IP组播技术实现了IP网络中点到多点的高效数据传送，能够有效地节约网络带宽、降低网络负载。但是，在组播网络设计时仍应十分小心，以免引起网络性能恶化或由于不恰当地使用IP组播应用而过分地消耗网络带宽，使网络发生故障。另外，随着Internet迅猛发展，其网络规模越来越庞大，结构越来越复杂，仅仅依靠端到端的拥塞控制是不够的，网络必须参与资源的控制工作。目前IP组播拥塞控制策略是在路由器中采用包调度算法结合缓存管理技术，由此而产生了几种IP处理的方法。本文主要从IP组播流量管理和拥塞控制两方面进行了一些探讨。
传统的IP通信是在一个源IP主机和一个目标IP主机之间(单播)或者一个源IP主机和网络中所有的IP主机之间(广播)进行的。现在要将信息发送给网络中的多个而非所有IP主机，如果采用传统的IP通信技术就有两种方法可以选择：要么采用广播方式，要么由源IP主机分别向网络中的多个目标IP主机单播发送IP包。广播方式不仅会将信息发送给不需要的IP主机而浪费带宽，也可能由于路由回环引起一场严重的广播风暴。单播方式由于IP包的重复发送而白白浪费掉大量带宽，同时也增加了服务器的负载。可见，传统的IP通信技术不能有效地解决单点发送多点接收的问题。而IP组播却很好地解决了这个问题。
组播是指信源将信息发向所有网络节点的某个确定子集的点到多点的通信形式。IP组播是指在IP网络中数据包以尽力传送的形式发送到所有网络节点的某个确定子集，这个子集称为组播组。IP组播的基本思想是源IP主机只发送一份数据，一个或多个接收者可接收相同数据的拷贝。即允许源IP主机向网上所有IP主机的一部分(子集)发送IP分组，只有该子集内的主机(目标主机)可以接收该分组，而网络中其它IP主机不能收到该分组。这种逻辑上的子集(目标主机)就是组播组，用D类IP地址(224.0.0.0～239.255.255.255)来标识。
IP组播技术有效地解决了单点发送多点接收、多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。能够有效地节约网络带宽、降低网络负载。IP组播技术在实时数据传送、网络电视、多媒体会议、数据拷贝、游戏和仿真等诸多方面都得到了广泛的应用。
２００７年第６期 计算机与现代化 ＪＩＳＵＡＮＪＩ ＹＵ ＸＩＡＮＤＡＩＨＵＡ 总第１４２期
文章编号：１００６－２４７５（２００７）０６－００８１－０３
ＩＰ组播技术在视频传输系统中的研究与实现
潘国浩
（平湖市科技信息中心，浙江平湖３１４２００）
摘要：设计了一个基于ＩＰ组播的视频传输系统。首先介绍了ＩＰ组播技术以及它在Ｗｉｎｓｃｃｋ中的实现。然后以一个视频 传输系统为实例，研究了ＩＰ组播技术在该系统的实现关键技术。 关键词：ＩＰ组播；视频传输；多媒体 中图分类号：ＴＰ３９３ 文献标识码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｖｉｄｅｏ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＩＰ Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ
ＰＡＮ Ｇｕｏ．ｈａｏ
（Ｐｉｎｇｈｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｐｉｎｇｈｕ ３１４２００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ｖｉｄｅｏ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＩＰ ｍｕｌｔｉｅａｓｔ．Ｉｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ＩＰ ｍｕｌｔｉｃａｓｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｍ－ ｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｗｉｎｓｏｃｋ，ｖｉａ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ａ ｖｉｄｅｏ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｎ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ＩＰ ｍｕｌｔｉｅａｓｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＩＰ ｍｕｌｔｉｅａｓｔ；ｖｉｄｅｏ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ
０ 引 言
数字视频传输系统在各个领域有着广泛的应用，
特别随着计算机网络技术和多媒体技术的快速发展，
基于ＩＰ的网络数字视频传输技术的开发和应用已经
－ 破术专题 Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｌ 组播ＩＰ地址用于标识一个ＩＰ组播组。 ＩＡＮＡ（ｉｎｔｅｒｎｅｔ ａｓｓｉｇｎｅｄ ｎｕｍｂｅｒ ａｕｔｈｏｒ— ｉｔｙ互联网数字分配机构）把Ｄ类地址空间 分配给ＩＰ组播组，其范围是从２２４－０．０．０到 ２３９．２５５．２５５．２５５。 组播组可以是永久的，也可以是临时 的。组播组地址中，有一部分是由官方分配 的，称为永久组播组。永久组播组保持不 变的是它的ＩＰ地址，组中的成员构成是可以 发生变化的。永久组播组中成员的数量可 以是任意的，甚至可以为零。那些没有保留 下来供永久组播组使用的ｌ Ｐ组播地址，可 以被临时组播组利用。 ２２４．０．０．０￣２２４．０．０．２５５为预留的组 播地址（永久组地址），地址２２４．０．０．０保 留不做分配，其它地址供路由协议使用； ２２４．０．１．０￣２３８．２５５．２５５．２５５为用户可用的组 播地址（临时组地址），全网范围内有效： ２３９．０．０．０￣２３９．２５５．２５５．２５５为本地管理组 播地址，仅在特定的本地范围内有效，图２ 为组播ＩＰ地址的划分。 常用的预留组播地址列表如下： ２２４．０．０．０基 隹地址（保留） ２２４．０．０．１所有主机的地址； ２２４．０．０．２所有组播路由器的地址； ２２４．０．０＿３不分配： ２２４．０．０．４ ｄｖｍ ｒｐ（Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，距离矢量组播 路由协议）路由器 ２２４．０．０．５ ｏｓｐｆ（Ｏｐｅｎ Ｓｈｏｒｔｅｓｔ Ｐａｔｈ Ｆｉｒｓｔ，开放最短路径优先）路由器： ２２４．０．０．６ ｏｓｐｆ ｄｒ（Ｄｅｓｉｇｎａｔｅｄ Ｒｏｕｔｅｒ 图２组播ｌＰ地址的划分 指定）路由器： ２２４．０＿０－７ ｓｔ（Ｓｈａｒｅｄ Ｔｒｅｅ，共享树）路由 器： ２２４．０．０．８ ｓｔ主机： ２２４．０．０．９ ｒｉｐ－２路Ｅｈ器： ２２４．０．０．１０ Ｅｉｇ ｒｐ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｇａｔｅｗａｙ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，增强网关内部 路由线路协议）路由器： ２２４．０．０．１１活动代理； ２２４．０．０．１２ ｄｈｃｐ服务器／中继代理： ２２４．０．０．１３所有ｐｉｍ（Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｉｎｄｅ— ｐｅｎｄｅｎｔ Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ，协议无关组播）路由 器： ２２４．０．０．１４ ｒｓｖｐ（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｒｅｓｅｒｖａ— ｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，资源预留协议）封装： ２２４．０．０．１５所有Ｃｂｔ路由器： ２２４．０．０．１ ６指定ｓｂｍ（Ｓｕｂｎｅｔｗｏ ｒｋ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，子网带宽管 理）： ２２４．０．０．１７所有ｓｂｍｓ： ２２４．０．０．１８ ｖｒｒｐ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｏｕｔｅｒ Ｒｅｄｕｎ— ｄａｎｃｙ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，虚拟路Ｅｈ器冗余协议）。 ２．３组成员关系协议 因特网组管理协议ｌＧＭＰ（Ｉｎｔｅ ｒｎｅｔ Ｇｒｏｕｐ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏ１）是用于管理 因特网协议组播组成员关系的一种通信协 议。ｌＧＭＰ协议运行于主机和与主机直接相 连的组播路由器之间，主机通过此协议告 诉本地路由器希望加入并接收某个特定组 播组的信息，同时路由器通过此协议周期 性地查询局域网内某个已知组成员是否处 于活动状态（即该网段是否仍有属于某个 组播组的成员），实现所连网络组成员关 系的收集与维护。 ＩＧＭＰ有三个版本，目前通用的是ｌＧ— ＭＰｖ２。ＩＧＭＰｖｌ中定义了基本的组成员查询 和报告过程，ＩＧＭＰｖ２在此基础上添加了组 成员快速离开的机制，ＩＧＭＰｖ３￣增加的主 要功能是成员可以指定接收或指定不接收 某些组播源的报文。下面着重介绍ＩＧＭＰｖ２ 协议的功能。 ＩＧＭＰｖ２通过查询器选举机制为所连 网段选举唯一的查询器。查询器周期性的 发送普遍组查询消息进行组成员关系查询 主机发送报告消息未应答查询。当要加入 组播组时，主机不必等待查询消息，主动发 送报告消息；当要离开组播组时，主机发送 离开组消息，收到离开组消息后，查询器发 送特定组查询消息来确定是否所有组成员 都已离开。 通过上述ＩＧＭＰ机制，在组播路由器里 建立起一张表，其中，包含路由器的各个端 口以及在端口所对应的子网上都有哪些组 成员。当路由器接收到某个组Ｇ的数据报 文后，只向那些有组Ｇ成员的端口转发数据 报文。至于数据报文在路由器之间如何转 发，则由路由协议决定，ＩＧＭＰ协议并不负 责。 ２．４网络二层组播相关协议 网络二层组播相关协议包括ｌＧＭＰ Ｓｎｏｏｐｉｎｇ、ＩＧＭＰ Ｐｒ０ｘｙ和ＣＧＭＰ协议。 ＩＧＭＰ Ｓｎｏｏｐｉｎｇ的实现机理是：交换 机通过侦听主机发向路由器的ｌＧＭＰ成员报 告消息的方式，形成组成员和交换机接口 的对应关系；交换机根据该对应关系将收 到的组播数据包，只转给具有组成员的接 口。 ＩＧＭＰ Ｐｒｏｘｙ－￣ｌＧＭＰ Ｓｎｏｏｐｉｎｇ实现功 能相同，但机理相异。ＩＧＭＰ ｓｎｏｏｐｉｎｇ只是 通过侦听ＩＧＭＰ的消息来获取有关信息；而 ＩＧＭＰ Ｐｒｏｘｙｌ￣ｌＪ拦截了终端用户的Ｉ６ＭＰ请求 并进行相关处理后，再将它转发给上层路 由器。 ＣＧＭＰ（Ｃｉｓｃｏ Ｇｒｏｕｐ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｐｒｏ— ｔｏｃｏ１）是Ｃｉｓｃｏ基于客户机朋艮务器模型开发 的私有协议，在ＣＧＭＰ的支持下，组播路由 器能够根据接收到的ＩＧＭＰ数据包，通知交 换机哪些主机何ａＩＤｎ入和脱离组播组，交 换机利用由这些信息所构建的转发表，来 确定将组播数据包向哪些接口转发。 ２ ５组播路由协议 要想在一个实际网络中实现组播数据 包的转发，必须在各个互连设备上运行可 互操作的组播路由协议。组播路由协议可 分为三类：密集模式协议（￣Ｉ３ＤＶＭＲＰ．ＰＩＭ— ＤＭ）、稀疏模式协议（￣，ＢＰＩＭ—ＳＭ、ＣＢＴ）和 ４－８ Ｈ￣ｌｌ ｆｌＲＡＤＩＯ＆ＴＥＬＥＶＩＳＩＯＮ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２ｏ１ １年７月Ⅳｗｗｗ．ｒｔｉ．ｃｎ
第27卷第5期Vol127 No15长春师范学院学报(自然科学版)
JournalofChangchunNormalUniversity(NaturalScience)2008年10月Oct.2008
IP组播技术在局域网络中的实现
宋 严
(长春师范学院网络中心,吉林长春 130032)
[摘 要]由于用户对网络视/音频等多媒体需求的不断提高,这对网络带宽的利用提出了更高的要求,因此IP组播技术在网络中的应用越来越受到人们的重视。本文针对IP组播技术在局域网中的实现进行认真细致的分析和研究,使其能够更好地为互联网多媒体应用服务。
[关键词]组播;局域网;PIM;交换设备;WindowsMediaService[中图分类号]TP39311 [文献标识码]A [文章编号]1008-178X(2008)05-0035-04
[收稿日期]6[作者简介]宋 严(),男,吉林长春人,长春师范学院网络中心教师,从事计算机网络研究。 IP组播技术出现已久,但这仅仅是IP组播时代的开始。IP组播是从WWW技术推广后出现的网络技术
之一。随着骨干网带宽增加使因特网视/音频成为可能,局域网络中视/音频应用不断丰富。这类依赖于组播
技术才能实现的应用的出现,令对组播技术的支持成为局域网络建设的一个重要内容。
1 IP组播技术内容
IP组播技术的提出是基于对业务通信结构进行优化的思想。在某些业务中,常常有一定数量的用户在
接收一些完全相同的数据流。如果采用IP单播技术来为这些用户服务,需要发送者为每个用户单独建立一
个数据流。由于这些数据流重复地发送完全相同的数据,将大大加重发送主机和通信网络的负载,同时也难
以保证对不同接收者的服务的公平性。而组播技术只要求发送者为同一数据发送一个数据流,通过网络来选
择合适的通信设备,为不同的用户复制同一数据流来降低主机服务负载、网络通信负载和实现服务的公平
性。组播应用大致可以分为3类:点对多点应用、多点对多点应用和多点对点应用。
