组播技术介绍
组播报文转发原理
组播报文转发原理《组播报文转发原理》1. 引言嘿，你有没有想过，当你在看网络直播或者参与在线视频会议的时候，数据是怎么同时到达很多人的设备上的呢？这就涉及到一个很神奇的技术——组播报文转发。
今天呢，咱们就来把组播报文转发原理给扒个清清楚楚，从基本概念到实际应用，从可能遇到的问题到未来发展方向，都给大家讲个明白。
2. 核心原理2.1基本概念与理论背景组播这个概念呢，简单来说，就是把一个数据报文同时发送给多个接收者。
就好比你在一个教室里讲课，你想把信息同时传递给好几个学生，这就是一种组播的概念。
它的理论来源其实是为了解决网络中一对多通信的高效性问题。
以前呢，在网络发展初期，如果要把同样的信息发送给多个接收者，可能就是采用多次单播（也就是一个一个地发送）的方式，这样就很浪费网络资源。
后来，随着网络技术的发展，组播技术就应运而生啦。
2.2运行机制与过程分析咱们先来说说组播的成员关系。
在一个组播网络里，有组播源，还有组播组成员。
组播源就像是一个广播站，它要发送信息。
组播组成员呢，就像是一群等着听广播的听众。
当组播源要发送报文的时候，它不会像单播那样，针对每个接收者都建立一个单独的连接。
而是把报文发送到网络中的一个特殊的设备，这个设备叫路由器。
这路由器啊，就像是一个交通警察。
它收到组播报文后，会查看自己的路由表。
这个路由表呢，就像是交通警察手里的地图，上面标记着哪些路可以通向哪些地方。
路由器根据这个路由表来决定把报文转发到哪些接口。
这里的接口就好比是不同方向的道路。
比如说，有一部分组播组成员在A方向，另一部分在B方向，路由器就会把报文准确地转发到对应的接口，这样报文就能顺利地到达组播组成员那里啦。
再具体一点，路由器有一个很重要的功能叫组播路由协议。
这个协议就像是交通警察之间的通信规则。
不同的路由器通过这个协议来交换组播组成员的信息。
比如说，路由器A知道有一部分组播组成员在它的某个接口后面，它就会把这个信息告诉其他路由器。
组播原理及配置介绍
组播带宽问题及解决方案
问题：组播流 量过大导致网
络拥堵
解决方案：优 化组播源减少 不必要的组播
流量
问题：组播组 成员过多导致
网络拥堵
解决方案：限 制组播组成员 数量合理规划
使用过滤技术：通过过滤不必要 的组播数据减少对带宽和设备的 占用提高网络性能。
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优化网络结构：合理规划组播网 络结构避免不必要的层级和转发 提高组播数据传输效率。
负载均衡：合理分配组播流量避 免网络拥塞和设备过载提高网络 稳定性和可靠性。
QoS在组播中的应用
定义：QoS（Qulity of Service）是一种 网络服务质量控制机制用于确保网络传输 的服务质量。
组播的优点
降低网络负载：组播传输只发送一份数据避免数据在网络中的重复传输有效降低网络负载。
提高数据传输效率：组播采用树状结构进行数据分发能够快速、准确地将数据传输到目标接收 者。
增强数据安全性：组播支持加密传输能够保证数据在传输过程中的安全性和保密性。
灵活的接收者管理：组播支持动态成员资格协议能够灵活地管理接收者列表实现动态添加或删 除接收者。
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组播原理及配置介绍
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添加目录项标题 组播原理 组播配置
组播应用场景 组播安全与优化 常见组播问题及解决方案
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组播原理
什么是组播
单播，多播（组播），广播，详细讲解呀
单播，多播（组播），⼴播，详细讲解呀“单播”（Unicast）、“多播”（Multicast）和“⼴播”（Broadcast）这三个术语都是⽤来描述⽹络节点之间通讯⽅式的术语。
那么这些术语究竟是什么意思？区别何在？且听下⽂分解。
——★单播★——⽹络节点之间的通信就好像是⼈们之间的对话⼀样。
如果⼀个⼈对另外⼀个⼈说话，那么⽤⽹络技术的术语来描述就是“单播”，此时信息的接收和传递只在两个节点之间进⾏，参见图1。
单播在⽹络中得到了⼴泛的应⽤，⽹络上绝⼤部分的数据都是以单播的形式传输的，只是⼀般⽹络⽤户不知道⽽已。
例如，你在收发电⼦邮件、浏览⽹页时，必须与邮件服务器、Web服务器建⽴连接，此时使⽤的就是单播数据传输⽅式。
但是通常使⽤“点对点通信”（Point to Point）代替“单播”，因为“单播”⼀般与“多播”和“⼴播”相对应使⽤。
——★多播★——“多播”可以理解为⼀个⼈向多个⼈（但不是在场的所有⼈）说话，这样能够提⾼通话的效率。
如果你要通知特定的某些⼈同⼀件事情，但是⼜不想让其他⼈知道，使⽤电话⼀个⼀个地通知就⾮常⿇烦，⽽使⽤⽇常⽣活的⼤喇叭进⾏⼴播通知，就达不到只通知个别⼈的⽬的了，此时使⽤“多播”来实现就会⾮常⽅便快捷，但是现实⽣活中多播设备⾮常少。
多播如图2所⽰。
“多播”也可以称为“组播”，在⽹络技术的应⽤并不是很多，⽹上视频会议、⽹上视频点播特别适合采⽤多播⽅式。
因为如果采⽤单播⽅式，逐个节点传输，有多少个⽬标节点，就会有多少次传送过程，这种⽅式显然效率极低，是不可取的；如果采⽤不区分⽬标、全部发送的⼴播⽅式，虽然⼀次可以传送完数据，但是显然达不到区分特定数据接收对象的⽬的。
采⽤多播⽅式，既可以实现⼀次传送所有⽬标节点的数据，也可以达到只对特定对象传送数据的⽬的。
IP⽹络的多播⼀般通过多播IP地址来实现。
多播IP地址就是D类IP地址，即224.0.0.0⾄239.255.255.255之间的IP地址。
组播技术的发展与应用
其中， RecvThread 是线程函 this 是指 数，
向RecvThread 线程函数的指针。 而在线程函
数中也要做诸如绑定地址等操作。
4 系统调试
首先， 发送方先发送数据， 而接收方每次 接收到的数据都与发送的数据相比较， 如果双
方数据都相互吻合 ， 则接收方反馈到发送方一
条信息:接收方的IP 地址+ 接收到了信息。 如 类型数)从主机字节顺序转换成网 络字节顺序。 果双方数据不吻合， 则接收方反馈到发送方一 pSock - > sock = socket (AFI NET , 条信息: 接收方的IP 地址 + 接收到了错误信 SOCKD GRAM , O), 息。这样， 基本的组播框架平台已经完成了。 其中， SOCK_DGRAM 是表示用无连接 方式 UDP 协议。 参考文献
式的 UDP 协议。
关键词: 组播技术 传送数据 中图分类号: TP393. 03
UDP 协议 文献标识码: A
文章编号: 1672- 3791(2007)05(c卜0027- 01 在MF C 中的创建线程函数: Afx Beg in Thread(RecvThread ,this),
1 组播技术的背景与发展情况
址(234 .0 .0 .0)和PORT(2006)端la 号，
in t sock - r eu se- 1 ;
int iRet = set sock opt (pSock- > sock , SOL- SOCKET , SO_REUSEADDR , \ (char *)&sock_reuse , sizeof(sock_reuse)) , 这是让开启的socket 套接字sock 添加一 个IP 地址， 也就是组播中添加一个成员， 使成 员 加人一个多播组; p Soc k 一 Loca l . sin _por t = h t ons ( > pSock - > uiPort );
IPTV组播技术及在河南新乡联通的具体实现
IPTV组播技术及在河南新乡联通的具体实现IPTV是一种利用宽带网络为用户提供交互式多媒体服务的业务。
IPTV不仅能够满足运营商业务创新的需求,而且可以为运营商转变经营思路,实现战略转
型提供切实可行的切入点,IPIV意味着新的用户增长方式、新的业务增长方式和更高的ARPU值。
对IPTV业务而言,组播技术是IPTV的关键技术之一,IP组播技术的实现决定着IPTV的使用效果,与电信运营商的业务收入息息相关。
本文从IPTV实际业务运营角度出发,结合组播技术,分析了IPTV业务在带宽、组播、认证等方面对IP宽带城域网提出的技术要求,从各角度分析总结了各种实现方式的优缺点,制定了改造实验方案并付诸实施,实现了网络对IPTV业务的承载,系统试运行取得成功,对今后电信运营商大规模商用具有一定的参考和指导
意义。
本文第一章首先回顾了近年来国内外IPTV业务发展的主要情况,分析了IPTV发展目前存在的问题。
第二章对IPTV及相关知识进行了介绍。
第三章对IPTV组播的技术进行了研究,包括组播协议的讨论、组播路由方式的选择、组播复制点和认证方式的对比分析,建议在初期采用全网组播的方式,
选用DHCP认证+DSLAM复制的方式。
第四章提出新乡本地IPTV的业务需求,介绍了新乡联通IPTV目标网络的总体架构,对现有的IP城域网结构进行了调整,提出了承载IPTV网络的建设方案,实现了组播方式的IPTV全网建设。
最后对IPTV
承载网的系统进行了端到端性能测试。
DSLAM IP组播
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. 组播地址图1 IP地址和MAC组播地址的映射从通信层次上讲，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。
其在ADSL系统中的位置如图二所示。
图2 G.lite标准ADSL结构图DSLAM从产生到现在大致经历了三个阶段，各阶段的区别在于交换内核，上联口以及由此引起的不同QoS，具体如表一所示。
组播技术实验报告
组播技术实验报告实验题目：组播技术实验报告摘要：本实验主要探讨组播技术在网络通信中的应用及其原理。
首先介绍了组播技术的基本概念和特点，然后通过搭建实验环境，进行了组播通信的实验，并分析了实验结果。
实验结果表明组播技术能够提高网络通信的效率和带宽利用率，并适用于一对多的通信场景。
最后，总结了本次实验的收获和存在的问题，并给出了改进方案。
关键词：组播技术、网络通信、效率、带宽利用率、一对多通信1. 引言随着互联网的发展，大量的数据需要在网络中传输。
传统的点对点通信方式在一对多的通信场景中存在效率低下、带宽利用率低等问题。
而组播技术可以有效解决这些问题，实现一对多的通信。
本实验旨在介绍组播技术的原理和应用，通过实验验证组播技术在网络通信中的优势。
2. 组播技术的基本概念和特点2.1 组播技术的基本概念组播技术是一种将数据从一个源节点发送给多个目的节点的网络通信方式。
源节点将数据报文发送到一个组播组地址，网络中的路由器将数据报文转发给加入了该组播组的目的节点。
组播技术基于IP协议实现，利用IP组播地址标识组播组。
组播组成员通过IGMP协议告知路由器它们加入了哪个组播组，路由器根据这些信息进行组播转发。
2.2 组播技术的特点(1) 效率高：组播技术通过一次数据传输实现了一对多的通信，避免了多次点对点通信的开销，提高了通信效率。
(2) 带宽利用率高：组播技术能够将数据报文在网络中共享，减少了网络拥塞和带宽浪费。
(3) 适用范围广：组播技术适用于多媒体传输、视频会议、在线直播等一对多的通信场景。
3. 实验环境的搭建本次实验采用了基于Linux系统的网络模拟器GNS3搭建实验环境，使用VirtualBox虚拟机作为实验主机。
实验主机通过网桥连接到GNS3的网络拓扑，与其他实验节点之间通过交换机连接。
实验中使用了Wireshark工具进行网络数据包捕获和分析。
4. 组播通信的实验设计4.1 实验拓扑设计本实验中的网络拓扑采用典型的组播通信场景，包括一个源节点和多个目的节点。
IP组播
IP组播技术随着网络的发展，人们在网络平台上开发了各种业务，如E-mail、TELNET、FTP、WWW 等业务，这些都是点到点的数据传输；而人们更希望在Internet上开视频会议、听现场音乐会、看实况转播等，这些是点到多点或多点到多点的数据传输，需要采用IP组播（IP multicast）通信技术。
目前，这种技术已成为国外各种研究团体和科研机构研究的热点，许多网络厂商纷纷提供能支持IP组播技术的产品，一些网络提供服务商(ISP)也逐渐提供这种高级服务，许多提供大规模网络应用和服务的大公司开始使用组播通信。
IP组播技术的产生IP组播的概念最早在1988年出现在Steve deering的博士论文中，并在1989年Steve deering 对标准IP网络层协议进行了扩展，提出了IP组播规范；1992年3月第一次建立组播主干网MBone，IETF并成功地在组播网上举行了一次会议，才引起了人们的广泛关注。
而第一个WWW浏览器出现在1990年，到1993年已发展到100个WWW站点，所以组播和WWW 虽处于同一时期，但组播的发展远远慢于WWW，主要原因是IP组播通信模式需要状态相当复杂的路由器，要求路由器能提供每个群组和每个源的信息状态，并且随着Internet的越来越复杂给组播的进一步发展带来了困难。
后来，出现的一些设计精巧的组播路由协议（如PIM-DM、PIM-SM等），使组播IP包能正确而又迅速地发送给成千上万的接收者，IP组播的技术和应用开始快速发展。
目前，IP组播可以运行在任意体系结构的网络之上，包括因特网、ATM、帧中继、SMDS 和卫星，并许多应用领域，能应用在视频会议、多媒体、新闻发布和来自太空的远程实况广播。
IP组播的概念IP组播是利用一种协议将IP数据包从一个源传送到多个目的地，将信息的拷贝发送到一组地址，到达所有想要接收它的接收者处。
IP组播是将IP数据包“尽最大努力”传输到一个构成组播群组的主机集合，群组的各个成员可以分布于各个独立的物理网络上。
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单播和组播的区别
视频服务器
组播 Multicast
视频服务器
单播 Unicast
×10 ×10 ×10
×10 ×10 ×10
组播应用 • 组播应用
–视频、音频会议 –传统的单播视频、音频会议系统„ • 网络电视 – 将电视节目或其他媒体节目转换为流媒体，在宽 带网络上进行播放 • 金融信息（股票行情）发布 – 在全国性的网络上提供各种信息发布服务，由用 户选择接收 • 宽带网络交互式游戏 • ...
routers
域内多播协议(PIM;MVPN)
域间多播协议(MSDP)
组播通信的四要素 • 组播通信模型
–组播四要素：
• 源发现 • 接收者发现 • 拓扑发现（组播路由器之间的拓扑、网络单播路由信 息） • 分发树生成
组播的IP地址
• 组播地址范围 – 224.0.0.0－239.255.255.255 • 保留组播地址 – 224.0.0.0－224.0.0.255 • 本地管理组地址 – 239.0.0.0－239.255.255.255 • 用户组播地址 – 224.0.1.0－238.255.255.255 • 组播MAC地址： – 以太网： 01-00-5e-xx-xx-xx
A B D (RP) F
符号表示：(*,G)
C E
* = 所有来源 G = 组
接收者1
接收者2
☆
组播转发
• 逆向路径转发(RPF-- Reverse Path Forwarding) – 组播包的转发不是基于IP包的目的地址的，而是用RPF检查决定是 否转发和丢弃输入信息包 – RPF检查的过程如下： • 路由器检查到达组播包的源地址，如果信息包是在可返回源站 点的接口上到达，则RPF检查成功，信息包被转发 • 如果RPF检查失败，丢弃信息包 • 对组播包源地址的检查是通过查询单播路由表来实现的
PIM v2 协议报文
• 封装在IP报文中，协议号为103。若采用多 播方式传送，则目的地址为224.0.0.13， TTL为1。 • 报文类型：
SM DM公用: SM专用: DM专用: Hello Join/Prune Assert Register/Register-Stop BootStrap Cand-RP-Adv Graft/Graft-Ack
来源1
最短路径或来源分布树
来源2
A
B
D
F
符号表示：(S,G)
C E
S = 来源 G = 组
接收者1
接收者2
☆
共享树的概念
共享树： 同有源树以信息源作根不同，共享树使用放在网络 的某些可选择的点的单独的公用树根。这个根常被 叫做汇合点RP（Rendezvous Point） 共享分布树
(RP) PIM汇合点 共享树
PIM-DM（2）－邻居发现
• 运行PIM-DM的接口定期(30秒)发送Hello，以 便与同网段上的PIM设备建立和维持邻居关系 ；同时通过PIM竞争产生本网段的DR。
PIM-DM（3）－数据转发
• PIM-DM模式的接口加入多播路由表项的出 接口的条件：
–在该接口上发现了PIM邻居 –在该接口上收到了关于组G的Join –在该接口上配置了静态的IGMP成员
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
32位IP组播地址 1110
IP组播地址后23位 映射到MAC地址中 48位MAC地址（以太网/FDDI） 0000000100000000010111100
多播转发及多播路由表
• 与单播相反，为了完成转发，多播路由器必须知道多播数据报文的源IP地 址。 • 多播路由使用反向路径转发机制：根据单播路由，查找到源的最佳路径。 • 多播路由表一般是一个四元组： {S，G，IIF，OIFs} S： 源IP地址 G： 组IP地址 IIF： 入接口 OIFs： 出接口列表 Tip: OIFs中一定不包含IIF • 多播路由一般有三种格式： （*， *， RP） 只匹配RP （*， G） 匹配Group IP （S， G） 同时匹配Source IP和Group IP
组播地址和组播MAC地址的映射关系
• • • • 来源：多播的L2 MAC地址是通过L3 IP映射出来的 L2 MAC的前3个字节总是0x01-00-5E 映射方法：取IP地址后23位作为MAC地址 重叠问题：由于不是IP地址的全部(32－4)位参与映射，丢失了5位数据，所以IP地址与MAC地址之间存在重叠－32: 1
– 静态指定 – 动态Bootstrap发布(需要Cand-RP-Adv协助)
• Cand-RP
RP的作用：做为共享树的根，并使组播域中的源在其上进行 注册，使接收者知道该域中存在那些源和对应的组播组。
基本概念（3）－BSR
• 为了在整个多播域内，发布所有候选RP信 息，需要至少指定一个BootStrap 路由器 (BSR)。 • BSR的功能是：收集本多播域中所有CandRP发布的Cand-RP-Adv信息；定期用 BootStrap消息向外发布。
组播技术的优缺点
• 优点 –增强效率，控制网络流量，减少服务器和CPU负载 –优化性能，消除流量冗余 –分布式应用，使多点传输成为可能 • 缺点 –组播应用基于UDP –尽最大努力交付 –无拥塞控制 –数据包重复 –数据包的无序交付
组播的体系结构
应用程序/多播地址
hosts
主机-路由器协议 (IGMP)
组播技术介绍
组播的概念
单播(unicast)：“一对一”通信，源主机为每一个接 收者都发一份拷贝。 组播(multicast)：“一对多”通信，介于广播单播之 间，源主机将同样的数据报发给多个接受者，但又 不是网络中全部的主机。
广播(broadcast)：“一对多”通信，广播包被发往 网络上的所有主机。这样会产生大量的数据报拷贝。
响应报告
响应报告
• 路由器定期发送查询 • 子网中每个组只有一个成员发送响应报告 • 其它成员被抑制不再发送报告
IGMPv2报文格式
0
类型
1
最大响应时间 组播组地址
2
校验和
3
• 以字节为单位
IGMP三版本比较
IGMP V1
查询器选举 离开方式 指定组查询 指定源、组加入 依靠上层路由协议 默默离开
IGMP V2
自己选举 主动发出离开报文
IGMP V3
自己选举 主动发出离开报文 有 有
无
无
有
无
版本1与版本2兼容处理
版本1 主机 版本1 主机
版本2 主机 版本1 路由器 版本2 路由器 路由器按 版本1方式 工作至版本 1定时器超时 版本2主机 被版本1主 机报告抑制
版本2 主机
版本1主机 报告抑制 版本2主机
数据从S1到达，RPF检查成功，路由器转发数据包
无组播功能交换机转发组播数据报
组播？？
IGMP——因特网组管理协议
• IGMP（Internet Group Management Protocol）协议是主机与路由器 之间唯一信令协议 • RFC1112规定了IGMP V1（支持windows95） • RFC2236规定了IGMP V2（支持windows和大多数Unix最新的服务包） • Draft-ietf-idmr-igmp-v3-03.txt规定了最新的IGMP V3
C Join A B
Receiver
基本概念（1.2）－DR 如果没有DR会怎样？
Server
If without DR what will happen? Join B
C Join A
Receiver
基本概念（2）－RP
• 在PIM-SM中，为了创建共享树，需要指定一个汇聚点 (RP)，作为RPT的根。 • RP和多播组之间具有1:n映射关系，映射关系是通过一 个Hash函数完成的。 • 在一个多播域中可能会有多个RP。但在该域中的所有 路由器上对于特定组G，必须映射到同一个RP。 • RP的发现机制有两种：
• 数据报文将复制并转发到所有的出接 口。
PIM-DM（4.1）－剪枝
剪枝
剪枝条件：收到数据的路由器没有接收者和邻居
PIM-DM（4.2）－剪枝延迟
不剪枝
PIM-DM（5）－嫁接
嫁接条件：剪枝区域出现接收者
PIM-DM（6）－竞争
• 竞争条件：在出接口上收到多播数据 • 竞争过程：通过比较路由的distance/metric值，若两 者相同，则比较IP地址 • 竞争的结果：只有一条数据转发路径
版本1 路由器
版本2 路由器 路由器按 版本1方式 工作
版本2帧 格式兼容 版本1帧 格式
版本2帧 格式兼容 版本1帧 格式 版本2路由 器强制配为 版本1方式 版本2路由 器强制配为 版本1方式
IGMP窃听建立和维护组
IGMP报告
1 CPU 0
转发表
MAC地址 端口 IGMP查询 2
01－02－03 0 1 3 5
PIM-DM
• • • • • •
概述 邻居发现与DR选举 数据转发 剪枝（Prune） 嫁接（Graft） 竞争（Assert）
PIM-DM（1）－概述
• PIM-DM假设网络中的组成员分布非常稠密 ，每个网段都可能存在组成员。基于这一 假设，PIM-DM的设计思路是：首先将数据 报文扩散到各个网段，然后再裁剪掉不存 在组成员的网段。 • PIM-DM通过周期性的“扩散—剪枝”，构 建并维护一棵连接组播源和组成员的单向 无环SPT。
基本概念（1.1）－DR
• 在共享介质的网络上，PIM 路由器将通过竞争产生出 指定路由器(DR)来负责这 个网段上的多播协议报文 的收发。 • DR选举是通过Hello报文的 交互完成的。 • DR的选举原则： –优先级次序，高优先级 获胜； –优先级相同，选接口IP 地址最大的作为DR。