在Internet上，多媒體業(yè)務(wù)諸如：流媒體,，視頻會議和視頻點播等,，正在成為信息傳送的重要組成部分。點對點傳輸?shù)膯尾シ绞讲荒苓m應(yīng)這一類業(yè)務(wù)傳輸特性--單點發(fā)送多點接收,，因為服務(wù)器必須為每一個接收者提供一個相同內(nèi)容的IP報文拷貝,，同時網(wǎng)絡(luò)上也重復(fù)地傳輸相同內(nèi)容的報文，占用了大量資源,。如圖1.1所示,。雖然IP廣播允許一個主機把一個IP報文發(fā)送給同一個網(wǎng)絡(luò)的所有主機，但是由于不是所有的主機都需要這些報文,，因而浪費了網(wǎng)絡(luò)資源,。在這種情況下組播（multicast）應(yīng)運而生，它的出現(xiàn)解決了一個主機向特定的多個接收者發(fā)送消息的方法。1989年,，IETF通過RFC1112,，定義了Internet上的組播方式。
　

圖1.1

1. IP組播

IP組播是指一個IP報文向一個“主機組”的傳送,，這個包含零個或多個主機的主機組由一個單獨的IP地址標(biāo)識,。主機組地址也稱為“組播地址”，或者D類地址,。除了目的地址部分,，組播報文與普通報文沒有區(qū)別，網(wǎng)絡(luò)盡力傳送組播報文但是并不保證一定送達,。
主機組的成員可以動態(tài)變化,，主機有權(quán)選擇加入或者退出某個主機組。主機可以加入多個主機組,，也可以向自己沒有加入的主機組發(fā)送數(shù)據(jù),。主機組有兩種：永久組和臨時組。永久組的IP地址是周知的,，由Internet管理機構(gòu)分配,，是保留地址。臨時組的地址則使用除永久組地址外的非保留D類地址,。
IP組播分組在互聯(lián)網(wǎng)上的轉(zhuǎn)發(fā)由支持組播的路由器來處理,。主機發(fā)出的IP組播分組在本子網(wǎng)內(nèi)被所有主機組成員接收，同時與該子網(wǎng)直接相連的組播路由器會把組播報文轉(zhuǎn)發(fā)到所有包含該主機組成員的網(wǎng)絡(luò)上,。組播報文傳遞的范圍由報文的生存期值(TTL, Time-to-Live)決定,，如果TTL值等于或者小于設(shè)置的路由器端口TTL門限值（TTL Threshold），路由器將不再轉(zhuǎn)發(fā)該報文,。
2. 組播地址

IP組播地址,，或稱為主機組地址，由D類IP地址標(biāo)記,。D類IP地址的最高四位為“1110”,，起范圍從224.0.0.0到239.255.255.255。如前所述,，部分D類地址被保留,，用作永久組的地址，這段地址從224.0.0.0-224.0.0.255,。比較重要的地址有：
224.0.0.1 － 網(wǎng)段中所有支持組播的主機
224.0.0.2 － 網(wǎng)段中所有支持組播的路由器
224.0.0.4 － 網(wǎng)段中所有的DVMRP路由器
224.0.0.5 － 所有的OSPF路由器
224.0.0.6 － 所有的OSPF指派路由器
224.0.0.9 － 所有RIPv2路由器
224.0.0.13 －所有PIM路由器
臨時主機組的組播地址由網(wǎng)絡(luò)管理員選擇,，他需要保證這個地址在一定的范圍內(nèi)沒有其他的主機組在使用這個組播地址。
第2層的組播地址（組播MAC地址）可以從IP組播地址中衍生,。計算方法是把IP地址的最后23位拷貝到MAC地址的最后23位,，然后把這23位前面的那一位置為0,。MAC地址的前24位必須為0x01-00-5E。例如：組播IP地址224.0.1.128,，16進制表示為0xE0-00-01-10,，最低的23位為0x00-01-10，計算得出的MAC地址為：0x01-00-5E-00-01-10,。
3.Internet組管理協(xié)議（IGMP）

IGMP協(xié)議由主機成員關(guān)系協(xié)議發(fā)展而來,，目前有兩個版本：IGMPv1（RFC1112），IGMPv2 (RFC2326),。主機使用IGMP消息通告本地的組播路由器它想接收組播流量的主機組地址,。如果主機支持IGMPv2，它還可以通告組播路由器它退出某主機組,。組播路由器通過IGMP協(xié)議為其每個端口都維護一張主機組成員表,，并定期的探詢表中的主機組的成員，以確定該主機組是否存活,。

IGMP消息被置于IP報文中傳送,。IGMPv1的報文如圖1.2所示。IGMPv1中定義了兩種消息類型：主機成員詢問和主機成員報告,。當(dāng)某主機想要介紹某個組播流量時,，它向本地的組播路由器發(fā)送"主機成員報告"消息，告知欲接收的組播地址,。組播路由器收到"主機成員報告"消息后把該主機加入指定的主機組,，并在設(shè)定的周期內(nèi)向組播地址224.0.0.1(代表所有支持組播的主機) 發(fā)送"主機成員詢問"消息。主機如果還想繼續(xù)接收組播流量,，必須發(fā)送"主機成員報告"消息,。
　

IGMPv2的報文如圖1.3所示。與IGMPv1不同的是它將版本字段和消息類型字段融合,，把未使用字段作了"最大響應(yīng)時間"字段。IGMPv2報文的消息類型字段定義了四種消息類型：

圖1.3

0x11 - 成員詢問
0x12 - IGMPv1 成員報告
0x16 - IGMPv2 成員報告
0x17 - 退出主機組

IGMPv2向前兼容IGMPv1協(xié)議,， IGMPv1的設(shè)備可以接收處理IGMPv2的消息報文,。 IGMPv2中允許路由器對指定的主機組地址做"成員詢問"，非該組的主機不必響應(yīng),。如果某主機想退出,，它可以主動向路由器發(fā)送"推出主機組"消息，而不必像IGMPv1中那樣只能被動退出,。
4. CGMP協(xié)議

在交換網(wǎng)絡(luò)中,，2層交換機可能即不了解哪個端口有哪些組播組，也不能在其源MAC地址表中找到組播MAC地址的表項,。從而,，交換機只能簡單地把組播報文向所有端口轉(zhuǎn)發(fā),，組播的優(yōu)勢將大大削弱。因此,，Cisco提出CGMP協(xié)議,，讓組播路由器來配置交換機的組播轉(zhuǎn)發(fā)表，從而徹底解決交換網(wǎng)絡(luò)中的組播問題,。
CGMP ( Cisco Group management protocol)全稱Cisco組管理協(xié)議,，采用CGMP的路由器將主機加入或者退出組播組的IGMP消息通知交換機，交換機則根據(jù)該消息將該主機所在端口從組播轉(zhuǎn)發(fā)表中加入或者刪除,。通過CGMP協(xié)議的使用,，2層交換機可以掌握接收組播的主機的情況，從而提高整個網(wǎng)絡(luò)的性能和利用率,。
5. 分布樹（Distribution Tree）

在傳送組播分組時,，指派路由器需要構(gòu)造一個連接所有組播組成員的樹。根據(jù)這個樹,，路由器得出轉(zhuǎn)發(fā)分組的一條唯一路徑,。這個樹就稱為分布樹。由于成員可以動態(tài)的加入和退出,，分布樹也必須動態(tài)更新,。
根據(jù)構(gòu)造方法的不同，分布樹分為源分布樹（Source Distribution Tree）和共享分布樹（Shared Distribution Tree）,。源分布樹以組播源為根節(jié)點構(gòu)造到所有組播組成員的生成樹,，通常也稱為最短路徑樹（SPT）。共享分布樹,，也稱為RP樹或基于核心的樹（CBT, Core_based Tree）,。它的構(gòu)造方法是以網(wǎng)絡(luò)中的某一個指定的路由器為根節(jié)點，該路由器稱為集合點或中心點,，由此節(jié)點生成包含所有組成員的樹,。使用共享分布樹時，組播源需要首先把組播分組發(fā)送給集合點路由器,，再由這個路由器轉(zhuǎn)發(fā)給其他的組成員,。
6. 組播路由協(xié)議

組播路由協(xié)議的主要任務(wù)就是構(gòu)造組播的分布樹，使組播分組能夠傳送到相應(yīng)的組播組成員,。根據(jù)對網(wǎng)絡(luò)中的組播成員的分布和使用的不同,，組播路由協(xié)議分為兩類：密集模式路由協(xié)議（DM）和稀疏模式路由協(xié)議（SM）。
DM路由協(xié)議通常用于組播成員較為集中,、數(shù)量較多－網(wǎng)絡(luò)的大部分用戶,、并且有足夠帶寬的網(wǎng)路環(huán)境，比如公司或園區(qū)的局域網(wǎng),。因此,，DM路由協(xié)議用定期廣播組播報文的方法維護組播分布樹,。DM協(xié)議只使用源分布樹（SPT），組播流量被廣播到網(wǎng)絡(luò)中所有的組播路由器,。DM路由協(xié)議有：
DVMRP：距離向量組播路由協(xié)議,。這是一種基于距離向量算法的組播路由協(xié)議。目前已基本上被PIM和MOSPF所取代,。

MOSPF：組播OSPF協(xié)議,。

PIM-DM：協(xié)議無關(guān)組播協(xié)議－密集模式。它不需要單獨的組播協(xié)議,，利用路由器上單播路由協(xié)議的路由表作反向路徑轉(zhuǎn)發(fā)檢查,，由此獲得組播分布樹。相比另兩種協(xié)議,，PIM-DM的開銷要小很多,，它用于組播源和目的非常靠近,、接收者數(shù)量大于發(fā)送者數(shù)量并且組播流量比較大的環(huán)境中效果很好,。在網(wǎng)路中稀疏分布、網(wǎng)絡(luò)也沒有充足帶寬的情況,，如廣域網(wǎng)環(huán)境,，可以使用SM路由協(xié)議。因此,，SM路由協(xié)議采用選擇性的建立和維護分布樹的方式,，由空樹開始，僅當(dāng)成員顯式的請求加入分布樹才做出修改,。SM路由協(xié)議有：
CBT：基于中心的分布樹協(xié)議（RFC 2201）,。協(xié)議由以一個中心的路由器為根構(gòu)造一個共享分布樹，所有的組播流量都經(jīng)由這個中心路由器轉(zhuǎn)發(fā),。

PIM-SM：協(xié)議無關(guān)組播協(xié)議－稀疏模式,。工作原理與PIM－DM類似，但專門針對稀疏環(huán)境優(yōu)化,。適用于組播組中接收者較少,、間歇性組播流量的情況。不同于PIM-DM的廣播方式,，PIM-SM定義了一個集合點(RP),，所有的接收者在RP注冊,，組播分組由RP轉(zhuǎn)發(fā)給接收者,。

7．總結(jié)

單個數(shù)據(jù)流可以發(fā)送到多個客戶端的組播能力已成為大多數(shù)多媒體應(yīng)用的傳輸手段。組播技術(shù)利用一個IP地址使IP數(shù)據(jù)報文發(fā)送到用戶組,。IP組播采用了特殊定義的目的IP地址和目的MAC地址,。IGMP為客戶端提供加入和離開組播組的方式,。CGMP使路由器為交換機配置組播轉(zhuǎn)發(fā)表，并告訴交換機當(dāng)前的組播成員,。指派路由器根據(jù)對網(wǎng)絡(luò)中的組播成員的分布和使用的不同采用密集模式DM或稀疏模式SM組播路由協(xié)議來構(gòu)造組播的分布樹,，而這個分布樹將在源子網(wǎng)和組播組之間確定一條唯一路徑以提高數(shù)據(jù)傳輸效率。