IP组播简介

定义

作为IP传输三种方式之一，IP组播通信指的是IP报文从一个源发出，被转发到一组特定的接收者。相较于传统的单播和广播，IP组播可以有效地节约网络带宽、降低网络负载，避免广播堵塞带来的诸如摄像头花屏，视频马赛克等问题，所以被广泛应用于IPTV、实时数据传送和多媒体会议等网络业务中。

目的

传统的IP通信有两种方式：单播（Unicast）和广播（Broadcast）。

• 对于单播通信，信息源为每个需要信息的主机都发送一份独立的报文。
• 对于广播通信，信息源将信息发送给该网段中的所有主机，而不管其是否需要该信息。

如果要将数据从一台主机发送给多个主机而非所有主机，可以采用广播方式，也可以由源主机采用单播方式向网络中的多台目标主机发送多份数据，如图1所示。

图1 采用单播和广播方式进行点到多点传输数据示意图

• 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。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。因此，该传输方式不利于信息的批量发送，只适用于用户稀少的网络。
• 采用广播方式时，不需要接收信息的主机也将收到该信息，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泛滥。因此，该传输方式不利于与特定对象进行数据交互，同时会浪费大量的带宽。

由上述可见，传统的单播和广播通信方式不能有效地解决单点发送、多点接收的问题。

组播（Multicast）可以很好的解决点到多点的数据传输，如图2所示，源只发送一份数据，网络中只有需要该数据的主机（目标主机HostA和HostC）可以接收该数据，其他主机（HostB）不能收到该数据。

图2 采用组播方式进行点到多点传输数据示意图

组播相对单播和广播有如下优势：

• 相比单播，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。
• 相比广播，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。

组播适用于任何“点到多点”的数据发布，主要包含以下几方面：

• 多媒体、流媒体的应用。
• 培训、联合作业场合的通信。
• 数据仓库、金融应用（股票）。

IP组播技术在ISP提供的互联网信息服务中已经得到了应用。例如：在线直播、网络电视、远程教育、远程医疗、网络电台和实时视/音频会议等。

组播服务模型

组播服务模型的分类是针对接收者主机的，对组播源没有区别。组播源发出的组播数据中总是以组播源自己的IP地址为报文的源地址，组播组地址为目的地址。而接收者主机接收数据时可以对源进行选择，因此产生了ASM（Any-Source Multicast）和SSM（Source-Specific Multicast）两种服务模型。这两种服务模型使用不同的组播组地址范围。

ASM模型

ASM模型仅针对组地址提供组播分发。一个组播组地址作为一个网络服务的集合，任何源发布到该组地址的数据得到同样的服务。接收者主机加入组播组以后可以接收到任意源发送到该组的数据。

为了提高安全性，可以在路由器上配置针对组播源的过滤策略，允许或禁止来自某些组播源的报文通过。最终从接收者角度看，数据是经过筛选的。

ASM模型要求组地址必须在整个组播网络中唯一。“唯一”指的是同一时刻一个ASM地址只能被一种组播应用使用。如果有两种不同的应用程序使用了同一个ASM组地址发送数据，它们的接收者会同时收到来自两个源的数据。这样一方面会导致网络流量拥塞，另一方面也会给接收者主机造成困扰。

SSM模型

SSM模型针对特定源和组的绑定数据流提供服务，接收者主机在加入组播组时，可以指定只接收哪些源的数据。加入组播组以后，主机只会收到指定源发送到该组的数据。

SSM模型对组地址不再要求全网唯一，只需要每个组播源保持唯一。这里的“唯一”指的是同一个源上不同的组播应用必须使用不同的SSM地址来区分。不同的源之间可以使用相同的组地址，因为SSM模型中针对每一个（源，组）信息都会生成表项。这样一方面节省了组播组地址，另一方面也不会造成网络拥塞。

组播地址

为了使组播源和组播组成员进行通信，需要提供网络层组播，使用IP组播地址。同时，为了在本地物理网络上实现组播信息的正确传输，需要提供链路层组播，使用组播MAC地址。组播数据传输时，其目的地不是一个具体的接收者，而是一个成员不确定的组，所以需要一种技术将IP组播地址映射为组播MAC地址。

IPv4组播地址

IANA（Internet Assigned Numbers Authority，互联网编号分配委员会）将D类地址空间分配给IPv4组播使用。IPv4地址一共32位，D类地址最高4位为1110，因此地址范围从224.0.0.0到239.255.255.255，具体分类及含义见表1。