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多層交換組播技術(shù)概論

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一、組播技術(shù)的前景和應(yīng)用
在寬帶網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運營中，業(yè)務(wù)是先導，是核心已經(jīng)是不爭的事實 。其中，組播業(yè)務(wù)作為未來最具潛力的業(yè)務(wù)之一，得到了前所未有的重視 。隨著寬帶技術(shù)的不斷發(fā)展，F(xiàn)TP、HTTP、SMTP等傳統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)已經(jīng)難以滿足人們對信息業(yè)務(wù)的需求，視頻點播、遠程教學、新聞發(fā)布、網(wǎng)絡(luò)電視等業(yè)務(wù)將成為新一輪運營競爭的焦點 。這類新型業(yè)務(wù)的特點是，由一個服務(wù)器（媒體流服務(wù)器）發(fā)布信息，接收端數(shù)量很大，可能成千上萬個，而且具體數(shù)目不固定 。
對于此類業(yè)務(wù)，可采用傳統(tǒng)的客戶服務(wù)器（C/S）模型解決：
在媒體流服務(wù)器上啟動媒體流播放進程，作為服務(wù)器；
當客戶端想接受某媒體流服務(wù)器數(shù)據(jù)時，通過給出該媒體流服務(wù)器的IP地址，與媒體流服務(wù)器建立連接（如TCP 連接等）；
媒體流服務(wù)器維護一個客戶列表，采用輪循方式向每個客戶發(fā)送媒體流 。
不難看出，這一解決方案存在以下兩個缺陷：
當客戶數(shù)目很大時，媒體流服務(wù)器可能無法勝任，這是由于這種 媒體流與傳統(tǒng)的窄帶業(yè)務(wù)（如HTTP等）不同，它需要很高的傳輸帶寬，服務(wù)器必須維護每個客戶信息；
嚴重浪費網(wǎng)絡(luò)資源，相同的數(shù)據(jù)可能在網(wǎng)上傳播很多次，在一些帶寬較低的鏈路上，極可能引起嚴重的通信瓶徑 。
組播技術(shù)非常適合這一新型業(yè)務(wù)，并具有下列優(yōu)點：
媒體流服務(wù)器不必知道某個客戶端的存在，它只負責按組播地址將媒體流播放出去即可，而且僅僅播放一份；
媒體流數(shù)據(jù)在網(wǎng)上僅僅傳送一份即可，即使有成千上萬個客戶端；
客戶端不必向媒體流服務(wù)器注冊，假如希望接收某媒體流服務(wù)器的數(shù)據(jù)時，只需加入該媒體流服務(wù)器所播放的數(shù)據(jù)所在的多播組即可 。
二、組播的體系結(jié)構(gòu)
如圖1所示，組播協(xié)議分為主機與路由器之間的組成員關(guān)系協(xié)議和路由器與路由器之間的組播路由協(xié)議 。組成員關(guān)系協(xié)議包括IGMP（互連網(wǎng)組治理協(xié)議） 。組播路由協(xié)議分為域內(nèi)組播路由協(xié)議和域間組播路由協(xié)議，域內(nèi)組播路由協(xié)議包括PIM-SM、PIM-DM、DVMRP等，域間組播路由協(xié)議包括MBGP、MSDP等 。同時，為了有效抑制組播數(shù)據(jù)在鏈路層的擴散，還引入了IGMP Snooping、HGMP等二層組播協(xié)議 。
　
圖1 組播的體系結(jié)構(gòu)
其中，IGMP負責建立并維護路由器直聯(lián)網(wǎng)段的組成員關(guān)系信息；域內(nèi)組播路由協(xié)議根據(jù)IGMP維護的這些組播組成員關(guān)系信息，運用一定的組播路由算法構(gòu)造組播分發(fā)樹進行組播數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)；域間組播路由協(xié)議在各自治域間發(fā)布具有組播能力的路由信息以及組播源信息，使組播數(shù)據(jù)在域間進行轉(zhuǎn)發(fā) 。
三、組播IP地址
IP組播地址用于標識一個IP組播組 。IANA把D類地址空間分配給IP組播，范圍從224.0.0.0到239.255.255.255，如表1所示（二進制表示），IP組播地址前四位均為1110 。
　
表1 D類組播地址
在所有的D類IP地址中又進行了如圖2所示的劃分 。
　
圖2 組播地址劃分
不難看出，從224.0.0.0至224.0.0.255被IANA保留為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議使用 。
例如：
244.0.0.1 全主機組
244.0.0.2 全多播路由器組
244.0.0.3 全DVMRP路由器組
244.0.0.5 全OSPF路由器組
在這一范圍的多播包不會被轉(zhuǎn)發(fā)出本地網(wǎng)絡(luò)，也不會考慮多播包的TTL值 。地址從239.0.0.0至239.255.255.255作為治理范圍地址，保留為私有內(nèi)部域使用 。
如圖3所示，以太網(wǎng)和FDDI的MAC地址01:00:5E:00:00:00到01:00:5E:7F:FF:FF用于將三層IP組播地址映射為二層地址，即IP組播地址中的低23位放入IEEE MAC地址的低23位 。IP組播地址有28位地址空間，但只有23位被映射到IEEE MAC地址，這樣會有32個IP組播地址映射到同一MAC地址上 。

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