05 DL_BT05_C1 组播 V1.0 7p.doc

Error! No text of specified style in document. Error! No text of specified style in document.DL_BT05_C1 组播课程目标：l 掌握组播基本概念l 掌握组播地址的使用方法l 了解组播协议的分类及作用l 掌握IGMP v2的工作原理参考资料：l CCNA培训教材l 中兴宽带综合接入设备 技术手册5第1章 组播& 知识点l 本章介绍了组播的概念、组播地址和常用的组播协议。1.1 组播概述TCP/IP传送方式有三种：单播，广播，组播。单播（Unicast）传输在发送者和每一接收者之间需要单独的数据信道。如果一台主机同时给很少量的接收者传输数据，一般没有什么问题。但如果有大量主机希望获得数据包的同一份拷贝时却很难实现。这将导致发送者负担沉重、延迟长、网络拥塞；为保证一定的服务质量需增加硬件和带宽。广播（Broadcast）传输是指在IP子网内广播数据包，所有在子网内部的主机都将收到这些数据包。广播意味着网络向子网主机都投递一份数据包，不论这些主机是否乐于接收该数据包。然而广播的使用范围非常小，只在本地子网内有效，因为路由器会封锁广播通信。广播传输增加非接收者的开销。组播（Multicast）一种允许一个或多个发送者（组播源）发送单一的数据包到多个接收者（一次的，同时的）的网络技术。播源把数据包发送到特定组播组，而只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。组播可以大大的节省网络带宽，因为无论有多少个目标地址，在整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包。它提高了数据传送效率。减少了主干网出现拥塞的可能性。组播组中的主机可以是在同一个物理网络，也可以来自不同的物理网络（如果有组播路由器的支持）。为了实现IP组播传输，组播源和接收者以及两者之间的下层网络都必须支持组播。这包括以下几方面：（1）主机的TCP/IP实现支持发送和接收IP组播；（2）主机的网络接口支持组播；（3）有一套用于加入、离开、查询的组管理协议，即IGMP（v1，v2）；（4）有一套IP地址分配策略，并能将第三层IP组播地址映射到第二层MAC地址；（5）支持IP组播的应用软件；（6）所有介于组播源和接收者之间的路由器、集线器、交换机、TCP/IP栈、防火墙均需支持组播。1.2 组播地址1.2.1 定义及分类根据internetNIC关于IP地址的规定，IP地址共分为A-E共5类，其中A-C类目前应用的普通IP地址，E类地址保留为将来使用，D类地址即为组播地址，其网络号为固定的1110（第03位），第431位定义了某一特殊的组播地址，范围为224.0.0.0239.255.255.255，共有228个约27亿个地址。 IP组播地址仅能作为目的地址。它们不能作为数据报的源字段或者出现在源路由和路由记录选项中。 如上所述，IP组播地址范围是224.0.0.0239.255.255.255，下面列出部分知名或已用的IP组播地址。实际上，224.0.0.0-224.2.255.255的绝大部分地址已被使用，建议使用时避开上述地址（详细使用情况请参阅RFC1700）。 224.0.0.0基础地址，保留，不能被任何群组使用 224.0.0.1全主机群组（allhostsgroup），指参加本IP组播的所有主机、路由器、网关（不是指整个互连网） 224.0.0.2本子网上的路由器（allroutersonaLAN） 224.0.0.4DVMRP*路由器（DVMRPRouters） 224.0.0.5本子网上的OSPF*路由器(allOSPFroutersonaLAN) 224.0.0.6本子网上被指定的OSPF路由器(alldesignatedOSPFroutersonaLAN) 224.0.1.1网络时间协议（NetworkTimeProtocol，NTP） 224.0.5.000-224.0.5.127蜂窝式数字信息包数据发送主机组（CDPDGroups） 224.1.0.0-224.1.255.255基于流的协议组播主机组（StreamProtocolMulticastGroups） 224.2.0.0-224.2.255.255多媒体会议呼叫（MultimediaConferenceCalls） *注：DVMRP是Distancevectormulticastroutingprotocol的缩写，意为距离矢量组播选路协议，是用来生成组播路由；OSPF是openshortestpathfirst，意为开放最短路径最先，是IETF设计的一种路由协议。1.2.2 IP组播地址与网络硬件组播地址的映射以太网硬件地址是48位，而IP地址是32位，有效IP组播地址是28位，以太网支持IP组播地址到以太网组播地址的映射，主要规则如下： 将IP组播地址的低23位简单地代替特定的以太网地址01.00.5e.00.00.00（16进制）中的低23位。 如图 1.21 所示： 图 1.21 组播IP地址到MAC地址的映射按此规则，IP组播地址范围为224.0.0.0239.255.255.255，映射到以太网组播地址为01.00.5E.00.00.0001.00.5E.7F.FF.FF。 这样做一是因为映射方法简单，便于计算和实现；二是可以包括绝大部分组播地址了；三是IP组播地址映射后仅使用以太网地址的固定部分，有利于排错和查找，不易与其它使用以太网的协议发生冲突和干扰。 1.3 组播协议组播协议主要包括组管理协议（IGMP）和组播路由协议。1.3.1 组管理协议IGMP主机使用IGMP通知子网组播路由器，希望加入组播组；路由器使用IGMP查询本地子网中是否有属于某个组播组的主机。加入组播组当某个主机加入一个组播组时，它通过“成员资格报告”消息通知它所在的IP子网的组播路由器，同时将自己的IP模块做相应的准备，以便开始接收来自该组播组传来的数据。如果这台主机是它所在的IP子网中第一台加入该组播组的主机，通过路由信息的交换，组播路由器加入组播分布树。退出组播组在IGMP v1中，当主机想离开某一个组播组时，可自行退出。组播路由器定时（如120秒）使用“成员资格查询”消息向IP子网中的所有主机的组地址（224.0.0.1）查询，如果某一组播组在IP子网中已经没有任何成员，那么组播路由器在确认这一事件后，将不再在子网中转发该组播组的数据。与此同时，通过路由信息交换，从特定的组播组分布树中删除相应的组播路由器。这种不通知任何人而悄悄离开的方法，使得组播路由器知道IP子网中已经没有任何成员的事件延时了一段时间，所以在IGMP v2.0中，当每一个主机离开某一个组播组时，需要通知子网组播路由器，组播路由器立即向IP子网中的所有组播组询问，从而减少了系统处理停止组播的延时。1.3.2 组播路由协议要想在一个实际网络中实现组播数据包的转发，必须在各个互连设备上运行可互操作的组播路由协议。组播路由协议可分为三类：密集模式协议（如DVMRP，PIM-DM）、稀疏模式协议（如PIM-SM，CBT）和链路状态协议（MOSPF），下面分别介绍各个协议的工作原理。1.3.2.1 密集模式协议在密集模式协议中以距离向量组播路由协议和协议无关组播为例来进行说明。距离向量组播路由协议（Distance Vector Multicast Routing Protocol，简写为DVMRP）由单播路由协议RIP扩展而来，两者都使用距离向量算法得到网络的拓扑信息，不同之处在于RIP根据路由表前向转发数据，而DVMRP则是基于RPF。为了使新加入的组播成员能及时收到组播数据，DVMPR采用定时发送数据包给所有的LAN的方法，然而这种方法导致大量路由控制数据包的扩散，这部分开销限制了网络规模的扩大。另一方面，DVMRP使用跳数作为计量尺度，其上限为32跳，这对网络规模也是一个限制。目前提出了分层DVMRP，即对组播网络划分区域，在区域内的组播可以按照任何协议进行，而对于跨区域的组播则由边界路由器在DVMRP协议下进行，这样可大大减少路由开销。协议无关组播（Protocol Independent Multicast，简写为PIM）由IDMR（域间组播路由）工作组设计，顾名思义，PIM不依赖于某一特定单播路由协议，它可利用各种单播路由协议建立的单播路由表完成RPF检查功能，而不是维护一个分离的组播路由表实现组播转发。由于PIM无需收发组播路由更新，所以与其它组播协议相比，PIM开销降低了许多。PIM的设计出发点是在Internet范围内同时支持SPT和共享树，并使两者之间灵活转换，因而集中了它们的优点提高了组播效率。PIM定义了两种模式：密集模式（Dense-Mode）和稀疏模式（Sparse-Mode）。1.3.2.2 稀疏模式协议稀疏协议模式以有核树组播路由协议来进行说明有核树组播路由协议（Core-Based Trees，简写为CBT）的基本目标是减少网络中路由器组播状态，以提供组播的可扩展性。为此，CBT被设计成稀疏模式（与PIM-SM相似）。CBT使用双向共享树，双向共享树以某个核心路由器为根，允许组播信息在两个方向流动。这一点与PIM-SM不同（PIM-SM中共享树是单向的，在RP与组播源之间使用SPT将组播数据转发到RP），所以CBT不能使用RPF检查，而使用IP包头的目标组地址作检查转发缓存。这就要求在维护CBT共享树时非常小心，以确保不会产生组播路由循环。1.3.2.3 链路状态协议（MOSPF）链路状态协议以开放式组播最短路径优先协议来进行说明。开放式组播最短路径优先协议（Multicast Open Sho