多播技术基础

1、第第7章章 多播技术概述多播技术概述7.1 单播、多播和广播单播、多播和广播7.2 硬件广播硬件广播7.3 多播的硬件起源多播的硬件起源7.4 以太网多播以太网多播7.5 多播和广播的区别多播和广播的区别7.6 IP多播的特征多播的特征7.7 多播的应用多播的应用7.8 多播的概念性组成部分多播的概念性组成部分7.9 IP多播地址多播地址7.10 多播作用域多播作用域7.1 单播、多播和广播单播、多播和广播 SD1D2D3 SD1D2D3 SD1D2D3(a) 用单播实现多播用单播实现多播(b) 用多播实现多播用多播实现多播(c)用广播实现多播用广播实现多播RRR7.2 硬件广播硬件广播 以太

2、网的总线技术采用广播传递。以太网的总线技术采用广播传递。 在由交换机和点到点连接的网络中，软件必须具在由交换机和点到点连接的网络中，软件必须具有广播的能力，即通过各个独立的连接转发分组有广播的能力，即通过各个独立的连接转发分组的副本，直到所有交换机都收到一份副本为止。的副本，直到所有交换机都收到一份副本为止。 48比特全比特全1的以太网硬件地址表示广播地址。网的以太网硬件地址表示广播地址。网卡可以识别本机硬件地址和广播地址，进而接收卡可以识别本机硬件地址和广播地址，进而接收目的地址为本机的硬件地址和广播地址的以太网目的地址为本机的硬件地址和广播地址的以太网帧。帧。 广播的主要缺点是对资源的消耗

3、。除了使用网络广播的主要缺点是对资源的消耗。除了使用网络带宽外，每个广播都会让网络上的所有计算机耗带宽外，每个广播都会让网络上的所有计算机耗费网络资源。费网络资源。7.3 多播的硬件起源多播的硬件起源 多播与广播方式不同，多播方式允许每个节点自己选择多播与广播方式不同，多播方式允许每个节点自己选择是否参与到某个特定的多播组中。是否参与到某个特定的多播组中。 在配置好识别多播地址的网络接口硬件后，该组的所有在配置好识别多播地址的网络接口硬件后，该组的所有计算机都会收到传送给这个多播地址的任何分组的副本。计算机都会收到传送给这个多播地址的任何分组的副本。 从概念上讲，其它任何形式的编址都可以看成是

4、一种特从概念上讲，其它任何形式的编址都可以看成是一种特殊的多播编址。但是多播并不能代替其它常规编址形式。殊的多播编址。但是多播并不能代替其它常规编址形式。因为其转发和传递的底层机制实现上是有本质的区别的。因为其转发和传递的底层机制实现上是有本质的区别的。 单播和广播地址识别的是连接到某个物理网段的一台或单播和广播地址识别的是连接到某个物理网段的一台或一组计算机。因此转发所依赖的是网络拓扑结构。一组计算机。因此转发所依赖的是网络拓扑结构。 多播地址标识了任意一组接收方，因此转发机制必须把多播地址标识了任意一组接收方，因此转发机制必须把分组传播到所有网段。分组传播到所有网段。7.4 以太网多播以太

5、网多播 以太以太网具有硬件多播能力。以太网有一半的地址都是为多网具有硬件多播能力。以太网有一半的地址都是为多播而保留的。多播地址使用最高字节的最低比特来区分单播而保留的。多播地址使用最高字节的最低比特来区分单播地址（为播地址（为0时）和多播地址（为时）和多播地址（为1时）时）。 在以太网卡初始化后，就可以接收发往该计算机的网卡地在以太网卡初始化后，就可以接收发往该计算机的网卡地址的以太网帧，或者以太网广播地址的帧。而使用网卡驱址的以太网帧，或者以太网广播地址的帧。而使用网卡驱动程序软件可以对该网卡进行重新配置，使它还能够识别动程序软件可以对该网卡进行重新配置，使它还能够识别一个或多个多播地址。

6、一个或多个多播地址。7.5 多播和广播的区别多播和广播的区别 协议栈对帧的过滤过程协议栈对帧的过滤过程 IP传递UDP网卡网卡驱动程序传递传递传递以太网丢弃丢弃丢弃丢弃多播技术能够有效降低网络带宽多播技术能够有效降低网络带宽 使用广播会增加对广播数据不感兴趣主机的处理负担。使用广播会增加对广播数据不感兴趣主机的处理负担。 如果网络内有如果网络内有50个主机，但仅有个主机，但仅有20个参与个参与UDP广播，广播，每次向这个网络发送广播数据报时，其余每次向这个网络发送广播数据报时，其余30个主机个主机不得不处理这些广播数据报。一直到不得不处理这些广播数据报。一直到UDP层，收到的层，收到的广播数据

7、报才会被丢弃。这广播数据报才会被丢弃。这30个主机丢弃广播数据个主机丢弃广播数据报，是因为这些主机没有使用这个目的端口。报，是因为这些主机没有使用这个目的端口。 使用多播，主机可加入一个或多个多播组。这样，网卡使用多播，主机可加入一个或多个多播组。这样，网卡仅接收主机所在多播组的哪些多播帧。仅接收主机所在多播组的哪些多播帧。 多播既不向广播那样产生大量的广播报文，也不像单播多播既不向广播那样产生大量的广播报文，也不像单播那样需要发送者给每一个接收者都传送一次报文。因此那样需要发送者给每一个接收者都传送一次报文。因此多播技术能够有效地降低某些应用的网络带宽。多播技术能够有效地降低某些应用的网络带

8、宽。 7.6 IP多播的特征多播的特征 多播组地址多播组地址。每个多播组拥有唯一多播地址。每个多播组拥有唯一多播地址。 多播组的数量多播组的数量。最多可以定义。最多可以定义228个多播组的地址。个多播组的地址。 动态多播组成员关系动态多播组成员关系。主机可以随时加入或离开组。一个主。主机可以随时加入或离开组。一个主机可以是任意数目的多播组的成员。机可以是任意数目的多播组的成员。 硬件的使用硬件的使用。如物理硬件支持多播，则用硬件多播发送。如物理硬件支持多播，则用硬件多播发送IP多多播；如果硬件不支持多播，则用广播或单播来实现播；如果硬件不支持多播，则用广播或单播来实现IP多播。多播。 网络间的

9、转发网络间的转发。多播组成员能与多个物理网络相连接，所以。多播组成员能与多个物理网络相连接，所以需要有特殊的多播路由器转发需要有特殊的多播路由器转发IP多播分组。多播分组。 传递语义传递语义。IP多播使用由多播使用由IP提供的尽力而为服务。多播分组提供的尽力而为服务。多播分组可能会丢失、延迟、重复以及乱序到达。可能会丢失、延迟、重复以及乱序到达。 成员关系和传输成员关系和传输。任意主机（包括非多播组成员）能够向任。任意主机（包括非多播组成员）能够向任何多播组发送分组；组关系仅用于确定该主机是否能接收发何多播组发送分组；组关系仅用于确定该主机是否能接收发往该多播组的分组。往该多播组的分组。7.7

10、 IP多播的应用多播的应用 IP 多播技术有效地解决了单点发送多点接收多播技术有效地解决了单点发送多点接收的问题。实现了的问题。实现了IP网络中点到多点的高效数网络中点到多点的高效数据传送，能够大量节约网络带宽，降低网络负据传送，能够大量节约网络带宽，降低网络负载。载。 可以利用网络的多播特性，方便地提供一些新可以利用网络的多播特性，方便地提供一些新的增值业务。的增值业务。 在在IP网络中多媒体业务日渐增多的情况下，网络中多媒体业务日渐增多的情况下，多播有着巨大的市场潜力，多播业务也将逐渐多播有着巨大的市场潜力，多播业务也将逐渐得到推广和普及。得到推广和普及。多播提供的新的增值业务多播提供的新

11、的增值业务 远程学习远程学习 实时视频会议实时视频会议 信息发布：公司向客户发送信息信息发布：公司向客户发送信息 内部资源共享：信息分布在不同地方的内部资源共享：信息分布在不同地方的分布式数据库中。分布式数据库中。7.8 多播的概念性组成部分多播的概念性组成部分 互联网多播系统需要有三个概念性组成部分：互联网多播系统需要有三个概念性组成部分： 多播编址方法多播编址方法 有效地通知和传递机制有效地通知和传递机制 有效的网络间转发工具。有效的网络间转发工具。7.9 IP多播地址多播地址 7.9.1 IP多播组地址格式多播组地址格式 7.9.2 IP多播组地址到以太网多播地址的映射多播组地址到以太网

12、多播地址的映射7.9 IP多播地址多播地址 多播组是能够接收发往一个特定多播分组的节多播组是能够接收发往一个特定多播分组的节点集合。多播组具有下列特点：点集合。多播组具有下列特点： 一个多播组可以跨越多个网络。一个多播组可以跨越多个网络。 多播组对主机的数量没有限制。多播组对主机的数量没有限制。 主机可随时加入或者离开某个多播组。主机可随时加入或者离开某个多播组。 一台主机可以同时属于多个多播组。一台主机可以同时属于多个多播组。 非成员主机可向任何多播组发送非成员主机可向任何多播组发送IP多播分组。多播分组。 IP多播路由器从一个网络到另一个网络，向多播路由器从一个网络到另一个网络，向其目的节

13、点转发其目的节点转发IP多播分组。多播分组。7.9.1 IP多播组地址格式多播组地址格式 每个每个IP多播组都可以用一个多播组都可以用一个D类类IP地址唯一地地址唯一地进行标识进行标识 每个多播组拥有唯一多播地址每个多播组拥有唯一多播地址(D 类地址：类地址： 224.0.0.0-239.255.255.255)。少数是。少数是永久的，其他是临时的；仅能用作目的地址永久的，其他是临时的；仅能用作目的地址228个多播组个多播组1110多播组号（多播组号（28比特）比特）多播组地址分配多播组地址分配 多播地址多播地址含义含义224.0.0.0基地址（保留）基地址（保留）224.0.0.1“所有系统

14、所有系统”组，包括本地网络中参与多播的主组，包括本地网络中参与多播的主机和路由器机和路由器224.0.0.2本地网络中的本地网络中的“所有路由器所有路由器”组组224.0.0.3未分配未分配224.0.0.4DVMRP路由器路由器224.0.0.5OSPF路由器路由器224.0.0.6OSPF指定路由器指定路由器224.0.0.7ST路由器路由器224.0.0.8ST主机主机224.0.0.9RIP2路由器路由器224.0.0.10IGRP路由器路由器多播组地址分配多播组地址分配 多播地址多播地址含义含义224.0.0.11移动代理移动代理224.0.0.12DHCP服务器服务器/中继代理中继

15、代理224.0.0.13所有所有PIM路由器路由器224.0.0.14RSVP封装封装224.0.0.15所有所有CBT路由器路由器224.0.0.16指定的指定的Sbm224.0.0.17所有所有Sbm224.0.0.18VRRP224.0.0.19224.0.0.255其它链路本地地址其它链路本地地址224.0.1.0238.255.255.255全球作用域的地址，即用户多播地址全球作用域的地址，即用户多播地址239.0.0.0239.255.255.255作用域限制在一个机构内，即本地管理多播地址作用域限制在一个机构内，即本地管理多播地址两种组地址两种组地址 永久组地址永久组地址：总是可

16、以使用的组地址，无须事：总是可以使用的组地址，无须事先建立组。先建立组。 每个永久组都有一个永久组地址。每个永久组都有一个永久组地址。 永久组地址由永久组地址由IANA定义。定义。 临时组地址临时组地址：只有在创建了临时组之后，才可：只有在创建了临时组之后，才可以使用它们。以使用它们。 一个进程可以要求它的主机加入到一个特定的组中。一个进程可以要求它的主机加入到一个特定的组中。 一个进程可以要求它的主机离开该组。当最后一个一个进程可以要求它的主机离开该组。当最后一个进程离开一个组的时候，主机就不再属于这个组。进程离开一个组的时候，主机就不再属于这个组。 每台主机都记录它的进程当前属于哪些组。每

17、台主机都记录它的进程当前属于哪些组。IANA定义的定义的永久地址组永久地址组 INNA定义一些多播组地址为知名地址，也称定义一些多播组地址为知名地址，也称作永久地址组，但它的组成员却不是永久的。作永久地址组，但它的组成员却不是永久的。已被分配的约定多播组：已被分配的约定多播组： 224.0.0.1，“所有系统所有系统”组，包括本地网络中组，包括本地网络中参与多播的主机和路由器参与多播的主机和路由器 224.0.0.2，本地网络中的，本地网络中的“所有路由器所有路由器”组组多播地址多播地址224.0.1.1，定义为网络时间协议，定义为网络时间协议NTP多播地址多播地址224.0.0.5，定义为，

18、定义为OSPF路由器路由器多播地址多播地址224.0.0.9，定义为，定义为RIP2路由器路由器IP组播地址的空间划分组播地址的空间划分 224.0.0.0224.0.0.255：IANA预留地址。预留地址。 224.0.0.0 保留不分配保留不分配 其它地址供路由协议及拓其它地址供路由协议及拓扑查找和维护协议使用扑查找和维护协议使用 该范围内的地址属于局部该范围内的地址属于局部范畴范畴，目的地址为这个范，目的地址为这个范围内的围内的IP分组都分组都不会被路不会被路由器转发。由器转发。7.10 多播作用域多播作用域 多播组的作用域（多播组的作用域（scope）指的是多播组成员的）指的是多播组成

19、员的范围。范围。如果所有成员都在同一个物理网络上，就如果所有成员都在同一个物理网络上，就认为该多播组的作用域限制在一个网络内。类似认为该多播组的作用域限制在一个网络内。类似地，如果多播组的所有成员都在一个机构内，则地，如果多播组的所有成员都在一个机构内，则认为该多播组的作用域限制在一个机构内。认为该多播组的作用域限制在一个机构内。 多播分组的作用域定义为该多播分组将传播通过多播分组的作用域定义为该多播分组将传播通过的网络集合。的网络集合。非正式地讲，把分组的作用域定义非正式地讲，把分组的作用域定义为它的为它的范围。范围。使用使用IP分组的生存时间分组的生存时间TTL控制多播控制多播组的作用域组的作用域 IP使用两