数据系列_技术原理分册_第20章_组播路由协议

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1、第20章组播协议原理第20章组播协议原理20.1组播概述20.1.1引言当今网络中越来越多的应用是基于一个特定群组的（比如多媒体会议、群组数据分发、群组游戏、群组视频点播等），在这些应用环境下基于单播或广播的方式实现都不符合客观实际情况，因为广播天生就是一种对带宽要求很高的网络通信方式，而单播也将由于组中用户的大量加入而急剧增加网络上的数据流量；因此，最好的实现方式是：为组成员提供应用服务的信息源为同一服务只向外提供一条信息流，而要获取这些信息的终端，可以根据自己的需要去申请获取这些信息，同时可以将获取同一信息流的终端划分到同一个组中，信息流的分发将

2、仅限于组内需要接收该信息的成员，这样就可以以尽可能少的数据流量实现群组应用，这就是所谓的组播技术。20.1.2组播的定义单播、组播、广播是计算机网络中的三种基本通信方式，下面我们来对这三种通讯方式做一个比较：单播：“一对一”通信，源主机为每一个接收者都发一份单独的数据流。广播：“一对多”通信，广播包被发往网段上的所有主机，这样会产生大量的数据包副本。组播：“一对多”通信，介于广播与单播之间，源主机将同样的数据包发给多个接收者，但又不是网络中全部的主机，组播利用最小的网络带宽将应用数据从信源传送到多个接收者，并且不会加重信源或接收者的负担。从某种

3、意义上讲，广播可以认为是组范围最大化的组播。当然，二者还是存在显著区别的：首先，广播被限制在子网内，不会被路由器转发；其次，广播方式下主机被默认为是接收者，而组播方式则需要主机主动加入。第20章组播协议原理20.1.3组播与单播的比较解决点到多点的通信，可以通过单播和组播方式实现(如图20-1)：图20-1组播与单播比较用单播技术可以建立多个点对点的连接来达到点对多点的传输。该方式将以源点（服务器）为中心与各个接收点建立连接，因此服务器上将会有多份数据流分别流向各个的接收点。这将加重服务器的负荷，提高了对服务器性能的要求；同时还在网络中造成大流量，从

4、而增加网络的负载，导致网络拥塞。组播则不然，源点(服务器)仅发一份数据流，此后数据流只是在需要复制分发的地方才会被复制分发，每一网段中都将保持只有一份数据流。这样就可以减轻服务器的负担，节省网络带宽。20.1.4组播技术的优缺点组播相对于单播有其优势的方面也有其不足之处，以下就这两方面进行说明(如图20-2)：第20章组播协议原理图20-2组播技术的优缺点20.1.4.1组播技术的优点：增强效率：控制网络流量，减少服务器和CPU负载使用组播代替单播将使网络可用带宽得到更有效的利用。优化性能：消除流量冗余减少了设备上重复数据的转发和处理。分布式应

5、用：使多点传输成为可能因为单播传输的不可扩展性，当需求和使用量增加时，基于单播的多点应用将是不可能实现的。20.1.4.2组播技术的缺点：没有拥塞避免由于组播技术采用UDP协议来承载组播数据流，缺乏TCP协议的滑动窗口及慢启动机制，因此可能引起网络拥塞。重复数据包的生成当组播网络拓朴改变时，在一些临时情况下可能会产生重复的组播数据流。数据包的无序交付20.1.5组播的应用IP组播最早的应用是音频/视频会议。但音频/视频会议只是众多IP组播应用之一，除此之外，还包括数据分发，实时数据组播，以及游戏和仿真应用等(如图20-3)。第20章组播协议原理

6、图20-3组播的应用20.1.6.组播地址规范组播数据IP报文的目的地址是特殊的IP地址，称之为组地址。每一个加入到该组的主机都接收以该组地址为目的地址的IP报文。组播IP地址都以0x1110开始。20.1.6.1组播IP地址众所周知，IPV4地址可分为A、B、C、D、E五类。IANA（互联网编号授权委员会）控制着IP地址的分配，并且把D类地址空间分配给IP组播，其地址范围从224.0.0.0到239.255.255.255(如图20-4)。图20-4组播IP地址但并不是所有的D类地址都可以分配给用户，IANA预留了两个地址范围：224.0.0.0～

7、224.0.0.255和239.0.0.0～239.255.255.255。IANA把前一个地址范围的所有地址保留用于网络协议和其它网络维护功能，其TTL值一般为1，如：224.0.0.1表示所有组播成员（包括路由器），224.0.0.2表示所有组播路由器，224.0.0.13表示所有PIM路由器。后一个地址范围作为用于私有组播领域的管理权限地址，犹如单播的10.x.x.x/8等私有地址网段。IP组播地址中的224.0.1.0～238.255.255.255范围内的地址称为全局范围组播地址，犹如单播IP地址中的公网IP地址。20.1.6.2组播MAC

8、地址组播IP地址在网络层解决了如何寻址的问题，但通信最终还要依赖于数据链路层和物理层，因此还要解决组播在数据