組播概述

在網(wǎng)絡(luò)中，存在著三種發(fā)送報(bào)文的方式：?jiǎn)尾�、廣播、組播。數(shù)據(jù)采用單播（Unicast）方式傳輸時(shí)，服務(wù)器會(huì)為每一個(gè)接收者單獨(dú)傳輸一份信息，如果有多個(gè)接收者存在，網(wǎng)絡(luò)上就會(huì)重復(fù)地傳輸多份相同內(nèi)容的信息，這樣將會(huì)大量占用網(wǎng)絡(luò)資源。數(shù)據(jù)采用廣播（Broadcast）方式傳輸時(shí)，系統(tǒng)會(huì)把信息一次性的傳送給網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶，不管他們是否需要，任何用戶都會(huì)接收到廣播來(lái)的信息。

當(dāng)前，諸如視頻會(huì)議和視頻點(diǎn)播等單點(diǎn)發(fā)送、多點(diǎn)接收的多媒體業(yè)務(wù)正在成為信息傳送的重要組成部分。在一點(diǎn)發(fā)送多點(diǎn)接收的前提下，單播方式適合用戶較少的網(wǎng)絡(luò)，而廣播方式適合用戶稠密的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中需求某信息的用戶量不確定時(shí)，單播和廣播方式效率很低。這時(shí)組播（multicast）應(yīng)運(yùn)而生，它實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中單點(diǎn)到多點(diǎn)的高效數(shù)據(jù)傳送，能夠節(jié)約大量網(wǎng)絡(luò)帶寬，降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。組播傳輸信息的方式如圖所示。

組播的特點(diǎn)是：

服務(wù)對(duì)象不固定，通常是一對(duì)多的關(guān)系；

把服務(wù)對(duì)象看成一個(gè)組，發(fā)送端只需要發(fā)送一次數(shù)據(jù)到相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即可；

每個(gè)用戶可以隨時(shí)加入或退出組播組；

實(shí)時(shí)性要求較高，允許一定的丟幀現(xiàn)象發(fā)生。

組播地址

組播IP地址：

根據(jù)IANA（Internet Assigned Numbers Authority，因特網(wǎng)編號(hào)授權(quán)委員會(huì)）規(guī)定，組播報(bào)文的IP地址使用D類IP地址，組播IP地址范圍是224.0.0.0～239.255.255.255。其中，幾個(gè)特殊組播IP地址段的范圍及說(shuō)明如下：

組播MAC地址：

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)，傳輸目標(biāo)不再是一個(gè)具體的接收者，而是一個(gè)成員不確定的組，所以需要使用組播MAC地址作為目的地址，組播MAC地址是一個(gè)邏輯的MAC地址。

IANA規(guī)定，組播MAC地址的高24bit位是以01-00-5E開(kāi)頭，低23bit為組播IP地址的低23bit，映射關(guān)系如圖所示：

由于IP組播地址的高4bit是1110，標(biāo)識(shí)了組播組，而低28bit中只有23bit被映射到組播MAC地址上，這樣IP組播地址中就會(huì)有5bit沒(méi)有使用，從而出現(xiàn)了32個(gè)IP組播地址映射到同一MAC地址上的結(jié)果。

組播地址表

交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)時(shí)是根據(jù)組播地址表來(lái)進(jìn)行的。由于組播數(shù)據(jù)不能跨越VLAN傳輸，因此組播地址表的第一部分是VLAN ID，當(dāng)交換機(jī)收到組播數(shù)據(jù)包時(shí)，數(shù)據(jù)包只能在接收端口所在的VLAN內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)。組播地址表對(duì)應(yīng)的出口端口不是一個(gè)，而是一組端口列表。轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，交換機(jī)根據(jù)組播數(shù)據(jù)的目的組播地址查找組播地址表，如果在組播地址表中查不到相應(yīng)的條目，則把該組播數(shù)據(jù)廣播，即向接收端口所在VLAN內(nèi)的所有端口上轉(zhuǎn)發(fā)；如果能查找到對(duì)應(yīng)的條目，則目的地址應(yīng)該是一組端口列表，于是交換機(jī)把這個(gè)組播數(shù)據(jù)復(fù)制成多份，每份轉(zhuǎn)發(fā)到一個(gè)端口，從而完成組播數(shù)據(jù)的交換。組播地址表一般格式如圖所示。

IGMP偵聽(tīng)

網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)通過(guò)發(fā)送IGMP（Internet Group Management Protocol，互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議）報(bào)文向臨近的路由器申請(qǐng)加入（或離開(kāi)）組播組，當(dāng)上層路由設(shè)備將組播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)下來(lái)后，交換機(jī)負(fù)責(zé)將組播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給主機(jī)。IGMP偵聽(tīng)（IGMP Snooping）是組播約束機(jī)制，交換機(jī)用他來(lái)完成組播組的動(dòng)態(tài)注冊(cè)，運(yùn)行IGMP偵聽(tīng)的交換機(jī)通過(guò)偵聽(tīng)和分析主機(jī)與組播路由器之間交互的IGMP報(bào)文來(lái)管理和控制組播組，從而可以有效抑制組播數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中擴(kuò)散。

IGMP偵聽(tīng)的工作過(guò)程

交換機(jī)偵聽(tīng)用戶主機(jī)與路由器之間的交互IGMP報(bào)文，跟蹤組播信息及其申請(qǐng)的端口。當(dāng)交換機(jī)偵聽(tīng)到主機(jī)向路由器發(fā)出報(bào)告報(bào)文（IGMP Report）時(shí)，交換機(jī)便把該端口加入組播地址表中；當(dāng)交換機(jī)偵聽(tīng)到主機(jī)發(fā)送的離開(kāi)報(bào)文（IGMP Leave）時(shí)，路由器會(huì)發(fā)送該端口的特定組查詢報(bào)文（Group-Specific Query），若還有其它主機(jī)需要該組播，則將回應(yīng)報(bào)告報(bào)文，若路由器收不到任何主機(jī)的回應(yīng)，交換機(jī)便把該端口從組播地址表中刪除。路由器會(huì)定時(shí)發(fā)查詢報(bào)文（IGMP Query），交換機(jī)收到查詢報(bào)文后，如果在一定的時(shí)間段內(nèi)沒(méi)有收到主機(jī)的報(bào)告報(bào)文，便把該端口從組播表中刪除。