IP組播簡介

摘 要：IP組播是利用IP網(wǎng)絡層的擴展協(xié)議，從硬件上實現(xiàn)的一種組播技術。為了實現(xiàn)最大投遞的目標，選擇特定的地址，即IP組播特定地址，將組播群組的集合作為IP數(shù)據(jù)包的傳輸途徑。具體方法就是：將數(shù)據(jù)發(fā)送到特定的一個組地址，即協(xié)議層規(guī)定的預約地址，使每一個組地址所對應的用戶可以接受到該數(shù)據(jù)內(nèi)容。從而避免了向每一個用戶發(fā)送數(shù)據(jù)的重復性操作。

關鍵詞：IP地址；群組；組播地址

中圖分類號：TN948.1

1 簡介

IP組播，簡單的說就是一個數(shù)據(jù)報文發(fā)給一個地址集合（即主機地址組）。這個主機的集合由若干個主機組成，每個主機在地址集合中的映射就是一個單獨的IP地址（IPV4或IPV6型）。也在通常意義上叫做“組播地址”。在IP地址分類中屬于D類地址（按主機號和網(wǎng)絡號比例）。由于只在接受對象上有所區(qū)別，普通報文和組播報文都不擁有優(yōu)先權，無法保證任何報文在網(wǎng)絡傳輸中“確定接收”。

2 組播規(guī)則

主機集合采用動態(tài)規(guī)則，主機在地址集合中的映射為動態(tài)分配制度。主機的加入和退出可以在主機集合的列表中通過實時刷新體現(xiàn)出來。同時，主機可以將地址映射在多個主機集合中；甚至于作為數(shù)據(jù)發(fā)送方對未加入的主機集合發(fā)生數(shù)據(jù)包。根據(jù)IP協(xié)議規(guī)則，國際互聯(lián)網(wǎng)機構將部分IP地址作為特定IP地址，可由管理機構將其作為公共IP地址納入固定使用范圍，在主機集合中被稱為永久組。除永久組以外的地址，只要為D類地址，都劃分為臨時組通用地址。

組播在物理上的實現(xiàn)，以支持組播的通用路由器為基礎。組播方式為數(shù)據(jù)報文直接為基礎子網(wǎng)內(nèi)所有主機集合成員所接收；與此同時，組播路由器所在子網(wǎng)組播報文轉發(fā)，通過認證主機集合成員的子網(wǎng)，都會在同一時間接受到該報文。所以，要確定報文實際傳遞范圍，必須依賴于報文生存期值TTL。組播路由器的TTL限制臨界值一旦高于該報文的TTL值，報文傳遞則截止。

3 組播特征

3.1 同步握手規(guī)則。組播數(shù)據(jù)報可以丟失、延遲、重復或亂序到達，因為IP組播與其他IP數(shù)據(jù)報交付使用同樣的盡最大努力交付機制。

3.2 同組規(guī)則。群組成員只用于確定主機是否接收發(fā)往群組的數(shù)據(jù)報，任意主機都可以向任何組播群組發(fā)送數(shù)據(jù)報。

3.3 非靜態(tài)規(guī)則。一臺主機可以是任意數(shù)目的組播群組成員。而且，一臺主機可在任何時候加入或退出組播群組。

3.4 組地址規(guī)則。為數(shù)不多的若干個IP組播地址是有Internet管理機構永久分配的，分別對應幾個永久存在的群組，即使這些群組當前沒有成員。組播群組一般都特定有唯一的D類地址。其他地址是臨時性的，可用于專用目的。

3.5 最大群組規(guī)則。實際群組數(shù)受選路表大小而不是編制的約束，因為IP最多可提供多達228個同步組播群組的地址。

多點傳送就是服務程序對專用的多點傳送組的IP地址和端口發(fā)送一系列自尋址數(shù)據(jù)包，通過加入操作IP地址被多點傳送Socket注冊，通過這個點客戶程序可以接收發(fā)送給組的自尋址包（同樣客戶程序也可以給這個組發(fā)送自尋址包），一旦客戶程序讀完所有要讀的自尋址數(shù)據(jù)包，那么可以通過離開組操作離開多點傳送組。如果服務器程序要將同一信息發(fā)送給多個客戶端，那么服務器程序和客戶程序可以利用多點傳送（multicasting）方式進行通信。

4 地址分配

永久組與臨時組的地址劃分為IP組播地址分配提供了依據(jù)。永久組保留特定D類地址，由互聯(lián)網(wǎng)管理機構根據(jù)國際IP協(xié)議規(guī)范下來。臨時組則接受永久組除外的所有剩余D類地址。

主機集合地址，即IP組播地址，屬于D類地址范疇。我們可以知道的是D類地址根據(jù)D類地址定義是從32位二進制碼224.0.0.0到239.255.255.255為止。根據(jù)協(xié)議，其中起止范圍為從224.0.0.0到224.0.0.255為止的地址留作專用，分屬于永久組。這段地址從224.0.0.0-224.0.0.255。比較重要的地址有：

該范圍內(nèi)的組播數(shù)據(jù)報文的數(shù)據(jù)組播包不會經(jīng)路由器轉發(fā)至相關子網(wǎng)，自然也不會檢測數(shù)據(jù)包的TTL值。為了協(xié)議管理需要而預留的內(nèi)部特定地址，239.0.0.0到239.255.255.255將劃分為管理專用地址。而在協(xié)議規(guī)定下，臨時組的組播地址可以人為控制，從而保證任意兩個主機集合的映射區(qū)域沒有重合。

根據(jù)網(wǎng)絡結構劃分，網(wǎng)絡層第二層的地址，由MAC碼組成的MAC地址，將由組播地址結合通用算法衍生出來。具體實施起來，就是數(shù)據(jù)疊加和替換：將MAC地址中最后的23位二進制位直接由IP地址同位替代，倒數(shù)第24位同時清零。而0X01 00 5E成為MAC地址前24位的規(guī)格。

5 優(yōu)點和應用

5.1 優(yōu)點：（1）網(wǎng)絡高利用率：大量減少非信息流量；（2）分布式應用：實現(xiàn)點到多點應用資源集約化。（3）負荷轉移效果：減輕子網(wǎng)服務器和源服務器的數(shù)據(jù)處理單元的運載負荷。

5.2 應用：（1）多點式通信環(huán)境，如：實時教學、科研醫(yī)療；（2）分布統(tǒng)一式的數(shù)據(jù)應用。（3）以太網(wǎng)多媒體、傳統(tǒng)視頻流媒體的應用，如：網(wǎng)絡電視、實時視/音頻會議。

6 模型類別

類別區(qū)分原理：數(shù)據(jù)源解析處理方式。組播模型分為以下三類：

6.1 SFM模型。全稱Source-Filtered Multicast，信源過濾組播。該模型為ASM模型改進型，數(shù)據(jù)發(fā)送過程中，兩組模型的成員具有的權限并無不同。

SFM模型的改進之處在與在功能上的擴展——對應于ASM模型。SFM模型在處理數(shù)據(jù)時，管理層對于報文的源地址有絕對權限，可以自行檢查，擁有攔截特定組播源的組播報文的權限。從接收者的角度來看，部分組播源將是被屏蔽的。因此，接收者收到組播數(shù)據(jù)為按特定規(guī)則篩選后的安全數(shù)據(jù)。

6.2 SSM模型。Source-Specific Multicast，即指定信源組播模型。該為用戶提供了能夠在客戶端指定組播源的傳輸服務。基于現(xiàn)實情況中，為用戶提供最大的組播源篩選權力而生成的模型。用戶對指定組播源單獨開發(fā)的權限，未接收到邀請的組播源將始終處于屏蔽狀態(tài)。

6.3 ASM模型。Any-Source Multicast，任意信源組播。即為任意源組播模型。

眾多接收者通過加入由該組播組地址以獲得發(fā)往該組播組的組播信息。任意源模型中，對發(fā)送者身份無特殊規(guī)定，任意發(fā)送者都可以向某組播組地址發(fā)送信息。

除此之外，遞交加入請求和離開請求該組播組沒有時間和地域上的任何限制，接收者也無權限知道數(shù)據(jù)源的位置。

參考文獻：

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