IP组播协议概述及在网络通信中的应用

陈玲

摘要

随着宽带网络的应用不断普及，传统的单播技术已经无法承载网络应用需求。IP组播技术的兴起，有效的解决了网络宽带的需求问题。本文简单简绍了网络数据传输方式、IP组播地址、组成员关系协议、组播路由协议，并探讨了組播技术在多媒体、数据传输和分发领域的应用。

【关键词】组播 组播地址 组成员关系协议组播路由协议

1 引言

现代社会多媒体技术飞速发展，宽带网络的应用层出不穷。网络视频会议、数据和材料分发、远程教育等应用都对网络宽带的承载能力提出新的要求。传统的单播技术已无法承载新兴应用对宽带网络的需求。在此基础上兴起的IP组播技术，有效的解决了以上问题。组播网络中用户数量可以成倍增长，但所需的网络宽带不变。

2 网络数据传输方式概述

网络数据传输有三种方式：单播、组播和广播。单播是在发送和接收之间建立单独网络通道的数据传输方式，源主机和目标主机之间路径上的路由器都维护由单播路由协议生成的单播路由信息库。单播传输存在的问题是，当有大量主机希望获得同一份数据时，会导致发送方网络拥堵，响应延迟大大增加。广播是主机向子网中所有成员发送数据包，无论是否需要，子网中所有成员都会收到来自某台主机的广播信息。广播存在的问题是，使用范围非常小，只在本地子网内有效，不会被路由器转发。

组播传输是在发送方与多个接收方之间建立一点对多点甚至多点对多点的网络连接。通过构建多点转发结构的方式把数据包传送给某一组主机，即使一台发送者同时给多个接收者传输相同的数据，也不需要多次复制多次发送，它提高了网络数据传输效率，降低了网络拥塞的可能性，提高了网络资源的利用率。组播方式下，当特定的信息被某些特定的用户所需要时，这些用户即构成一个组播组内的成员。

3 组播技术的实现

3.1 IP组播地址

组播通信主要依赖于数据链路层和物理层，在网络层IP组播通信介于单播和广播通信之间，是在发送方与多个接收方之间建立一点对多点或多点对多点的网络连接，能使主机发送数据包到组播网络中任一特定组的主机上。组播路由器会转发IP组播数据包到所有具有该组播地址的主机端口上，每一个加入到该组的组成员都能够接收以该组地址为目的地址的IP数据包报文。LANA把D类地址空间分配给IP组播，其范围是从224.0.0.0到239.255.255.255，IP地址解决了组播在网络层的寻址问题。在物理层有专门的MAC地址被用于组播，组播在数据链路层依靠MAC地址寻址。组播只需要建立IP地址到MAC地址的映射，即可解决网络传输的寻址问题。

3.2 组成员关系协议（IGMP）

组播协议分两种，路由器和主机之间构成组成员关系协议、路由器和路由器之间构成组播路由协议。两种协议相互依赖，不可分割，共同为新型互联网组播服务的完善发挥作用。组成员关系协议包括Internet组管理协议（Internet Group Management Protocol，IGMP），组播路由协议分为域内和域间两种协议。

IGMP是路由器和主机之间的控制协议，主机通过IGMP协议向组播路由器发送加入某个特定组播并接收信息的报告，路由器根据IGMP协议按一定周期向局域网内已知组发送组成员查询信息，收集和维护所连网络组成员关系。IGMP有IGMPv1、IGMPv2、IGMPv3三个版本。IGMPv1主要实现基本的组成员查询和报告，IGMPv2在v1的基础上添加了组成员快速离组的机制，IGMPv3中增加的功能是组成员可以根据自身需要接收或不接收一些组播源的数据报文。目前通用的是v2，这里着重介绍IGMPv2协议的功能。

组播路由器在启动以后会向所有组播系统组（224.0.0.1）IGMPv2发送常规的查询信息。局域网内路由器收到查询信息后，会把该信息的源IP地址和接收端口的IP地址进行比较，并将有最低IP地址的路由器选举为IGMP的唯一查询路由器。查询器按一定频率向组成员发送成员关系查询消息，组成员发送报告消息来应答查询;主机需要加入组播组时，将主动发送报告消息;组成员在离开组播组时会发送消息，查询器接受该消息并向该组播组发送消息来查询并确定是否还有组成员

3.3 组播路由协议

组播路由协议（Multicast routing protocol，MRP）利用分离映射机制将组播服务管理和组播数据转发分离，并完成后续的组播转发路径的计算及维护等工作，解决了数据报文在路由器之间转发的问题。域内组播路由协议分为密集模式协议、稀疏模式协议。DVMRP，PIM-DM，MOSPF属于密集模式，CBT，PIM-SM属于稀疏模式。目前域内主要使用PIM-SM，PIM-DM，DVMRP协议。域内协议的主要功能是发现组播源并构建组播分发树，传递消息到接收者;域间协议的主要功能是解决数据信息如何在自治系统之间传递的问题。

4 组播技术应用

组播技术的主要应用领域是视频会议、远程教育等。在UNIX环境下最先基于IP组播技术开发了多媒体会议工具。主要是应用了IP组播技术数据共享的优点，提供一个功能强大、应用广泛的多媒体会议系统，具有不消耗过量宽带的优点。

数据传输和分发是组播技术的另一应用领域。公司可以基于组播采用“推送”模式进行文件和数据库的更新。这项技术的开发，可以使公司在夜里向远程办公室发送新的任务和信息。同时企业也可使用软件向分公司发送软件升级和数据更新消息，及时高效的向所有的分公司传送一种数据。

5 结束语

组播技术的提出和广泛应用，提高了网络数据传输的效率，网络资源的利用率不断提升，并且使主要网络中的拥塞可能性减少，最大限度的解决目前宽带应用对带宽和网络服务质量的要求，有效的实现了组播技术在商业领域的应用。

参考文献

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