Internet組播知識

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　　隨著inte.net的飛速發展，利用internet進行協作開發的項目越來越多。對某些應用而言，如分布式數據庫開發，一個開發工作組有很多人需在不同的地點協作并經常交換情況。

在組的規模比較小的情況下，只需點對點交換信息即可；如果組的規模比較大，點對點交換信息不管對網絡還是對信息發送者，都是一種負擔，代價昂貴。有時雖可用廣播的方式進行處理，但如果在一個上百萬節點的網絡上向數千臺主機進行廣播是很低效的甚至是不大可能的。一則絕大部分機器對此不感興趣，造成信息垃圾；更糟糕的是，部分主機雖需要此信息但可能被誤認為對此信息不感興趣而收不到此項信息。因此，我們需要一種辦法讓本身規模較大而相對互連網又較小的工作組能相互方便、快捷地傳遞信息。為此，我們引進了IP組播的概念�！�
　　1．硬件組播的含義　
　　1．1　含義　
　　硬件組播（multicasting）是一種多點投遞的形式，它使用硬件技術，通過使用大量組播地址來通信。當某一組機器需要通信時，選擇一個組播地址，并配置好相應的網絡接口硬件，識別組播地址，從而收到該組播地址上分組的拷貝�！�
　　　
　　1．2　組播與廣播、單播　
　　廣播（broadcasting）是多點投遞的最普遍的形式，它向每一個目的站投遞一個分組的拷貝。它可以通過多個單次分組的投遞完成，也可以通過單獨的連接傳遞分組的拷貝，直到每個接收方均收到一個拷貝為止�！�
　　在多數網絡中，用戶是通過把分組分送給一個特殊保留的地址即廣播地址（broadcast　address）來進行廣播投遞，它的主要缺點是會耗費大量的主機資源和網絡資源�！�
　　單播（unicasting）是指只有一個目的地的數據報傳遞。從投遞目的地的數量而言，單播和廣播均可看作是組播的一個子集。單播可以看作僅包括一臺機器群組的組播；廣播可以看作包含了所有機器群組的組播。但從數據報的投遞方式而言，單播、廣播和組播還是有較大的區別�！�
　　　
　　2．IP組播的基本概念　
　　2．1　含義　
　　IP組播（IP　multicasting）是對硬件組播的抽象，是對標準IP網絡層協議的擴展。它通過使用特定的IP組播地址，按照最大投遞的原則，將IP數據報傳輸到一個組播群組（multicast　group）的主機集合。它的基本方法是：當某一個人向一組人發送數據時，它不必將數據向每一個人都發送數據，只需將數據發送到一個特定的預約的組地址，所有加入該組的人均可以收到這份數據。這樣對發送者而言，數據只需發送一次就可以發送到所有接收者，大大減輕了網絡的負載和發送者的負擔�！�
　　　
　　2．2　IP組播成員　
　　IP組播中各個成員可以不受地域的限制，分布于各個獨立的物理網絡上，其關系也是動態的，一臺主機可以在任何時候加入或者退出某個群組，也可以是任意群組的成員，其成員關系決定了該主機是否接收發送給該群組的組播數據報；同時，不是某個群組的成員也可以向某個群組發送組播數據報，使之具有更大的靈活性�！�
　　參與組播的主機可以分為三個級別：　
　　級別0：　主機不能收、不能發IP組播數據報　
　　級別1：　主機只能發、不能收IP組播數據報　
　　級別2：　主機既能收、也能發IP組播數據報　
　　級別0的主機不受組播收發數據報的影響，唯一的例外是在某些類型的局域網，級別1或級別2的主機可能將組播數據報誤送給級別0　的主機（這種情況將在3.2.1中討論），級別0　的主機需要仔細檢查所有到達的數據報的目的IP地址（主機對任何數據報均需這樣），丟棄誤投的數據報�！�
　　級別1的主機可以分享部分基于組播的服務，比如資源定位、狀態報告、發送IP組播數據報，但不能加入到任何主機組。一個主機僅需極少數代碼就可以從級別0升級到級別1，即IP軟件允許某個應用程序指定一個組播地址作為其目的IP地址，并將組播地址映射為相應網絡的硬件組播地址（具體映射方法在3.2中討論）　
　　級別2的主機可以可以使用IP組播所有功能，除可以使用級別1主機所能使用的功能外，可以自由加入和離開主機組、可以發送IP組播數據報等。要實現此功能，它要求實現internet群組管理協議（internet　group　management　protocol，簡稱IGMP）、IP擴展和主機的本地網絡服務接口�！�
　　　
　　.　IP組播地址　
　　3.1　基本概念　
　　3.1.1　定義　
　　根據internet　NIC關于IP地址的規定，IP地址共分為A-E　共5類，其中A-C類目前應用的普通IP地址，E類地址保留為將來使用，D類地址即為組播地址，其網絡號為固定的1110（第0~3位），第4~31位定義了某一特殊的組播地址，范圍為224.0.0.0~239.255.255.255，共有228個約27億個地址�！�
　　IP組播地址僅能作為目的地址。它們不能作為數據報的源字段或者出現在源路由和路由記錄選項中�！�
　　3.1.2　分類　
　　IP組播地址由internet　NIC負責管理，和協議端口一樣，有一部分是保留的，僅供特殊群組成員使用，不管有無成員，該地址均要保留，這部分地址稱為知名（well-known）地址；其余地址則不一樣，僅供臨時使用，被稱為臨時組播群組（transient　multicast　group），可以按需創建，成員可以動態調整，但在成員數目為0時撤銷�！�
　　3.1.3　部分知名IP組播地址　
　　如上所述，IP組播地址范圍是224.0.0.0~239.255.255.255，下面列出部分知名或已用的IP組播地址。實際上，224.0.0.0---224.2.255.255的絕大部分地址已被使用，建議使用時避開上述地址（詳細使用情況請參閱RFC　1700）�！�
　　224.0.0.0　基礎地址，保留，不能被任何群組使用　
　　224.0.0.1　全主機群組（all　hosts　group），指參加本IP組播的所有主機、路由器、網關（不是指整個互連網）　
　　224.0.0.2　本子網上的路由器（all　routers　on　a　LAN）　
　　224.0.0.4　DVMRP*路由器（DVMRP　Routers）　
　　224.0.0.5　本子網上的OSPF*路由器(all　OSPF　routers　on　a　LAN)　
　　224.0.0.6　本子網上被指定的OSPF路由器(all　designated　OSPF　routers　on　a　LAN)　
　　224.0.1.1　網絡時間協議（Network　Time　Protocol，NTP）　
　　224.0.5.000-224.0.5.127　蜂窩式數字信息包數據發送主機組（CDPD　Groups）　
　　224.1.0.0-224.1.255.255　基于流的協議組播主機組（Stream　Protocol　Multicast　Groups）　
　　224.2.0.0-224.2.255.255　多媒體會議呼叫（Multimedia　Conference　Calls）　
　　*注：DVMRP是Distance　vector　multicast　routing　protocol的縮寫，意為距離矢量組播選路協議，是用來生成組播路由；OSPF　是open　shortest　path　first，意為開放最短路徑最先，是IETF設計的一種路由協議�！�
　　　
　　3.2　IP組播地址與網絡硬件組播地址的映射　
　　3.2.1　IP組播地址與以太網硬件組播地址的映射　
　　3.2.1.1　映射方法　
　　以太網硬件地址是48位，而IP地址是32位，有效IP組播地址是28位，以太網支持IP組播地址到以太網組播地址的映射，他們之間的映射很巧妙而簡單，主要規則如下：　
　　將IP組播地址的低23位簡單地代替特定的以太網地址01.00.5e.00.00.00（16進制）中的低23位�！�
　　例如：IP組播地址224.66.60.89(16進制，其2進制為：1110　0000.0100　0010.0011　1100.0101　1001)映射到以太網的地址為：01.00.5e.66.60.89（16進制）�！　�
　　按此規則，IP組播地址范圍為224.0.0.0~239.255.255.255，映射到以太網組播地址為01.00.5E.00.00.00~　01.00.5E.7F.FF.FF　
　　這樣做一是因為映射方法簡單，便于計算和實現；二是可以包括絕大部分組播地址了；三是IP組播地址映射后僅使用以太網地址的固定部分，有利于排錯和查找，不易與其它使用以太網的協議發生沖突和干擾�！�
　　3.2.1.2　不同IP組播地址映射到相同以太網地址的討論　
　　在IP組播地址映射到以太網地址的過程中，有人可能發現一個有趣的現象，多個不同的IP組播地址映射到了相同的以太網地址。例如：IP組播地址225.118.100.100和226.246.100.100映射到以太網的地址均為01.00.94.118.100.100。這是為什么呢，下面從機理上作一分析：　
　　由于IP組播地址的有效位為28位，而映射到以太網時僅取低23位（第9~31位），高5位（實際是IP組播地址的第4~8位，下同）的地址信息在映射過程實際上是沒有用而被丟掉了，這樣如果低23位地址信息一樣，則不管高5位地址的值是多少，其映射的以太網地址都是一樣的。如下圖：
　　
　　IP組播地址　:　1110　gggg　gddd　dddd　dddd　dddd　dddd　dddd
　　　 　　　　　|----|----||--------------------------|　
　　　組播地址的網絡ID　　高5位　　　　　　　　　　　低23位　
　　
　　高9位映射時信息均被丟掉　映射時直接代替特定以太網地址的低23位　
　　那么，任意兩個IP組播地址映射到以太網地址時，其地址相同的概率為多少呢？　
　　任意兩個IP組播地址如果低23位相同，則不管高5位的值是否相同，二者映射的以太網地址都是一樣的，低23位相同的可能性為　，高5位的2進制組合有25種，這樣可知：　
　　任意兩個IP組播地址映射到以太網地址時，其地址相同的概率P=　，很小，約為百萬分之3.8，所以這種映射方法還是相當可靠的�！�
　　　
　　3.2.2　IP組播地址與其它網絡組播地址的映射　
　　環形網和總線網根據IEEE802.2標準，直接支持組播，和以太網一樣直接處理組播。對于支持網絡廣播而不支持組播的網絡，如實驗以太網，則將IP組播地址簡單映射為本地廣播地址，不過這樣增加了本地網絡主機的開銷。點對點連接的兩臺主機（或者一臺主機和支持組播的路由器），組播數據報直接投遞。對存儲轉發網絡（store-and　forward　network），如ARPANET或者公用X.25網絡，IP組播地址映射為本地的知名IP組播路由器。

　　4　實現IP組播的基本模型　
　　要實現IP組播要對IP服務接口、IP模塊、本地網絡服務接口以及本地網絡模塊分別進行擴展。

　　5　IP組播的應用　
　　由于IP組播能有效減少網絡和主機開銷，較單播和廣播有其獨特優越性，因此，IP組播已經得到了廣泛的應用，主要有幾個方面：1、基于因特網的視頻組播。這方面的應用很廣泛，如實時視頻會議系統、遠程教學系統、遠程演示系統和視頻點播系統（VOD）等等。2、特別互聯網工作組（Special　internet　group，簡稱SIG）。它是由世界各地的具有共同興趣的人組成，可以包括體育、音樂、計算機軟件、硬件等一切可以引起共同興趣的東西。比較有名的有E-MAIL討論組和ACM的技術討論組�！�
　
　　6　部分IP組播相關的網址　
　　如對IP組播的有關問題想進一步鉆研，讀者可以到以下站點查閱有關資料�！�
　　www.rfc-editor.org　一個集全部RFC文檔之精華的站點，不過是全英文的，讀者需要一定英文基礎　
　　www.rfcsite.yeah.net　一個RFC文檔的中文界面站點，具體內容仍是英文　
　　www.rfc.at.china.com　一個RFC文檔的全中文站點，不過中文的RFC文檔不是很多　
　　www.ieee.org　IEEE的官方站點，有很多有關組播的學術論文，也是全英文的　
　
　　本文主要闡述了IP組播的產生背景、概念、地址及應用等基本情況，其應用前景極為廣闊。由于篇幅所限，對IP組播的許多問題如IGMP、IP組播數據報的發送和接收、路由協議、服務質量（QOS）的保證、在非組播路由器中的投遞等均沒有討論，有興趣的讀者可進一步參閱有關書籍或者RFC文檔。

文章來源于領測軟件測試網 http://www.kjueaiud.com/