一、什么是組播
1． 什么是組播？
組播是一種數據包傳輸方式，當有多臺主機同時(shí)成為一個(gè)數據包的接受者時(shí)，出于對帶寬和CPU負擔的考慮，組播成為了一種最佳選擇。
2． 組播如何進(jìn)行工作？
組播通過(guò)把224.0.0.0-239.255.255.255的D類(lèi)地址作為目的地址，有一臺源主機發(fā)出目的地址是以上范圍組播地址的報文，在網(wǎng)絡(luò )中，如果有其他主機對于這個(gè)組的報文有興趣的，可以申請加入這個(gè)組，并可以接受這個(gè)組，而其他不是這個(gè)組的成員是無(wú)法接受到這個(gè)組的報文的。
3． 組播和單播的區別？
為了讓網(wǎng)絡(luò )中的多個(gè)主機可以同時(shí)接受到相同的報文，如果采用單播的方式，那么源主機必須不停的產(chǎn)生多個(gè)相同的報文來(lái)進(jìn)行發(fā)送，對于一些對時(shí)延很敏感的數據，在源主機要產(chǎn)生多個(gè)相同的數據報文后，在產(chǎn)生第二個(gè)數據報文，這通常是無(wú)法容忍的。而且對于一臺主機來(lái)說(shuō)，同時(shí)不停的產(chǎn)生一個(gè)報文來(lái)說(shuō)也是一個(gè)很大的負擔。
如果采用組播的方式，源主機可以只需要發(fā)送一個(gè)報文就可以到達每個(gè)需要接受的主機上，這中間還要取決于路由器對組員和組關(guān)系的維護和選擇。
4． 組播和廣播的區別？
如同上個(gè)例子，當有多臺主機想要接收相同的報文，廣播采用的方式是把報文傳送到局域網(wǎng)內每個(gè)主機上，不管這個(gè)主機是否對報文感興趣。這樣做就會(huì )造成了帶寬的浪費和主機的資源浪費。而組播有一套對組員和組之間關(guān)系維護的機制，可以明確的知道在某個(gè)子網(wǎng)中，是否有主機對這類(lèi)組播報文感興趣，如果沒(méi)有就不會(huì )把報文進(jìn)行轉發(fā)，并會(huì )通知上游路由器不要再轉發(fā)這類(lèi)報文到下游路由器上。
二、組播協(xié)議的要素
通過(guò)和廣播，單播的數據傳輸方式的比較，我們可以發(fā)現組播中最關(guān)鍵的兩個(gè)部分：
1． 組的管理和維護
在組播這套協(xié)議中，在網(wǎng)絡(luò )設備和所連接的子網(wǎng)需要有一套協(xié)議或機制來(lái)保證網(wǎng)絡(luò )設備知道所連接的子網(wǎng)中，有多少臺主機屬于一個(gè)特定的組。
2． 組播報文的路由
要組播路由協(xié)議有什么用？
(1)是發(fā)現上游接口，離源最近的接口。因為組播路由協(xié)議只關(guān)心到源的最短路徑。
(2)通過(guò)（S，G）對來(lái)決定真正的下游接口，當所有的路由器都知道了他們的上下游接口，那么一顆多播樹(shù)就已經(jīng)建立完成。根是源主機直連的路由器，而樹(shù)枝是通過(guò)IGMP發(fā)現有組員的子網(wǎng)直連的路由器 （轉載注明出處n et130）
(3)管理多播樹(shù)
單播路由只需要知道下一跳的地址，就可以進(jìn)行報文得轉發(fā)。而組播，是把從一個(gè)由源產(chǎn)生得報文發(fā)送給一組目的。在一個(gè)特定的路由器上，一個(gè)包得多個(gè)備份可能從多個(gè)接口上發(fā)出。如果有環(huán)路得存在，那么一個(gè)或多個(gè)包會(huì )返回到其輸入的接口，而且這個(gè)包也會(huì )經(jīng)復制發(fā)到其他的端口上。這一結果可能導致多播風(fēng)暴，這個(gè)包不斷在路由器與交換機間復制，直到TTL減為0。由于這是個(gè)復制過(guò)程，它的危害會(huì )比單播環(huán)路嚴重的多，所以所有的多播路由器必須知道多播包的源，并且需要保證多播包不能從源接口發(fā)出。所以他必須知道哪些是上游接口和下游接口，可以分辨出數據包的流向。如果在不是在源的上游接口收到數據包，就會(huì )把它丟棄掉。而多播路由協(xié)議必須關(guān)心到源的最短路徑，或者說(shuō)它關(guān)心到源的上游接口。同時(shí)，除了關(guān)心上游接口，但是在轉發(fā)的時(shí)候，不能把數據包從除了上游接口的其他接口發(fā)送出去。所以，另外，他還要關(guān)心（S，G）下游接口。當關(guān)于一個(gè)（S，G）的上下游接口都被判斷出來(lái)了，那么一顆多播樹(shù)就形成了。
稀疏和密集模式的比較？
什么是稀疏模式？它是指在一個(gè)整體網(wǎng)絡(luò )中，參與組播的主機相對來(lái)少的一種拓撲，主要出現在WAN中。
什么是密集模式？和以上相反，主要出現在交換式LAN或校園網(wǎng)中
隱式加入和顯示加入的比較？
組員可以在多播會(huì )話(huà)存活的時(shí)候，加入或退出一個(gè)組，而其相連的路由器必須動(dòng)態(tài)的根據直連子網(wǎng)內組員的存在或退出來(lái)決定要加入或剪除多播樹(shù)的樹(shù)枝。這就是通過(guò)顯式或隱式加入兩種方式來(lái)完成。
隱式加入試用于密集模式，它是采用廣播/剪除模式來(lái)去除多播樹(shù)上的沒(méi)有組播成員的樹(shù)枝，也就是說(shuō)，它是通過(guò)先把網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )上的所有路由器都加入到多播樹(shù)上，然后由每個(gè)路由器通過(guò)IGMP來(lái)查詢(xún)是否有組員在直連的子網(wǎng)上，如果沒(méi)有，就發(fā)出一條剪除消息，來(lái)剪除多余的樹(shù)枝。
而顯示加入適用于稀疏模式，它是由每個(gè)路由器先查詢(xún)子網(wǎng)內有無(wú)組員，然后才看是否要發(fā)加入信息給上游路由器。
基于源的樹(shù)和共享樹(shù)的比較？
基于源的樹(shù)是針對一個(gè)源就會(huì )有一顆多播樹(shù)構成，也就說(shuō)，如果網(wǎng)絡(luò )中有多個(gè)可以產(chǎn)生組播報文的源主機，那么就會(huì )有多少顆組播樹(shù)組成，在組播表里，會(huì )有組數×每組的成員數的項目條數。這種拓撲主要適用于密集模式。
共享樹(shù)是在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中選一個(gè)RP，或叫集中點(diǎn)，所有的組播報文都需要從這個(gè)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行傳送，所以它沒(méi)有（S，G）項，只有（*，G）項，表明所有有多個(gè)源。RP是預先設定的一個(gè)路由器，承擔轉發(fā)所有的多播報文的責任。所有要發(fā)送組播報文的源主機在發(fā)送組播報文前，都需要到RP上進(jìn)行注冊，然后通過(guò)直連的路由器來(lái)確定到RP的最短路徑，通過(guò)RP路由器來(lái)確定到目的地的最短路徑。RP成為了多播樹(shù)的根結點(diǎn)。
相對于基于源的樹(shù)，共享樹(shù)的多播表項更為精簡(jiǎn)，適合在稀疏模式下使用。但是也有一些缺點(diǎn)。共享樹(shù)在RP上的選擇，會(huì )導致從源主機到各個(gè)組地址的路由并非最優(yōu)路徑。
如果在整個(gè)局域網(wǎng)里同時(shí)有多條耗帶寬的組播鏈路，會(huì )導致RP成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的瓶頸。并且在共享樹(shù)中，采用選取RP來(lái)轉發(fā)組播報文，會(huì )增加產(chǎn)生單點(diǎn)故障的可能。
三、如何來(lái)維護組成員
現在有IGMP和CGMP（Cisco專(zhuān)有的）兩種協(xié)議，可以進(jìn)行主機和網(wǎng)絡(luò )設備之間的組員關(guān)系的維護。
IGMP是路由器和內部子網(wǎng)之間通信的方式，也就是說(shuō)它是三層設備對直連子網(wǎng)的組關(guān)系的維護機制。它可以分成兩個(gè)部分，主機部分和路由器部分，每個(gè)部分可以完成不同的工作。但是它有一個(gè)限制，就是IGMP報文只能在本地子網(wǎng)內傳送，使三層設備不能前轉到其他的設備上，它的TTL總是1。
IGMPv2主機部分的功能：
運行IGMPv2的主機會(huì )產(chǎn)生以下3種信息：
* Member Report消息
用來(lái)指示一臺主機想要加入一個(gè)組播組，這個(gè)消息在一個(gè)主機第一次加入組的時(shí)候會(huì )發(fā)出，也可以用來(lái)響應三層設備發(fā)出Membership Query消息。由于Membership Query消息的目的地址是組地址，除了路由器，網(wǎng)內其他的組員主機都會(huì )收到這個(gè)報文，一旦其他主機收到報文，他們將會(huì )抑制自己的Membership Query報文，避免了內部局域網(wǎng)充斥了Membership Query報文。它只需要讓路由器知道網(wǎng)內還有一個(gè)組員。
* Version 1 Membership Report消息
是為了IGMPv2主機的向后兼容性，用于檢測和支持子網(wǎng)中IGMPv1主機和路由器 （轉載注明出處n et130）
* Leave Group消息
主機發(fā)出的，目的地址為224.0.0.2（所有路由器），告訴路由器主機離開(kāi)了一個(gè)組。
IGMPv2路由器功能：
主要是查詢(xún)功能，它會(huì )有兩種查詢(xún)報文，General Query和Group-Specific Query
General Query每隔一段時(shí)間就會(huì )向局域網(wǎng)內發(fā)送，目的地址是224.0.0.1（網(wǎng)內所有主機），所以子網(wǎng)里的每一個(gè)主機都會(huì )收到這個(gè)報文，并且會(huì )以Member Report報文回應，如果在一定的時(shí)間間隔內設備沒(méi)有收到任何Member Report，它就會(huì )認為子網(wǎng)內沒(méi)有組員。
Group-Specific Query報文，當路由器收到一個(gè)Leave Group報文的時(shí)候，它會(huì )發(fā)送這樣一個(gè)具體包含有組地址的報文來(lái)查詢(xún)這個(gè)組是否有組成員存在。
當如果在一個(gè)子網(wǎng)上同時(shí)有兩個(gè)多播路由器，他們一開(kāi)始都會(huì )認為自己是組播成員的查詢(xún)者，當他們發(fā)送General Query報文時(shí)，通過(guò)比較從對端收到的報文源IP地址的大小來(lái)決定誰(shuí)是查詢(xún)者誰(shuí)不是查詢(xún)者，IP地址大的成為查詢(xún)者。如果在一段時(shí)間內沒(méi)有收到查詢(xún)的報文，就會(huì )認為查詢(xún)者down掉了，它就會(huì )充當起查詢(xún)者的角色。
CGMP（Cisco專(zhuān)有）
考慮到了如果有交換機存在的情況，考慮到了在三層設備和主機中有二層設備，而IGMP是一個(gè)三層協(xié)議，二層設備如果收到這樣一個(gè)類(lèi)型的報文，只會(huì )向除了源端口以外的所有端口進(jìn)行轉發(fā)，這樣會(huì )對網(wǎng)絡(luò )的帶寬和整體性能造成影響。解決的方法是希望交換機可以對有組播成員的端口進(jìn)行組播報文的轉發(fā)。
在交換式網(wǎng)絡(luò )上，對組播流的控制有三種方法：
(1)手工配置的交換式多播樹(shù)
在交換機的橋接表上配置靜態(tài)的組播MAC地址和端口映射。
(2)GMRP（802.1p）
他讓MAC層的多播組地址動(dòng)態(tài)地在交換機上注冊和取消。
(3)IGMP偵聽(tīng)
通過(guò)在交換機端口上配置，可以使交換機進(jìn)行IGMP消息地檢查，可以知道多播路由器和組員地位置。但是，檢測IGMP消息意味著(zhù)所有地IP包都要進(jìn)行檢查。尤其當這些如果是在軟件地方式來(lái)實(shí)施，會(huì )嚴重降低交換機的性能。
CGMP的做法是通過(guò)路由器來(lái)告訴交換機，組播成員的組MAC地址和主機MAC地址，讓交換機可以知道在那個(gè)端口上有組員，并且可以進(jìn)行轉發(fā)。
四、組播報文如何來(lái)進(jìn)行路由
現下常用的組播路由協(xié)議有一下幾種，由于現在主流的路由器產(chǎn)品只支持Pim，其他的路由器協(xié)議都不支持，所以只會(huì )對PIM做個(gè)詳細的解釋。
DVMRP 它是通過(guò)RIP來(lái)發(fā)現到源的最短路徑，采用廣播/剪除的方式來(lái)構建一顆多播樹(shù)。
MOSPF 它是通過(guò)OSPF協(xié)議來(lái)發(fā)現到源的最短路徑，也是用在密集方式的拓撲下。
CBT 是一個(gè)與協(xié)議無(wú)關(guān)的，基于稀疏模式的，共享樹(shù)協(xié)議。他和DVMRP和MOSPF的區別有兩點(diǎn)：它無(wú)需要在組播中在加入一個(gè)路由協(xié)議，可以在現有的任何協(xié)議上查找到到源的最短路徑；它是基于共享樹(shù)的協(xié)議，所以必須要在網(wǎng)絡(luò )里設置一個(gè)網(wǎng)絡(luò )的核心來(lái)確保組播包的前轉；更適合使用在稀疏模式下。
PIM-DM 它是個(gè)與協(xié)議無(wú)關(guān)的組播協(xié)議，同時(shí)又是基于密集拓撲的組播協(xié)議。采用廣播/剪除的方法來(lái)進(jìn)行多播樹(shù)的構造。
功能：
* 通過(guò)交換Hello報文發(fā)現鄰居
* 當單播路由發(fā)生變化時(shí)，重新計算RPF接口
* 在多路訪(fǎng)問(wèn)的網(wǎng)絡(luò )中選舉指定路由器
* 在多路訪(fǎng)問(wèn)的網(wǎng)絡(luò )中使用剪除覆蓋
* 在多路訪(fǎng)問(wèn)的網(wǎng)絡(luò )中用Assert消息選舉指定前轉器
其中會(huì )產(chǎn)生一下5中PIMv2消息：
* Hello
周期性地發(fā)送用來(lái)發(fā)現PIM鄰居。和OSPF中的Hello報文有著(zhù)類(lèi)似點(diǎn)，如果沒(méi)有在一定的時(shí)間內收到，就會(huì )認為鄰居已經(jīng)死亡。
* Join/Prune
這是一個(gè)合成的報文，其中有要加入組播樹(shù)的路由器信息，也有要被剪除路由器信息，都會(huì )在這樣一個(gè)報文里列出來(lái)。
當源在發(fā)送多播報文的時(shí)候，PIM-DM用擴散與剪除的方式建立多播樹(shù)。那些沒(méi)有組員連接的路由器通過(guò)發(fā)送Prune消息可以把自己變成處于剪除狀態(tài)。
當處在剪除狀態(tài)的路由器，它收到了所直連的子網(wǎng)所發(fā)出的IGMP加入信息，就會(huì )發(fā)出這樣一個(gè)join的報文給上游路由器，通知列出了需要加入多播樹(shù)的子網(wǎng)列表。
* Graft
當一個(gè)下游路由器發(fā)送給上游路由器一個(gè)Prune報文時(shí)，上游路由器不會(huì )馬上把通告的子網(wǎng)從多播前轉表中刪除，而是會(huì )等待一段時(shí)間，如果下游路由器所直連的子網(wǎng)又要加入多播樹(shù)時(shí)，需要發(fā)出一個(gè)Graft報文，通知上游路由器來(lái)加入多播樹(shù)。 （轉載注明出處n et130）
* Graft-Ack
上游路由器收到一個(gè)Graft信息，必須要回一個(gè)Ack信息，這樣才會(huì )使下游路由器接受組播報文
* Assert
當有兩臺設備同時(shí)連在同一個(gè)廣播網(wǎng)絡(luò )上，并且有相同的上游路由器接口，如果兩臺路由器同時(shí)負責前轉多播報文的話(huà)，會(huì )造成網(wǎng)絡(luò )資源的浪費，所以需要可以在兩臺路由器中選出一個(gè)來(lái)作為唯一的前轉報文路由器，Assert報文就是在兩個(gè)路由器中互相通信，選出一個(gè)前轉器的報文，通過(guò)優(yōu)先權值，IP地址等參數來(lái)協(xié)商前轉器。
PIM-SM
采用共享樹(shù)的拓撲方式，建立起多播樹(shù)。使用顯示加入的方式來(lái)加入多播樹(shù)。
查找匯聚點(diǎn)：
* 自舉協(xié)議
* 自動(dòng)RP協(xié)議
* 靜態(tài)設置
PIM-SM和共享樹(shù)：
PIM-SM由于是單向傳輸協(xié)議，所以組播流量只能從RP向外發(fā)送，而不能向RP發(fā)送，而源是通過(guò)把組播報文封裝在PIM Register報文里，發(fā)送RP接口，然后再由RP進(jìn)行剝頭，對其中的組播報文進(jìn)行處理。如果組播報文比較多，通過(guò)封裝Register報文對設備來(lái)說(shuō)是一種負擔，所以可以在RP和源之間建立一個(gè)基于源的樹(shù)，進(jìn)行源到RP的組播報文傳送。
PIM-SM和最短路徑樹(shù)
在大型網(wǎng)絡(luò )中，共享樹(shù)的路徑未必是最短路徑，PIM-SM可以通過(guò)在源和目的地之間建立一個(gè)基于源的樹(shù)實(shí)現最短路徑的傳送。
Written by pioneer98(臨湖)
Deion 歡迎轉載,請保留作者信息
Jul.1st.2004 R！
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