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1、现代信息网络技术,IPv4和IPV6在组播技术上的异同点,总参四期班 张皓,Modern Network InformationTechnology,2014年4月,IPv4和IPV6在组播技术上的异同点,1,of,6,组播的概念,Modern Network InformationTechnology,IPv6与IPv4组播地址上的异同,IPv6与IPv4组播协议上的异同,IPv6与IPv4在实际应用中的异同,组播的概念,最早提出,2,of,6,Modern Network InformationTechnology,组播的概念最早于1988年出现在Steve Deering的博士论文中，1
2、989年Deering又对标准IP网络层协议进行了扩展，提出了IP组播规范，1992年3月第一次建立组播主干网（Mbone）。IETF成功的在组播网上举行了一次会议后，组播技术引起了人们的广泛关注。 Stephen Deering在1996年加入思科之前，他在 Xeroxs Palo Alto研究中心花了六年，从事先进的互联网技术的研究，包括多播路由，移动互联网络，可扩展的寻址，支持在互联网上的多媒体应用程序。,Stephen Deering，IETF的前任主席，IP组播的发明者，IPv6的首席设计师。 Robert Hinden,组播的概念,组播（Multicast）传输,2,of,6,Mo
3、dern Network InformationTechnology,点（发送者）对多点（多接收者）网络连接。 传输相同的数据只需复制一份数据包。 提高了数据传送效率,减少了骨干网络出现拥塞的可能性。,（1）“组播组”是一个用IP组播地址进行标识的接收者集合，主机通过加入某组播组成为该组播组的成员，从而可以接收发往该组播组的组播数据。组播源通常不需要加入组播组。 （2）信息的发送者称为“组播源”。一个组播源可以同时向多个组播组发送信息，多个组播源也可以同时向一个组播组发送信息。 （3）所有加入某组播组的主机便成为该组播组的成员。组播组中的成员是动态的，主机可以在任何时刻加入或离开组播组。组播组
4、成员可以广泛地分布在网络中的任何地方。 （4）支持三层组播功能的路由器或三层交换机统称为“组播路由器”或“三层组播设备”。组播路由器不仅能够提供组播路由功能，也能够在与用户连接的末梢网段上提供组播组成员的管理功能。组播路由器本身也可能是组播组的成员。,组播传输的特点,组播信息传输与电视节目传输的类比,广播 Broadcast,3,of,6,Modern Network InformationTechnology,在IP网络中若采用单播的方式，信息源（即Source）要为每个需要信息的主机（即Receiver）都发送一份独立的信息拷贝。 假设Host B、Host D和Host E需要信息，则S
5、ource要与Host B、Host D和Host E分别建立一条独立的信息传输通道。 采用单播方式时，网络中传输的信息量与需要该信息的用户量成正比，因此当需要该信息的用户数量较大时，信息源需要将多份内容相同的信息发送给不同的用户，这对信息源以及网络带宽都将造成巨大的压力。 从单播方式的信息传播过程可以看出，该传输方式不利于信息的批量发送。,单播 Unicast,在一个网段中若采用广播的方式，信息源（即Source）将把信息传送给该网段中的所有主机，而不管其是否需要该信息。 假设只有Host B、Host D和Host E需要信息，若将该信息在网段中进行广播，则原本不需要信息的Host A和H
6、ost C也将收到该信息，这样不仅信息的安全性得不到保障，而且会造成同一网段中信息的泛滥。 因此，广播方式不利于与特定对象进行数据交互，并且还浪费了大量的带宽。,当IP网络中的某些主机（即Receiver）需要信息时，若采用组播的方式，组播源（即Source）仅需发送一份信息，借助组播路由协议建立组播分发树，被传递的信息在距离组播源尽可能远的网络节点才开始复制和分发。 假设只有Host B、Host D和Host E需要信息，采用组播方式时，可以让这些主机加入同一个组播组（Multicast group），组播源向该组播组只需发送一份信息，并由网络中各路由器根据该组播组中各成员的分布情况对该信
7、息进行复制和转发，最后该信息会准确地发送给Host B、Host D和Host E。,组播 Multicast,三种信息传输方式,组播的概念,组播的优势,2,of,6,Modern Network InformationTechnology,组播技术的优点主要在于： 提高效率：减轻信息源服务器和网络设备CPU的负荷。 优化性能：减少冗余流量。 分布式应用：使用最少的网络资源实现点到多点应用。 相比单播来说，组播的优势在于：由于被传递的信息在距信息源尽可能远的网络节点才开始被复制和分发，所以用户的增加不会导致信息源负载的加重以及网络资源消耗的显著增加。同时由于发送端主机避免了依次发送单个信息，从
8、而减少了延时。 相比广播来说，组播的优势在于：由于被传递的信息只会发送给需要该信息的接收者，所以不会造成网络资源的浪费，并能提高信息传输的安全性；另外，广播只能在同一网段中进行，而组播可以实现跨网段的传输。,组播的概念,2,of,6,Modern Network InformationTechnology,IP组播需关注的几个问题：,1、组播源将组播信息传输到哪里？即组播寻址机制； 2、网络中有哪些接收者？即主机注册； 3、这些接收者需要从哪个组播源接收信息？即组播源发现； 4、组播信息如何传输？即组播路由。 IP组播属于端到端的服务，组播机制包括以下四个部分： (1) 寻址机制：借助组播地址
9、，实现信息从组播源发送到一组接收者； (2) 主机注册：允许接收者主机动态加入和离开某组播组，实现对组播成员的管理； (3) 组播路由：构建组播报文分发树（即组播数据在网络中的树型转发路径），并通过该分发树将报文从组播源传输到接收者； (4) 组播应用：组播源与接收者必须安装支持视频会议等组播应用的软件，TCP/IP协议栈必须支持组播信息的发送和接收。,IPv4与IPv6组播地址上的异同,IPV4组播地址 32bit,2,of,6,Modern Network InformationTechnology,IANA(InternetAssignedNumbersAuthority，互联网编号分配
10、委员会）将D类地址空间分配给IPv4组播使用，范围从224.0.0.0到239.255.255.255 D类地址不能出现在IP报文的源IP地址字段。单播数据传输过程中，一个数据包传输的路径是从源地址路由到目的地址，利用“逐跳”（hop-by-hop）的原理在IP网络中传输。然而在ip组播环中，数据包的目的地址不是一个，而是一组，形成组地址。所有的信息接收者都加入到一个组内，并且一旦加入之后，流向组地址的数据立即开始向接收者传输，组中的所有成员都能接收到数据包。组播组中的成员是动态的，主机可以在任何时刻加入和离开组播组。,IP组播地址,组播组中的成员是动态的，主机可以在任何时刻加入或离开组播组。
11、,为了让组播源和组播组成员进行通信，需要提供网络层组播地址，即IP组播地址。同时必须存在一种技术将IP组播地址映射为链路层的组播MAC地址。,IPv4与IPv6组播地址上的异同,2,of,6,Modern Network InformationTechnology,4位，该字段中各位的取值及含义如右表所示。,IPV6组播地址 128bit,0xFF：最高8位为11111111，标识此地址为IPv6组播地址。如下图所示：,Flags字段格式,IPv4与IPv6组播地址上的异同,2,of,6,Modern Network InformationTechnology,Scope字段：4比特，标识该I
12、Pv6组播组的应用范围，其可能的取值及其含义如右表所示。,IPV6组播地址 128bit,Scope字段格式,Group ID：112比特,Group ID：112比特，IPv6组播组的标识号，用来在由Scope字段所指定的范围内唯一标识IPv6组播组。,以太网组播MAC地址映射方法,3,of,6,IANA规定，IPv4组播MAC地址的高24位为0x01005E，第25位为0，低23位为IPv4组播地址的低23位。IPv4组播地址与MAC地址的映射关系如图6所示。 由于IPv4组播地址的高4位是1110，代表组播标识，而低28位中只有23位被映射到IPv4组播MAC地址，这样IPv4组播地址中
13、就有5位信息丢失。于是，就有32个IPv4组播地址映射到了同一个IPv4组播MAC地址上，因此在二层处理过程中，设备可能要接收一些本IPv4组播组以外的组播数据，而这些多余的组播数据就需要设备的上层进行过滤了。,IPv4组播MAC地址,IPv6组播MAC地址的高16位为0x3333，低32位为IPv6组播地址的低32位。如图7所示，是IPv6组播地址FF1E:F30E:101的MAC地址映射举例。 在IPv6的IP地址向MAC地址的映射程中，可以直接将后32bit的组地址信息映射到MAC地址中，因此在进行IPv6的组地址分配时，能够避免在IPv4组播中组播组地址组播MAC地址的多对一的情况出现
14、,IPv6组播MAC地址,Modern Network InformationTechnology,IPV4与IPV6,组播协议上的异同,组播协议,,6,of,6,组播分为主机-路由器之间的组成员关系协议和路由器-路由器之间的组播路由协议,Modern Network InformationTechnology,包括IGMP，组播路由协议包括域内组播路由协议和域间组播路由协议。 域内组播路由协议主要使用PIM、DVMRP协议等,组成员关系协议,组成员关系协议,IPV4与IPV6,组播协议上的异同,三层组播协议,6,of,6,包括组播组管理协议和组播路由协议两种类型。 （1）组播组管理协议 在主
15、机和与其直接相连的三层组播设备之间通常采用组播组的管理协议IGMP（Internet Group Management Protocol，互联网组管理协议）或MLD（Multicast Listener Discovery Protocol，组播侦听者发现协议），该协议规定了主机与三层组播设备之间建立和维护组播组成员关系的机制。 （2）组播路由协议 组播路由协议运行在三层组播设备之间，用于建立和维护组播路由，并正确、高效地转发组播数据包。组播路由建立了从一个数据源端到多个接收端的无环（loop-free）数据传输路径，即组播分发树。,Modern Network InformationTech
16、nology,IPV4与IPV6,组播协议上的异同,二层组播协议,6,of,6,二层组播协议包括IGMP Snooping/MLD Snooping和组播VLAN/IPv6组播VLAN等，它们在网络中的应用位置如右图所示。 (1)IGMP Snooping/MLD Snooping IGMP Snooping（Internet Group Management Protocol Snooping，互联网组管理协议窥探）和MLD Snooping（Multicast Listener Discovery Snooping，组播侦听者发现协议窥探）是运行在二层设备上的组播约束机制，通过窥探和分析主机与三层组播设备之间交互的IGMP或MLD报文来管理和控制组播组，从而可以有效抑制组播数据在二层网络中的扩散。 (2)组播VLAN/IPv6组播VLAN 在传统的组播点播方式下，当连接在二层设备上、属于不同VLAN的用户分别进行组播点播时，三层组播设备需要向该二层设备的每个VLAN分别发送一份组播数据；而当二层设备运行了组播VLAN或IPv6组播VLAN之后，三层组播设备只需向该二层设备的组播VLAN或IPv6组播VLAN发送一份组播数据即可，从而既避免了带宽的浪费，也减轻了三层组播设备的负担。,
