组播基础（一）

一．为什么需要组播

IPV4包含三种数据传送方式：单播，广播和组播。其中单播在传送数据时，主机和客户端之间进行一对一的通信，如果有多台客户端请求相同的数据，主机需要逐一发送多次。在客户端数量较少时，这种重复是可以接受的，当客户端数量过多时，网络带宽将无法支撑。而广播在传送数据时，不管接受者是否需要，都将收到主机广播的数据。在浪费了网络带宽的同时，也有可能造成数据的泄露，增加网络安全风险。但是由于组播基于UDP的特性，无法为使用组播的应用程序提供可靠性保证。

二．组播的基本工作方式

数据发送者和接收者之间是一对多点的连接方式，多个接收者加入同一个组播组，共享同一个IP地址（这个IP地址是“逻辑”上的，实际数据的接收仍然需要每个接受者配置单独的IP地址），同时组播组中的成员是动态的，某个成员的加入和退出并不影响原有的组播组。
当网络中的某些用户需要特定数据时，组播数据发送者（即组播源）仅发送一次数据，借助组播路由协议为组播数据包建立组播分发树，被传递的数据到达距离用户端尽可能近的节点后才开始复制和分发。

三．组播的构成

1.组播发送者：为组播组发送数据的发送者，它并不加入组播组。
2.组播传送者：支持三层组播功能的路由器或三层交换机，它们并不加入组播组。
3.组播接收者：组播组中的成员。
4.组播地址：所有组播组中的成员所共享的IP地址
5.组播协议：组播协议分为主机-路由器之间的组成员关系协议和路由器-路由器之间的组播路由协议。组成员关系协议包括IGMP（互连网组管理协议）。组播路由协议分为域内组播路由协议及域间组播路由协议。域内组播路由协议包括PIM-SM、PIM-DM、DVMRP等协议，域间组播路由协议包括MBGP、MSDP等协议。

四．组播地址范围

一个组播组就是一个IP地址，不表示具体的主机，而是表示一系列系统的集合，主机加入某个组播组 即声明自己接收某个IP地址的报文。
组播IP地址不会在网络上实际存在。
组播源IP地址：A、B、C类地址
组播目标IP地址：D类地址 224.0.0.0 –239.255.255.255
为网络协议预留的地址段有：224.0.0.0－224.0.0.255
全局范围地址：224.0.1.0－238.255.255.255
指定信源组播地址：232.0.0.0~232.255.255.255
GLOP地址：233.0.0.0~233.255.255.255
有限范围地址：239.0.0.0－239.255.255.255
常用组播地址

224.0.0.1 – 组播网络中的所有节点
224.0.0.2 – 所有路由器
224.0.0.13 – 所有运行PIMv2的路由器
224.0.0.5, 224.0.0.6, 224.0.0.9, 224.0.0.10 单播路由协议
224.0.0.25 表示所有的交换机
224.0.1.40 auto-rp

五．两种组播分发树模型

1.有源树（最短路径树SPT）：它是以组播源为根构造的从根到所有接收者路径都最短的分布树。如果组中有多个组播源，则必须为每个组播源构造一棵组播树。因此使用这种方式占用内存较多，但由于不同组播源发出的数据包被分散到各自分离的组播树上，有利于网络中数据流量的均衡。
2.共享树（RPT）：不以源为根，以所选节点为根建立组播树。组播源在发送数据时，先将数据发给选择的节点，而后由这个节点分发给各个接受者。

六．组播路由

组播路由表项由入接口和出接口组成
在入接口上，路由器会运行RPF（反向路径转发）检查来防止环路，根据上一次的源地址和自身单播路由表中目的为组播源的路由下一跳对比，如果下一跳和组播数据源上一跳相同，则RPF检查成功，失败则删除这条路径（入接口）。
在出口方向上，IGMP协议运行在路由器和PC中间，用来发现接口上是否存在组播组成员，如果存在就转发组播数据。

七．IGMP协议

IGMP 是Internet Group Management Protocol（互联网组管理协议）的简称。它是TCP/IP 协议族中负责IP 组播成员管理的协议，用来在IP主机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。
IGMP协议到目前已经有三个版本：
IGMPv1（由RFC 1112 定义）：组播成员离开组播组不发生信息给上层路由器，上层路由器只有在每60秒发送一次的query没有收到回复之后才知道该成员已经离开，180秒即三次不回应后上层路由器关闭连接。
IGMPv2（由RFC 2236 定义）：该协议包含了离开信息，允许迅速向路由协议报告组成员终止情况，同时发送特定组查询的时间间隔为1s，发送特定组查询的次数为2次，默认在超时时间大约2.5s内，没有收到组成员的成员报告，那么组（239.1.1.1）超时离开。

IGMPv3（由RFC 3376 定义）：允许主机指定它要接收通信流量的主机对象。来自网络中其它主机的流量是被隔离的。 IGMPv3 也支持主机阻止那些来自于非要求的主机发送的网络数据包。
IGMP查询器：
IGMP v1中：PIM选举DR设备（查询器）。
IGMP v2中：IGMP自身进行选举，最低的IP地址成为查询器。
IGMP v3中：与上同。