它是一个D类IP地址，范围从224.0.0.0到239.255.255.255，并被划分为局部链接组播地址、预留组播地址和管理权限组播地址三类。
IP组播技术
D 类
1 1 1 0
组播组ID 组播组ID
6
组播地址和组播组
使用同一个IP组播地址接收组播数据包 使用同一个IP组播地址接收组播数据包 的所有主机构成了一个主机组， 的所有主机构成了一个主机组，也称为 组播组： 组播组：
组播组的成员是动态的， 组播组的成员是动态的，主机可以在任何 时候加入或离开该组； 时候加入或离开该组； 组播组的成员没有限制； 组播组的成员没有限制； 组播组可以跨越多个网段； 组播组可以跨越多个网段； 主机可以向不属于对应的主机组的某个IP 主机可以向不属于对应的主机组的某个IP 组播地址发送流量； 组播地址发送流量；
8
组播组地址到以太网地址的转换
这种地址分配将使以太网组播地址中的 23bit 与IP组播组号对应起来，通过将组 IP组播组号对应起来 组播组号对应起来， 播组号中的低位23bit 播组号中的低位23bit 映射到以太网地址 中的低位23bit 实现（如图）： 中的低位23bit 实现（如图）： 由于组播组号中的最高5bit 由于组播组号中的最高5bit 在映射过程 中被忽略， 中被忽略，因此每个以太网组播地址对 应的组播组是不唯一的。32个不同的组 应的组播组是不唯一的。32个不同的组 播组号被映射为一个以太网地址。 播组号被映射为一个以太网地址。
IP组播技术及其应用 组播技术及其应用
Windy Sue 2006.9
1
目录
IP组播技术的概念 IP组播技术的概念 组播地址和组播组 组播组地址到以太网地址的转换
2
IP组播技术的概念 组播技术的概念
IP组播（也称多址广播或组播）技术， IP组播（也称多址广播或组播）技术， 组播 是一种允许一台或多台主机（组播源） 是一种允许一台或多台主机（组播源） 发送单一数据包到多台主机（一次的， 发送单一数据包到多台主机（一次的， 同时的） TCP/IP网络技术 网络技术。 同时的）的TCP/IP网络技术。
最新IP组播技术介绍
_______________________________________ ___________
一、组播技术概述——组播的通信模型
◦ 组播四要素：
源发现
接收者发现
ห้องสมุดไป่ตู้
拓扑发现（组播路由器之间的拓扑、网络单播路由 信息）
_______________________________________ ___________
一、组播技术概述
IP组播是介于单播和广播之间的一种分组传送形式，它既 不指定明确的接收者，也不是将数据分发给网络上的所 有主机。
发送者不关心接收者所处的位置，只要将数据发送到约 定的目的地址，剩下的工作就交给网络去完成。这样做 的好处在于，发送者只产生一份数据，而不用为每个接 收者分别复制一份，而且发送者不必维护接收者的信息。
此5位地址不作映射，因此32个IP 组播地址映射成一个MAC地址
1110 32位IP组播地址
48位MAC地址（以太网/FDDI） 0000000100000000010111100
IP组播地址后23位 映射到MAC地址中
_______________________________________ ___________
IP组播技术介绍
_______________________________________ ___________
_______________________________________ ___________
一、组播技术概述
“试想一下，在一个点点对等的Internet上， 假设你用自家的MIC录下的每一句话， 可以被瞬间传递到世界上每个希望接听的 用户，这是一件多么奇妙和激动人心的事。 而做到这一切并不需要你拥有强大的服务 器，而仅仅一台普通联网PC。”
IP组播，二层组播IGMPSnooping，组播代理，跨VLAN组播
IP组播，二层组播IGMPSnooping，组播代理，跨VLAN组播一、IP组播技术简介组播技术指的是单个发送者对应多个接收者的一种网络通信。
组播技术中,通过向多个接收方传送单信息流方式,可以减少具有多个接收方同时收听或查看相同资源情况下的网络通信流量。
传统的IP通信主要包括单播和广播有两种方式。
对于单播和广播来说,不仅会将信息发送给不需要的主机而浪费带宽,也可能由于路由回环引起严重的广播风暴,同时还会浪费大量带宽,增加了服务器的负载。
所以,传统的单播和广播通信方式不能有效地解决单点发送多点接收的问题。
IP组播是指在IP网络中将数据包发送到网络中的某个确定的组播组。
IP组播是指源主机只发送一份数据,数据中的目的地址为组播地址;组播组中的所有接收者都可接收到同样的数据拷贝,并且只有组播组内的主机可以接收该数据,网络中其它主机不能收到。
IP组播有效地解决了单点发送多点接收的问题,能够大量节约网络带宽、降低网络负载。
更重要的是,可以利用网络的组播特性方便地提供一些新的增值业务,包括远程医疗、网络电台、远程教育、在线直播、网络电视、视频会议等信息服务领域。
在IP多媒体业务日渐增多的情况下,随着互联网建设的迅猛发展和新业务的不断推出,IP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。
二、二层组播IGMP Snooping协议IGMP Snooping称为互联网组管理协议,它是运行在数据链路层设备上的组播约束机制,主要用于管理和控制组播组。
运行IGMP Snooping的设备通过对收到的IGMP报文进行分析,为端口和MAC组播地址建立起映射关系,并根据这样的映射关系转发组播数据。
当二层设备没有运行IGMP Snooping时,组播数据在二层被广播;当二层设备运行了IGMP Snooping后,已知组播组的组播数据不会在二层被广播,而在二层被组播给指定的接收者。
IGMP Snooping是通过监听IGMP协议包,提取相应的信息,形成组播成员关系表,然后对组播业务按照组成员关系进行转发,保证组成员收到正确的组播业务,而其余主机无法收到。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
8
Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
网络层组播
就 复 制 该 包 的 付 本 。 出 境 链 路 上 时 ， 网 络 路 由 器 一 旦 这 个 包 需 要 转 发 到 多 条 发 送 主 机 仅 发 送 一 个 包 ；
R R
S
R
Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
组播通信必须解决的问题
组播成员具有独立的IP地址？ 组播组如何启动，如何终结？ 如何选择组地址？ 新主机如何加入组播组？ 组成员有没有限制吗？ 组成员知道其他组成员的标识吗？ 路由器如何相互协同将组播数据报 传送给所有组成员？
6 Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
组播的发展（续）
1997年，规模扩大导致分层拓扑结构的出现。由 域间multicast协议支持。
MBGP (Multiprotocol Extensions to BGP4) MSDP (Multicast Source Discovery Protocol) BGMP (Border Gateway Multicast Protocol) MASC ( Multicast Address-Set Claim)
20
组 管 理 协 议
组播路由协议
Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
网络层组播的组成
组 管 理 协 议 组播路 由协议
21
Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
12 Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
IP组播体系结构（续）
发送者向组播地址发送数据包； 接收者告知本网段的路由器他们需要接收哪些数 据包
通过组管理协议（例如：IGMP）进行；
发送者和接收者之间的路由器构造组播树，确保 组播数据包到达正确的接收者网络；
第十三讲 IP组播技术概述
1
Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
Internet组播技术概述
主要内容
组播基本概念 IGMP协议 组播路由算法 Internet组播 掌 握 IGMP/DVMRP IGMP/DVMRP 掌 握 Internet Internet 组 播 技 术 熟 练 掌 握 组 播 概 念 IP IP
D类地址
11 Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
IP组播体系结构
应用程序/组播地址 主机-路由器协议 (IGMP)
routers hosts
域内组播协议
域间组播协议
注：以下”域” 均指自治系统(AS)
9
Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
网络层的组播与单播
与单播路由的相同
路由算法在网络层仍发挥着中心作用
与单播路由的不同
处理组播包的路由器必须建立和维护组播连接的 状态信息
如何标识组播包接收 者？ 如何为发送给这些接收 者的数据报寻址？
25
H
net1
report
R1 net2
发往： 224.2.0.1
Data
R2
Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
IGMP——退出一个组
假设：R要退出组224.2.0.1 H发送Leave-Group 到 224.0.0.2 (所有组播路由器) R1接收此消息 R1停止转发目的地为 224.2.0.1的报文到 net1 （如果在net1上再也没 有属于224.2.0.1组的成 员）
18
Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
域间（inter-domain）组播协议
域间组播协议：自治 系统之间用来传输组 播数据报的树。
MSDP BGMP SM
19
多对多
视频会议、网络游戏
有反馈的一对多
资源发现、数据收集
5
Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
组播的发展
1988年 Stephen Deering 确定了IP multicast 模型 1992年 MBone建立，运行DVMRP 协议。 随着MBone规模的增加，域内multicast协议相继提出 MOSPF (Multicast Extensions to OSPF) PIM-DM (Protocol Independent Multicast-Dense Mode) CBT (Core Based Trees) PIM-SM (Protocol Independent Multicast-Sparse Mode)等
7
Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
应用层组播
一 条 单 播 传 输 。 发 送 者 对 每 个 接 收 者 都 采 用 网 络 层 没 有 组 播 功 能
R R
S
R
路由器将为这些 组创建组播传输 所需的组播树
17 Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
域内（tra-domain）组播协议
域内组播协议：自治 系统内部用来转发组 播报的树；
DVMRP MOSPF PIM-DM
14
Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
IP组播地址（2/3）
永久组播地址
224.0.0.1：LAN上的所有系统 224.0.0.2：LAN上的所有路由器 224.0.0.5：LAN上的所有OSPF路由器 224.0.0.6：LAN上的所有指定OSPF路由器
阅读
5.2.7 5.2.8 5.6.6 7.4.9
2
思 想
Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
IP组播的需求
网络应用的特殊需求
大块数据传送 流式连续媒体 共享数据应用
特点
一次“发送”操作就可把包从一个发送者传送到多个 接收者。
22 Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
IGMPv1
工作过程
RFC1112 同一网段中一个路由器被选为“询问者”； 询问者周期性地向本网段所有主机发送询问消息； 属于组G的主机回应消息前先等待随机时间(0-10s)以 避免冲突；然后向组G发送报告(TTL=1); 路由器接收本网段所有的报告，没有回应的组被置为 超时。 注意：正常情况下，每一组G只有一份报告 送交给询问者，因为路由器只关心本网段有 没有该组G的成员而不关心这些成员是谁。
RFC1112 RFC1112
SSM (Source Specific Multicast)
ASM模型的扩展，允许接收者选择发送者；
4
Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
组播应用
一对多
定时的媒体播放（电视） “推送”(PUSH)服务（股票价 格，天气预报） 服务器镜像、缓存
临时组播地址
为某个网络应用临时创建的组播组 主机可动态加入到某个指定的组 主机可动态退出某个指定的组
15 Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
IP组播地址（3/3）
g g
g
mcast group 226.17.30.197
通过组播路由协议进行； 进行RPF (Reverse Path Forwarding)检查；
13
Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
IP组播地址（1/3）
D类地址
224.0.0.0 - 239.255.255.255 224.0.0.0 - 224.0.0.255保留 为特殊地址 239.0.0.0 - 239.255.255.255 域内私有组播地址，类似于IP 的内网地址。以此为目的地的 组播流只能在自治系统内转 发。
23 Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
IGMPv2与IGMPv3
IGMPv2
RFC2236
为主机增加了显式加入、退出组的消息；
IGMPv3
为主机增加了选择发送者的能力(SSM)；
RFC3376
组播路由器通过IGMP协议为其每个接口都 维护一张主机组成员列表，并定期探询表中 成员以便确定该主机组是否仍然存在。
g
寻址到该组的数据报将被传送到 组播组中的所有成员。
16 Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
组管理协议
IGMP 组管理协议：用户进程通过 该协议提出加入/退出某个组 的请求；组播路由器通过该 协议了解本地哪些主机加入 了哪些组。
26
H
Leave
net1
R1 net2
发往： 224.2.0.1
Data
R2
Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.
24 Copyright ©2008 YAN Wei. All rights reserved.