IP組播協議概述及在網絡通信中的應用

陳玲

摘要

隨著寬帶網絡的應用不斷普及，傳統的單播技術已經無法承載網絡應用需求。IP組播技術的興起，有效的解決了網絡寬帶的需求問題。本文簡單簡紹了網絡數據傳輸方式、IP組播地址、組成員關系協議、組播路由協議，并探討了組播技術在多媒體、數據傳輸和分發領域的應用。

【關鍵詞】組播 組播地址 組成員關系協議組播路由協議

1 引言

現代社會多媒體技術飛速發展，寬帶網絡的應用層出不窮。網絡視頻會議、數據和材料分發、遠程教育等應用都對網絡寬帶的承載能力提出新的要求。傳統的單播技術已無法承載新興應用對寬帶網絡的需求。在此基礎上興起的IP組播技術，有效的解決了以上問題。組播網絡中用戶數量可以成倍增長，但所需的網絡寬帶不變。

2 網絡數據傳輸方式概述

網絡數據傳輸有三種方式：單播、組播和廣播。單播是在發送和接收之間建立單獨網絡通道的數據傳輸方式，源主機和目標主機之間路徑上的路由器都維護由單播路由協議生成的單播路由信息庫。單播傳輸存在的問題是，當有大量主機希望獲得同一份數據時，會導致發送方網絡擁堵，響應延遲大大增加。廣播是主機向子網中所有成員發送數據包，無論是否需要，子網中所有成員都會收到來自某臺主機的廣播信息。廣播存在的問題是，使用范圍非常小，只在本地子網內有效，不會被路由器轉發。

組播傳輸是在發送方與多個接收方之間建立一點對多點甚至多點對多點的網絡連接。通過構建多點轉發結構的方式把數據包傳送給某一組主機，即使一臺發送者同時給多個接收者傳輸相同的數據，也不需要多次復制多次發送，它提高了網絡數據傳輸效率，降低了網絡擁塞的可能性，提高了網絡資源的利用率。組播方式下，當特定的信息被某些特定的用戶所需要時，這些用戶即構成一個組播組內的成員。

3 組播技術的實現

3.1 IP組播地址

組播通信主要依賴于數據鏈路層和物理層，在網絡層IP組播通信介于單播和廣播通信之間，是在發送方與多個接收方之間建立一點對多點或多點對多點的網絡連接，能使主機發送數據包到組播網絡中任一特定組的主機上。組播路由器會轉發IP組播數據包到所有具有該組播地址的主機端口上，每一個加入到該組的組成員都能夠接收以該組地址為目的地址的IP數據包報文。LANA把D類地址空間分配給IP組播，其范圍是從224.0.0.0到239.255.255.255，IP地址解決了組播在網絡層的尋址問題。在物理層有專門的MAC地址被用于組播，組播在數據鏈路層依靠MAC地址尋址。組播只需要建立IP地址到MAC地址的映射，即可解決網絡傳輸的尋址問題。

3.2 組成員關系協議（IGMP）

組播協議分兩種，路由器和主機之間構成組成員關系協議、路由器和路由器之間構成組播路由協議。兩種協議相互依賴，不可分割，共同為新型互聯網組播服務的完善發揮作用。組成員關系協議包括Internet組管理協議（Internet Group Management Protocol，IGMP），組播路由協議分為域內和域間兩種協議。

IGMP是路由器和主機之間的控制協議，主機通過IGMP協議向組播路由器發送加入某個特定組播并接收信息的報告，路由器根據IGMP協議按一定周期向局域網內已知組發送組成員查詢信息，收集和維護所連網絡組成員關系。IGMP有IGMPv1、IGMPv2、IGMPv3三個版本。IGMPv1主要實現基本的組成員查詢和報告，IGMPv2在v1的基礎上添加了組成員快速離組的機制，IGMPv3中增加的功能是組成員可以根據自身需要接收或不接收一些組播源的數據報文。目前通用的是v2，這里著重介紹IGMPv2協議的功能。

組播路由器在啟動以后會向所有組播系統組（224.0.0.1）IGMPv2發送常規的查詢信息。局域網內路由器收到查詢信息后，會把該信息的源IP地址和接收端口的IP地址進行比較，并將有最低IP地址的路由器選舉為IGMP的唯一查詢路由器。查詢器按一定頻率向組成員發送成員關系查詢消息，組成員發送報告消息來應答查詢;主機需要加入組播組時，將主動發送報告消息;組成員在離開組播組時會發送消息，查詢器接受該消息并向該組播組發送消息來查詢并確定是否還有組成員

3.3 組播路由協議

組播路由協議（Multicast routing protocol，MRP）利用分離映射機制將組播服務管理和組播數據轉發分離，并完成后續的組播轉發路徑的計算及維護等工作，解決了數據報文在路由器之間轉發的問題。域內組播路由協議分為密集模式協議、稀疏模式協議。DVMRP，PIM-DM，MOSPF屬于密集模式，CBT，PIM-SM屬于稀疏模式。目前域內主要使用PIM-SM，PIM-DM，DVMRP協議。域內協議的主要功能是發現組播源并構建組播分發樹，傳遞消息到接收者;域間協議的主要功能是解決數據信息如何在自治系統之間傳遞的問題。

4 組播技術應用

組播技術的主要應用領域是視頻會議、遠程教育等。在UNIX環境下最先基于IP組播技術開發了多媒體會議工具。主要是應用了IP組播技術數據共享的優點，提供一個功能強大、應用廣泛的多媒體會議系統，具有不消耗過量寬帶的優點。

數據傳輸和分發是組播技術的另一應用領域。公司可以基于組播采用“推送”模式進行文件和數據庫的更新。這項技術的開發，可以使公司在夜里向遠程辦公室發送新的任務和信息。同時企業也可使用軟件向分公司發送軟件升級和數據更新消息，及時高效的向所有的分公司傳送一種數據。

5 結束語

組播技術的提出和廣泛應用，提高了網絡數據傳輸的效率，網絡資源的利用率不斷提升，并且使主要網絡中的擁塞可能性減少，最大限度的解決目前寬帶應用對帶寬和網絡服務質量的要求，有效的實現了組播技術在商業領域的應用。

參考文獻

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