单播

单播的每个数据包都有特定的目的地址，对于同一份数据，有多个接收者，那么单播服务器就要创建多份相同的数据，会消耗网络资源，适用于用户稀少的网络。主要应用有电子邮件，网上银行业务。

网络视频用的是单播转发，而不是组播，因为不是每个人点开网络视频的时间都是一样的

 

广播（Broadcast）

是在一台源IP主机和网络中所有其它的IP主机之间进行，属于一对所有的通讯方式，所有主机都可以接收到（不管是否需要）。

广播数据包被限制在广播域中；一旦有设备发送广播数据，则广播域内所有设备都会收到这个数据包，并且不得不耗费资源去处理，大量的广播数据包将消耗网络的带宽及设备资源；广播方式只适合共享网段，且信息安全性和有偿服务得不到保障。

组播（Multicast）

是在一台源IP主机和多台（一组）IP主机之间进行，中间的网络设备根据接收者的需要，有选择性地对数据进行复制和转发。

组播技术有效地满足了单点发送、多点接收的需求，实现了IP网络中点到多点业务数据的高效传送，能够大量节约网络带宽、降低网络负载。

相比单播，用户的增加不会导致信息源负载的加重，不会导致网络资源消耗的显著增加。

相比广播，不会造成网络资源的浪费，并能提高信息传输的安全性，而且组播可以实现跨网段的传输。

 

 

组播数据报文结构

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组播IP地址



范围

含意

224.0.0.0—224.0.0.255

为路由协议预留的永久组地址

224.0.1.0—231.255.255.255

233.0.0.0—238.255.255.255

Any-Source临时组播组地址

232.0.0.0—232.255.255.255

Source-Specific临时组播组地址

239.0.0.0—239.255.255.255

本地管理的Any-Source临时组播组地址



IPv4组播地址：

IPv4组播地址的前4位是固定的1110

IPv4地址空间分为五类，即A类、B类、C类、D类和E类。D类地址为IPv4组播地址，范围是从224.0.0.0到239.255.255.255，用于标识组播组，且仅能作为组播报文的目的地址使用，不能作为源地址使用。

IPv4组播报文的源地址字段为IPv4单播地址，可使用A、B或C类地址，不能是D类、E类地址。

 

组播MAC地址

目的MAC地址为组播MAC地址，组播MAC地址由组播IP地址映射来。

  • 以太网传输IPv4单播报文的时候，目的MAC地址使用的是接收者的MAC地址。但是在传输组播数据时，其目的地不再是一个具体的接收者，而是一个成员不确定的组，所以要使用IPv4组播MAC地址。
  • 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，例如组播组地址224.0.1.1对应的组播MAC地址为01-00-5e-00-01-01。

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IPv4组播地址的前4位是固定的1110，对应组播MAC地址的高25位，后28位中只有23位被映射到MAC地址，因此丢失了5位的地址信息，直接结果是有32个IPv4组播地址映射到同一MAC地址上。例如IP地址为224.0.1.1、224.128.1.1、225.0.1.1、239.128.1.1等组播组的组播MAC地址都为01-00-5e-00-01-01。网络管理员在分配地址时必须考虑这种情况。

单播MAC地址第一个字节的最低为为0

组播MAC地址第一字节的最低一位为1

广播MAC地址全1

组播网络基本架构

组播网络大体可以分为三个部分：

  • 源端网络：将组播源产生的组播数据发送至组播网络。
  • 组播转发网络：形成无环的组播转发路径，该转发路径也被称为组播分发树（Multicast Distribution Tree）。
  • 成员端网络：让组播网络感知组播组成员位置与加入的组播组。

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组播源（Source）：组播流量的发送者，例如多媒体服务器。组播源无需运行任何组播协议，只需简单 地将组播数据发送出来即可。

组播接收者（Receiver）：也被称为组播组成员，是期望接收特定组播组流量的设备，例如运行多媒体 直播客户端软件的PC。

组播组（Multicast Group）：用IP组播地址进行标识的一个集合。任何用户主机（或其他接收设备），加入一个组播组，就成为了该组成员，可以识别并接收发往该组播组的组播数据。

组播路由器（Multicast Router）：支持组播、运行组播协议的网络设备，实际上不仅仅路由器能够支持 组播，交换机、防火墙等设备也能够支持组播（取决于设备型号），路由器仅是一个代表。

第一跳路由器（First-Hop Router）：组播转发路径上，与组播源相连且负责转发该组播源发出的组播数据的PIM路由器。

最后一跳路由器（Last-Hop Router）：组播转发路径上，与组播组成员相连且负责向该组成员转发组播数据的PIM路由器。

IGMP（Internet Group Management Protocol，因特网组管理协议），是TCP/IP协议族中负责IP组播成员管理的协议，它用来在接收者和与其直接相邻的组播路由器之间建立、维护组播组成员关系。

组播分发树：组播流量的转发路径。

 

组播服务模型

组播组成员在接收组播数据时可以对于组播数据源进行选择，因此产生了ASM（Any-Source Multicast，任意源组播）和SSM（Source-Specific Multicast，指定源组播）两种组播服务模型。

ASM：组成员加入组播组以后，组成员可以接收到任意源发送到该组的数据。

ASM特点：

  • ASM为了提高安全性，可以在路由器上配置针对组播源的过滤策略，允许或禁止来自某些组播源的报文通过。最终从接收者角度看，数据是经过筛选的。
  • ASM模型要求组地址必须整个组播网络中唯一。“唯一”指的是同一时刻一个ASM地址只能被一种组播应用使用。如果有两种不同的应用程序使用了同一个ASM组地址发送数据，它们的接收者会同时收到来自两个源的数据。这样一方面会导致网络流量拥塞，另一方面也会给接收者主机造成困扰。（多个应用使用相同地址，主机会收到两个应用的信息，不不能分辨造成困扰，同时收到多个应用数据，也会造成网络拥塞）

组成员只会收到指定源发送到该组的数据。

  • SSM特点：
  • SSM模型对组地址不再要求全网唯一，只需要每个组播源保持唯一。这里的“唯一”指的是同一个源上不同的组播应用必须使用不同的SSM地址来区分。不同的源之间可以使用相同的组地址，因为SSM模型中针对每一个（源，组）信息都会生成表项。这样一方面节省了组播组地址，另一方面也不会造成网络拥塞。

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