交换机知识--组播管理

组播概述

在网络中，存在着三种发送报文的方式：单播、广播、组播。数据采用单播（Unicast）方式传输时，服务器会为每一个接收者单独传输一份信息，如果有多个接收者存在，网络上就会重复地传输多份相同内容的信息，这样将会大量占用网络资源。数据采用广播（Broadcast）方式传输时，系统会把信息一次性的传送给网络中的所有用户，不管他们是否需要，任何用户都会接收到广播来的信息。

当前，诸如视频会议和视频点播等单点发送、多点接收的多媒体业务正在成为信息传送的重要组成部分。在一点发送多点接收的前提下，单播方式适合用户较少的网络，而广播方式适合用户稠密的网络，当网络中需求某信息的用户量不确定时，单播和广播方式效率很低。这时组播（multicast）应运而生，它实现了网络中单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。组播传输信息的方式如图 8?1所示。

组播的特点是：

1. 服务对象不固定，通常是一对多的关系；
2. 把服务对象看成一个组，发送端只需要发送一次数据到相关网络设备即可；
3. 每个用户可以随时加入或退出组播组；
4. 实时性要求较高，允许一定的丢帧现象发生。

组播地址

组播IP地址：

根据IANA（Internet Assigned Numbers Authority，因特网编号授权委员会）规定，组播报文的IP地址使用D类IP地址，组播IP地址范围是224.0.0.0～239.255.255.255。其中，几个特殊组播IP地址段的范围及说明如下：

组播地址范围	说明
224.0.0.0～224.0.0.255	路由协议及其它底层拓扑发现和维护协议的保留地址
224.0.1.0～224.0.1.255	会议及电视会议
239.0.0.0～239.255.255.255	局域网内部使用地址，不能用于internet

表 8?1 特殊的组播IP地址段

组播MAC地址：

以太网传输单播IP报文的时候，目的MAC地址使用的是接收者的MAC地址。但是在传输组播报文时，传输目标不再是一个具体的接收者，而是一个成员不确定的组，所以需要使用组播MAC地址作为目的地址，组播MAC地址是一个逻辑的MAC地址。

IANA规定，组播MAC地址的高24bit位是以01-00-5E开头，低23bit为组播IP地址的低23bit，映射关系如图 8?2所示：

由于IP组播地址的高4bit是1110，标识了组播组，而低28bit中只有23bit被映射到组播MAC地址上，这样IP组播地址中就会有5bit没有使用，从而出现了32个IP组播地址映射到同一MAC地址上的结果。

组播地址表

交换机在转发组播数据时是根据组播地址表来进行的。由于组播数据不能跨越VLAN传输，因此组播地址表的第一部分是VLAN ID，当交换机收到组播数据包时，数据包只能在接收端口所在的VLAN内转发。组播地址表对应的出口端口不是一个，而是一组端口列表。转发数据时，交换机根据组播数据的目的组播地址查找组播地址表，如果在组播地址表中查不到相应的条目，则把该组播数据广播，即向接收端口所在VLAN内的所有端口上转发；如果能查找到对应的条目，则目的地址应该是一组端口列表，于是交换机把这个组播数据复制成多份，每份转发到一个端口，从而完成组播数据的交换。组播地址表一般格式如图 8?3所示。

VLAN ID

组播IP

端口

图 8?3 组播地址表

IGMP侦听

网络中的主机通过发送IGMP（Internet Group Management Protocol，互联网组管理协议）报文向临近的路由器申请加入（或离开）组播组，当上层路由设备将组播数据转发下来后，交换机负责将组播数据转发给主机。IGMP侦听（IGMP Snooping）是组播约束机制，交换机用他来完成组播组的动态注册，运行IGMP侦听的交换机通过侦听和分析主机与组播路由器之间交互的IGMP报文来管理和控制组播组，从而可以有效抑制组播数据在网络中扩散。

IGMP侦听的工作过程

交换机侦听用户主机与路由器之间的交互IGMP报文，跟踪组播信息及其申请的端口。当交换机侦听到主机向路由器发出报告报文（IGMP Report）时，交换机便把该端口加入组播地址表中；当交换机侦听到主机发送的离开报文（IGMP Leave）时，路由器会发送该端口的特定组查询报文（Group-Specific Query），若还有其它主机需要该组播，则将回应报告报文，若路由器收不到任何主机的回应，交换机便把该端口从组播地址表中删除。路由器会定时发查询报文（IGMP Query），交换机收到查询报文后，如果在一定的时间段内没有收到主机的报告报文，便把该端口从组播表中删除。