IE-LAB网络实验室：思科DC数据中心，思科变革 IP组播简述

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组播技术指的是单个发送者对应多个接收者的一种网络通信。组播技术中，通过向多个接收方传送单信息流方式，可以减少具有多个接收方同时收听或查看相同资源情况下的网络通信流量。对于 n 方视频会议，可以减少使用 a（n-1）倍的带宽长度。“组播”中较为典型的是采用组播地址的 IP组播。IPv6 支持单播（Unicast）、组播（Multicast）以及任意播（Anycast）三种类型，IPv6中没有关于广播（Broadcast）的具体划分，而是作为组播的一个典型类型。此外组播定义还包括一些其它协议，如使用“点对多点”或“多点对多点”连接的异步传输协议（ATM）。组播技术基于“组”这样一个概念，属于接收方专有组，主要接收相同数据流。该接收方组可以分配在英特网的任意地方。

当有 10000 个用户通过网络看电视时，如果分别为每个用户传输一路流量，不仅服务器受不了，网络也承载不了。组播（也称多播）则像电视一样，传输一份数据，需要接收数据的计算机加入到这个组就行了。虽然组播配置并不复杂，但理论知识则相当复杂。组播采用 224.0.0.0--239.255.255 的地址，不同地址就是不同的组，一个组可能有多个源，而需要接收数据的设备是这个组的成员。

组播技术涵盖的内容相当丰富，从地址分配、组成员管理，到组播报文转发、路由建立、可靠性等诸多方面。下面首先介绍组播协议体系的整体结构，之后从组播地址、组播成员管理、组播报文转发、域内组播路由和域间组播路由等几个方面介绍有代表性的协议和机制。

传统的IP通信有两种方式：第一种是在一台源 IP主机和一台目的 IP主机之间进行，即单播（unicast）；第二种是在一台源 IP 主机和网络中所有其它的 IP 主机之间进行，即广播（broadcast）。如果要将信息发送

给网络中的多个主机而非所有主机，则要么采用广播方式，要么由源主机分别向网络中的多台目标主机以单播方式发送 IP 包。采用广播方式实现时，不仅会将信息发送给不需要的主机而浪费带宽，也可能由于路由回环引起严重的广播风暴；采用单播方式实现时，由于 IP 包的重复发送会白白浪费掉大量带宽，也增加了服务器的负载。所以，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。

路由器转发组播流的方式和转发单播流有很大的差别，发送数据的组播源不知道接收者在何处。保证接收者能收到数据，并且数据不会在不必要的网络上存在是很重要的事情。路由器必须为组播确定出一条转发路径。路由器采用反向路径转发（RPF），即对每个接收到的组播进行源地址测试，如果数据是从到达源的接口上接收到的，就往下游路由器转发。

为了确定是否应该往某个网络转发组播流，路由器使用 IGMP（Internet Group Manage Protocol）和主机之间通信，确定这个网络是否有某个组的成员。IGMP 有 V1、V2、V3，目前 IOS 采用 V2。IGMP 有各种消息，例如：Membership Query 消息、Membership Report 消息、Leave Group 消息、General Query 消息、Group-Specific Query 消息等。

PIM（Protocol Independent Multicast）是一个组播路由协议，独立于协议的意思是该组播协议不关心单播路由是通过 RIP 还是 OSPF 或者其他方式学习到的。PIM 有两种模式：PIM Dense 和 PIM Sparse，后者通常和 Dense 结合使用，成为 PIM Sparse-Dense。

Dense 通常用于组成员比较密集的网络中。在 Dense 模式中，当有组播源出现时，路由器假设所有的网络都有组成员，构建了一棵从源开始的转发树，全部网络就都有了组播流量。然而各个路由器会紧接着查询自己的接口上是否有这个组的成员存在，如果没有成员，将停止往这个接口转发组播流。如果路由器上一个成员都没有，它将向上游路由器发送消息，把它从转发树上修剪掉。一级一级地往上发送消息，最终多播路由协议将构建一棵以源为根、不会有多余组播流量存在的转发树。如果有新的成员加入，路由器将一级一级往上发送消息，建立转发路径。在 Dense 模式中，会为不同的源建立不同的树，这样树的数量可能会很多。

Sparse 则通常用于组成员比较稀疏的网络中。在 Sparse 模式中，路由器假设所有的网络都没有组成员，除非有主机明确表示加入该组。转发树的建立从终端的叶节点组成员开始，向后扩展到中心的根节点上。和 Dense 模式不同，Sparse 是基于共享树的。也就是说某个组的流量是先发送到中心节点上（称为 RP），然后在从 RP 转发到各个组成员上的。组成员加入到这个组时，本地路由器向 RP 发送成员报告，沿途的路由器将树枝加入到共享树中。组成员从组中退出时，才执行修剪。这样好处是树的数量少，然而可能造成一些组播数据绕了一圈才到达主机。因此，实际上默认时，当路由器发现不是从到达源的最佳路径的接口上收到组播流，会自动切换到基于源的树。Sparse 模式中，我们可以手工为某个组指定 RP，也可以让路由器自动选举。要注意的是，路由器自动选举 RP 时发送的是组播流量，由于 RP还没出现，所以只能使用 Dense 模式传输这些组播流量，所以 Sparse 通常和 Dense 结合使用。

而对于交换机，也不能说从一个接口收到组播，就防洪到全部接口。然而交换机并没有IGMP 协议和主机通信，交换机采用 2 种方案，一种是 IGMP Snopping，另一种是 CGMP。IGMP Snopping 中，交换机监听主机和路由器之间的 IGMP 消息，从而确定出哪个接口上有什么组的成员存在，组播流则从这些特定的接口发送出去。在 2 层交换机或者低端的三层交换机上，IGMP Snopping 基本是默认采用的。而 CGMP 协议则是交换机用来和路由器进行通信，从路由器获得组的成员名单，从而确定哪些接口应该转发哪些组的流量。

组播技术从1988年提出至今已经历了20年的发展，许多国际组织对组播的技术研究和业务开展进行了大量的工作。在IP网络中多媒体业务日渐增多的情况下，组播技术为多媒体业务的开展提供了传输基础。组播技术涵盖了从地址方案、成员管理和路由建立等各个方面，其中组播地址的分配方式、域间组播路由以及组播安全等仍是研究的热点。从目前的情况看，组成员管理技术普遍采用IGMPv2；PIM-SM因其良好的扩展性以及从RPT向SPT切换的能力而成为域内组播路由技术的首选；域间组播路由协议现阶段普遍采用PIM-SM/MBGP/MSDP的组合方案。组播技术可以提供包括流媒体、视频会议、IPTV等在内的各种宽带增值业务，但这些业务的顺利开展还依赖于有效的业务管理、监控及安全控制。结合在业务运营管理方面的理解和经验积累，H3C公司提供不断完善的可运营、可管理的组播解决方案，我们将继续致力于推动组播技术的发展、组播业务的普及和功能的完善。

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