组播 单播、组播、广播

多播协议允许一台主机发送的数据通过网络路由器和交换机复制到参与该多播的多台主机，这是一对多的通信模式。

IP组播的优势和好处

组播协议和单播协议的区别在于，当一台主机通过单播协议向N台主机发送相同的数据时，发送主机需要分别向N台主机发送N次。当一台主机通过组播协议向N台主机发送相同的数据时，只需发送一次，其数据由网络中的路由器和交换机逐级复制并发送给各接收方，既节省了服务器资源，又节省了网络骨干带宽资源。

与广播协议相比，网络路由器只有在组播接收者向路由器发送请求后，才会向接收者复制一份数据，从而节省了接收者的带宽。在广播模式下，无论接收机是否需要，网络设备都会向所有设备发送所有广播信息，从而占用接收机大量的接入带宽。

IP多播历史记录

20世纪80年代初，斯坦福大学的博士生史蒂夫·迪林为他的导师大卫·谢瑞登设计了一个名为Vsystem的分布式操作系统。该操作系统允许计算机使用媒体访问控制层多播向本地以太网网段中的一组其他计算机传递信息。

随着工作的扩展，组播必须跨越路由器，所以组播必须扩展到OSI模型的第三层。这项历史任务落在了史蒂夫迪林的肩上，他总结了组播路由的通信协议基础，并最终在1991年12月发表的博士论文中对其进行了详细阐述。

多播协议的优点:

组播协议的优点是当大量相同的数据需要传输到不可达的主机时，

1.可以节省发送数据的主机的系统资源和带宽；

2.多播被选择性地复制到请求主机；

3.组播可以跨公网广泛传播，而广播只能在局域网或专业广播网内传播；

4.组播可以节省网络骨干的带宽；

多播协议的缺点:

与单播协议相比，组播没有包补充机制，因为组播采用UTP传输模式，并且不针对接收者，所以不能针对包补充。因此，直接组播协议传输的数据是不可靠的。

第二，为什么宽带网络必须使用组播协议

自上世纪末长城宽带轰轰烈烈的宽带推广活动以来，宽带网络面临着各种问题，但这些问题归结为一个问题，即客户端无法获得与其接入带宽相称的足够数据流。

最早的长城宽带面临着“宽带无内容”的问题，客户无法获得承诺的视频点播等宽带娱乐，于是投诉，让客户退休，甚至诉诸法律。

电信以其雄厚的财力和电话线资源走在后面，但很快就面临网速慢、内容匮乏的投诉。电信网站上的视频点播似乎总是在无休止地等待和缓冲。后来P2P软件的出现，让一些更专业的用户似乎看到了希望，他们可以凑合着用BT、驴子等软件来交换电影等娱乐信息。电信和网通没过多久就高举与自己无关的版权大旗，封杀了BT、电驴等软件。

这些都是由于宽带网络的“不对称”金字塔结构，即网络骨干的带宽远小于所有用户带宽之和，而现在网络使用的单播通信协议要求网络骨干的带宽等于或接近所有用户带宽之和。目前的情况是，一个城市或者一个省的网络出口干线的带宽大约是其所有客户带宽总和的5%，也就是说，如果有5%的客户使用BT软件全速通过网络传输数据，那么剩下的95%的客户应该不会玩。目前电信骨干网上75%的流量是P2P应用流量，已经超过了电信所能承受的极限。

那么，CDN技术可以用来缓冲MAN中附近的网络内容吗？答案是:技术上可行，经济上不可能。它需要庞大的天文数字的服务器。现在大中城市宽带网络用户20多万，所以购买CDN服务器需要2亿左右！这也是电信不使用CDN技术来满足客户需求的原因。因此，服务器的服务能力和客户端的需求之间存在严重的不对称结构。

所以这个结解不开吗？当然不是，组播协议的数据流特性是“自上而下不对称的”，也就是说，网络骨干网上的一个数据流，通过每层交换机的复制，可以变成无数个客户端数据流，形成一个客户端数据流之和远大于骨干网数据流之和的金字塔结构。这个特点与目前的网络结构不谋而合。因此，基于组播协议的流媒体宽带娱乐可以解决这个问题。

比如一个基于组播协议的直播系统，可以支持数万客户用一台服务器在一个或者几个频道上观看直播电视。假设总共提供100个频道的电视节目，每个频道是1M MPEG4-4高清码流，无论是1万客户还是100万客户，他们占用的网络骨干都是1亿，3 ~ 5台服务器的硬件投资不到100万。

如果我们采用我们专利的基于组播的视频点播系统，客户也可以享受到廉价的视频点播服务。因为采用组播协议，所以对网络骨干和VOD服务器的压力很小。

三、单播/组播/广播通信协议的特点及应用比较

目前网络中的通信方式有单播、广播和组播三种，其中组播出现的最晚，但同时具有单播和广播的优点，发展前景最大。

一、单播:

在主机之间的“一对一”通信模式下，网络中的交换机和路由器只转发数据，不复制数据。如果10个客户端需要同样的数据，服务器需要逐个传输，重复同样的工作10次。但是因为能及时响应每一个客户，现在使用IP单播协议进行网页浏览。网络中的路由器和交换机根据目的地址选择传输路径，将IP单播数据传输到指定的目的地。

单播的优势:

1.服务器及时响应客户的请求

2.服务器针对每个客户的不合理请求发送不合理的数据，很容易实现个性化服务。

单播的缺点:

1.服务器为每个客户端发送数据流，服务器流量=客户端数量×客户端流量；在客户端数量多、每个客户端流量大的流媒体应用中，服务器不堪重负。

2.现有网络带宽为金字塔结构，城际跨省骨干带宽仅为其所有用户带宽总和的5%。如果使用所有单播协议，网络主干将不堪重负。现在P2P应用经常把主干网堵死，所以只要有5%的客户在全速使用网络，其他的应该都不会玩。而且几乎不可能把树干扩大20倍。

二、广播:

在主机之间的“一对多”通信模式下，网络无条件复制转发每台主机发送的信号，所有主机都可以接收到所有信息(无论你是否需要)。因为它不需要路径选择，所以它的网络成本可以很低。有线电视网是典型的广播网。我们的电视其实是接收所有频道的信号，只是把一个频道的信号还原成画面。数据网络中允许广播，但仅限于第2层交换机的局域网。禁止广播数据通过路由器，防止广播数据影响大面积主机。

广播的优势:

1.网络设备简单，维护简单，网络布局成本低

2.因为服务器不需要单独向每个客户端发送数据，所以服务器流量负载极低。

广播的缺点:

1.无法根据每个客户的要求和时间及时提供个性化服务。

2.网络允许服务器提供有限的数据带宽，客户端的最大带宽=总服务带宽。比如有线电视客户端支持100个频道(如果采用数字压缩技术，理论上可以提供500个频道)，即使服务商有更大的财力配置更多的传输设备，改成光纤骨干网，也不能超过这个限制。也就是说，不可能为很多客户提供更加多样化、个性化的服务。

3.禁止在互联网宽带网络上传输广播。

第三，组播:

主机之间“一对一组”的通信模式是指加入同一个组的主机可以接收该组中的所有数据，网络中的交换机和路由器只将需要的数据复制转发给需要的人。主机可以要求路由器加入或离开某个组。网络中的路由器和交换机有选择地复制和传输数据，也就是说，只有组中的数据被传输到那些加入组的主机。这样可以一次将数据传输给多个需要的主机(加入组)，并保证其他不需要的主机(不加入组)的其他通信。

多播的优势:

1.需要相同数据流的客户端加入同一个组共享一个数据流，节省了服务器的负载。有播音的优势。

2.由于组播协议根据接收方的需要复制和转发数据流，服务器的总服务带宽不受客户端接入终端带宽的限制。IP协议允许超过2.6亿次组播(268，435，456)，所以它的服务可以非常丰富。

3.该协议与单播协议一样，允许在互联网宽带网络上传输。

多播的缺点:

1.与单播协议相比，没有纠错机制，很难弥补丢失和错误的数据包，但可以通过一定的容错机制和QOS来弥补。

2.虽然现有的网络都支持组播传输，但在用户认证、QOS等方面仍需改进。这些缺点在理论上有成熟的解决方案，只需要逐步推广应用到现有网络中。

4.IP组播路由协议详细介绍

一.概述1。引入组播技术的必要性随着宽带多媒体网络的不断发展，各种宽带网络应用层出不穷。IP电视、视频会议、数据和数据分发、网络音频应用、网络视频应用和多媒体远程教育等宽带应用都对现有宽带多媒体网络的承载能力提出了挑战。传统的单播技术构建的网络已经不能满足新兴宽带网络应用对带宽和网络服务质量的要求，随之而来的是网络延迟、数据丢失等问题。此时，通过引入IP组播技术，有助于解决上述问题。在组播网络中，即使组播用户数呈指数级增长，骨干网络中的网络带宽也不需要增加。简单来说就是几百个组播应用用户和一个组播应用用户消耗相同的骨干网带宽，从而最大限度地解决当前宽带应用的带宽和网络服务质量要求。2.IP网络数据传输模式组播技术是IP网络数据传输的三种模式之一。在介绍IP组播技术之前，先简单介绍一下IP网络数据传输的单播、组播和广播方式:单播传输:实现发送方和各接收方之间的点对点网络连接。如果发送方同时向多个接收方发送相同的数据，则必须相应地复制相同数据包的多个副本。如果大量主机想要得到相同的数据包副本，会导致发送方负担过重，延时过长，网络拥塞；为了保证一定的服务质量，需要增加硬件和带宽。组播传输:在发送方和各接收方之间实现点对多点网络连接。如果一个发送方同时向多个接收方发送相同的数据，则只需复制同一数据包的一个副本。它提高了数据传输的效率。并降低骨干网拥塞的可能性。广播传输是指在IP子网内广播数据包，子网内的所有主机都会收到这些数据包。广播意味着网络向子网中的每台主机发送数据包，无论这些主机是否愿意接收数据包。所以广播只在本地子网有效，广播传输由路由器和交换机控制。

第二，组播技术

1 、 IP组播技术体系结构 组播协议分为主机-路由器之间的组成员关系协议和路由器-路由器之间的组播路由协议。组成员关系协议包括IGMP(互连网组管理协议)。组播路由协议分为域内组播路由协议及域间组播路由协议。域内组播路由协议包括PIM-SM、PIM-DM、DVMRP等协议，域间组播路由协议包括MBGP、MSDP等协议。同时为了有效抑制组播数据在链路层的扩散，引入了IGMP Snooping、CGMP等二层组播协议。IGMP建立并且维护路由器直联网段的组成员关系信息。域内组播路由协议根据IGMP维护的这些组播组成员关系信息，运用一定的组播路由算法构造组播分发树进行组播数据包转发。域间组播路由协议在各自治域间发布具有组播能力的路由信息以及组播源信息，以使组播数据在域间进行转发。 2 、组播IP地址组播IP地址用于标识一个IP组播组。IANA把D类地址空间分配给IP组播，其范围是从224.0.0.0到239.255.255.255。如下图所示(二进制表示)，IP组播地址前四位均为1110。八位组（1）八位组（2）八位组（3）八位组（4）1110XXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX3 、组成员关系协议(IGMP) IGMP协议运行于主机和与主机直接相连的组播路由器之间，主机通过此协议告诉本地路由器希望加入并接受某个特定组播组的信息，同时路由器通过此协议周期性地查询局域网内某个已知组的成员是否处于活动状态（即该网段是否仍有属于某个组播组的成员），实现所连网络组成员关系的收集与维护。IGMP有三个版本，IGMPv1由RFC1112定义，目前通用的是IGMPv2，由RFC2236定义。IGMPv3目前仍然是一个草案。IGMPv1中定义了基本的组成员查询和报告过程，IGMPv2在此基础上添加了组成员快速离开的机制，IGMPv3中增加的主要功能是成员可以指定接收或指定不接收某些组播源的报文。这里着重介绍IGMPv2协议的功能。IGMPv2通过查询器选举机制为所连网段选举唯一的查询器。查询器周期性的发送普遍组查询消息进行成员关系查询；主机发送报告消息来应答查询。当要加入组播组时，主机不必等待查询消息，主动发送报告消息。当要离开组播组时，主机发送离开组消息；收到离开组消息后，查询器发送特定组查询消息来确定是否所有组成员都已离开。 通过上述IGMP机制，在组播路由器里建立起一张表，其中包含路由器的各个端口以及在端口所对应的子网上都有哪些组的成员。当路由器接收到某个组G的数据报文后，只向那些有G的成员的端口上转发数据报文。至于数据报文在路由器之间如何转发则由路由协议决定，IGMP协议并不负责。 4 、网络二层组播相关协议网络二层组播相关协议包括IGMP Snooping ,IGMP Proxy和CGMP协议。IGMP Snooping的实现机理是：交换机通过侦听主机发向路由器的IGMP

成员上报消息的方式形成了组成员与交换机接口的对应关系；根据对应关系，交换机只将接收到组播数据包传送到有组成员的接口。IGMP代理的功能与IGMP监听相同，但其机制不同:IGMP监听只通过监听IGMP消息获取相关信息，而IGMP代理截获终端用户的igmp请求，并经过相关处理后转发给上层路由器。CGMP(思科组管理协议)是思科基于客户机/服务器模型开发的私有协议。在CGMP的支持下，组播路由器可以根据接收到的IGMP数据包通知交换机哪些主机加入和离开组播组，交换机使用这些信息构建的转发表来确定将组播数据包转发到哪些接口。GMRP是从主机到以太网交换机的标准协议，它使多播用户能够在第一层2交换机上注册多播成员。5.组播路由协议在众多组播路由协议中，与稀疏模式协议无关的组播是目前应用最广泛的协议。在PIM-SM域中，运行PIM-SM协议的路由器定期发送Hello消息来发现相邻的PIM路由器，并负责多址网络中指定路由器(DR)的选举。这里，DR负责为其直连组成员向组播分发树的根节点发送“加入/删减”消息，或者将直连组播源的数据发送到组播分发树。

PIM-SM的显式连接机制

PIM-SM通过建立组播分发树来转发组播数据包。组播分发树有两种:以组G的RP为根的共享树和以组播源为根的最短路径树。

PIM-SM通过显式的加入/剪枝机制完成组播分发树的建立和维护。如上图所示，DR收到接收端的Join时，会组播一条(*，g) join消息，在组G的RP方向逐跳加入共享树；源主机向群组发送组播数据时，将源数据封装在注册消息中，由其DR单播给RP，然后RP将源解封装数据包沿共享树转发给每个群组成员；

RP 朝着源方向向第一跳路由器发送（ S ， G ）加入信息，用以加入此源的最短路径树，这样源的数据包将沿着其最短路径树不加封装地发送到 RP ； 当第一个组播数据沿此树到达时， RP 向源的 DR 发送注册 - 停止消息，以使 DR 停止注册封装过程。此后，这个源的组播数据不再注册封装，而是先沿着源的最短路径树发送到 RP ，再由 RP将其沿着共享树转发到各个组成员。当不再需要组播数据时， DR 向着组 G 的 RP 逐跳组播剪枝消息用以剪枝共享树。 PIM-SM 中还涉及到其根节点 RP 的选择机制。 PIM-SM 域内配置了一个或多个候选自举路由器 (Candidate-BSR) 。应用一定的规则从中选出自举路由器 (BSR) 。 PIM-SM 域中还配置了候选RP 路由器 (Candidate-RP) ，这些候选RP 将包含了它们地址及可以服务的组播组等信息的包单播至自举路由器。 BSR定期生成包括一系列候选RP 以及相应的组地址的 " 自举 " 消息。 " 自举 " 消息在整个域中逐跳发送。路由器接收并保存这些 " 自举 " 消息。若DR从直连主机收到了某组的成员关系报告后，如果它没有这个组的路由项， DR将使用一个 hash 算法将组地址映射至一个可以为该组服务的候选RP 。然后DR将朝 RP 方向逐跳组播 " 加入 / 剪枝 " 消息。若DR 从直连主机收到组播数据包，如果它没有这个组的路由项， DR将使用 hash 算法将组地址映射至一个可以为该组服务的候选RP 。然后DR 将组播数据封装在注册消息中单播到 RP 。

动词 （verb的缩写）IP多播地址

组播协议的地址属于IP协议中的d类地址。

D 类地址是从 224.0.0.0 到 239.255.255.255 之间的 IP 地址其中 224.0.0.0 到 224.0.0.255 是被保留的地址。

组播协议的地址范围类似于一般的单播地址，分为两大地址范围。

239.0.0.0—239.255.255.255是一个私有地址，供各种内部网内部使用。这个地址的组播不能接入公网，类似于192.168.X.X和10。单播协议使用的X.X.X。

224.0.1.0—238.255.255.255是一个公共多播地址，可以在互联网上使用。

以下是一些具有特殊用途的常见IP多播地址

224.0.0.0 -基址

224 . 0 . 0 . 1-网段中支持多播的所有主机

224 . 0 . 0 . 2-网段中支持多播的所有路由器

224 . 0 . 0 . 4-网段中的所有DVMRP路由器

224 . 0 . 0 . 5-所有OSPF路由器

224 . 0 . 0 . 6-所有OSPF分配的路由器

224 . 0 . 0 . 7-所有ST路由器

224 . 0 . 0 . 8-所有ST主机

224 . 0 . 0 . 9-所有RIPv2路由器

224 . 0 . 0 . 10-网段中所有分支的路由器

224.0.0.11 -移动代理

224.0.0.12-DHCP服务器/中继代理服务专用地址

224 . 0 . 0 . 13-所有PIM路由器

224 . 0 . 0 . 22-所有IGMP路由器

224 . 0 . 0 . 251-所有支持多播的DNS服务器

224.0.0.9 RIPv2支持组播更新。

224.0.0.22 IGMPv2使用此地址。该协议的初衷是减少广播，让团队成员以多播模式进行通信。

224.0.0.5 224.0.0.6这些是ospf协议使用的组播地址。

在广播网络中，无论是dr、BDR还是dr other，当所有人发送hello数据包时，目的地址都是all spfrouter(224 . 0 . 0 . 5)；当DRother向DR和BDR发送DD、LSA请求或LSA更新时，目标地址是AllDrouter (224.0.0.6)。当灾难恢复和灾难恢复向灾难恢复发送DD、LSA请求或LSA更新时，目标地址是所有的灾难恢复计算机(224.0.0.5)。重传的LSA是单播，LSA确认依赖于显式确认(单播)或隐式确认(多播224.0.0.6)。

组播IP地址和以太网二层MAC地址的映射；

IP组播地址用于标识一个IP组播组。IANA为IP多播分配d类地址空，范围从224.0.0.0到239.255.255.255。IP组播地址的前四位都是110。

从224.0.0.0到224.0.0.255，它是为IANA使用的网络协议保留的。例如:244.0.0.1完整主机组244.0.0.2完整多播路由器组244.0.0.3完整DVMRP路由器组244.0.0.5完整OSPF路由器组。该范围内的组播数据包不会被转发出本地网络，也不会考虑组播数据包的TTL值。

从239.0.0.0到239.255.255.255的地址被用作管理范围地址，并为私有内部域保留。

如下图所示，以太网和FDDI的MAC地址01: 00: 5e: 00: 00到01:00:5E:7F:FF用于将第3层IP组播地址映射到第2层地址，即IP组播地址的低23位放入IEEE MAC地址的低23位。有28位IP组播地址空，但是只有23位映射到IEEE MAC地址，所以会有32个IP组播地址映射到同一个MAC地址。

6.如何构建支持组播协议的校园网

1.在校园网中构建支持组播协议的网络应注意的几个问题

1.中心的三层交换机应支持组播协议(建议使用PIM稀疏SM模式)。

2.直接连接到第三层交换机的汇聚层第二层交换机需要支持IGMP监听协议，该协议适用于一般智能或网络管理交换机。要注意第2层交换机的处理能力，IGMP侦听需要消耗交换机的处理能力。因此，一些处理能力较差的二层交换机在数据流较小时可以很好地进行IGMP拦截，但在数据流较大时无法拦截，导致用户无法正常加入组播。

3.最底层的接入层交换机最好用智能交换机，普通的蠢交换机出于经济原因也可以用。但是旧的共享HUB HUB一定不能用，因为共享HUB会严重影响其他客户端的通信。

4.组播视频服务器应直接连接到核心的第3层交换机，不应通过第2层交换机级联。

5.使用我们下载页面上提供的多播测试工具来测试多播协议是否已连接。

6.具体的组播原理和配置请到下载页面下载组播原理和配置数据包

7.下图显示了一个简化的拓扑:

第二，关于防火墙问题

我们的建议是绕过防火墙周围组播协议的数据流，即连接一条不通过防火墙的链路，只允许端口地址列表中组播地址的数据包通过；或者在防火墙内部设置透明穿透旁路，即组播地址的数据包不经过分析处理直接转发。其考虑基于以下几点:

1.网络中使用的防火墙种类繁多，性能各异。但是总体来说是无法处理视频信息这样巨大的流量的。

2.组播数据流是一个非连通的UTP，客户端需要加入组播才能接收组播，所以数据的发送方没有受到组播位置的攻击，目前也没有病毒和黑客程序使用组播作为载体。

第三，关于收费网关

计费网关一般位于最后一个组播复制节点的上层，通过原BAS计费网关系统复制组播数据流是不现实的。一般情况下，组播数据流会被现有的BAS计费网关绕过，以另一种方式计费。有几种解决方案:

1.华为和中兴的交换机都采用可控组播协议，支持该技术。

2.采用按月计费的方式。

3.利用免费观看通过广告赚取收入。

如何建立支持组播协议的城域网

城域网的主干一般采用SDH上的以太网，或者直接采用以太网。他们支持IP组播不是问题。难点在于接入网的最后一公里，接入网有以太网和ADSL两种主流技术，其中以太网接入容易开放组播。

但ADSL是电信公网的主要接入方式，其物理基础是ATM，所以最初并不支持IP组播，通过后来的一些技术改进，使得它支持IP组播，其中主流是DSLAM技术。

1.ADSL承载组播的特殊性

由于ADSL的底层不同于一般的以太网帧结构，DSLAM上的IP组播可以通过IGMP代理和IGMP窥探来实现。

IGMP Proxy的实现机理：DSLAM靠拦截用户和路由器之间的IGMP报文建立组播表，Proxy设备的上联端口执行主机的角色，下联端口执行路由器的角色。 IGMP Snooping的实现机理：DSLAM以侦听主机发向路由器IGMP成员报告消息的方式，形成组成员和交换机端口的对应关系，DSLAM则根据该对应关系，将收到的组播数据包转发到组成员的端口。 早期的基于纯ATM交换内核的DSLAM，由于PVC的终结是在BAS上，DSLAM支持数据的透传，不能对数据进行任何的处理，所以只能实现IGMP Snooping功能，而不能支持IGMP Proxy功能。现在基于纯IP交换的第三代DSLAM，可以同时支持IGMP Proxy和IGMP Snooping功能。

二、DSLAM中IP组播性能的测量

DSLAM中IP组播性能的测量主要分为功能和性能两部分。

1.主要功能包括:(1)转发1)DSLAM组播流。DSLAM可以根据组播转发表正确转发，也就是说只有授权的用户板端口可以接收组播流，而其他未授权的端口不能接收组播流；(2)多个群组成员的加入不会影响群组中其他成员观看组播节目；同样，单个群组成员的离开和单个群组的离开也不会影响群组中的其他成员和其他群组的成员观看组播节目；(3)组播权限的控制。权限的控制应基于端口号、MAC地址或IP地址灵活，控制粒度应能控制一个用户加入该组播组，但不能控制另一个组播组；(4)IP电视频道切换延迟。在用户可以接收的范围内，延时优于电视频道切换时间。2.其表现主要包括:(1)成员加入/离开的延迟。加入延迟是指被测路由器收到指定组播组的加入消息到开始向指定组播组转发组播流之间的延迟。离开延迟是指从被测路由器接收到该组的离开消息到停止向指定组转发组播流之间的延迟。如果加入/离开延迟短，则意味着同时加入/离开的多播组被完全改造。与此同时，内容的分发是一个需要考虑的关键问题，因为视频服务占用了大量的带宽，分发不当不仅会影响视频服务的质量，还会对原有的服务产生负面影响。建议内容分发网络采用分层分布式结构，一定程度上可以缓解IP城域网的压力；(2)单/多PVC下多业务的QoS。保证不同的业务可以在同一个PVC或者多个PVC上传输；(3)单板组播性能。该性能用于表征当单个用户板满时出现最大无错转发时的多播流速率。该速率与多播源可以向用户提供的服务类型有关。如果费率不够大，某些服务可能会受到限制。