Internet组播

1、第十七章第十七章 Internet 组播组播IP组播功能组播功能IP组播协议组播协议通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-82页页1 引言引言组播：组播：multicast。向一组特定站点发出报文：向一组特定站点发出报文：称为一个称为一个“群组群组”；该群组站点允许分布在多个该群组站点允许分布在多个IP子网中；子网中；IP的组播报文应送达群组所有成员。的组播报文应送达群组所有成员。不能使用不能使用IP广播实现组播功能，原因：广播实现组播功能，原因：IP广播局限在一个广播局限在一个IP子网内（回忆子网内（回忆IP广播方式）；广播方式）；增加组外站点的额外处

2、理负担。增加组外站点的额外处理负担。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-83页页1 引言（续）引言（续）网络允许划分成多个群组：网络允许划分成多个群组： 群组可跨越多个群组可跨越多个IP子网；子网； 站点可同属于多个群组。站点可同属于多个群组。群组标识：群组标识： 用组播地址标识一个群组；用组播地址标识一个群组； 每个群组使用一个组播地址；每个群组使用一个组播地址； 不同群组靠不同组播地址区分。不同群组靠不同组播地址区分。组播的主要用途：组播的主要用途： 特殊群组：特殊群组：所有所有RIP路由器、所有路由器、所有OSPF路由器、路由器、； 网络应用：网

3、络应用：NetTV、NetMeeting、MultiMedia 、。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-84页页1 引言（续）引言（续）例：例：IP网络上的一种群组划分，从中可以看出组播的网络上的一种群组划分，从中可以看出组播的复杂性复杂性RRRRRRAAAAAAAABBBBBBBBBA群组1，分布在多个IP子网中；群组2，分布在多个IP子网中；群组3，在同一个子网内。CCBC通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-85页页1 引言（续）引言（续）组播的复杂性：组播的复杂性：IP报文的目的地址是组播地址；报文的目的

4、地址是组播地址；组播报文不止在一个组播报文不止在一个IP子网上传播；子网上传播；送达成员所在的所有网络；送达成员所在的所有网络；不应送达无成员的网络；不应送达无成员的网络；组播报文可能会穿越无成员的网络；组播报文可能会穿越无成员的网络；组播传播没有明确的方向，存在环路问题；组播传播没有明确的方向，存在环路问题；谁转发组播报文，如何转发？谁转发组播报文，如何转发？如何了解成员的分布情况？如何了解成员的分布情况？通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-86页页2 链路层组播的实现链路层组播的实现物理网中的组播（链路层或物理网的网络层）；物理网中的组播（链路层或

5、物理网的网络层）；链路层地址方案中应为组播分配地址；链路层地址方案中应为组播分配地址；数据帧中目的地址为组播地址；数据帧中目的地址为组播地址；组播的范围物理网的范围；组播的范围物理网的范围；组播报文传递，组播报文传递，物理网的帧传递机制实现组播报文传递。物理网的帧传递机制实现组播报文传递。某些链路层具有组播功能，某些链路层具有组播功能，广播型网络中实现；广播型网络中实现；非广播型网络中实现。非广播型网络中实现。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-87页页2 链路层组播的实现（续）链路层组播的实现（续）广播型网络：广播型网络：类似广播的方式，实现组播；类

6、似广播的方式，实现组播；广播和组播的差别：广播和组播的差别：l只有一个广播地址；只有一个广播地址；l有多个组播地址。有多个组播地址。在接口上配置特定的组播地址，才能接收组播，在接口上配置特定的组播地址，才能接收组播，l如进行设置：加入某个组播群。如进行设置：加入某个组播群。发送方实现简单，只需发送一次组播报文；发送方实现简单，只需发送一次组播报文；接收方实现稍复杂，过滤不同组播地址的报文。接收方实现稍复杂，过滤不同组播地址的报文。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-88页页2 链路层组播的实现（续）链路层组播的实现（续）非广播型网络难以实现组播：非广播

7、型网络难以实现组播：较多网络不支持组播。较多网络不支持组播。组播方式：组播方式：发送，发送，l把组播报文依次发向组播成员；把组播报文依次发向组播成员；l需了解组播成员的位置信息；需了解组播成员的位置信息；接收，接收，l滤除地址不符的组播报文。滤除地址不符的组播报文。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-89页页2.1 以太网组播以太网组播组播地址：组播地址：MAC地址的第一位为地址的第一位为1，全全1地址除外。地址除外。在在MAC层设定期望接收的组播地址，层设定期望接收的组播地址，加入某个群组；加入某个群组；可设置多个组播地址，加入多个群组。可设置多个组

8、播地址，加入多个群组。1000000010100111000000000000000 0点分制：01.xx.xx.xx.xx.xx0 7 15 23 31 39 47注：bit表示顺序是低bit到高bit 点分制中，每个Byte中bit是高到低如设置组播地址：01.5E.00.00.00.010000000010000000通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-810页页2.1 以太网组播（续）以太网组播（续）组播过滤：组播过滤：MAC层过滤组播地址；层过滤组播地址；只接收预先设定了组播地址的组播报文。只接收预先设定了组播地址的组播报文。网桥的处理：网桥

9、的处理：向所有端口（除接收端口）转发该组播报文。向所有端口（除接收端口）转发该组播报文。123456通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-811页页4 IP 组播组播物理网组播的抽象和一般化：物理网组播的抽象和一般化： 在多个在多个IP子网范围内进行组播。子网范围内进行组播。IP层组播，层组播，IP报文中目的报文中目的IP地址为组播地址；地址为组播地址；组播报文传递机制：组播报文传递机制： 路由器需转发组播报文（组播路由器）；路由器需转发组播报文（组播路由器）； IP子网间：组播路由器传递；子网间：组播路由器传递； IP子网内：物理网的组播传递机制。子网

10、内：物理网的组播传递机制。IP Net1IP Net2IP Net3IP Net4IP组播RRH通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-812页页5 IP组播特点组播特点动态组播成员：动态组播成员：站点可动态加入站点可动态加入/退出组播群组，退出组播群组，可同时加入多个组播群组。可同时加入多个组播群组。能利用物理网支持组播：能利用物理网支持组播：有组播机制的物理网，如以太网组播机制；有组播机制的物理网，如以太网组播机制；无组播机制的物理网，无组播机制的物理网，IP采用广播和单播实现组播。采用广播和单播实现组播。R特殊投递机制特殊投递机制 组播路由器；组播路

11、由器；尽力投递方式，有丢失、重复、乱序现象；尽力投递方式，有丢失、重复、乱序现象；发送：可向任意群组发送；群组成员接收。发送：可向任意群组发送；群组成员接收。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-813页页6 IP组播概念性问题组播概念性问题组播编址方法；组播编址方法；通知和交付机制；通知和交付机制；组播报文转发。组播报文转发。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-814页页6.1 组播编址方法组播编址方法D类类IP地址；地址；本地（自治系统内）有效且具有全局含义的群组地址，本地（自治系统内）有效且具有全局含义的群

12、组地址，lAS内所有内所有RIP路由器群组、所有路由器群组、所有OSPF路由器群组；路由器群组；l路由器放到任何路由器放到任何AS中都能组播通信；中都能组播通信；l在不同的在不同的AS中，相同的组播地址有相同的含义。中，相同的组播地址有相同的含义。只有本地含义的群组，只有本地含义的群组，lNet Radio、Net TV、其它特定组播应用；、其它特定组播应用；l在不同的在不同的AS中，相同的组播地址有不同的含义。中，相同的组播地址有不同的含义。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-815页页6.1 组播编址方法（续）组播编址方法（续）D类地址：类地址：2

13、24.0.0.0 239.255.255.255。组播地址分配：组播地址分配：专用：专用：224.0.0.1 224.0.0.255 组播选路和维护；组播选路和维护；l224.0.0.1 ：包含参与组播的所有路由器和主机；：包含参与组播的所有路由器和主机；l224.0.0.2 ：只包含参与组播的所有路由器。：只包含参与组播的所有路由器。239.192.0.0239.251.255.255 一个自治域内；一个自治域内；239.252.0.0239.255.255.255 一个一个IP子网内；子网内；组播地址只能用作目的地址。组播地址只能用作目的地址。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西

14、南科技大学 by 2022-4-816页页6.2 组播通知和交付机制组播通知和交付机制组播通知：组播通知： 路由器需知道哪个子网有哪些群组存在路由器需知道哪个子网有哪些群组存在/消失；消失； 主机需要通知路由器，自己已加入主机需要通知路由器，自己已加入/撤出某个群组；撤出某个群组； 路由器之间需相互通知，以便组播的路由。路由器之间需相互通知，以便组播的路由。组播交付：组播交付： “一目多投一目多投”； 尽可能使用物理网的组播投递机制；尽可能使用物理网的组播投递机制； 物理网不支持组播时，物理网不支持组播时，IP将自己完成组播。将自己完成组播。l逐个投递。逐个投递。通信网体系与协议通信网体系与协

15、议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-817页页6.2 组播通知和交付机制（续）组播通知和交付机制（续）以太网上实现以太网上实现IP组播：组播： 利用以太网组播机制；利用以太网组播机制； IP组播地址到以太网组播地址的映射；组播地址到以太网组播地址的映射；l低低23比特。比特。 映射不唯一，映射不唯一，l多个多个IP地址映射成同一个地址映射成同一个MAC地址；地址； 寄希望于网络不会用太多的组播；寄希望于网络不会用太多的组播； 收到不是自己的组播报文，怎么办？收到不是自己的组播报文，怎么办？IPMACIP组播报文以太网组播帧01005EB1B2B3B0B1B2B3D类地址以太网地址d

16、MAC sMACIP报文IPMAC地址映射通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-818页页6.2 组播通知和交付机制（续）组播通知和交付机制（续）收到组播收到组播MAC地址相符，但组播地址相符，但组播IP不符的报文；不符的报文；MAC过滤过滤IP过滤。过滤。IPMAC过滤组播帧过滤组播帧过滤组播报文过滤组播报文通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-819页页6.3组播报文转发组播报文转发路由器需知道各个网络接口上存在的群组，以便转发路由器需知道各个网络接口上存在的群组，以便转发组播报文。组播报文。难以避免的路由环：

17、难以避免的路由环：只要只要IP子网构成环路，组播就存在路由环；子网构成环路，组播就存在路由环；由于目的由于目的IP是组播地址，无法根据目的是组播地址，无法根据目的IP避免环路。避免环路。HRRRR通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-820页页6.3组播报文转发（续）组播报文转发（续）最具挑战性的转发问题。最具挑战性的转发问题。路由器转发组播报文：路由器转发组播报文：应允许主机任何时刻加入和退出群组；应允许主机任何时刻加入和退出群组；组播成员零星分布在多个组播成员零星分布在多个IP子网中；子网中；及时了解组播成员在哪些子网中；及时了解组播成员在哪些子网中

18、；应具有最短路径传递组播分组到目的地；应具有最短路径传递组播分组到目的地；避免组播路由环。避免组播路由环。不会产生关于组播的不会产生关于组播的ICMP报文，报文，why？怎么办？怎么办？报文寿命控制组播范围。报文寿命控制组播范围。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-821页页7 组播作用域组播作用域两种控制技术：两种控制技术：1. IP报文的生命期报文的生命期TTL， TTL1，在本子网；，在本子网；TTL=0，在本机内；，在本机内； 。2. 管理辖区，管理辖区， 基于组播地址规定的范围（物理网、自治系统）（基于组播地址规定的范围（物理网、自治系统）（

19、IP子子网、网、IP网）；网）； 路由器控制组播，阻止向外转发组播。路由器控制组播，阻止向外转发组播。辖区范围辖区范围阻止组播阻止组播允许转发组播允许转发组播路由器路由器通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-822页页8 主机的组播处理主机的组播处理通常情况，主机不参与组播；通常情况，主机不参与组播；某些网络应用，使主机动态加入某些网络应用，使主机动态加入/退出组播；退出组播； IP层软件提供组播加入层软件提供组播加入/退出管理接口，退出管理接口，l允许应用加入多个组播；允许应用加入多个组播；l允许多个应用加入同一个组播；允许多个应用加入同一个组播；收到

20、的组播报文，复制若干份，送到不同的应用上去；收到的组播报文，复制若干份，送到不同的应用上去；只有所有应用退出该组播，只有所有应用退出该组播，IP才退出该组播。才退出该组播。一旦加入，该主机就是该组播的成员。一旦加入，该主机就是该组播的成员。应用1 IPTCP/UDPMAC加入组播加入组播239.192.36.5加入组播加入组播01.00.5E.C0.24.5应用2通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-823页页8 主机的组播处理（续）主机的组播处理（续）在不同网络接口加入不同组播在不同网络接口加入不同组播组播属性组播属性 某个接口上的组播某个接口上的组播

21、IP协议网络1网络2网络3组播a,b,c组播i,j,k组播x,y通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-824页页8 主机的组播处理（续）主机的组播处理（续）组播的发送：组播的发送：下一跳地址指定为组播地址；下一跳地址指定为组播地址；ARP直接把组播直接把组播IP映射成组播映射成组播MAC地址。地址。到任意群组的组播实现简单、方便，到任意群组的组播实现简单、方便，IP允许非群组成员发出组播报文。允许非群组成员发出组播报文。IPMACARP（下一跳，（下一跳，IP报文）报文）映射成映射成组播组播MAC（目的（目的MAC，IP报文）报文）通信网体系与协议通信网

22、体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-825页页9 组播管理协议组播管理协议IGMP（Internet Group Management Protocol）。）。用于群组成员管理组播的通信：用于群组成员管理组播的通信：主机：加入主机：加入/退出某群组；退出某群组；路由器：传播群组信息；路由器：传播群组信息；路由器：群组查询。路由器：群组查询。用途：用途：动态群组成员；动态群组成员；建立组播路由。建立组播路由。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-826页页9.1 IGMP操作操作通信操作：通信操作：IGMP通信采用组播方式实现；通信采用

23、组播方式实现；未参与组播的主机不会收到未参与组播的主机不会收到IGMP（被（被MAC滤除）。滤除）。通告操作：主机用通告操作：主机用IGMP报告加入报告加入/退出某群组；退出某群组；轮询操作：路由器用轮询操作：路由器用IGMP轮询群组；轮询群组；状态操作：维护主机自己的群组状态。状态操作：维护主机自己的群组状态。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-827页页9.2 IGMP轮询操作轮询操作路由器定期轮询群组（典型路由器定期轮询群组（典型125秒一次）；秒一次）；单个查询请求所有群组的信息：单个查询请求所有群组的信息：E.g 用作查询的地址：用作查询的地

24、址：224.0.0.1；IGMP通信量不会随网络上群组增加而增加。通信量不会随网络上群组增加而增加。网络上有多个路由器时，指定其中一个作轮询。网络上有多个路由器时，指定其中一个作轮询。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-828页页9.3 IGMP轮询响应轮询响应路由器只关心网络上有哪些群组存在，而不关心具体路由器只关心网络上有哪些群组存在，而不关心具体是哪台主机。是哪台主机。每个群组只需一个响应就足够了。每个群组只需一个响应就足够了。主机在主机在0N（默认为（默认为10）秒内随机响应轮询。）秒内随机响应轮询。监听轮询响应，抑制不必要响应。监听轮询响应，

25、抑制不必要响应。RHH轮询响应监听到同群组的响应，抑制响应通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-829页页9.3 轮询状态变迁轮询状态变迁主机或者不参与组播主机或者不参与组播(非成员非成员),或者参与一个到多个群组。或者参与一个到多个群组。主机新参与一个群组时，需通知路由器。主机新参与一个群组时，需通知路由器。等待轮询到来，给出或抑制响应后，成为成员；等待轮询到来，给出或抑制响应后，成为成员；如果没出现轮询，直接给出响应来通告加入。如果没出现轮询，直接给出响应来通告加入。退出群组，只有所有应用程序都退出群组，主机才真正退退出群组，只有所有应用程序都退出群

26、组，主机才真正退出群组。出群组。非成员延迟的成员成员加入群组/启动定时退出群组超时/发送响应抑制响应查询到/启动定时通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-830页页9.4 IGMP报文格式报文格式简单报文格式；简单报文格式；查询：既有通用查询，也有指定群组的查询；查询：既有通用查询，也有指定群组的查询；响应时间（响应时间（Resp Time），响应的随机时延范围；），响应的随机时延范围； 可供管理人员配置，控制网络中可供管理人员配置，控制网络中IGMP流量。流量。081631TypeResp TimeCheck SumGroup AddressTypeG

27、roup Address 含义含义0 x110一般成员查询一般成员查询0 x11有效有效具体群组成员查询具体群组成员查询0 x12有效有效成员报告（成员报告（V1）0 x16有效有效成员报文成员报文0 x17有效有效退出群组退出群组通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-831页页10 组播的路由组播的路由如何确保组播报文送到所有群组成员？如何确保组播报文送到所有群组成员？IGMP： 单个网络中主机和路由器交互，供路由器决策是否向该网络单个网络中主机和路由器交互，供路由器决策是否向该网络转发组播报文。转发组播报文。路由器间如何配合，形成组播的路由？路由器间

28、如何配合，形成组播的路由？ 提出和采用多种组播选路协议；提出和采用多种组播选路协议； 没有标准，不同厂商不统一（组网困难）。没有标准，不同厂商不统一（组网困难）。组播选路与常规选路不同：组播选路与常规选路不同： 组播目的地址实质上没有目的点（或所有的网络都可能是目组播目的地址实质上没有目的点（或所有的网络都可能是目的点）；的点）； 主机动态加入主机动态加入/退出使组播选路动态变化。退出使组播选路动态变化。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-832页页10.1 对选路的需求对选路的需求任何网点都可向任意群组发出组播报文；任何网点都可向任意群组发出组播报文

29、；路由器、主机。路由器、主机。组播报文应送达所有的群组网点；组播报文应送达所有的群组网点；组播报文不应送到没有群组的网络上；组播报文不应送到没有群组的网络上；组播报文可能穿越没有群组的网络；组播报文可能穿越没有群组的网络；适应动态群组成员变动的选路。适应动态群组成员变动的选路。RR通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-833页页10.2 路由器转发组播报文路由器转发组播报文路由器需记住每个网络接口上存在哪些群组，以便为路由器需记住每个网络接口上存在哪些群组，以便为其转发组播报文；其转发组播报文；报文向存在相符群组的接口；报文向存在相符群组的接口；群组信息

30、来源于群组信息来源于IGMP（接口网络上的群组）。（接口网络上的群组）。群组a,b,j群组i,j,a群组x,i,a组播转发通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-834页页10.3 基本组播选路基本组播选路最佳组播选路：最佳组播选路：组播报文能到达群组的所有成员，且报文不会两次通过组播报文能到达群组的所有成员，且报文不会两次通过一个网络。一个网络。组播选路思想：反向路径转发（组播选路思想：反向路径转发（RPF）：）：Reverse Path Forwarding；避免组播选路环。避免组播选路环。RPF选路方法：选路方法：从一个网络接口收到一个组播报文，向其

31、它接口转发该从一个网络接口收到一个组播报文，向其它接口转发该报文的条件为：报文的条件为：如果该接口是到源站点的路径。如果该接口是到源站点的路径。通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-835页页到网络A的接口RPF选路示意图选路示意图网络网络A中的网点发送一个组播报文；中的网点发送一个组播报文；网络网络A上的路由器都会转发该组播报文；上的路由器都会转发该组播报文；该报文不会向通向网络该报文不会向通向网络A的接口转发；的接口转发；能够保证报文送到网络上所有群组成员，但也送到没能够保证报文送到网络上所有群组成员，但也送到没有群组的网络上，浪费通信资源。有群组的网络上，浪费通信资源。RRRR网络A到网络A的接口到网络A的接口到网络A的接口到网络A的接口R网络B通信网体系与协议通信网体系与协议西南科技大学西南科技大学 by 2022-4-836页页截短反向路径转发（截短反向路径转发（TRPF）Truncated Reverse Path Fo