组播技术概述

内容摘要 ：本文比较了单播、广播、组播三种通信方式，着重简介了组播技术的各个组成部分，及组播技术的应用。

 

关键字 ：组播， IGMP

 

一． 引言

近年来，随着 Internet的迅速普及和发展，在Internet上产生了许多新的应用，其中不少是高带宽的多媒体应用，譬如网络视频会议、网络音频/视频广播、股市行情发布、多媒体远程教育。由于多媒体信息量一般很大，这就带来了带宽的急剧消耗和网络拥挤问题。针对这个问题，人们提出了许多的解决方案，其中组播技术是其中之一。

 

二． 单播、广播和组播

IP通信的一个领域是单播。传统的点对点单播通信，在发送方和每一接收方需要单独的数据通道。在这种通信方式下，源IP主机向指定的目标IP主机发送信息包。IP信息包中的目标地址就是IP网络中惟一的主机地址。从一台主机送出的每个数据包只能传送给一个目标主机，通过路由器或交换机将这些IP信息包从源主机发送到目标主机。在源主机和目标主机之间的路径上的每一个路由器都维护由单播路由协议生成的单播路由信息库，并根据数据包中的IP目标地址在单播路由信息库中查找单播包转发路径。这种传送方式称为单播。

 

在 IP通信另一个领域是广播。在这里，源主机向一个网段中的所有IP主机发送IP信息包。IP网络的主机（包括路由器）都能识别以IP广播地址作为目标地址的信息包，一个子网中的所有IP主机都接收地址为本子网的广播地址的信息包。除非特别配置，路由器一般不会转发IP广播信息包，这样，IP广播通信通常被限制在本地的子网内。

 

对于有些应用，发送者只希望一部分主机接收信息，这样的单源、多目的的通信方式成为多点通信，通常只在分叉的时候复制信息，又称为组播（ Multicast）。

 

三． 特定应用领域内组播的优势

单播、广播和组播各有各的应用领域。但只希望一部分主机接收信息时，组播是相对较好的解决方案。

 

在单播方式下，如果有另外的多个用户希望同时获得这个数据包的拷贝是不可能的。发送信息的主机必须向每个希望接收此数据包的用户发送一份单独的数据包拷贝。这种巨大的冗余会带来很大的代价，首先，会给发送数据的源主机带来沉重的负担，因为它必须对每个要求都做出响应，这使得负担过于沉重主机的响应会大大延长。其次对路由器和交换机的性能也提出了更高的要求，管理人员被迫购买必要的硬件和带宽来保证一定的服务质量。

 

而广播的主要的缺点就是每个广播都要发送数据至所有机器，消耗了所有机器上的资源，即使数据要被网络中大多数机器所丢弃。

 

组播允许路由器一次将数据包复制到多个通道上。采用组播方式，单台服务器能够对几十万台主机同时发送连续数据流而无延时。组播发送方只要发送一个信息包而不是很多个，所有目的地同时收到同一信息包，更及时，更同步，可以把信息发送到任意不知名目的地，能减少网络上传输的信息包的总量。网络成本变得相当低廉，可达到从未有过的传送能力。

 

IP组播通信介于IP单播和IP广播通信之间，并且能使主机发送IP信息包到IP网络中任何一组特定的主机上。这些主机都具有一种特定的IP地址，称之为IP组播组地址。组播使用D类IP地址。支持组播的路由器会转发IP组播信息包至所有具有该组播地址的主机的接口上。

 

单播传输中，在发送者和每一接收者之间需要单独的数据信道。如果一台主机同时给很少量的接收者传输数据，一般没有什么问题。但如果有大量主机希望获得数据包的同一份拷贝时却很难实现。这将导致发送者负担沉重、延迟长、网络拥塞；为保证一定的服务质量需增加硬件和带宽。广播传输中，所有在子网内部的主机都将收到这些数据包。广播意味着网络向子网主机都投递一份数据包，不论这些主机是否乐于接收该数据包。然而广播的使用范围非常小，只在本地子网内有效，因为路由器会封锁广播通信。广播传输增加非接收者的开销。而在组播传输中，它提高了数据传送效率。减少了主干网出现拥塞的可能性。组播组中的主机可以是在同一个物理网络，也可以来自不同的物理网络（如果有组播路由器的支持）。

 

四． 实现组播的前提条件

实现 IP组播传输，则组播源和接收者以及两者之间的下层网络都必须支持组播。这包括以下几方面：主机的TCP/IP实现支持发送和接收IP组播；主机的网络接口支持组播；有一套用于加入、离开、查询的组管理协议，即IGMP（v1,v2）；有一套IP地址分配策略，并能将第三层IP组播地址映射到第二层MAC地址；支持IP组播的应用软件；所有介于组播源和接收者之间的路由器、集线器、交换机、TCP/IP协议栈、防火墙均需支持组播。

 

五． Internet组管理协议(IGMP)

IGMP定义了主机如何告诉网络它是某一多播组的成员。主机使用IGMP通知子网组播路由器，希望加入组播组；路由器使用IGMP查询本地子网中是否有属于某个组播组的主机。

●加入组播组

当某个主机加入某一个组播组时，它通过 “成员资格报告”消息通知它所在的IP子网的组播路由器，同时将自己的IP模块做相应的准备，以便开始接收来自该组播组传来的数据。如果这台主机是它所在的IP子网中第一台加入该组播组的主机，通过路由信息的交换，组播路由器加入组播分布树。

●退出组播组

在 IGMP v1中，当主机离开某一个组播组时，它将自行退出。组播路由器定时(如120秒) 使用“成员资格查询” 消息向IP子网中的所有主机的组地址（224.0.0.1）查询，如果某一组播组在IP子网中已经没有任何成员，那么组播路由器在确认这一事件后，将不再在子网中转发该组播组的数据。与此同时，通过路由信息交换，从特定的组播组分布树中删除相应的组播路由器。这种不通知任何人而悄悄离开的方法，使得组播路由器知道IP子网中已经没有任何成员的事件延时了一段时间，所以在IGMP v2.0中，当每一个主机离开某一个组播组时，需要通知子网组播路由器，组播路由器立即向IP子网中的所有组播组询问，从而减少了系统处理停止组播的延时。

 

六． 组播技术的应用

使用 IP组播可以降低网络负载。多信道传送只需要从源地址发送一个数据包，包只在组播传输树分叉的地方被复制。今天，组播技术有许多应用，其中包括：

a)        信息发布： IP组播使得在公司内部的大量主机中发布信息成为可能。

b)        视频会议：目前的应用基于 ISDN的视频会议设备或者是远程通信服务提供者。

c)        远程学习： IP组播可以在公司内部的一个或多个站点将培训材料同时发送给数千名员工，学员可以分布在世界各地。

 

七． 结束语

虽然 IP组播的概念很早就被提出，但是直到现在它的能力才被充分认识。目前组播技术应用的增长十分快速，而且这种趋势正在加快，但是IP组播仍然是一项新出现的技术，虽然组播具有很大的优点和长处，但是和所有新技术一样有其自身的局限性和一些问题，因此在组播领域还需要进行大量的工作。 随着高宽带多媒体应用的迫切需求、 ISP、ICP对IP组播网络的支持、设备提供商的投入、各种专业组织的介入，IP组播技术必然有着广阔的发展前景。

 

八． 参考文献

1． 史忠植 高级计算机网络 电子工业出版社 2002

2． 谢希仁 计算机网络 大连理工大学出版社 2000

3． 胡道元 计算机网络 清华大学出版社 1999

4． 田红鹏 组播路由协议 www.ccw.com.cn