Internet组播

组播(multicast)：解决了一个主机向特定的多个接收者发送消息的方法。 单播方式：单点发送多点接收的点对点传输。
单播方式不能适应Internet上诸如流媒体、视频会议和视频点播等多媒体业务类业务传输特性的需求。
区别：
单播：将一个分组发送到一台主机上；
广播：将一个分组发送给指定网络中的所有主机；
组播：将一个分组发送到一组主机上。

一、IP组播
IP组播：指一个IP报文向一个“主机组”的传送，这个包含零个或多个主机的主机组由一个单独的IP地址标识 。
主机组的成员可以动态变化：
主机有权选择加入或者退出某个主机组；
主机可以加入多个主机组；
可以向自己没加入的主机组发送数据。
“组播地址”：最高四位为“1110”，范围从224.0.0.0开始，到239.255.255.255结束，通常被称为D类地址或主机组地址。
除目的地址部分外，组播报文与普通报文没有区别，网络尽力传送但不保证送达！
IP组播地址可用作数据报的目的地址；不出现在源地址字段、源路由或记录路由的选项中；不会生成关于组播数据报的ICMP差错报文，发往组播地址的ping得不到回答。
IP组播使用数据报的目的地址来规定数据报必须通过组播进行交付！

从IP组播地址中衍生第2层组播地址(组播MAC地址)
计算方法：把IP地址的最后23位拷贝到MAC地址的最后23位，然后把这23位前面的那一位置为0，MAC地址的前24位必须为0x01-00-5E。
例如：组播IP地址224.0.1.128，其16进制表示为0xE0-00-01-10，最低的23位为0x00-01-10，计算得出的MAC地址为：0x01-00-5E-00-01-10。
“组播地址”分类：
永久IP组地址：是周知的，由Internet管理机构分配，用于Internet上的主要服务以及基础结构维护，是保留地址。
临时IP组地址：除永久组地址外的非保留D类地址，相应于瞬变组播群组，需要使用时则创建，群组成员为0时则丢弃。
临时组地址：由网络管理员选择，需要保证该地址在一定的范围内没有其它的主机组在使用这个组播地址。
永久组地址:从224.0.0.0到224.0.0.255的D类地址，专用于组播选路和群组维护协议，路由器禁止转发发往该地址范围的数据报。

224.0.0.1永久分配给全系统群组，包含一个网络上的所有主机和路由器。
224.0.0.2永久分配给全路由器群组，只包含参与的路由器。
――都用于控制协议，不用于通常的数据交付；发往这些地址的数据报只到达与发送方处于同一本地网络的机器，没有对应于互联网中所有系统和路由器的IP组播地址。
IP组播分组的转发：由支持组播的路由器来处理，主机发出的IP组播分组在本子网内被所有本组播组成员接收，同时与该子网直接相连的组播路由器会把组播报文转发到所有包含该组播组成员的网络上。
生存期值(TTL,Time-to-Live)：决定组播报文传递的范围，如果TTL值等于或者小于设置的路由器端口TTL门限值，路由器将不再转发该报文。
组播系统的三个概念性组成部分：
①组播编址方法――必须适应两个相互冲突的目标：允许分配地址时的本地自治；同时定义具有全局含义的地址。
②有效的通知和交付机制――主机需要一种通知机制把自己参与的组播群组通知给路由器；路由器需要一种交付机制把组播分组传输给主机。
③有效的网络转发工具――组播转发工具的设计目标是既有效又具有动态性，应该能够沿最短路径路由组播分组；不应该沿无法到达群组成员的路径发送数据报；应该允许主机在任何时刻参加或退出群组。
二、Internet群组管理协议 IGMP
Internet组管理协议IGMP：是TCP/IP的标准之一，所有接收IP组播的机器都需要IGMP，组播路由器和实现组播的主机用IGMP来进行群组成员信息的通信。
IGMP的两个工作阶段：
第一阶段：当主机加入一个新组播群组时，要把一个IGMP报文发送给组播地址中的每个主机，宣布其成员；本地组播路由器接收到这个报文后，向互联网上其它组播路由器传播这个群组成员信息，以建立必要的路由。
第二阶段：为适应动态的成员，本地组播路由器周期性地轮询本地网络上的主机，以便确定现在各个群组中有哪些主机，若经过若干次轮询后，某个网络内始终没有某群组中的成员，则组播路由器认为该群组中不再有本网络中的主机，停止向其它组播路由器通告该群组的成员信息。
主机使用IGMP消息通告本地的组播路由器其想接收组播流量的主机组地址。
主机组成员表：组播路由器通过IGMP协议为其每个端口都维护一张主机组成员表，并定期探询表中的主机组的成员，以确定该主机组是否存活。
群组参照计数器：IGMP维护一个群组参照计数器，初始值为1，新应用程序加入群组时给相应项的计数器加1；一个应用程序退出群组时该计数器值减1，当该计数器的值为0时，主机就通知组播路由器它将要退出这个群组。
IGMP软件响应各种IGMP报文的动作：

IGMP报文格式――每个IGMP报文确切包含8个八位组
8八位组IGMP报文格式

类型字段：
标识报文的类型。

暂停时间：当路由器轮询群组成员时，容纳了群组成员计算的最大随机时延间隔，以0.1秒计，群组中的每台主机都延迟0到该指定值之间的一段随机时间，然后进行响应，默认的最大值为10秒。
校验和：包含该报文的校验和。
群组地址：用于指定特定群组、包含0或表示所有群组，路由器向特定群组发送查询时，或主机发送成员报告时会填写该字段。
在任何情况下IGMP都不支持查找地址：IGMP并未提供允许主机发现群组IP地址的机制，应用程序在使用IGMP加入群组之前必须知道群组地址。
三、组播选路
分布树：在传送组播分组时，指派路由器需要构造一个连接所有组播组成员的树，根据这个树路由器可以得出转发分组的一条唯一路径。
由于成员可以动态的加入和退出，分布树必须动态更新！
分布树分类――根据构造方法的不同
源分布树：以组播源为根节点，构造到所有组播组成员的生成树，通常也称为最短路径树(SPT)。
共享分布树：也称为RP树或基于核心的树(CBT)，构造方法是以网络中的某一个指定的路由器为根节点，该路由器称为集合点或中心点，由此节点生成包含所有组成员的树。
使用共享分布树时，组播源需要首先把组播分组发送给集合点路由器，再由这个路由器转发给其他的组成员。
组播路由协议的主要任务：构造组播的分布树，使组播分组能够传送
到相应的组播组成员。
组播路由协议分类――根据对网络中的组播成员的分布和使用的不同
密集模式路由协议(DM)：通常用于组播成员较为集中、数量较多并且有足够带宽的网路环境，比如公司或园区的局域网；用定期广播组播报文的方法维护组播分布树，只使用源分布树(SPT)。
距离向量组播路由协议DVMRP：基于距离向量算法的组播路由协议，被PIM和MOSPF所取代。
组播OSPF协议MOSPF
协议无关组播协议－密集模式PIM-DM：不需要单独的组播协议，利用路由器上单播路由协议的路由表反向路径转发检查，获得组播分布树。
――PIM-DM的开销小很多，用于组播源和目的非常靠近、接收者数量大于发送者数量并且组播流量比较大的环境中效果很好。
稀疏模式路由协议(SM)：通常应用在网路稀疏分布、网络没有充足带宽的情况，如广域网环境；采用选择性的建立和维护分布树的方式，由空树开始，仅当成员显式的请求加入分布树才做出修改。
基于中心的分布树协议CBT：以一个中心路由器为根构造一个共享分布树，所有的组播流量都经由这个中心路由器转发。
协议无关组播协议－稀疏模式PIM-SM：工作原理与PIM－DM类似，但专门针对稀疏环境优化，定义了一个集合点(RP)，所有的接收者在RP注册，组播分组由RP转发给接收者。
――适用于组播组中接收者较少、间歇性组播流量的情况。

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• 2016-10-24Internet组播