組播概述

在網(wǎng)絡(luò)中，存在著三種發(fā)送報文的方式：單播、廣播、組播。數(shù)據(jù)采用單播（Unicast）方式傳輸時，服務(wù)器會為每一個接收者單獨傳輸一份信息，如果有多個接收者存在，網(wǎng)絡(luò)上就會重復地傳輸多份相同內(nèi)容的信息，這樣將會大量占用網(wǎng)絡(luò)資源。數(shù)據(jù)采用廣播（Broadcast）方式傳輸時，系統(tǒng)會把信息一次性的傳送給網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶，不管他們是否需要，任何用戶都會接收到廣播來的信息。

當前，諸如視頻會議和視頻點播等單點發(fā)送、多點接收的多媒體業(yè)務(wù)正在成為信息傳送的重要組成部分。在一點發(fā)送多點接收的前提下，單播方式適合用戶較少的網(wǎng)絡(luò)，而廣播方式適合用戶稠密的網(wǎng)絡(luò)，當網(wǎng)絡(luò)中需求某信息的用戶量不確定時，單播和廣播方式效率很低。這時組播（multicast）應運而生，它實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中單點到多點的高效數(shù)據(jù)傳送，能夠節(jié)約大量網(wǎng)絡(luò)帶寬，降低網(wǎng)絡(luò)負載。組播傳輸信息的方式如圖所示。

組播的特點是：

服務(wù)對象不固定，通常是一對多的關(guān)系；

把服務(wù)對象看成一個組，發(fā)送端只需要發(fā)送一次數(shù)據(jù)到相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即可；

每個用戶可以隨時加入或退出組播組；

實時性要求較高，允許一定的丟幀現(xiàn)象發(fā)生。

組播地址

組播IP地址：

根據(jù)IANA（Internet Assigned Numbers Authority，因特網(wǎng)編號授權(quán)委員會）規(guī)定，組播報文的IP地址使用D類IP地址，組播IP地址范圍是224.0.0.0～239.255.255.255。其中，幾個特殊組播IP地址段的范圍及說明如下：

組播MAC地址：

以太網(wǎng)傳輸單播IP報文的時候，目的MAC地址使用的是接收者的MAC地址。但是在傳輸組播報文時，傳輸目標不再是一個具體的接收者，而是一個成員不確定的組，所以需要使用組播MAC地址作為目的地址，組播MAC地址是一個邏輯的MAC地址。

IANA規(guī)定，組播MAC地址的高24bit位是以01-00-5E開頭，低23bit為組播IP地址的低23bit，映射關(guān)系如圖所示：

由于IP組播地址的高4bit是1110，標識了組播組，而低28bit中只有23bit被映射到組播MAC地址上，這樣IP組播地址中就會有5bit沒有使用，從而出現(xiàn)了32個IP組播地址映射到同一MAC地址上的結(jié)果。

組播地址表

交換機在轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)時是根據(jù)組播地址表來進行的。由于組播數(shù)據(jù)不能跨越VLAN傳輸，因此組播地址表的第一部分是VLAN ID，當交換機收到組播數(shù)據(jù)包時，數(shù)據(jù)包只能在接收端口所在的VLAN內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)。組播地址表對應的出口端口不是一個，而是一組端口列表。轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時，交換機根據(jù)組播數(shù)據(jù)的目的組播地址查找組播地址表，如果在組播地址表中查不到相應的條目，則把該組播數(shù)據(jù)廣播，即向接收端口所在VLAN內(nèi)的所有端口上轉(zhuǎn)發(fā)；如果能查找到對應的條目，則目的地址應該是一組端口列表，于是交換機把這個組播數(shù)據(jù)復制成多份，每份轉(zhuǎn)發(fā)到一個端口，從而完成組播數(shù)據(jù)的交換。組播地址表一般格式如圖所示。

IGMP偵聽

網(wǎng)絡(luò)中的主機通過發(fā)送IGMP（Internet Group Management Protocol，互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議）報文向臨近的路由器申請加入（或離開）組播組，當上層路由設(shè)備將組播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)下來后，交換機負責將組播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給主機。IGMP偵聽（IGMP Snooping）是組播約束機制，交換機用他來完成組播組的動態(tài)注冊，運行IGMP偵聽的交換機通過偵聽和分析主機與組播路由器之間交互的IGMP報文來管理和控制組播組，從而可以有效抑制組播數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中擴散。

IGMP偵聽的工作過程

交換機偵聽用戶主機與路由器之間的交互IGMP報文，跟蹤組播信息及其申請的端口。當交換機偵聽到主機向路由器發(fā)出報告報文（IGMP Report）時，交換機便把該端口加入組播地址表中；當交換機偵聽到主機發(fā)送的離開報文（IGMP Leave）時，路由器會發(fā)送該端口的特定組查詢報文（Group-Specific Query），若還有其它主機需要該組播，則將回應報告報文，若路由器收不到任何主機的回應，交換機便把該端口從組播地址表中刪除。路由器會定時發(fā)查詢報文（IGMP Query），交換機收到查詢報文后，如果在一定的時間段內(nèi)沒有收到主機的報告報文，便把該端口從組播表中刪除。