组播管理

编程入门行业动态更新时间:2024-10-24 20:18:50

组播概述

在网络中，存在着三种发送报文的方式：单播、广播、组播。数据采用单播（Unicast）方式传输时，服务器会为每一个接收者单独传输一份信息，如果有多个接收者存在，网络上就会重复地传输多份相同内容的信息，这样将会大量占用网络资源。数据采用广播（Broadcast）方式传输时，系统会把信息一次性的传送给网络中的所有用户，不管他们是否需要，任何用户都会接收到广播来的信息。

当前，诸如视频会议和视频点播等单点发送、多点接收的多媒体业务正在成为信息传送的重要组成部分。在一点发送多点接收的前提下，单播方式适合用户较少的网络，而广播方式适合用户稠密的网络，当网络中需求某信息的用户量不确定时，单播和广播方式效率很低。这时组播（multicast）应运而生，它实现了网络中单点到多点的高效数据传送，能够节约大量网络带宽，降低网络负载。组播传输信息的方式如图所示。

组播的特点是：

服务对象不固定，通常是一对多的关系；

把服务对象看成一个组，发送端只需要发送一次数据到相关网络设备即可；

每个用户可以随时加入或退出组播组；

实时性要求较高，允许一定的丢帧现象发生。

组播地址

组播IP地址：

根据IANA（Internet Assigned Numbers Authority，因特网编号授权委员会）规定，组播报文的IP地址使用D类IP地址，组播IP地址范围是224.0.0.0～239.255.255.255。其中，几个特殊组播IP地址段的范围及说明如下：

组播MAC地址：

以太网传输单播IP报文的时候，目的MAC地址使用的是接收者的MAC地址。但是在传输组播报文时，传输目标不再是一个具体的接收者，而是一个成员不确定的组，所以需要使用组播MAC地址作为目的地址，组播MAC地址是一个逻辑的MAC地址。

IANA规定，组播MAC地址的高24bit位是以01-00-5E开头，低23bit为组播IP地址的低23bit，映射关系如图所示：

由于IP组播地址的高4bit是1110，标识了组播组，而低28bit中只有23bit被映射到组播MAC地址上，这样IP组播地址中就会有5bit没有使用，从而出现了32个IP组播地址映射到同一MAC地址上的结果。

组播地址表

交换机在转发组播数据时是根据组播地址表来进行的。由于组播数据不能跨越VLAN传输，因此组播地址表的第一部分是VLAN ID，当交换机收到组播数据包时，数据包只能在接收端口所在的VLAN内转发。组播地址表对应的出口端口不是一个，而是一组端口列表。转发数据时，交换机根据组播数据的目的组播地址查找组播地址表，如果在组播地址表中查不到相应的条目，则把该组播数据广播，即向接收端口所在VLAN内的所有端口上转发；如果能查找到对应的条目，则目的地址应该是一组端口列表，于是交换机把这个组播数据复制成多份，每份转发到一个端口，从而完成组播数据的交换。组播地址表一般格式如图所示。

IGMP侦听

网络中的主机通过发送IGMP（Internet Group Management Protocol，互联网组管理协议）报文向临近的路由器申请加入（或离开）组播组，当上层路由设备将组播数据转发下来后，交换机负责将组播数据转发给主机。IGMP侦听（IGMP Snooping）是组播约束机制，交换机用他来完成组播组的动态注册，运行IGMP侦听的交换机通过侦听和分析主机与组播路由器之间交互的IGMP报文来管理和控制组播组，从而可以有效抑制组播数据在网络中扩散。

IGMP侦听的工作过程

交换机侦听用户主机与路由器之间的交互IGMP报文，跟踪组播信息及其申请的端口。当交换机侦听到主机向路由器发出报告报文（IGMP Report）时，交换机便把该端口加入组播地址表中；当交换机侦听到主机发送的离开报文（IGMP Leave）时，路由器会发送该端口的特定组查询报文（Group-Specific Query），若还有其它主机需要该组播，则将回应报告报文，若路由器收不到任何主机的回应，交换机便把该端口从组播地址表中删除。路由器会定时发查询报文（IGMP Query），交换机收到查询报文后，如果在一定的时间段内没有收到主机的报告报文，便把该端口从组播表中删除。

以下内容来自：https://www.zhihu/question/49335649 车小胖的回答

网络分层的原则：每一层独立于其他层完成自己的工作，而不需要相互依赖，上下层之间通过标准接口来互相通信，简单易用又具有扩展性。

以太网位于数据链路层，它是一种多路访问网络，换句话说：一个广播帧发出去，这个广播域里任何一台主机都可以接收。如果以太网没有属于自己的地址，难道都靠广播的方式传播出去？比如有两台主机A与B，互相知道对方IP，如果没有MAC地址，它们之间的通信帧到达交换机（交换机属于二层设备），由于以太网头部没有MAC地址信息，交换机也只有从各个接口flooding 出去，结果就是这个广播域里的每台主机都会接收，由于网卡没有MAC地址，这些包会一直到达IP层，只有AB会接收，其它主机统统丢弃，这是对通信资源最大的浪费。

所以以太网必须有自己的MAC地址，以方便在数据链路层来标示自己的唯一存在。

一般以太网通信有这么几种方式：

1）unicast

A与B通信，A（10.1.1.1）知道B的IP为 10.1.1.2 ，需要通过ARP Request 广播的方式发送出去，B是广播域里的一员，所以也会接收到ARP，于是以ARP Reply的方式告诉A自己的MAC地址，于是A就知道B的MAC地址，并缓存在 ARP table 里。于是A与B就可以互相通信了。

2）multicast

既然IP层有组播地址，比如 239.1.1.1，那二层也要有对应的MAC地址。这个MAC地址需要ARP吗？不需要！只需要计算就可以得到，计算方法如下：

01:00:5e + 组播IP低23位 = 01:00:5e:01:01:01

细心的童鞋一定会发现 224.1.1.1，225.1.1.1 …239.1.1.1 所对应的MAC 都为01:00:5e:01:01:01，这是历史原因造成的，因为申请组播MAC地址时，IANA只给了23位。

3）broadcast

IP层的广播地址为：255.255.255.255

以太网对应的MAC： FF:FF:FF:FF:FF:FF

一般链路层是多路访问的网络一定会有自己的标识符ID 或MAC地址，比如Frame Relay、ATM、Ethernet；而点对点通信，PPP、HDLC则不需要地址标识符。

另外第二层的 MAC地址，第三层的IP地址，第四层的Port Number提供了三次筛子（filter ）的机会。

筛子一(MAC地址)：如果不是本机的MAC地址、也没有匹配到组播MAC，也不是广播地址，则网卡拒绝接收；否则进入第二个筛子

筛子二(IP地址)：依据Unicast / Multicast / Broadcast 做出判断