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1、，IP组播-组播技术白皮书组播技术白皮书组播技术白皮书关键词：组播，IGMP，IGMP Snooping，PIM，MBGP，MSDP，SSM Mapping摘 要：组播技术实现了IP网络中点到多点的高效数据传送，由于组播能够有效地节约网络带宽、降低网络负载，因此在实时数据传送、多媒体会议、数据拷贝、游戏和仿真等诸多方面都有广泛的应用。本文介绍了组播的基本概念和目前通用的组播协议，以及组播组网的基本方案。缩略语：缩略语英文全名中文解释ASAutonomous System自治系统ASMAny-Source Multicast任意信源组播BSRBootStrap Router自举路由器C-BSRC
2、andidate-BSR候选BSRC-RPCandidate-RP候选RPDRDesignated Router指定路由器IANAInternet Assigned Numbers Authority互联网编号分配委员会IGMPInternet Group Management Protocol互联网组管理协议MBGPMulticast Border Gateway Protocol组播边界网关协议MP-BGPMultiProtocol Border Gateway Protocol多协议边界网关协议MSDPMulticast Source Discovery Protocol组播源发现协议P
3、IM-DMProtocol Independent Multicast-Dense Mode协议无关组播密集模式PIM-SMProtocol Independent Multicast-Sparse Mode协议无关组播稀疏模式RPRendezvous Point汇集点RPFReverse Path Forwarding逆向路径转发RPTRendezvous Point Tree共享树SPTShortest Path Tree最短路径树SSMSource-Specific Multicast指定信源组播杭州华三通信技术有限公司第16页，共16页目 录1 概述31.1 产生背景31.2 技术优点
4、32 组播技术实现32.1 组播地址机制42.1.1 IP组播地址42.1.2 IP组播地址到链路层的映射52.2 组成员关系管理52.2.1 IGMP62.2.2 IGMP Snooping72.3 组播报文转发72.3.1 组播转发树72.3.2 组播报文转发机制82.4 组播路由协议82.4.1 域内组播路由协议92.4.2 域间组播路由协议102.5 组播模型分类113 典型组网应用123.1 单域组播组网应用123.2 跨域组播组网应用133.2.1 PIM-SM/MBGP/MSDP方案133.2.2 PIM-SM/隧道（MBGP&MSDP）方案143.2.3 PIM-SM/隧道（P
5、IM-DM）方案143.3 组播穿越防火墙组网应用154 总结和展望151 概述1.1 产生背景传统的IP通信有两种方式：一种是在源主机与目的主机之间点对点的通信，即单播；另一种是在源主机与同一网段中所有其它主机之间点对多点的通信，即广播。如果要将信息发送给多个主机而非所有主机，若采用广播方式实现，不仅会将信息发送给不需要的主机而浪费带宽，也不能实现跨网段发送；若采用单播方式实现， 重复的IP包不仅会占用大量带宽，也会增加源主机的负载。所以，传统的单播和广播通信方式不能有效地解决单点发送、多点接收的问题。组播是指在IP网络中将数据包以尽力传送的形式发送到某个确定的节点集合（即组播组），其基本思
6、想是：源主机（即组播源）只发送一份数据，其目的地址为组播组地址；组播组中的所有接收者都可收到同样的数据拷贝，并且只有组播组内的主机可以接收该数据，而其它主机则不能收到。1.2 技术优点组播技术有效地解决了单点发送、多点接收的问题，实现了IP网络中点到多点的高效数据传送，能够大量节约网络带宽、降低网络负载。作为一种与单播和广播并列的通信方式，组播的意义不仅在于此。更重要的是，可以利用网络的组播特性方便地提供一些新的增值业务，包括在线直播、网络电视、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等互联网的信息服务领域。2 组播技术实现组播技术的实现需要解决以下几方面问题： 组播源向一组确定的接收者发送
7、信息，而如何来标识这组确定的接收者？这需要用到 组播地址机制； 接收者通过加入组播组来实现对组播信息的接收，而接收者是如何动态地加入或离开组播组的？即如何进行 组成员关系管理； 组播报文在网络中是如何被转发并最终到达接收者的？即 组播报文转发的过程； 组播报文的转发路径（即组播转发树）是如何构建的？这是由各 组播路由协议来完成的。2.1 组播地址机制2.1.1 IP组播地址IP组播地址用于标识一个IP组播组。IANA把D类地址空间分配给组播使用，范围从224.0.0.0到239.255.255.255。图1 IP组播地址格式如图1所示，IP组播地址前四位均为“1110”，而整个IP组播地址空间
8、的划分则如图2所示。239.255.255.255239.0.0.0238.255.255.255本地管理组播地址用户组播地址224.0.1.0预留组播地址224.0.0.255224.0.0.0图2 IP组播地址划分 224.0.0.0 到 224.0.0.255 被 IANA 预留，地址 224.0.0.0 保留不做分配，其它地址供路由协议及拓扑查找和维护协议使用。该范围内的地址属于局部范畴，不论 TTL 为多少，都不会被路由器转发； 224.0.1.0 到 238.255.255.255 为用户可用的组播地址，在全网范围内有效。其中 232.0.0.0/8 为SSM组地址，而其余则属于A
9、SM组地址。有关ASM和SSM的详细介绍，请参见“2.5 组播模型分类”一节； 239.0.0.0 到 239.255.255.255 为本地管理组播地址，仅在特定的本地范围内有效，也属于 ASM 组地址。使用本地管理组地址可以灵活定义组播域的范围，以实现不同组播域之间的地址隔离，从而有助于在不同组播域内重复使用相同组播地址而不会引起冲突。 说明：224.0.1.0 /24 网段内的一些组播地址也被 IANA 预留给了某些组播应用。譬如，224.0.1.1 被预留给 NTP（Network Time Protocol，网络时间协议）所使用。2.1.2 IP组播地址到链路层的映射 说明：本文只讨
10、论以太网链路层协议的组播实现，其它链路层协议的组播实现并不作为本文讨论的重点。IANA将MAC地址范围01:00:5E:00:00:0001:00:5E:7F:FF:FF分配给组播使用，这就要求将28位的IP组播地址空间映射到23位的组播MAC地址空间中，具体的映射方法是将组播地址中的低23位放入MAC地址的低23位，如图3所示。图3 IP组播地址到组播MAC地址的映射由于IP组播地址的后28位中只有23位被映射到组播MAC地址，这样会有32个IP组播地址映射到同一组播MAC地址上。2.2 组成员关系管理组成员关系管理是指在路由器/交换机上建立直联网段内的组成员关系信息，具体说，就是各接口/端
11、口下有哪些组播组的成员。2.2.1 IGMPIGMP运行于主机和与主机直连的路由器之间，其实现的功能是双向的：一方面， 主机通过IGMP通知路由器希望接收某个特定组播组的信息；另一方面，路由器通过IGMP周期性地查询局域网内的组播组成员是否处于活动状态，实现所连网段组成员关系的收集与维护。通过IGMP，在路由器中记录的信息是某个组播组是否在本地有组成员，而不是组播组与主机之间的对应关系。目前IGMP有以下三个版本： IGMPv1（RFC 1112）中定义了基本的组成员查询和报告过程； IGMPv2（RFC 2236）在 IGMPv1 的基础上添加了组成员快速离开的机制等； IGMPv3（RFC
12、 3376）中增加的主要功能是成员可以指定接收或拒绝来自某些组播源的报文，以实现对 SSM 模型的支持。以下着重介绍IGMPv2的原理。图4 IGMPv2的工作原理如图4所示，当同一个网段内有多个IGMP路由器时，IGMPv2通过查询器选举机制从中选举出唯一的查询器。查询器周期性地发送普遍组查询消息进行成员关系查询，主机通过发送报告消息来响应查询。而作为组成员的路由器，其行为也与普通主机一样，响应其它路由器的查询。当主机要加入组播组时，不必等待查询消息，而是主动发送报告消息；当主机要离开组播组时，也会主动发送离开组消息，查询器收到离开组消息后，会发送特定组查询消息来确定该组的所有组成员是否都已
13、离开。通过上述机制，在路由器里建立起一张表，其中记录了路由器各接口所对应子网上都有哪些组的成员。当路由器收到发往组G的组播数据后，只向那些有G的成员的接口转发该数据。至于组播数据在路由器之间如何转发则由组播路由协议决定，而不是IGMP的功能。2.2.2 IGMP SnoopingIGMP是针对IP层设计的，只能记录路由器上的三层接口与IP组播地址的对应关系。但在很多情况下，组播报文不可避免地要经过一些交换机，如果没有一种机制将二层端口与组播MAC地址对应起来，组播报文就会转发给交换机的所有端口， 这显然会浪费大量的系统资源。IGMP Snooping的出现就可以解决这个问题，其工作原理为：主机
14、发往IGMP查询器的报告消息经过交换机时，交换机对这个消息进行监听并记录下来，为端口和组播MAC地址建立起映射关系；当交换机收到组播数据时，根据这样的映射关系， 只向连有组成员的端口转发组播数据。2.3 组播报文转发2.3.1 组播转发树组播报文在网络中沿着树型转发路径进行转发，该路径称为组播转发树。它可分为源树（Source Tree）和共享树（RPT）两大类：1. 源树源树是指以组播源作为树根，将组播源到每一个接收者的最短路径结合起来构成的转发树。由于源树使用的是从组播源到接收者的最短路径，因此也称为最短路径树（SPT）。对于某个组，网络要为任何一个向该组发送报文的组播源建立一棵树。源树的优点是能构造组播源和接收者之间的最短路径，使端到端的延迟达到最小。但付出的代价是，在路由器中必须为每个组播源保存路由信息，这样会占用大量的系统资源，路由表的规模也比较大。2. 共享树以某个路由器作为路由树的树根，该路由器称为汇集点（RP），共享树就是由RP 到所有接收者的最短路路径所共同构成的转发树。使用共享树时，对应某个组网络中只有一棵树。所有的组播源和接收者都使用这棵树来收发报文，组播源先向树根发送数据报文，之后报文又向下转发到达所有的接收者。共享树的最大优点是路
