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在發送者和每一接收者之間實現點對多點網路連接。如果一台發送者同時給多個的接收者傳輸相同的數據,也只需複製一份的相同數據包。它提高了數據傳送效率。減少了骨幹網路出現擁塞的可能性。

1 組播 -組播 - 釋義

  組播(多播):一種通訊模式。主機之間「一對一組」的通訊模式,也就是加入了同一個組的主機可以接收到此組內的所有數據,網路中的交換機和路由器只向有需求者複製並轉發其所需數據。主機可以向路由器請求加入或退出某個組,網路中的路由器和交換機有選擇的複製並傳輸數據,即只將組內數據傳輸給那些加入組的主機。這樣既能一次將數據傳輸給多個有需要(加入組)的主機,又能保證不影響其他不需要(未加入組)的主機的其他通訊

2 組播 -組播傳輸方法和系統

  本發明提供了一種文件組播傳輸方法和系統,其中,該方法包括:當發送端處理機啟動文件的組播傳輸時,初始化組播控制結構表;根據組播控制結構表,發送端處理機向接收端處理機發送預傳輸信息,並將關於將要進行組播傳輸的文件的數據包填入組播數據包結構表中;在填寫完組播數據包結構表之後,發送端處理機採用組播方式發送數據包,並將數據包放入發送端處理機的發送緩衝區中;在接收到數據包之後,接收端處理機向發送端處理機反饋數據包接收確認消息,並將數據包放入接收端處理機的接收緩衝區中;以及根據組播數據包結構表,接收端處理機判斷組播傳輸是否完成,並在確定組播傳輸完成後,將接收到的數據包寫入存儲設備並清空接收緩衝區。

3 組播 -組播技術發展史

發展歷史

Multicast
  在Internet網路發展的過程中,組播是一個舊概念而不是一個新概念。但它由於各種原因發展比較緩慢。
  IP組播的概念於1988年最早出現在Steve Deering的博士論文中,在1989年Steve Deering對標準IP網路層協議進行了擴展,提出了IP組播規範;1992年3月第一次建立組播主幹網MBone,IETF並成功地在組播網上舉行了一次會議,才引起人們的廣泛關注。而第一個WWW瀏覽器出現在1990年,到1993年已發展到100個WWW站點,所以組播和WWW雖處於同一時期,但組播的發展遠遠慢於WWW,主要原因是IP組播通信模式需要相當狀態和複雜性的路由器,要求路由器能提供每個群組和每個源的信息狀態,並且隨著Internet網路的越來越複雜給組播的進一步的發展帶來了困難。後來,出現了一些設計精巧的組播路由協議(如PIM-DM、PIM-SM),使組播IP包能正確而又迅速地發送給成千上萬的接收者,IP組播的技術和應用開始快速發展。組播的應用

  目前,IP組播可以運行在任意構造的網路之上,包括網際網路、ATM、幀中繼、SMDS和衛星,涉及網路的許多領域,能應用在視頻和電信會議、多媒體種類、新聞發
Geocast
Broadcast
布和那些來自太空的遠程實況廣播。

4 組播 -IP網路數據傳輸方式

  組播技術是IP網路數據傳輸三種方式之一,在介紹IP組播技術之前,先對IP網路數據傳輸的單播、組播和廣播方式做一個簡單的介紹:單播(Unicast)傳輸:在發送者和每一接收者之間實現點對點網路連接。如果一台發送者同時給多個的接收者傳輸相同的數據,也必須相應的複製多份的相同數據包。如果有大量主機希望獲得數據包的同一份拷貝時,將導致發送者負擔沉重、延遲長、網路擁塞;為保證一定的服務質量需增加硬體和帶寬。
  組播(Multicast)傳輸:在發送者和每一接收者之間實現點對多點網路連接。如果一台發送者同時給多個的接收者傳輸相同的數據,也只需複製一份的相同數據包。它提高了數據傳送效率。減少了骨幹網路出現擁塞的可能性。
  廣播(Broadcast)傳輸:是指在IP子網內廣播數據包,所有在子網內部的主機都將收到這些數據包。廣播意味著網路向子網每一個主機都投遞一份數據包,不論這些主機是否樂於接收該數據包。所以廣播的使用範圍非常小,只在本地子網內有效,通過路由器和網路設備控制廣播傳輸。
  組播解決了單播和廣播方式效率低的問題。當網路中的某些用戶需求特定信息時,組播源(即組播信息發送者)僅發送一次信息,組播路由器藉助組播路由協議為組播數據包建立樹型路由,被傳遞的信息在儘可能遠的分叉路口才開始複製和分發。

5 組播 -相關技術

IP組播

  公共互聯網中的一些團體經常會用到IP組播(Mbone就是一個例子),此外IP組播還被用於Internet2等私有IP網路中的一些特殊應用。
組播

鏈路本地組播是指將IP組播包發往處於同一物理的或虛擬的數據鏈路層的若干主機組。由於這種組播不需要複雜的路由,因此其應用要廣泛得多。在IPv6中,它被用於地址解析,而在零配置網路中,它取代了低效的廣播協議,完成服務發現、名字解析和地址衝突解析的功能。
  IP組播會議的第一次大規模演示是在1992年3月的第23屆IETF大會上,當時它被用於向全世界的研究人員和感興趣的觀察員們廣播一些會議。之後,IETF的一些會議就被有選擇地繼續在MBONE和一些私有組播網路上多播。
  組播安全性是一個重要的問題。標準的、實用的通信安全解決方案一般採用的是對稱加密。但是將其應用於IP組播流量可能會使任何一個接收方都擁有冒充發送方的能力。這顯然是令人無法接受的。IETF的MSEC工作組正在開發用以解決這一問題的安全協議,這些協議大多都是在IPsec協議集的體系框架內開發的。
  IPsec不能被用於組播方案,這是因為IPsec安全關聯是被綁定到兩個而非多個主機的。IETF提出了一個新的協議——TESLA,就組播安全性而言,這個協議是靈活且令人信服的。IP組播三種的傳遞方式

  密集組播
  稀疏組播
  源特定組播
  現在的組播演算法往往具備結合前兩種模式的能力。IP組播技術體系結構

  組播協議分為主機-路由器之間的組成員關係協議和路由器-路由器之間的組播路由協議。組成員關係協議包括IGMP(互連網組管理協議)。組播路由協議分為域內組播路由協議及域間組播路由協議。域內組播路由協議包括PIM-SM、PIM-DM、DVMRP等協議,域間組播路由協議包括MBGP、MSDP等協議。同時為了有效抑制組播數據在鏈路層的擴散,引入了IGMP Snooping、CGMP等二層組播協議。對組播的技術歷史作出了巨大的貢獻!
  IGMP建立並且維護路由器直聯網段的組成員關係信息。域內組播路由協議根據IGMP維護的這些組播組成員關係信息,運用一定的組播路由演算法構造組播分發樹進行組播數據包轉發。域間組播路由協議在各自治域間發布具有組播能力的路由信息以及組播源信息,以使組播數據在域間進行轉發。組播IP地址

  組播IP地址用於標識一個IP組播組。IANA(internet assigned number authority)把D類地址空間分配給IP組播,其範圍是從224.0.0.0到239.255.255.255。如下圖所示(二進位表示),IP組播地址前四位均為1110八位組⑴ 八位組⑵ 八位組⑶ 八位組⑷1110
  XXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX組播組可以是永久的也可以是臨時的。組播組地址中,有一部分由官方分配的,稱為永久組播組。永久組播組保持不變的是它的ip地址,組中的成員構成可以發生變化。永久組播組中成員的數量都可以是任意的,甚至可以為零。那些沒有保留下來供永久組播組使用的ip組播地址,可以被臨時組播組利用。
  224.0.0.0~224.0.0.255為預留的組播地址(永久組地址),地址224.0.0.0保留不做分配,其它地址供路由協議使用。
  224.0.1.0~238.255.255.255為用戶可用的組播地址(臨時組地址),全網範圍內有效。
  239.0.0.0~239.255.255.255為本地管理組播地址,僅在特定的本地範圍內有效。常用的預留組播地址列表如下:
  224.0.0.0 基準地址(保留)
  224.0.0.1 所有主機的地址
  224.0.0.2 所有組播路由器的地址
  224.0.0.3 不分配
  224.0.0.4 dvmrp(Distance Vector Multicast Routing Protocol,距離矢量組播路由協議)路由器
  224.0.0.5 ospf(Open Shortest Path First,開放最短路徑優先)路由器
  224.0.0.6 ospf dr(Designated Router,指定路由器)
  224.0.0.7 st (Shared Tree,共享樹)路由器
  224.0.0.8 st 主機
  224.0.0.9 rip-2 路由器
  224.0.0.10 Eigrp(Enhanced Interior Gateway Routing Protocol,增強網關內部路由線路協議)路由器 224.0.0.11 活動代理
  224.0.0.12 dhcp 伺服器/中繼代理
  224.0.0.13 所有pim (Protocol Independent Multicast,協議無關組播)路由器
  224.0.0.14 rsvp (Resource Reservation Protocol,資源預留協議)封裝
  224.0.0.15 所有cbt 路由器
  224.0.0.16 指定sbm(Subnetwork Bandwidth Management,子網帶寬管理)
  224.0.0.17 所有sbms
  224.0.0.18 vrrp(Virtual Router Redundancy Protocol,虛擬路由器冗餘協議)
  239.255.255.255 SSDP協議使用
組播IP地址和組播MAC地址的對應關係
組播MAC地址

  組播MAC地址的高24bit為0x01005e,第25bit為0,即高25bit為固定值。MAC地址的低23bit為組播IP地址的低23bit。由於 IP 組播地址的前4bit 是1110,代表組播標識,而後28bit 中只有23bit 被映射到MAC 地址,這樣IP 地址中就有5bit 信息丟失,導致的結果是出現了32 個IP 組播地址映射到同一MAC 地址上。 組播在網路中的應用

組播數據傳輸過程
  在組播方式中,信息的發送者稱為「組播源」,信息接收者稱為該信息的「組播組」,支持組播信息傳輸的所有路由器稱為「組播路由器」。加入同一組播組的接收者成員可以廣泛分佈在網路中的任何地方,即「組播組」沒有地域限制。需要注意的是,組播源不一定屬於組播組,它向組播組發送數據,自己不一定是接收者。多個組播源可以同時向一個組播組發送報文。
  假設只有 Host B、Host D 和Host E 需要信息,採用組播方式時,可以讓這些主機加入同一個組播組(Multicast group),組播源向該組播組只需發送一份信息,並由網路中各路由器根據該組播組中各成員的分佈情況對該信息進行複製和轉發,最後該信息會準確地發送給Host B、Host D 和Host E。 組成員關係協議 (IGMP)

  IGMP協議運行於主機和與主機直接相連的組播路由器之間,主機通過此協議告訴本地路由器希望加入並接受某個特定組播組的信息,同時路由器通過此協議周期性地查詢區域網內某個已知組的成員是否處於活動狀態(即該網段是否仍有屬於某個組播組的成員),實現所連網路組成員關係的收集與維護。
  IGMP有三個版本,IGMPv1由RFC1112定義,目前通用的是IGMPv2,由RFC2236定義。IGMPv3目前仍然是一個草案。IGMPv1中定義了基本的組成員查詢和報告過程,IGMPv2在此基礎上添加了組成員快速離開的機制,IGMPv3中增加的主要功能是成員可以指定接收或指定不接收某些組播源的報文。這裡著重介紹IGMPv2協議的功能。
  IGMPv2通過查詢器選舉機製為所連網段選舉唯一的查詢器。查詢器周期性的發送普遍組查詢消息進行成員關係查詢;主機發送報告消息來應答查詢。當要加入組播組時,主機不必等待查詢消息,主動發送報告消息。當要離開組播組時,主機發送離開組消息;收到離開組消息后,查詢器發送特定組查詢消息來確定是否所有組成員都已離開。
  通過上述IGMP機制,在組播路由器里建立起一張表,其中包含路由器的各個埠以及在埠所對應的子網上都有哪些組的成員。當路由器接收到某個組G的數據報文後,只向那些有G的成員的埠上轉發數據報文。至於數據報文在路由器之間如何轉發則由路由協議決定,IGMP協議並不負責。網路二層組播相關協議

  網路二層組播相關協議包括IGMP Snooping,IGMP Proxy和CGMP協議。
  IGMP Snooping的實現機理是:交換機通過偵聽主機發向路由器的IGMP成員報告消息的方式,形成組成員和交換機介面的對應關係;交換機根據該對應關係將收到組播數據包只轉給具有組成員的介面。
  IGMP Proxy與IGMP Snooping實現功能相同但機理相異:IGMP snooping只是通過偵聽IGMP的消息來獲取有關信息,而IGMP Proxy則攔截了終端用戶的IGMP請求並進行相關處理后,再將它轉發給上層路由器。
  CGMP(Cisco Group Management Protocol)是Cisco基於客戶機/伺服器模型開發的私有協議,在CGMP的支持下,組播路由器能夠根據接收到的IGMP數據包通知交換機哪些主機何時加入和脫離組播組,交換機利用由這些信息所構建的轉發表來確定將組播數據包向哪些介面轉發。GMRP是主機到乙太網交換機的標準協議,它使組播用戶可以在第二層交換機上對組播成員進行註冊。 組播路由協議 :PIM-SM

  眾多的組播路由協議中,目前應用最多的協議是 PIM-SM稀疏模式協議無關組播。
  在PIM-SM域中,運行PIM-SM協議的路由器周期性的發送Hello消息,用以發現鄰接的PIM路由器,並且負責在多路訪問網路中進行指定路由器(DR)的選舉。這裡,DR負責為其直連組成員朝著組播分發樹根節點的方向發送"加入/剪枝"消息,或是將直連組播源的數據發向組播分發樹。編址

  A類 0.0.0.0 - 127.255.255.255
  B類 128.0.0.0 - 191.255.255.255
  C類 192.0.0.0 - 223.255.255.255
  D類 224.0.0.0 - 239.255.255.255
  A,B,C類ip包轉發基於目的ip地址。D類(組播地址)包轉發基於源地址。組播地址的分類

  保留——224.0.0.0 - 224.0.0.255
  用戶組播地址——224.0.1.0 - 238.255.255.255
  本地管理組——239.0.0.0 - 239.255.255.255 (用於私人組播領域,類似私有IP地址)
  RPF:
  a multicast packet received on an interface will be accepted if received on the interface that would be used to send a unicast ip packet back to the source;this is called reverse path forwarding(RPF).
  逆向路徑轉發:
  設備在介面上收到組播報文後,如果去往組播源的單播路由也是從該介面學到的,則轉發組播數據,否則丟棄。
  有沒有乙太網專用的MAC組播地址?
  以下列出一些乙太網專用的組播地址:
  Ethernet multicast address Type Field Usage
  01-00-0C-CC-CC-CC 0x0802 CDP (Cisco Discovery Protocol),VTP (VLAN Trunking)
  01-00-0C-CC-CC-CD 0x0802 Cisco Shared Spanning Tree Protocol Address
  01-80-C2-00-00-00 0x0802 Spanning Tree Protocol (for bridges) IEEE 802.1D 組播組成員身份的監視

  組播路由器負責監視一個組播組中的所有成員,看他們是否想繼續它們在組播組中的成員身份。組播路由器定時的發送詢問信息到組播地址224.0.0.1.在這條信息中,組地址域設定為0.0.0.0.這意味著這種詢問是面向一個主機所在所有組播組,而不是一個組播組。組播路由器希望從每一個組播組都獲得一個應答組播組成員身份的繼續

  具有組播能力的主機保留有一個想繼續組播組成員身份的進程表。當一個主機接收到一個由組播路由器發出的詢問信息,它就檢查一下它所保留的進程表。對於每一個組播組,如果至少有一個進程想繼續組播組成員身份,主機就必須向組播路由器發送一條報告信息。需要注意的是這種為了響應詢問消息而發送的報告信息是為了確認對組播組成員身份的繼續而不是為了作為新的成員加入組播組。而且為了使不同的組播組中的成員身份得以繼續,對於不同的組播組就必須分別發送報告信息。組播組成員的退出

  在IGMPv1中,當每一個主機離開某一個組播組時,它不通知任何組播路由器就自然地離開,組播路由器定時(如120秒)向IP子網中的所有組播組詢問,如果某一個組播組在IP子網中已經沒有任何成員,則組播路由器在確認這一事件后,不再將該組播組的數據在子網中進行傳送,同時通過路由信息的交換,將相應的組播路由器從特定的組播組分配樹中刪除.這種不通知任何人而悄悄離開的方法,使得組播路由器知道IP子網中已經沒有任何成員的事件延時了一段時間,所以在IGMPv2中,當每一個主機要離開某一個組播組時,需要通知子網組播路由器,組播路由器立即向IP子網中的所有組播組詢問,從而減少了系統處理停止組播的延時.離開組播組時主機要發送信息這一點是IGMP Version 2和IGMP Version 1的主要區別。 組播的路由

  具有組播能力的網路由支持本地組播的區域網通過具有組播能力的路由器連接而成。IP組播路由的關鍵是為每一個組播組建立組播的分配樹,當組播的分配樹建立好時,每個組播路由器只要將該組的數據沿著分配樹進行傳播就可以了。組播路由協議

  第一類是建立在組播組成員在網路上的分佈比較密集並且帶寬比較充足的基礎上的。此種模式稱為密集模式。密集模式組播路由協議包括距離向量組播路由協議(Distance Vector Multicast Routing Protocol,DVMRP),組播開放最短路徑優先協議(Multicast Open Shortest Path First,MOSPF),密集模式獨立組播協議(Protocol-independent Multicast-Dense Mode,PIM-DM)。
  第二類組播路由協議是建立在組播組成員的分佈比較稀疏並且帶寬並不是很充足的基礎上的,比如說由Internet上不同區域的主機相連的組播網路或通過ISDN線連起來的主機網路。這種稀疏模式並不意味著組播組中的成員很少,它只是表明組播組中成員的分佈比較稀疏。稀疏組播路由協議包括基準樹協議(Core Based Trees,CBT),稀疏模式獨立組播協議(Protocol-independent Multicast-Sparse Mode,PIM-SM)。 組播骨幹網

  組播的規範是在1989年出版的,但是它的使用受到了限制。Internet上的路由器目前並不是都具有組播的能力。在這樣一種情況下,研究者們為了在現有情況下開發和測試組播協議的應用,建立了組播骨幹網(Multicast Backbone,Mbone)。Mbone支持組播分組的路由選擇而不打擾其它的網際網路業務流。
  Mbone是一種跨越幾個大陸的,由志願者合作完成的實驗性的網路。它是一個相互連接的子網和路由器的集合,這些子網和路由器支持IP組播業務流的傳送。作為網際網路上的虛擬網路,Mbone通過隧道(Tunneling)來旁路網際網路上無組播能力的路由器。
  隧道把組播數據包封裝在IP包(即單播數據包)中來通過哪些不支持組播路由的網路。如圖5所示,MR3和MR4是支持IGMP協議的有組播能力的路由器,他們把組播數據包封裝在單播數據包中來發送,同時它們還從收到的單播數據包中取出組播數據包。R1和R2是沒有組播能力的路由器,它們像傳送其它普通單播數據包那樣來傳送封裝有組播數據包的單播數據包。互動式的IP組播

  IP組播的最大的用處就是用來做Internet上的音頻和視頻的傳輸,比如向成百上千的使用者發送音頻和視頻數據流。可是傳統的IP組播的有一個最大的缺點就是這些所有的使用者都是被動的接受者。換句話說,IP 組播並沒有讓這些使用者進行互動式主動參與的內置機制。利用H.323國際標準中對會議成員的管理技術,SAP(Session Announcement Protocol),SDP(Session Description Protocol),RTCP(Real-time Transport Control Protocol)等協議,就可以使傳統的IP組播技術具有交互功能。互動式IP組播技術應用範圍很廣,特別是Internet上多媒體的傳輸業務。比如視頻會議,遠程教育,Internet上的視頻點播(VoD)等。

6 組播 -應用

  組播應用大致可以分為三類: 點對多點應用,多點對多點應用和多點對點應用。 點對多點的應用

  點對多點應用是指一個發送者,多個接收者的應用形式,這是最常見的組播應用形式。
  典型的應用包括:
  媒體廣播:如演講、演示、會議等按日程進行的事件。其傳統媒體分發手段通常採用電視和廣播。這一類應用通常需要一個或多個恆定速率的數據流,當採用多個數據流(如語音和視頻)時,往往它們之間需要同步,並且相互之間有不同的優先順序。它們往往要求較高的帶寬、較小的延時抖動,但是對絕對延時的要求不是很高。
  媒體推送:如新聞標題、天氣變化、運動比分等一些非商業關鍵性的動態變化的信息。它們要求的帶寬較低、對延時也沒有什麼要求。
  信息緩存: 如網站信息、執行代碼和其他基於文件的分散式複製或緩存更新。它們對帶寬的要求一般,對延時的要求也一般。
  事件通知:如網路時間、組播會話日程、隨機數字、密鑰、配置更新、有效範圍的網路警報或其他有用信息。它們對帶寬的需求有所不同,但是一般都比較低,對延時的要求也一般。
  狀態監視:如股票價格、感測設備、安全系統、生產信息或其他實時信息。這類帶寬要求根據採樣周期和精度有所不同,可能會有恆定速率帶寬或突髮帶寬要求,通常對帶寬和延時的要求一般。多點對多點的應用

  多點對多點應用是指多個發送者和多個接收者的應用形式。通常,每個接收者可以接收多個發送者發送的數據,同時,每個發送者可以把數據發送給多個接收者。
  典型應用包括:
  多點會議: 通常音/視頻和白板應用構成多點會議應用。在多點會議中,不同的數據流擁有不同的優先順序。傳統的多點會議採用專門的多點控制單元來協調和分配它們,採用組播可以直接由任何一個發送者向所有接收者發送,多點控制單元用來控制當前發言權。這類應用對帶寬和延時要求都比較高。
  資源同步:如日程、目錄、信息等分佈資料庫的同步。它們對帶寬和延時的要求一般。
  并行處理: 如分散式并行處理。它對帶寬和延時的要求都比較高。
  協同處理:如共享文檔的編輯。它對帶寬和延時的要求一般。
  遠程學習: 這實際上是媒體廣播應用加上對上行數據流(允許學生向老師提問)的支持。它對帶寬和延時的要求一般。
  討論組:類似於基於文本的多點會議,還可以提供一些模擬的表達。
  分散式交互模擬(DIS):它對帶寬和時延的要求較高。
  多人遊戲: 多人遊戲是一種帶討論組能力的簡單分散式交互模擬。它對帶寬和時延的要求都比較高。
  Jam Session:這是一種音頻編碼共享應用。它對帶寬和時延的要求都比較高。多點對點的應用

  多點對點應用是指多個發送者,一個接收者的應用形式。通常是雙向請求響應應用,任何一端(多點或點)都有可能發起請求。典型應用包括:
  資源查找:如服務定位,它要求的帶寬較低,對時延的要求一般。
  數據收集:它是點對多點應用中狀態監視應用的反向過程。它可能由多個感測設備把數據發回給一個數據收集主機。帶寬要求根據採樣周期和精度有所不同,可能會有恆定速率帶寬或突髮帶寬要求,通常這類應用對帶寬和延時的要求一般。
  網路竟拍:拍賣者拍賣產品,而多個竟拍者把標價發回給拍賣者。
  信息詢問: 詢問者發送一個詢問,所有被詢問者返回應答。通常這對帶寬的要求較低,對延時不太敏感。
  Juke Box如支持準點播(Near-On-Demand)的音視頻倒放。通常接收者採用「帶外的」協議機制(如HTTP、RTSP、SMTP,也可以採用組播方式)發送倒放請求給一個調度隊列。它對帶寬的要求較高,對延時的要求一般。

7 組播 -組播技術待解決的問題

  目前組播技術還有許多未解決的問題,例如:組播安全、組播擁塞控制、組播狀態聚集、組播流量計費、無擁塞控制、數據包重複、數據包的無序交付等等!

8 組播 -英譯

  詞典解釋
  名詞n.   
1.【電腦】多重播送以下結果來自互聯網網路釋義
  multicast  
1.多路廣播,多播,組播
  詞博英語社區(IT專業英語詞典-M)
  multicast多路廣播,多播,組播
  ⒉多點傳送
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  multicast多點傳送
  Multicast  

  ⒈多點廣播
  Vocabulary 關於學習(英語)關...
  Multicast多點廣播
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