十六章——IP多播/组播（1）多播简介

以太网硬件地址由 48 比特标识符构成，每一比特均为

(又称定向广播，指向网络的广播)，直接广播地址包含一个有效的网络号和一个全“1”的主机号。是否转发该类数据包，取决于路由器的配置。

2.  广播和组播的区别

广播，不管是本地广播，还是直接广播，他们都在同一个网络中。但是组播和广播完全不同，组播是指主机加入到一个D类的组播地址中，网络上的任何主机都可以申请加入一个组播地址中，所以一个组播组中的主机，他们可以是任何网络上的主机。

作为一种与单播（Unicast）和广播（Broadcast）并列的通信方式，组播（Multicast）技术能够有效地解决单点发送、多点接收的问题，从而实现了网络中点到多点的高效数据传送，能够节约大量网络带宽、降低网络负载。

利用组播技术可以方便地提供一些新的增值业务，包括在线直播、网络电视、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等对带宽和数据交互的实时性要求较高的信息服务。

1. 单播方式的信息传输

如图1所示，在IP网络中若采用单播的方式，信息源（即Source）要为每个需要信息的主机（即Receiver）都发送一份独立的信息拷贝。

假设Host B、Host D和Host E需要信息，则Source要与Host B、Host D和Host E分别建立一条独立的信息传输通道。

采用单播方式时，网络中传输的信息量与需要该信息的用户量成正比，因此当需要该信息的用户数量较大时，信息源需要将多份内容相同的信息发送给不同的用户，这对信息源以及网络带宽都将造成巨大的压力。

从单播方式的信息传播过程可以看出，该传输方式不利于信息的批量发送。

4. 广播方式的信息传输

如图2所示，在一个网段中若采用广播的方式，信息源（即Source）将把信息传送给该网段中的所有主机，而不管其是否需要该信息。

假设只有Host B、Host D和Host E需要信息，若将该信息在网段中进行广播，则原本不需要信息的Host A和Host C也将收到该信息，这样不仅信息的安全性得不到保障，而且会造成同一网段中信息的泛滥。

因此，广播方式不利于与特定对象进行数据交互，并且还浪费了大量的带宽。

5. 组播方式的信息传输

综上所述，传统的单播和广播的通信方式均不能以最小的网络开销实现单点发送、多点接收的问题，IP组播技术的出现及时解决了这个问题。

如图3所示，当IP网络中的某些主机（即Receiver）需要信息时，若采用组播的方式，组播源（即Source）仅需发送一份信息，借助组播路由协议建立组播分发树，被传递的信息在距离组播源尽可能远的网络节点才开始复制和分发。

假设只有Host B、Host D和Host E需要信息，采用组播方式时，可以让这些主机加入同一个组播组（Multicast group），组播源向该组播组只需发送一份信息，并由网络中各路由器根据该组播组中各成员的分布情况对该信息进行复制和转发，最后该信息会准确地发送给Host B、Host D和Host E。

综上所述，组播的优势归纳如下：

l              相比单播来说，组播的优势在于：由于被传递的信息在距信息源尽可能远的网络节点才开始被复制和分发，所以
         用户的增加不会导致信息源负载的加重以及网络资源消耗的显著增加。

l              相比广播来说，组播的优势在于：由于被传递的信息只会发送给需要该信息的接收者，所以不会造成网络资源的
         浪费，并能提高信息传输的安全性；另外，广播只能在同一网段中进行，而组播可以实现跨网段的传输。

组播传输的特点归纳如下：

l              “组播组”是一个用IP组播地址进行标识的接收者集合，主机通过加入某组播组成为该组播组的成员，从而可以
          接收发往该组播组的组播数据。组播源通常不需要加入组播组。

l              信息的发送者称为“组播源”。一个组播源可以同时向多个组播组发送信息，多个组播源也可以同时向一个
        组播组发送信息。

l              所有加入某组播组的主机便成为该组播组的成员。组播组中的成员是动态的，主机可以在任何时刻加入或
         离开组播组。组播组成员可以广泛地分布在网络中的任何地方。

l              支持三层组播功能的路由器或三层交换机统称为“组播路由器”或“三层组播设备”。组播路由器不仅能够提供
   组播路由功能，也能够在与用户连接的末梢网段上提供组播组成员的管理功能。组播路由器本身也可能是组播组的成员。

为了更好地理解，可以将组播方式的信息传输过程类比于电视节目的传送过程，如表1所示。

类比

步骤	电视节目的传送过程	组播方式的信息传输过程
1	电视台S通过频道G传送电视节目	组播源S向组播组G发送组播数据
2	用户U将电视机的频道调至频道G	接收者U加入组播组G
3	用户U能够收看到由电视台S通过频道G传送的电视节目了	接收者U能够收到由组播源S发往组播组G的组播数据了
4	用户U关闭电视机或切换到其它频道	接收者U离开组播组G

1. 组播的优点

组播技术的优点主要在于：
l              提高效率：减轻信息源服务器和网络设备CPU的负荷；
l              优化性能：减少冗余流量；
l              分布式应用：使用最少的网络资源实现点到多点应用。

2. 组播的应用

组播技术主要应用于以下几个方面：
l              多媒体、流媒体的应用，如：网络电视、网络电台、实时视/音频会议；
l              培训、联合作业场合的通信，如：远程教育、远程医疗；
l              数据仓库、金融应用（股票）；
l              其它任何“点到多点”的数据发布应用。

组播模型分类

根据接收者对组播源处理方式的不同，组播模型分为以下三类：

1. ASM模型
简单地说，ASM（Any-Source Multicast，任意信源组播）模型就是任意源组播模型。

在ASM模型中，任意一个发送者都可以作为组播源向某组播组地址发送信息。众多接收者通过加入由该组播组地址标识的组播组以获得发往该组播组的组播信息。
在ASM模型中，接收者无法预先知道组播源的位置，但可以在任意时间加入或离开该组播组。

2. SFM模型

SFM（Source-Filtered Multicast，信源过滤组播）模型继承了ASM模型，从发送者角度来看，两者的组播组成员关系完全相同。
SFM模型在功能上对ASM模型进行了扩展。在SFM模型中，上层软件对收到的组播报文的源地址进行检查，允许或禁止来自某些组播源的报文通过。因此，接收者只能收到来自部分组播源的组播数据。从接收者的角度来看，只有部分组播源是有效的，组播源被经过了筛选。

3. SSM模型

在现实生活中，用户可能只对某些组播源发送的组播信息感兴趣，而不愿接收其它源发送的信息。SSM（Source-Specific Multicast，指定信源组播）模型为用户提供了一种能够在客户端指定组播源的传输服务。
SSM模型与ASM模型的根本区别在于：SSM模型中的接收者已经通过其它手段预先知道了组播源的具体位置。SSM模型使用与ASM/SFM模型不同的组播地址范围，直接在接收者与其指定的组播源之间建立专用的组播转发路径。