组播概述
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n 随着Internet 应用技术的发展，网络点播、网络会议、
网络游戏等应用越来越普及，传统的单播方式已经不
引入
能满足带宽、时延的要求
n 组播技术的出现解决了多个接收者同时访问少数服务
器资源时，服务器的瓶颈问题，并节省了网络带宽。
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课程目标
学习完本课程，您应该能够：
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n 组播引入
n 组播技术体系架构n 组播模型
目录
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接收者l 数据源发送多份数据包l 链路上传输多份数据包
l
只有数据接收者才会收到数据包
发送源
接收者
接收者U
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l 数据源发送一份数据包l 链路上传输一份数据包l
所有主机均会收数据包
接收者发送源
接收者
接收者U
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l 数据源发送一份数据包l 链路上传输一份数据包
l
只有数据接收者才会收到数据包
接收者发送源
接收者
接收者U
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组播的优缺点
l
优点
à增强效率，控制网络流量，减少服务器和CPU
负载
à优化性能，消除流量冗余
à分布式应用，使多点传输成为可能
l
缺点
à尽最大努力交付à无拥塞控制à数据包重复
à数据包的无序交付
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MCU
IP 网络
IP 网络
多媒体会议
解码器电视墙
终端
数据会议服务器
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n 组播引入
n 组播技术体系架构n 组播模型
目录
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组播技术需求
组播源
如何加入/离开组？
组播数据如何转发？
组播数据流
如何标识接收者？
如何维护组信息？
组播转发路径如何建立？U
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组播地址
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组播地址范围
à224.0.0.0－239.255.255.255
l 本地协议预留组播地址
à224.0.0.0－224.0.1.255
l 本地管理组地址
à239.0.0.0－239.255.255.255
l 用户组播地址
à224.0.2.0－238.255.255.255
l
组播MAC 地址：
à以太网：
01-00-5e-xx-xx-xx
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组播IP 地址到组播MAC 地址的映射
1110
32位IP 组播地址
此5位地址不作映射，因此32个IP 组播地址映射成一个MAC 地址
0000000100000000010111100
IP 组播地址后23位映射到MAC 地址中
48位MAC 地址（以太网/FDDI ）U
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组播组管理协议简介
l
组播组管理协议是主机和路由设备之间的协议
à主机通过组播组管理协议加入或离开某些组播组
à
路由设备通过组播组管理协议管理和维护本地的组播组信息
l
常用的组播组管理协议为IGMP
路由设备
查询
加入
离开
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组播分发树模型简介
l
组播分发树是组播数据的转发路径
l
根据树根位置的不同，组播分发树模型分为
à最短路径树模型
à共享树模型
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组播转发机制简介
l
组播转发机制和单播转发机制不同
à单播转发关心报文到哪里去
à
组播转发关心报文从哪里来
l
组播转发机制——逆向路径转发
组播源
丢弃从非最优接口到达的数据包
组播数据包
非最优接口到达的组播数据包
接收者
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组播路由简介
l
组播路由协议和单播路由协议一样，用于建立
数据转发的路径
l
根据作用范围组播路由协议可以分为域内组播路由协议和域间组播路由协议
à域内组播路由协议主要包括DVMRP 、MOSPF 和PIM à
域间组播路由协议主要包括MSDP 、MBGP
l
域内组播路由协议根据建立的组播分发树的不同可以分为基于SPT 的组播路由协议和基于RPT 的组播路由协议
à
基于SPT 的组播路由协议包括PIM DM 、DVMRP 、MOSPF
à
基于RPT 的组播路由协议包括PIM SM
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组播协议体系
PIM
组播域2
组播域1
l 主机——路由器
à
IGMP
l
路由器——路由器
à
PIM
l
域间
à
MSDP
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n 组播引入
n 组播技术体系架构n 组播模型
目录
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组播模型分类
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根据接收者对组播源处理方式的不同，组播模型分为以下两类
àASM （Any-Source Multicast ，任意信源组播）
模型
àSSM （Source-Specific Multicast ，指定信源组
播）模型
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组播原理 第一章概述 随着数据通信技术的不断发展，各项基于数据通信技术的业务层出不穷，FTP，HTTP， SMTP等传统的数据通信业务已经不能满足人们对信息的需求，视频点播，远程教学，新闻发布，网络电视等新型业务也逐渐发展起来，并被引入数据通信网络。 这些新型业务的特点是，有一个服务器（我们把这个服务器称为媒体流服务器）在发布信息，而接收端数量很大，可能有成千上万个，而且具体数目不固定。在这种方式下，我们可以使用传统的客户服务器 （C/S ）模型解决，按照下面的思路： 1。在媒体流服务器上启动媒体流播放进程，作为服务器； 2。客户端每当想接受某个媒体流服务器的数据的时候，通过给出该媒 体流服务器的IP 地址，来跟该媒体流服务器建立连接（比如，TCP 连接等）； 3。媒体流服务器维护一个客户列表，采用轮循的方式向每个客户发送 媒体流。 可以看出，这样的解决方案有两个缺陷： 1。客户数目很大的时候，媒体流服务器就有可能承受不了，因为这种 媒体流跟传统的窄带业务（比如HTTP等）不同，它需要很高的带宽 来传输，而且服务器还必须维护每个客户的信息； 2。严重浪费网络资源，相同的数据可能在网上传播了很多次，在一些 带宽较低的链路上，可能引起严重的通信瓶径。 在这个时候，我们自然而然的想起了组播。这种技术最适合上面的这些新型业务。因为组播通信有下列优点： 1。媒体流服务器不必知道某个客户端的存在，它只管把媒体流以组播 地址播放出去即可，而且仅仅播放一份； 2。媒体流数据在网上仅仅传送一份即可，即使有成千上万个客户端；
3。客户端不必向媒体流服务器注册，如果想接收某个媒体流服务器的 数据，仅仅加入该媒体流服务器所播放的数据所在的多播组即可。 组播技术从提出到现在，它的一些标准和技术已经相当完善了，但推广还不是十分广 泛，尤其是在我国，人们对组播的认识还处于一个朦胧的阶段，更谈不上规模应用。为了让 大家尽快的了解组播技术，我们在本文中给出一些学习指引，主要有下列内容： 1。组播基础概念，这些概念是深入学习组播的最基础的东西，如果对这些基础概念不 了解，学习组播将是一句空话； 2。流行组播协议，在文中我们不具体分析哪种组播协议，而给出组播协议的一些共性， 并列举了目前比较流行的组播协议和它的应用场合； 3。列举了一些参考资料，这些资料按照不同的读者层次列举，既有面向组播专家的高级论题，也有面向初学者的入门文章。 总之，本文是面向组播初学者的，如果你从没有接触过组播技术，那么仔细的阅读本文并掌握介绍的一些基本概念，然后参考文中列举的其他文章，将会是一种良好的学习路径。如果您是一位组播技术方面的专家，阅读本文也不无裨益，您可以从不同的角度来了解组播的基础概念，也可以参考文中提到的其他组播文章，相信对您也是有好处的。
IGMP Snooping协议简介 3.1.1 igmp snooping原理 igmp snooping运行在数据链路层，是二层以太网交换机上的组播约束机制，用于管理和控制组播组。 当二层以太网交换机收到主机和路由器之间传递的igmp报文时，igmp sno oping分析igmp报文所带的信息。当监听到主机发出的igmp主机报告报文时，交换机就将该主机加入到相应的组播表中；当监听到主机发出的igmp离开报文时，交换机就将删除与该主机对应的组播表项。通过不断地监听igmp报文，交换机就可以在二层建立和维护mac组播地址表。之后，交换机就可以根据mac 组播地址表转发从路由器下发的组播报文。 没有运行igmp snooping时，组播报文将在二层广播，如图3-1所示。 运行igmp snooping后，报文将不再在二层广播，而是进行二层组播，如图 3-2所示.
3.1.2 igmpv3 snooping简介 s9500交换机支持igmpv1、 igmpv2、igmpv3协议。igmpv3协议是在igmpv 2报文的基础上的扩充。igmpv3允许主机指定接收某些网络发送的某些组播组，相比以前的版本，增加了主机的控制能力，不仅可以指定组播组，还能指定组播的源。 igmp查询报文分通用查询报文、特定组查询报文，下文着重介绍igmpv3新增的报文。 3.1.3 查询报文 igmpv3新增特定源组查询报文格式如下，从图中可以分辨igmpv2、igmpv3查询报文的格式的不同： 对于通用查询报文，igmpv2报文长度为8字节，igmpv3长度为12字节。 对于特定组查询报文，igmpv2报文长度为8字节，igmpv3长度大于等于12字节。 igmpv3特定源组查询报文，长度大于12字节。
收稿日期:2003211222;修返日期:2003212226 基金项目:教育部博士点基金资助项目(20030290003) 应用层组播综述 3 李 晟,余镇危,潘 耘,李 霞,曹建华,武浦军 (中国矿业大学(北京)计算机系,北京100083) 摘 要:为了加速组播的应用,解决现有组播存在的问题,近年来提出了应用层组播。将组播的功能从路由器转移到终端,不需要路由器维护组播组的路由表,且不用改变现有网络设施,方便实现组播功能。论述了现有的应用层组播,并对它们进行比较和评价,最后提出发展前景和进一步的研究方向。关键词:应用层组播;组通信;组播路由;覆盖拓扑 中图法分类号:TP393104 文献标识码:A 文章编号:100123695(2004)1120014204 A Survey of the Application 2level Multicast LI Jun 2sheng ,Y U Zhen 2wei ,PAN Y un ,LI X ia ,C AO Jian 2hua ,W U Pu 2jun (Dept.o f Computer ,China University o f Mining &Technology at Beijing ,Beijing 100083,China ) Abstract :In order to accelerate the deployment and s olve the existing problems of multicast ,there has been proposed application 2level multicast.It shifts the multicast ability from routers to the end h osts ,therefore routers need n ot maintain the routing table and d oes n ot m odify the in frastcture of the current netw ork.T he multicast function is easily fulfilled.T his paper depicts the existing application 2level multicast ,evaluates and com pares with them.In the end the prospect and the future w ork is discussed.K ey w ords :Application 2level Multicast ;G roup C ommunication ;Multicast R outing ;Overlay T opology 1988年S teve Deering 首先在他的博士论文中提出IP 组播。 IP 组播用于一对多、多对多、多对一的组通信。它是一种有效 的数据传输应用,发送的同一数据在物理链路中只传输一次,减少了数据包在网络传输中的冗余,节约了带宽,提高了传输效率 [1] 。组播 [2] 自提出到现在已经有十多年了,却还没有被广 泛地应用到Internet [3],主要有以下一些原因: (1)技术上的原因。组播还是一个很复杂的研究领域,许多的协议还没有实现,对其监控、管理比较复杂,如对组的管理、组播地址的分配、安全方面的、支持网络管理方面的问题。 (2)市场的原因。打破了传统的计费模式,当前的组播的服务模式没有支持组播的付费,要在当前的服务模式和协议体系结构下普遍化和商业化,IP 组播会遇到很多困难。 (3)组播还存在“鸡”和“蛋”的问题。当前组播的研究主要还是受学术的驱动,而客户需求驱动较少。 应用层组播将对组播功能的支持从路由器转移到终端系统,在终端之间运用原来的单播方式进行传输,这样不必改变原有网络中基础设施,也不需要路由器维护组播组的路由表,可以比较容易地实现组播,加速了应用。 1 应用层组播介绍 应用层组播的基本模型 [4] 如图1所示。图1(a )为IP 组播 数据传输的方式,数据在网络内部的路由器上进行复制;图1 (b )为应用层组播的数据包在网络的终端系统进行复制 。 图1 应用层组播的模型 111 应用层组播的优点 (1)应用层组播能够很快就进入应用,不需要改变现有网 络路由器。 (2)接入控制更容易实现。由于单播技术在这方面比较成熟,而应用层组播是通过终端系统之间单播来实现的,所以差错控制、流控制、拥塞控制容易实现。 (3)地址分配问题也就可以有相应的解决方案。 112 应用层组播的缺点 (1)可靠性:终端系统的可靠性比路由器差。 (2)可扩展性:底层的路由信息对应用层组播来说是隐藏 起来的,可扩展性不好。 (3)延迟比较大:IP 组播主要是链路上的延迟,而在应用层组播中,数据还要经过终端系统,因而延迟相对要大一点。 (4)传输效率不如IP 组播:应用层组播在数据传输过程中会产生数据冗余,因此它们比IP 组播的效率差。 113 应用层组播的性能参数[5] 评价应用层组播协议一般用以下几种方式:(1)数据分发路径的质量 主要有下面三个指标:①强度(S tress )。在一条物理链路中发送相同数据包的数量。显然IP 组播进行转发的时候并进行多余的复制,所以是最优值1。如图1(b )中1～4的强度为2。
摘要 车载自组织网络(VANET：vehicular ad hoc networks)是由车载节点、路边通信基础设施和服务器组成的自组织无线多跳网络。与传统的基础设施网络相比，车载自组织网络具有成本低、容易部署和操作的优势。另外从技术角度来看，车载自组织网络能够方便地为临近车辆建立实时或者非实时的短距离通信。车载自组网能够通过车辆信息（如车速、位置和方向等）以及路况信息（如拥塞情况、交通指示灯信息和道路实时状态等）的交互，提高车辆通行效率及安全性。车载自组网主要应用于智能交通系统中的安全预警、协助驾驶、分布式交通信息发布、基于通信的车辆控制及办公与娱乐化等方面。本文主要从车载自组织网络的背景、结构介绍、重难点和研究现状以及应用领域对VANET进行综述。 关键词：VANET 车载通信路由协议
目录 一、背景及意义 (4) 1.1 研究背景 (4) 1.1.1 国际动态 (4) 1.1.2 国动态 (4) 1.2 研究意义 (4) 1.2.1 降低事故率 (4) 1.2.2 提高交通系统效率 (4) 1.2.3 开发跨领域应用 (4) 二、网络结构与通信方式 (5) 2.1 车载自组网络结构 (5) 2.2 车载自组网通信方式 (5) 三、路由协议[5] (6) 3.1 单播路由协议 (7) 3.1.1 平面路由协议 (7) 3.1.2 基于分簇的路由协议 (7) 3.2 广播路由协议 (8) 3.3 地理组播路由协议 (8) 3.4 路由协议小结 (8) 四、车载自组织网络相关技术[7] (8) 4.1 物理层标准 (8) 4.2 MAC层[9] (9)
五、车载自组网络特点及研究难点 (10) 5.1 车载自组网特点 (10) 5.1.1 优点 (10) 5.1.2 缺点 (10) 5.2 研究难点 (11) 六、应用领域[10] (11) 6.1 主动安全应用 (12) 6.2 公共安全应用 (12) 6.3 改善驾驶应用 (12) 6.4 电子商务与移动娱乐应用 (12) 七、结语 (13) 八、参考文献 (13) 一、背景及意义 1.1研究背景 随着机动车的广泛发展，车联网发展迅速。其中，作为车联网的一个分支，车载自组织网络技术已经引起世界各国研究机构和科研人员的密切关注。 1.1.1国际动态 2003年,美国的联邦通信委员会专门为车辆间通信划分了一个专用频段。在该年的汽车通信标准化会议上，各国专家提出的车用自组织网络技术有望将交通事故带来的损失降低50％。2004年~2006年，MobiCom专门召开了3次专题研讨会讨论VANET。2005年,欧洲成立了车辆间通信联盟(Car2Car communication consortium)。日本也通过了两个车辆间通信标准。具体的研究项目有欧洲多国合作开展的Fleenet项目、德国的“Network on Wheels”、日本JSK领导的“Association of Electronic Technology for Automobile Traffic and Driving”，“Group Cooperative Driving”、美国的VII、美国马里立大学的TrafficView项目、法国多个研究机构合作开展的CIVIC等。 1.1.2国动态
第２２卷第３期计算机仿真２００４年４月 文章编号：１００６—９３４８（２００５）０３—０１４５—０４ ＨＬＡ／ＲＴＩ仿真系统中应用层组播通信的设计与实现 汤伟１，刘晓明２，黄松２ （１．解放军理工大学通信工程学院，江苏南京２１０００７；２解放军理工大学指挥自动化学院，江苏南京２１０００７）摘要：底层通信方式是影响／－ＫＡ／ＲＴＩ仿真系统性能的一个重要因素。采用组播的通信方式能够显著的提高ＨＬＡ／ＲＴＩ仿真 系统的性能。基于口组播的应用研究了很长时间，但在实施上还存在很多困难，软硬件方面的问题都有。近年来，不少人 都开始反思口组播体系结构本身的问题，并提出将复杂的组播功能放在端系统来实现的新思想，这就是应用层组播技术。 该文根据应用层组播的思想，设计实现了一套简单的基于应用层组播的Ｉ－ＩＬＡ／ＲＴＩ组播通信解决方案，为解决ＨＬＡ／ＲＴＩ仿真 系统的通信问题提供了新思路。 关键词：分布式仿真；高级体系结构；组播；应用层组播技术 中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标识码：Ａ ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＬａｙｅｒ ＭｕｌｔｉｃａｓｔｉｎｇｉｎＨＬＡ／ＲＴＩＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ ＴＡＮＧＷｅｉｌ，ＬＩＵＸｉａｏ—ｍｉｎ＿，ＨＵＡＮＧＳｏｎｇ （１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒ，ＰＬＡＵｎｉｖ．ｏｆＳｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．，ＮａｎｊｉｎｇＪｉａｎｇｓｕ２１０００７，Ｃｈｉｎａ； ２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｏｍｍａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＰＬＡＵｎｉｖ．ｏｆＳｃｉ．＆Ｔｅｅｈ．，ＮａｎｊｉＩｌｇＪｉａｎｇｓｕ２１０（｝０７，Ｃｈｉｎａ）ＡＢ蜘［ＲＡＣＩ．：ＴｈｅｗａｙｏｆｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｈａｓｍｕｃｈｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＨＬＡ／ＲＴＩｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ｕｓｉｎｇｍｕｌｔｉ－ ｃａｓａｎｇｉｎｓｔｅａｄｏｆｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇｉｎＨＬＡ／ＲＴＩｓｉｍｌ】１ａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｖａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｇｒｅａｔｌｙ．Ｍｕｃｈｔｉｍｅｈａｄｂｅｅｎ ｔａｋｅｎｔｏｓｔｕｄｙＩＰｍｕｌｔｉｃａｓｔｉｎｇ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｔ’ｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｐｕｔｉｔｉｎｔｏａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｒｅｃｅｎｔｌｙ，ａｎｅｗｔｈｏｕｇｈｔｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｂｙ ８０ｍｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｒ．Ｔｈｅｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｃａｌｌｅｄａｐｐｈｅａｆｉｏｎｌａｙｅｒｍｕｌｔｉｃａｓｔｗｈｉｃｈｉｍｐｌｅｍｅｎｔｔｈｅｍｕｌｔｉｃａｓｔｉｎｇｉｎｅｎｄｓｙｓｔｅｍ ｉｎｓｔｅａｄｏｆｉｎｎｅｔｗｏｒｋｓｙｓｔｅｍ．ｑｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｄａｓｏｌｕｔｉｏｎｔｏｔｈｅＨＬ∥ＲＴＩｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｌａｙｅｒ ｍｕｌｔｉｃａｓｔ． ＫＥＹＷＯＲＩ）ｓ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＨｉｇｈＩｅｖｅｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（ＬＨＡ）；Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｌａｙｅｒｍｕｌｔｉｃａｓｔ １引言 随着计算机技术、网络技术、仿真技术和虚拟技术的发展，分布式仿真越来越多地被运用到各个领域当中。从早期的Ｄ／Ｓ系统，到现在的甩Ａ框架，采用的技术越来越先进，应用范围也日趋广泛。ＤＩＳ系统采用的是广播的通信方式。而在阳Ａ框架中，由ＲＴＩ来提供管理功能和通信支持。ＲＴＩ一般可采用多种通信方式来系统通信支持，例如在多处理机系统中，可采用共享内存的方式进行通信，而在当前普遍应用的ＴＣＰ／ＩＰ网络中，一般是采用基于口的计算机网络互连这种通信方式。 基于ＨＩＡ／ＲＴＩ体系结构的分布式仿真系统主要包括：底层通信网络、运行时支撑结构（Ｒｕｎ—ＴｉｍｅＩｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ＲＴＩ），应用对象模型和管理对象模型。ＲＴＩ是联邦执行的核心，是 收稿日期；２００３—１０—０９仿真系统进行分层管理控制、实现分布式交互仿真可扩充性的基础。ＲＴＩ具有以下特点：各个联邦成员可以使用不同的程序语言、操作系统和设备；加入联邦的成员数量不受限制；ＲＴＩ作为软件的核心，具有通用性，不随仿真的种类和内容而变化。这种结构能够保证仿真应用的设计可以独立于联邦，也增强了仿真应用的互操作性，提高了仿真平台的可重用性。由于ＨＬＡ／ＲＴＩ仿真系统有自己的特点，通常是一部分联邦成员对某些数据感兴趣，之间存在着数据通信。这种情况下，通常是采取组播的通信方式，如果按照ＤＩＳ采用广播，会造成网络带宽资源的浪费，严重时还会造成广播风暴，严重影响系统的性能。但是组播通信虽然研究了很多年，真正投人应用的却非常少，主要的问题包括扩展性，网络管理，实施和高层应用的支持。本文针对这一情况，提出了一套基于应用层组播的解决方案。 －－－——１４５?－－—— 万方数据
IP组播目录 目录 PIM (1) PIM简介 (1) PIM-DM简介 (1) PIM-DM工作机制 (2) PIM-SM简介 (4) PIM-SM工作机制 (5) PIM-SM管理域机制介绍 (10) SSM模型在PIM中的实现 (12) 多实例的PIM (13)
PIM PIM简介 PIM是Protocol Independent Multicast（协议无关组播）的简称，表示可以利用静 态路由或者任意单播路由协议（包括RIP、OSPF、IS-IS、BGP等）所生成的单播 路由表为IP组播提供路由。组播路由与所采用的单播路由协议无关，只要能够通过 单播路由协议产生相应的组播路由表项即可。PIM借助RPF（Reverse Path Forwarding，逆向路径转发）机制实现对组播报文的转发。当组播报文到达本地设 备时，首先对其进行RPF检查：若RPF检查通过，则创建相应的组播路由表项， 从而进行组播报文的转发；若RPF检查失败，则丢弃该报文。 根据实现机制的不同，PIM分为以下两种模式： z PIM-DM（Protocol Independent Multicast-Dense Mode，协议无关组播—密集模式） z PIM-SM（Protocol Independent Multicast-Sparse Mode，协议无关组播—稀疏模式） 说明： 为了描述的方便，本文中把由支持PIM协议的组播路由器所组成的网络简称为“PIM 域”。 PIM-DM简介 PIM-DM属于密集模式的组播路由协议，使用“推（Push）模式”传送组播数据， 通常适用于组播组成员相对比较密集的小型网络。 PIM-DM的基本原理如下： z PIM-DM假设网络中的每个子网都存在至少一个组播组成员，因此组播数据将被扩散（Flooding）到网络中的所有节点。然后，PIM-DM对没有组播数据转 发的分支进行剪枝（Prune），只保留包含接收者的分支。这种“扩散—剪枝” 现象周期性地发生，被剪枝的分支也可以周期性地恢复成转发状态。 z当被剪枝分支的节点上出现了组播组的成员时，为了减少该节点恢复成转发状态所需的时间，PIM-DM使用嫁接（Graft）机制主动恢复其对组播数据的转发。
一、什么是组播 1．什么是组播？ 组播是一种数据包传输方式，当有多台主机同时成为一个数据包的接受者时，出于对带宽和CPU负担的考虑，组播成为了一种最佳选择。 2．组播如何进行工作？ 组播通过把224.0.0.0-239.255.255.255的D类地址作为目的地址，有一台源主机发出目的地址是以上范围组播地址的报文，在网络中，如果有其他主机对于这个组的报文有兴趣的，可以申请加入这个组，并可以接受这个组，而其他不是这个组的成员是无法接受到这个组的报文的。 3．组播和单播的区别？ 为了让网络中的多个主机可以同时接受到相同的报文，如果采用单播的方式，那么源主机必须不停的产生多个相同的报文来进行发送，对于一些对时延很敏感的数据，在源主机要产生多个相同的数据报文后，在产生第二个数据报文，这通常是无法容忍的。而且对于一台主机来说，同时不停的产生一个报文来说也是一个很大的负担。 如果采用组播的方式，源主机可以只需要发送一个报文就可以到达每个需要接受的主机上，这中间还要取决于路由器对组员和组关系的维护和选择。 4．组播和广播的区别？ 如同上个例子，当有多台主机想要接收相同的报文，广播采用的方式是把报文传送到局域网内每个主机上，不管这个主机是否对报文感兴趣。这样做就会造成了带宽的浪费和主机的资源浪费。而组播有一套对组员和组之间关系维护的机制，可以明确的知道在某个子网中，是否有主机对这类组播报文感兴趣，如果没有就不会把报文进行转发，并会通知上游路由器不要再转发这类报文到下游路由器上。 众所周知的D类IP地址 D类地址用途 224.0.0.1 在一个子网上的所有主机 224.0.0.2 在一个子网上的所有路由器 224.0.0.4 所有DVMRP协议的路由器 224.0.0.5 所有开放最短路径优先（OSPF）路由器 224.0.0.6 所有OSPF指定路由器 224.0.0.9 所有RIPv2路由器 224.0.0.13 所有PIM协议路由器 224.0.0.0-224.0.0.255 保留作本地使用，做管理和维护任务 239.0.0.0-239.255.255.255 留用做管理使用 二、组播协议的要素 通过和广播，单播的数据传输方式的比较，我们可以发现组播中最关键的两个部分：1．组的管理和维护 在组播这套协议中，在网络设备和所连接的子网需要有一套协议或机制来保证网络设备知道所连接的子网中，有多少台主机属于一个特定的组。 组播地址的分配 组播地址的动态分配： SDR (Session Directory Tool)技术允许应用程序在建立新的会话时随意选用组播地址，通过冲突检测技术避免地址的重复使用，这种方法适用于初期应用较少的MBONE
应用层组播研究综述 章淼1，徐明伟2，吴建平2 （1.清华大学信息网络工程研究中心, 北京100084； 2.清华大学计算机科学与技术系, 北京100084） 摘要：组播是互联网研究的一个重要课题。最近的研究发现IP组播方案存在一些很难解决的问题。基于互联网的性质和应用的特点，在IP组播模型、Overlay Network和Peer-to-Peer等技术的基础上，发展出了应用层组播技术。本文总结了目前应用层组播领域的主要算法，重点分析了其中的主要研究问题，概括了应用层组播算法研究中主要使用的评价方法，并对应用层组播的相关研究问题进行了讨论，并对未来的研究作了展望。 关键词：组播；应用层；Ｏｖｅｒｌａｙ；互联网 中图分类号: TP393 文献标识码: A文章编号: 0372-2112( ) Survey on Application Layer Multicast ZHANG Miao1, Xu Ming-wei2, WU Jian-ping2 (1. Network Engineering Research Center, Tsinghua University, Beijing 100084,China; 2. Dept. of Computer Science & Technology, Tsinghua University, Beijing 100084, China) Abstract: Multicast is an important research topic for the Internet. Recent research shows some intrinsic limitation in IP Multicast, and Application Layer Multicast (ALM) is proposed. In this article we discuss and classify some major algorithms proposed for ALM. The fundamental problems in ALM research are identified and the metrics for evaluation of ALM algorithms are summarized. Some topics (e.g., Overlay Network, media encoding method) are also discussed for their close relationship with ALM research. Finally, some possible directions for future research are discussed. Key words: Multicast; application layer; overlay; Internet . １ 引言 组播是互联网研究的重要课题。IP组播是对互联网的“单播、尽力发送”模型的重要扩充，组播的主要功能在路由器上实现，通过合并重复信息传输来减少带宽浪费和降低服务器的负担。由于IP组播在传输技术和管理上存在严重问题，目前没有在互联网中普遍采用。 最近出现了“应用层组播”（ALM: Application Layer Multicast）技术。它保持了互联网的“单播、尽力发送”模型，主要通过端系统来实现组播功能。应用层组播的系统框架和很多技术还在研究当中。媒体编码技术、Peer-to-Peer和Overlay Network等技术的发展对应用层组播也有很大的促进。 本文组织如下：第2部分分析IP组播的问题；第3部分总体介绍应用层组播；第4部分分类介绍应用层组播的主要算法；第5部分讨论应用层组播相关的其它技术；第6部分讨论应用层组播的关键技术；第7部分讨论应用层组播算法的评价方法；第8部分总结全文。 ２ ＩＰ组播的回顾 IP组播的主要思想是在Internet单播的框架上进行扩展，功能主要通过路由器来实现。 收稿日期： YYYY-MM-DD; 修回日期： YYYY-MM-DD 基金项目：国家自然科学基金（No.90104002，60373010，60303006）资助课题；973项目（No.2003CB324801）资助课题
组播提出的背景： 需要提出一种可行的高效的点到多点通信方法对比单播、广播、组播 单播： 对服务器的CPU、内存消耗过大,带宽需求较高广播： 对路由器的开销过大，链路带宽消耗过大
组播的优势和劣势 优势： 实现高效的点到多点的通信 支持分布式应用 实现冗余备份和业务数据分流 劣势： 组播基于UDP，容易出现丢包现象容易出现报文的转发失序 没有较好的流控方法 部署组播网络的瓶颈问题---带宽问题组播应用：
----组播协议 --组播组管理协议 --组播路由协议 组播组管理协议：规定了主机与三层设备之间建立和维护组播成员关系的机制。 使用的协议：IGMP（internet group management protocl） 互联网组管理协议 CGMP（Cisco私有协议，功能类似与IGMPsnooping） MLDP（Multicast listener discover protocl） 组播侦听者发现协议 组播路由协议：运行在三层组播设备之间，用于建立和维护组播路由，并正确高效的转发组播数据包 域内使用的协议：PIM（protocol independent multicast） 协议无关组播 两个模式： PIM-DM（dense mode）密集模式 PIM-SM（sparse mode）稀疏模式 域间使用的协议：MSDP（multicast source discover protocl 组播源发现协议 MBGP（multicast BGP）组播BGP 可以跨越AS传递组播。 多播地址：
前4个比特总为：1110 范围：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255 MAC地址：采用保留的IEEE802地址0100.5E00.0000 第8个比特位为I/G 比特，当为1时，表示是多播地址 将组地址的最后23bit映射到保留地址0100.5E00.0000 注：其中有32个不同的D类IP地址能映射成相同的一个MAC地址 注：因为组地址已知，那么MAC地址也已知，所以在组播中是不存在ARP的 保留地址 224.0.0.0 ~ 224.255.255.255 保留给路由协议和其他网络维护功能 注：多播路由器不会把目的地址是该范围的数据包前转 224.0.0.1 子网中的所有系统 224.0.0.2 子网中的所有路由器 224.0.0.4 DVMRP路由器 224.0.0.5 所有OSPF路由器 224.0.0.6 OSPF指定路由器 224.0.0.9 RIP-2路由器 224.0.0.10 EIGRP路由器 224.0.0.13 PIM路由器 224.0.0.15 CBT路由器 224.0.0.39 Cisco-RP-Announce 224.0.0.40 Cisco-RP-Discovery IGMP IGMP：互联网组管理协议
单播：网络中传输的信息量与需要该信息的用户量成正比。多份内容相同的信息发送给不同用户，对信源及网络带宽都将造成巨大压力 广播：无需接收信息的主机也将收到该信息，这样不仅信息安全得不到保障，且会造成同一网段中信息泛滥 组播：有效地解决了单播和广播在点到多点应用中的问题。组播源只发送一份数据，数据在网络节点间被复制、分发，且只发送给需要该信息的接收者 传统点到点应用：（传统的电子邮件、WEB、网上银行等） 特点：1.服务提供端以单个用户为单位提供服务（同时只有一个数据发送者和接收者） 2.不同用户与服务提供端的通信数据存在差异 两个通信实体之间的通信过程如下： 1.Server封装数据包并发出，其中源IP为自身IP，目的IP为远端Client地址，源MAC为自身MAC地址，目的MAC为网关路由器的MAC地址。 2.网关路由器收到数据包，解封装后根据目的IP查找路由表，确定去往目的IP的下一跳地址及出接口。重新封装源数据包，从相应出接口发给下一跳设备继续转发。 3.经过路由器的多次逐条转发，数据包到达Client所在网络，Client收到数据后，对数据包进行解封装并交由本机上层应用协议处理。 新型点到多点应用：（在线直播、网络电视、视频会议等） 特点：1.服务提供端以一组用户为单位提供服务 2. 同组用户与服务提供端的通信数据无差异 3.对信息安全性、传播范围、网络带宽提出了较高的要求 部署方式： 1.单播：在一台源IP主机和一台目的IP主机之间进行（网络上绝大部分的数据都是以单播的形式传输的，例如电子邮件收发、网上银行都是采用单播实现的）（逐跳） 特点： 1.一份单播报文，使用一个单播地址作为目的地址，若网络中存在N个接收者，则Source需要发送N份单播报文 2.网络为每份单播报文执行独立的数据转发，形成一条独立的数据传送通路 缺陷： 1.重复流量过多 2.消耗设备和链路带宽资源 3.难以保证传输质量 2.广播：一台源IP主机和网络中所有其它的IP主机之间进行，属于一对所有的通讯方式，所有主机都可以接收到（不管是否需要） 特点：1.一份广播报文，使用一个广播地址作为目的地址。 2.不管是否有需求，保证报文被网段中的所有用户主机接收 缺点：只能在一个网段 1.地域范围限制 2.安全性无法保障 3.有偿性无法保障
软件定义网络综述 摘要：现有网络设备支持的协议体系庞大，导致高度复杂，不仅限制了IP网络的技术发展，更无法满足当前云计算、大数据和服务器虚拟化等应用趋势。软件定义网络（Software Defined Network, SDN ），是一种新型网络创新架构，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。介绍了OpenFlow技术的产生背景、特点及发展现状，分析了基于OpenFlow的SDN体系结构和平台设计的关键技术，并探究了SDN技术在网络管理自动化、光网络传输与IP承载的统一控制、无线网络的平滑切换、网络虚拟化和QoS保证等方向的应用。 关键词：软件定义网络；OpenFlow；网络虚拟化；管理自动化；QoS 引言：目前，网络已经成为支撑现代社会发展以及技术进步的重要基础设施之一，它深深地改变了人们的生产、生活和学习方式；然而，传统网络架构越来越不能满足当今企业、运营商以及用户的需求。传统互联网由极其复杂的交换机、路由器、终端以及其他设备组成，这些网络设备使用着封闭、专有的内部接口，并运行着大量的分布式协议。在这种网络环境中，对于网络管理人员、第三方开发人员(包括研究人员)，甚至设备商来说，网络创新都是十分困难的。例如，研究人员不能够验证他们的新想法；网络运营商难以针对其需求定制并优化网络，难以使得他们的收益最大化；甚至对于设备商来说。也不
能及时地创新以满足用户的需求。封闭的网络设备所带来的结果是：网络依旧面f临着诸多问题与挑战，如安全性、健壮性、可管理性以及移动性等等；网络维护成本仍然居高不下，网络管理需要大量的人工配置等等。近年来，逐渐兴起的SDN正试图打破这种僵局，并成为了近年来学术界和工业界讨论的热点。 一．软件定义网络的产生及巨大意义 软件定义网络(SDN)是由美国斯坦福大学Cleanslate研究组提出的一种新型网络架构，设计初衷是为了解决无法利用现有网络中的大规模真实流量和丰富应用进行实验，以便研究如何提高网络的速度、可靠性、能效和安全性等问题。其基本思想是把当前IP网络互连节点中决定报文如何转发的复杂控制逻辑从交换机／路由器等设备中分离出来，以便通过软件编程实现硬件对数据转发规则的控制，最终达到对流量进行自由操控的目的。SDN技术于2009年入选美国MIT主办的《技术评论》杂志十大新兴技术之一旧1。其核心技术OpenFlow?使能了交换／路由器的控制面与转发面功能的解耦，由集中控 制器(controller)下发统一的数据转发规则给交换设备，使得控制器与交换设备可独立发展。尽管SDN定义了一种新型的网络体系架构，属于下一代网络技术研究课题，但它并不革新原有IP分层网络的报文转发行为，只简化报文转发规则产生的复杂性。为此，随着IP网络研究的僵化和互连设备无法适应新应用如BYOD(bring your own device，自带设备到工作场所)、IrI'定制化、云计算、Bigdata、虚拟化服务器等的广泛出现，使得SDN技术在短短2—3年时间内就成为网络学术研
组播技术白皮书 IP组播技术实现了IP网络中点到多点的高效数据传送。因为组播能够有效地节约网络带宽、降低网络负载，所以在实时数据传送、多媒体会议、数据拷贝、游戏和仿真等诸多方面都有广泛的应用。本文介绍了组播的基本概念和目前通用的组播协议，以及组播组网的基本方案；并针对组播业务需求和运营过程中面临的问题，提出了电信级的可运营、可管理的“受控组播”解决方案，包括信源管理、用户管理和组播安全控制等方面的内容。 关键词 组播 运营管理 受控组播 IGMP DVMRP PIM-SM PIM-DM MBGP MSDP 1 组播概述 1.1组播技术的产生原因 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。 IP组播是指在IP网络中将数据包以尽力传送（best-effort）的形式发送到网络中的某个确定节点子集，这个子集称为组播组（multicastgroup）。IP组播的基本思想是，源主机只发送一份数据，这份数据中的目的地址为组播组地址；组播组中的所有接收者都可接收到同样的数据拷贝，并且只有组播组内的主机（目标主机）可以接收该数据，网络中其它主机不能收到。组播组用D类IP地址（224.0.0.0～239.255.255.255）来标识。 1.2组播技术的市场前景 IP组播技术有效地解决了单点发送多点接收的问题，实现了IP网络中点到多点的高效数据传送，能够大量节约网络带宽、降低网络负载。作为一种与单播和广播并列的通信方式，组播的意义不仅在于此。更重要的是，可以利用网络的组播特性方便地提供一些新的增值业务，包括在线直播、网络电视、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等互联网的信息服务领域。 组播从1988年提出到现在已经经历了十几年的发展，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。随着互联网建设的迅猛发展和新业务的不断推出，组播也必将走向成熟。尽管目前端到端的全球组播业务还未大规模开展起来，但是具备组播能力的网络数目在增加。一些主要的ISP已运行域间组播路由协议进行组播路由的交换，形成组播对等体。在IP网络中多媒体业务日渐增多的情况下，组播有着巨大的市场潜力，组播业务也将逐渐得到推广和普及。 2 组播技术的基本原理 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、
第七章IP组播 7.1 组播概述 作为一种与单播（Unicast）和广播（Broadcast）并列的通信方式，组播（Multicast）技术能够有效地解决单点发送、多点接收的问题，从而实现了网络中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。 利用组播技术可以方便地提供一些新的增值业务，包括在线直播、网络电视、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等对带宽和数据交互的实时性要求较高的信息服务。 7.1.1 三种信息传输方式的比较 1 单播方式的信息传输 如图所示，在IP网络中若采用单播的方式，信息源（即Source）要为每个需要信息的主机（即Receiver）都发送一份独立的信息拷贝。 图单播方式的信息传输 假设Host B、Host D 和Host E 需要信息，则Source 要与Host B、Host D 和HostE 分
别建立一条独立的信息传输通道。 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，因此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。 从单播方式的信息传播过程可以看出，该传输方式不利于信息的批量发送。 2 广播方式的信息传输 如图所示，在一个网段中若采用广播的方式，信息源（即Source）将把信息传送给该网段中的所有主机，而不管其是否需要该信息。 图广播方式的信息传输 假设只有Host B、Host D 和Host E 需要信息，若将该信息在网段中进行广播，则原本不需要信息的Host A 和Host C 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的泛滥。 因此，广播方式不利于与特定对象进行数据交互，并且还浪费了大量的带宽。 3 组播方式的信息传输 综上所述，传统的单播和广播的通信方式均不能以最小的网络开销实现单点发送、多点接收的问题，IP 组播技术的出现及时解决了这个问题。 如图所示，当IP网络中的某些主机（即Receiver）需要信息时，若采用组播的方式，组播源（即Source）仅需发送一份信息，借助组播路由协议建立组播分发树，被传递的信息在距离组播源尽可能远的网络节点才开始复制和分发。
组播技术模拟 试卷满分：100 一.单项选择题（单项选择题。每小题2.0分,共30分） 1.下列关于PIM-SM协议的说法，错误的是（）。 A.PIM-SM网络里面，既有共享树，又有源树 B.BSR的作用是选举RP C.RP的作用的作为共享树的根，转发组播数据 D.RP和BSR不能是同一台路由器 正确答案：D； 自己得分：0.0 教师评述： 2.IP地址中，组播地址的前几位特定比特值是（）。 A.1100 B.1110 C.1010 D.1011 正确答案：B； 自己得分：0.0 教师评述： 3.关于IGMPV2版本，下列哪个叙述是正确的？ A.V2版本没有定义成员关系常规查询报文 B.V2版本没有定义成员关系报告报文 C.V2版本没有定义成员离开报文 D.V2版本定义了抑制机制 正确答案：D； 自己得分：0.0 教师评述： 4.在PIM-SM中，接收点是如何得知源组所在位置的？ A.源将源组信息(S,G)，组播到所有的PIM路由器 B.源向RP注册源组信息(S,G)，接收端向RP申请加入组G，发送(*,G) 加入消息，在RP 处匹配 C.接收端向所有的端口发送加入组消息(*,G)，消息到达提供组播组G数据的源端S，源将S的消息单播到接收端 D.源向RP注册源组信息(S,G)，RP将所有(S,G)消息组播到所有PIM路由器 正确答案：B； 自己得分：2.0 教师评述： 5.在IGMPv2报文头中，下列哪个类型值标示这是一个成员关系查询消息？
A.0x11 B.0x16 C.0x17 D.0x12 正确答案：A； 自己得分：0.0 教师评述： 6.共享树的组播路由表项中，不包括哪个内容？ A.（*，G） B.in-interface C.next-hop D.out-interface list 正确答案：C； 自己得分：0.0 教师评述： 7.PIM-SM的工作流程中，不包括（）。 A.RP选举 B.共享树建立 C.扩散-剪枝 D.SPT切换 正确答案：C； 自己得分：0.0 教师评述： 8.下列关于PIM-DM和PIM-SM的叙述，正确的是（）。 A.PIM-DM协议假设刚开始时网络中没有接收者 B.PIM-SM协议假设刚开始时网络中每个子网都有接收者 C.PIM-DM协议也适用于稀疏场景 D.PIM-SM协议也适用于密集场景 正确答案：D； 自己得分：0.0 教师评述： 9.关于IGMPv2查询器的选举机制正确的是（）。 A.具有大的接口IP地址的路由器将成为查询器 B.具有小的接口IP地址的路由器将成为查询器 C.查询器的选举依据上层协议 D.IGMPv1和IGMPv2查询器的选举机制是一样的 正确答案：B； 自己得分：0.0 教师评述：