IP組播基礎(chǔ)53個(gè)知識(shí)點(diǎn)

1、隨著Internet網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)中交互的各種數(shù)據(jù)、 語(yǔ)音和視頻信息越來(lái)越多，同時(shí)新興的電子商務(wù)、網(wǎng)上會(huì) 議、網(wǎng)上拍賣(mài)、視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教學(xué)等服務(wù)也在逐漸興起。 這些服務(wù)對(duì)信息安全性、有償性、網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了要求。現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)對(duì)以下兩項(xiàng)目標(biāo)給予更高的關(guān)注：a）資源發(fā)現(xiàn)b）點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的IP傳輸實(shí)現(xiàn)這兩項(xiàng)目標(biāo)有三種解決方案：?jiǎn)尾ィ║nicast）、廣播（Broadcast）、組播（Multicast）組播方式更適合點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的IP傳輸。網(wǎng)絡(luò)中存在信息發(fā)送者“源”，接收者A和C提出信息需 求，網(wǎng)絡(luò)采用單播方式傳輸信息。采用單播（Unicast）方式時(shí)，系統(tǒng)為每個(gè)需求該信息的 用戶(hù)單獨(dú)建立一條數(shù)據(jù)傳

2、送通路，并為該用戶(hù)發(fā)送一份獨(dú) 立的拷貝信息。由于網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男畔⒘亢托枨笤撔畔⒌?用戶(hù)量成正比，因此當(dāng)需求該信息的用戶(hù)量龐大時(shí)，網(wǎng)絡(luò) 中將出現(xiàn)多份相同信息流。此時(shí)，帶寬將成為重要瓶頸， 單播方式較適合用戶(hù)稀少的網(wǎng)絡(luò)，不利于信息規(guī)?；l(fā)送。網(wǎng)絡(luò)中存在信息發(fā)送者“源”，接收者A和C提出信息需 求，網(wǎng)絡(luò)采用單播方式傳輸信息。采用單播（Unicast）方式時(shí)，系統(tǒng)為每個(gè)需求該信息的 用戶(hù)單獨(dú)建立一條數(shù)據(jù)傳送通路，并為該用戶(hù)發(fā)送一份獨(dú) 立的拷貝信息。由于網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男畔⒘亢托枨笤撔畔⒌?用戶(hù)量成正比，因此當(dāng)需求該信息的用戶(hù)量龐大時(shí)，網(wǎng)絡(luò) 中將出現(xiàn)多份相同信息流。此時(shí)，帶寬將成為重要瓶頸， 單播方式較適合

3、用戶(hù)稀少的網(wǎng)絡(luò)，不利于信息規(guī)?；l(fā)送。組播的優(yōu)勢(shì)主要在于：a）提高效率：降低網(wǎng)絡(luò)流量、減輕服務(wù)器和CPU負(fù)荷。b）優(yōu)化性能：減少冗余流量、節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬、降低網(wǎng)絡(luò) 負(fù)載。c）分布式應(yīng)用：使多點(diǎn)應(yīng)用成為可能。組播技術(shù)有效地解決了單點(diǎn)發(fā)送多點(diǎn)接收的問(wèn)題，實(shí) 現(xiàn)了 IP網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)到多點(diǎn)的高效數(shù)據(jù)傳送。利用網(wǎng)絡(luò)的組 播特性可以方便地提供一些新的增值業(yè)務(wù)，包括在線(xiàn)直播、 網(wǎng)絡(luò)電視、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)、實(shí)時(shí)視/音 頻會(huì)議等互聯(lián)網(wǎng)的信息服務(wù)領(lǐng)域。組播技術(shù)有效地解決了單點(diǎn)發(fā)送多點(diǎn)接收的問(wèn)題，實(shí) 現(xiàn)了 IP網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)到多點(diǎn)的高效數(shù)據(jù)傳送。但由于組播技 術(shù)是基于UDP的，所以同時(shí)也存在著不足之處：a）盡力而為

4、：報(bào)文丟失是不可避免的。因此組播應(yīng)用程 序不能依賴(lài)組播網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可靠性保證，必須針對(duì)組播 網(wǎng)絡(luò)的這個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行特別設(shè)計(jì)?！翱煽拷M播”目前仍然 處于研究階段。b）沒(méi)有擁塞避免機(jī)制:缺少TCP窗口機(jī)制和慢啟動(dòng)機(jī)制， 組播可能會(huì)出現(xiàn)擁塞。如果可能的話(huà)，組播應(yīng)用程序 應(yīng)該嘗試檢測(cè)避免擁塞。c）報(bào)文重復(fù)：某些組播協(xié)議的特殊機(jī)制（如Assert機(jī)制 和SPT切換機(jī)制）可能會(huì)造成偶爾的數(shù)據(jù)包的重復(fù)。 組播應(yīng)用程序應(yīng)該容忍這種現(xiàn)象。d）報(bào)文失序：同樣組播協(xié)議有的時(shí)候會(huì)造成報(bào)文到達(dá)的 次序錯(cuò)亂，組播應(yīng)用程序必須自己采用某種手段進(jìn)行 糾正（比如緩沖池機(jī)制等）。單播數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，一個(gè)數(shù)據(jù)包傳輸?shù)穆窂绞菑脑?地址路由到

5、目的地址，利用“逐跳”（hop-by-hop）的原 理在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸。然而在IP組播環(huán)境中，數(shù)據(jù)包的日 的地址不是一個(gè)，而是一組，形成組地址。所有的信息接 收者都加入到一個(gè)組內(nèi)，并且一旦加入之后，流向該組地 址的數(shù)據(jù)立即開(kāi)始向接收者傳輸，組中的所有成員都能接 收到數(shù)據(jù)包，這個(gè)組就是“組播組”。根據(jù) IANA （Internet Assigned Numbers Authority） 規(guī)定，組播報(bào)文的目的地址使用D類(lèi)IP地址，D類(lèi)地址 不能出現(xiàn)在IP報(bào)文的源IP地址字段。D 類(lèi)組播地址范圍是從 224.0.0.0 到 239.255.255.255。ASM模型:ASM模型就是任意源組播模型。在

6、該模型中， 任意發(fā)送者都可以成為組播源，向某組播組地址發(fā)送信息。 眾多接收者通過(guò)加入由該地址標(biāo)識(shí)的主機(jī)組，從而接收到 發(fā)往該組播組的所有信息。在ASM模型中，接收者無(wú)法預(yù) 先知道組播源的位置，接收者可以在任意時(shí)間加入或離開(kāi) 該主機(jī)組。SFM模型：SFM模型繼承了 ASM模型，從發(fā)送者角度來(lái) 看，組播組成員關(guān)系完全相同。SFM在功能上對(duì)ASM進(jìn)行 了擴(kuò)展：上層軟件對(duì)接收到的組播報(bào)文的源地址進(jìn)行檢查， 允許或禁止來(lái)自某些組播源的報(bào)文通過(guò)。最終，接收者只 能接收到來(lái)自部分組播源的數(shù)據(jù)。從接收者角度來(lái)看，只 有部分組播源是有效的，組播源經(jīng)過(guò)了篩選。SSM模型：在現(xiàn)實(shí)生活中，用戶(hù)可能僅對(duì)某些源發(fā)送的 組

7、播信息感興趣，而不愿接收其它源發(fā)送的信息。SSM模 型為用戶(hù)提供了一種能夠在客戶(hù)端指定信源的傳輸服務(wù)。SSM模型和ASM模型的根本區(qū)別是接收者已經(jīng)通過(guò)其 他手段預(yù)先知道了組播源的具體位置。SSM使用和ASM不 同的組播地址范圍，直接在接收者和其指定的組播源之間 建立專(zhuān)用的組播轉(zhuǎn)發(fā)路徑。永久組地址：IANA為路由協(xié)議預(yù)留的組播地址，用于 標(biāo)識(shí)一組特定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（也稱(chēng)為保留組播組）。永久組 地址保持不變，組成員的數(shù)量可以是任意的，甚至可以為 零。如224.0.0.5是為OSPF路由協(xié)議中預(yù)留的組播地址。臨時(shí)組地址：為用戶(hù)組播組臨時(shí)分配的IP地址，組成員的數(shù)量一旦為零，即取消。224.0.0.0 到

8、 224.0.0.255 為 IANA 預(yù)留的永久組 地址，地址224.0.0.0保留不做分配，其它地址供路由 協(xié)議及拓?fù)洳檎液途S護(hù)協(xié)議使用。該范圍內(nèi)的地址屬于局 部范疇，不論生存時(shí)間字段（TTL）值是多少，都不會(huì)被 路由器轉(zhuǎn)發(fā)；224.0.1.0 到 231.255.255.255 ， 233.0.0.0 到 238.255.255.255為用戶(hù)可用的ASM臨時(shí)組地址，在全網(wǎng) 范圍內(nèi)有效；232.0.0.0 到 232.255.255.255，為用戶(hù)可用的 SSM 臨 時(shí)組地址，全網(wǎng)范圍內(nèi)有效。239.0.0.0 到 239.255.255.255，用戶(hù)可用的 ASM 臨時(shí) 組地址，僅在特定

9、的本地管理域內(nèi)有效，稱(chēng)為本地管理組 播地址。本地管理組播地址屬于私有地址，在不同的管理 域內(nèi)使用相同的本地管理組播地址不會(huì)導(dǎo)致沖突。以太網(wǎng)傳輸單播IP報(bào)文的時(shí)候，目的MAC地址使用的 是接收者的MAC地址。但是在傳輸組播報(bào)文時(shí)，傳輸目的 不再是一個(gè)具體的接收者，而是一個(gè)成員不確定的組，所 以使用的是組播MAC地址。組播MAC地址用于在鏈路層上標(biāo)識(shí)屬于同一組播組的 接收者。IANA規(guī)定，組播MAC地址的高24bit為0 x01005e，第25bit固定為0,低23bit為組播IP地址的低23bit。組播協(xié)議包括用于主機(jī)注冊(cè)的組播組管理協(xié)議，和用于組播選路轉(zhuǎn)發(fā)的組播路由協(xié)議。IGMP ( Inte

10、rnet Group Management Protocol)在接 收者主機(jī)和組播路由器之間運(yùn)行，該協(xié)議定義了主機(jī)與路 由器之間建立和維護(hù)組播成員關(guān)系的機(jī)制。組播路由器之間運(yùn)行組播路由協(xié)議，組播路由協(xié)議用 于建立和維護(hù)組播路由，并正確、高效地轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)包。對(duì)于ASM模型，可以將組播路由分為域內(nèi)和域間兩大 類(lèi)。組播路由形成了一個(gè)從數(shù)據(jù)源到多個(gè)接收端的單向無(wú) 環(huán)數(shù)據(jù)傳輸路徑，即組播分發(fā)樹(shù)。組播分發(fā)樹(shù)的兩個(gè)基本類(lèi)型：源路徑樹(shù)和共享樹(shù)。源路徑樹(shù)：以組播源作為樹(shù)根，將組播源到每一個(gè)接 收者的最短路徑結(jié)合起來(lái)構(gòu)成的轉(zhuǎn)發(fā)樹(shù)。由于源路徑樹(shù)使 用的是從組播源到接收者的最短路徑，因此也稱(chēng)為最短路 徑樹(shù)(Shor

11、test Path Tree，SPT)。對(duì)于某個(gè)組，網(wǎng)絡(luò)要 為任何一個(gè)向該組發(fā)送報(bào)文的組播源建立一棵樹(shù)。共享樹(shù)：以某個(gè)路由器作為路由樹(shù)的樹(shù)根，該路由器 稱(chēng)為匯集點(diǎn)(Rendezvous Point， RP)，將RP到所有接 收者的最短路徑結(jié)合起來(lái)構(gòu)成轉(zhuǎn)發(fā)樹(shù)。使用共享樹(shù)時(shí)，對(duì)應(yīng)某個(gè)組，網(wǎng)絡(luò)中只有一棵樹(shù)。所 有的組播源和接收者都使用這棵樹(shù)來(lái)收發(fā)報(bào)文，組播源先 向樹(shù)根發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文，之后報(bào)文又向下轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)所有的接 收者。源路徑樹(shù)以組播源作為樹(shù)根，將組播源到每一個(gè)接收 者的最短路徑結(jié)合起來(lái)構(gòu)成的轉(zhuǎn)發(fā)樹(shù)。源路徑樹(shù)使用的是從組播源到接收者的最短路徑，也 稱(chēng)為最短路徑樹(shù)(shortest path tree，

12、 SPT)。對(duì)于某個(gè) 組，網(wǎng)絡(luò)要為任何一個(gè)向該組發(fā)送報(bào)文的組播源建立一棵 樹(shù)。共享樹(shù)以某個(gè)路由器作為路由樹(shù)的樹(shù)根，該路由器稱(chēng) 為匯集點(diǎn)(Rendezvous Point，RP)，將RP到所有接收 者的最短路徑結(jié)合起來(lái)構(gòu)成轉(zhuǎn)發(fā)樹(shù)。使用共享樹(shù)時(shí)，對(duì)應(yīng) 某個(gè)組，網(wǎng)絡(luò)中只有一棵樹(shù)。所有的組播源和接收者都使 用這棵樹(shù)來(lái)收發(fā)報(bào)文，組播源先向樹(shù)根發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文，之 后報(bào)文又向下轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)所有的接收者。源路徑樹(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能構(gòu)造組播源和接收者之間的最短 路徑，使端到端的延遲達(dá)到最??；但是付出的代價(jià)是，在 路由器中必須為每個(gè)組播源保存路由信息，這樣會(huì)占用大 量的系統(tǒng)資源，路由表的規(guī)模也比較大。共享樹(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是路由器中

13、保留的狀態(tài)可以很少， 缺點(diǎn)是組播源發(fā)出的報(bào)文要先經(jīng)過(guò)RP，再到達(dá)接收者，經(jīng)由的路徑通常并非最短，而且對(duì)RP的可靠性和處理能力要求很高。單播報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，路由器并不關(guān)心源地址，只 關(guān)心報(bào)文中的目的地址，通過(guò)目的地址決定向哪個(gè)接口轉(zhuǎn) 發(fā)。在組播中，報(bào)文是發(fā)送給一組接收者的，這些接收者 用一個(gè)邏輯地址標(biāo)識(shí)。路由器在接收到報(bào)文后，必須根據(jù) 源和目的地址確定出上游（指向組播源）和下游方向，把 報(bào)文沿著遠(yuǎn)離組播源的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)作RPF（Reverse Path Forwarding，逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā)）。RPF執(zhí)行過(guò)程中會(huì)用到原有的單播路由表以確定上游 和下游的鄰接結(jié)點(diǎn)。只有當(dāng)報(bào)文是從上游鄰接結(jié)

14、點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 接口（稱(chēng)作RPF接口）到達(dá)時(shí)，才向下游轉(zhuǎn)發(fā)。RPF的作用除了可以正確地按照組播路由的配置轉(zhuǎn)發(fā) 報(bào)文外，還能避免由于各種原因造成的環(huán)路，環(huán)路避免在 組播路由中是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。RPF的主體是RPF檢查，路由器收到組播報(bào)文后，先 對(duì)報(bào)文進(jìn)行RPF檢查，只有檢查通過(guò)才轉(zhuǎn)發(fā)，否則丟棄。RPF檢查過(guò)程如下：a）路由器在單播路由表中查找組播源或RP對(duì)應(yīng)的RPF 接口（當(dāng)使用信源樹(shù)時(shí)，查找組播源對(duì)應(yīng)的RPF接口， 使用共享樹(shù)時(shí)查找RP對(duì)應(yīng)的RPF接口），某個(gè)地址 對(duì)應(yīng)的RPF接口是指從路由器向該地址發(fā)送報(bào)文時(shí)的出接口;b）如果組播報(bào)文是從RPF接口接收下來(lái)的，則RPF檢 查通過(guò)，報(bào)文向下游接口

15、轉(zhuǎn)發(fā)；c）否則，丟棄該報(bào)文。RPF檢查的過(guò)程實(shí)際上是查找單播路由表的過(guò)程。路由器接收到組播報(bào)文后，后查找單播路由表，檢查 到達(dá)組播源的出接口是否與接收到組播報(bào)文接口一致。如 果一致則認(rèn)為合法，如果不一致則認(rèn)為從錯(cuò)誤接口收到報(bào) 文，RFP檢查失敗，丟棄報(bào)文。什么是組播？組播組使用一個(gè)IP組播地址標(biāo)識(shí)，接收者A和C兩個(gè) 信息接收者加入該組播組后從而可以接收發(fā)往該組播 組的數(shù)據(jù)。組播源僅發(fā)送一次信息，借助組播路由協(xié) 議為組播數(shù)據(jù)包建立樹(shù)型路由，被傳遞的信息在盡可 能遠(yuǎn)的分叉路口才開(kāi)始復(fù)制和分發(fā)。相同的組播數(shù)據(jù) 流在每一條鏈路上最多僅有一份。組播地址結(jié)構(gòu)是怎樣的？D 類(lèi)組播地址范圍是從 224.0.0

16、.0 到 239.255.255.255。根據(jù)地址有效性分為：永久組地 址和臨時(shí)組地址。永久組地址IANA為路由協(xié)議預(yù)留的 組播地址，標(biāo)識(shí)一組特定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。永久組地址保 持不變，組成員的數(shù)量可以是任意的，甚至可以為零。臨時(shí)組地址是為用戶(hù)組播組臨時(shí)分配的IP地址，組成 員的數(shù)量一旦為零，即取消。組播相關(guān)協(xié)議有哪些？組播協(xié)議包括用于主機(jī)注冊(cè)的組播組管理協(xié)議（IGMP） 和用于組播選路轉(zhuǎn)發(fā)的組播路由協(xié)議。組播路由協(xié)議 分為域內(nèi)組播路由協(xié)議和域間組播路由協(xié)議。域內(nèi)組 播路由協(xié)議有PIM-SM、PIM-DM、DVMRP，域間組播路由 協(xié)議有 MSDP、MBGP。什么是組播分發(fā)樹(shù)？組播分發(fā)樹(shù)的類(lèi)型有哪些？ 組播路由形成了一個(gè)從數(shù)據(jù)源到多個(gè)接收端的單向無(wú) 環(huán)數(shù)據(jù)傳輸路徑，即組播分發(fā)樹(shù)。組播分發(fā)樹(shù)有兩類(lèi)： 源路徑樹(shù)以組播