組播協議簡介

組播是一種一對多的IP傳輸方式。域內組播路由協議維護組播組成員關系信息，通過建立組播分發樹進行組播數據包的轉發。域間組播路由協議在各自治域間發布具有組播能力的路由信息和組播源信息，實現組播數據在域間進行轉發。多種組播協議共同協作、相輔相成，共同保障組播網絡正確、高效地運轉。

發布時間：2022-11-25
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1 組播是什么

組播是一種IP（Internet Protocol，網際互連協議）傳輸方式。IP是TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協議/網際協議）體系中的網絡層協議，有三種傳輸方式：

●單播

單播又稱為單點傳送，是指在一個只有單個發送者和單個接收者的網絡中進行通信。采用單播方式傳輸的數據包會被多次重復轉發，從而引起帶寬資源浪費，并且會增加源主機的負荷。

●廣播

廣播通信是指一臺源主機與網絡中所有其他主機間進行通信。當源主機采用廣播方式發送數據報文時，該報文會被同域內的其他主機無條件接收，所以無法向眾多的終端用戶提供多樣化的定制服務。此外，廣播禁止在Internet寬帶網上傳輸，因此存在一定的局限性。

●組播

組播又稱為多播，是指在一個發送者和多個特定接收者之間進行通信。組播解決了傳統的單播和廣播方式效率低的問題，當網絡中的某些用戶需要特定信息時，組播數據發送者僅發送一次組播報文，設備借助組播協議為組播報文建立分發樹，被轉發的組播報文會在該組播分發樹上按需開始復制和轉發，從而實現節約帶寬、減少網絡負載。因此組播報文的正確轉發離不開組播協議。

2 組播協議分類

實現IP組播通訊，需要解決兩個問題：

●組播成員如何加入組播組？

●組播數據如何轉發到對應接收者？

以下兩類基本協議可以分別解決上述兩個問題：

●組成員管理協議

●組播路由協議

2.1 組成員管理協議

組成員管理協議用于管理組播組成員的加入和離開。常用的組成員管理協議有：IGMP（Internet Group Management Protocol，因特網組管理協議）、MLD（Multicast Listener Discovery，組播偵聽發現協議）、IGMP SNOOPING（Internet Group Management Protocol Snooping，組播偵聽者發現協議窺探）和MLD SNOOPING（Multicast Listener Discovery Snooping，組播偵聽者發現協議窺探）。

●IGMP

IGMP是一種常用的管理IPv4組播組成員的TCP/IP協議，運行在組播網絡末梢的組播設備與用戶主機上，用于用戶主機和其直連的組播設備之間建立并維護組播組成員關系。目前，IGMP協議共有3個版本：IGMPv1、IGMPv2和IGMPv3。在IGMPv1中，IGMP查詢器只查詢和轉發普通組查詢報文和成員報告報文；IGMPv2兼容IGMPv1的功能，并在其基礎上引入查詢器選舉機制和離開組播機制；IGMPv3兼容IGMPv1和IGMPv2，并在二者基礎上增加用戶主機支持組播源過濾功能，增強查詢報文和加入報文的功能。

●MLD

MLD是負責IPv6組播成員管理的TCP/IP協議，用于組播設備在其直連網段上發現IPv6組播偵聽者，維護與IPv6組播地址相關的定時器信息。目前，MLD有兩個版本MLDv1和MLDv2，分別對應IPv4組播網絡中的IGMPv2和IGMPv3。不同版本MLD對報文的處理與IGMP處理方式一致，都是向前兼容。

●IGMP SNOOPING

IGMP SNOOPING是運行在二層設備上的組播協議，用于管理和控制組播組。該協議通過偵聽三層組播設備和主機間的協議報文來管理和控制IP組播流在數據鏈路層的轉發，實現二層組播功能。當用戶終端和上游三層設備之間傳遞的IGMP協議報文通過二層組播設備時，IGMP SNOOPING會分析報文攜帶的信息，根據這些信息建立和維護二層組播轉發表，從而指導組播數據在數據鏈路層按需轉發。

●MLD SNOOPING

MLD SNOOPING通過偵聽三層組播設備和主機間的協議報文來管理和控制IPv6組播流在數據鏈路層內的按需轉發，實現二層組播功能。在組播網絡中，當二層組播設備沒有配置MLD SNOOPING功能時，IPv6組播報文會在整個網絡中泛洪，導致網絡帶寬浪費，還影響了網絡信息安全。配置了MLD SNOOPING后，二層組播設備可以偵聽用戶主機和上游三層組播設備間的MLD協議報文，從而建立二層組播表項，控制IPv6組播數據報文只往特定用戶主機轉發，防止組播數據在二層網絡中廣播，實現按需轉發。

2.2 組播路由協議

組播成員通過組成員管理協議加入到組播組后，就會按需進行組播數據報文交互。組播設備在進行組播數據交互時需要依賴組播路由協議，通過維護組播路由表項，對數據報文進行轉發。組播路由協議負責在組播網絡中構建一個無環的組播分發樹，即組播流量在組播網絡中的傳輸路徑。組播路由協議根據工作域的不同可分為：

●域內組播路由協議

域內組播路由協議包括MOSPF（Multicast Open Shortest Path First，組播擴展開放式最短路徑優先協議）、DVMRP（Distance Vector Multicast Routing Protocol，距離矢量組播路由選擇協議）、PIM（Protocol Independent Multicast，協議無關組播）、CBT（Core-based Tree，基于核心樹的組播協議）等協議。域內組播路由協議根據運行模式不同又分為密集模式下的協議和稀疏模式下的協議。其中，DVMRP、PIM-DM（Protocol Independent Multicast-Dense Mode，協議無關組播—密集模式）和MOSPF屬于密集模式，CBT、PIM-SM（Protocol Independent Multicast-Sparse Mode，協議無關組播—稀疏模式）屬于稀疏模式。由于MOSPF擴展性較差且復雜度高，不易被實現，并且不支持隧道功能，主流的組播網絡架構中已不再使用。CBT雖然簡單，但無法滿足端到端的性能要求，不適合在大型組播全網中使用。DVMRP在運行過程中高度依賴單播路由協議，需要維護大量的拓撲數據，這對于設備負載有一定的壓力。故在域內，組播網絡主要使用的是與單播路由協議無關的PIM協議進行組播路由表項的維護和轉發。

PIM是一種協議無關的域內組播路由協議。即為IP組播提供路由信息的可以是任意單播路由協議，如靜態路由、RIP和OSPF等。組播路由和單播路由無關，只是利用單播路由表生成組播路由信息。PIM根據實現機制不同主要可以分為PIM-DM和PIM-SM兩種。PIM-DM是密集模式的PIM協議，適用于組播組成員分布相對密集的小型網絡，理想的場景是PIM網絡中每個路徑下都有組播組成員需要接收報文，每個轉發節點通過PUSH（推送）的方式將組播報文泛洪至整個網絡。與PIM-DM不同，稀疏模式的PIM協議——PIM-SM，多適用于接收者分布較為分散、地域廣闊的環境，采用PULL（拉）的方式，由組播組成員按需發起接收報文的請求，才會接收到對應的組播報文。

●域間組播路由協議

域間組播路由協議用于發現和連通其他組播域內的組播源，實現跨域組播。最常用的域間組播路由協議是MSDP（Multicast Source Discovery Protocol，組播源發現協議）。在多個組播域中，MSDP通過在不同的組播域中建立MSDP對等體，交互SA（Source-Active，信源有效）消息，共享跨域組播源信息，實現組播報文跨域轉發。此外，MSDP還可在單個組播域內工作：通過在單個組播域內在多個相同地址的RP（Rendezvous Point，匯聚點）間建立MSDP對等體，實現組播域內的各RP間的負載分擔和冗余備份。

在整個組播網絡中，域內組播路由協議維護組播組成員關系信息，運用組播路由算法組播分發樹進行組播數據包的轉發。同時，域間組播路由協議在各自治域間發布具有組播能力的路由信息和組播源信息，以實現組播數據在域間進行轉發。內外組播路由協議共同協作、相輔相成，共同保障組播網絡正確、高效地運轉。

3 組播協議的應用

隨著互聯網技術的飛速發展，網絡會議、流媒體點播、線上遠程教學等在線服務興起，這類服務大多都是一對多的通訊模式，對實時性要求較高，IP組播在其中就發揮著至關重要的作用。目前，主流的設備供應商的主打產品都配置了組播功能，內置完備的組播協議，配合先進的技術架構，全日不間斷保障網絡間的穩定通信。例如，ICT（Information and Communications Technology，信息與通信技術）設備主流廠商——銳捷網絡，面向高教、政府、醫療、普教、金融等室內場景推出的雙射頻支持802.11ac Wave2的無線AP（Access Point，接入點）產品——RG-AP720-L就集成了多種組播技術，確保無線網絡中視頻資源使用不同的IP組播地址進行區分，IP組播流在VLAN內轉發，組播網絡設備通過IGMP SNOOPING偵聽并建立組播表項，控制IP組播報文只發給指定接收者，防止組播數據在網絡中的廣播，減少網絡負載，解決了在無線網絡中視頻點播等應用下掉包、時延大導致視頻不流暢的問題，大大優化了組播視頻業務在無線網絡中的體驗。

圖3-1 RG-AP720-L產品圖

4 總結

組播作為IP傳輸的三種方式之一，通過在組播網絡中結合不同的組播協議，定向地向多個接收者傳輸單信息流的方式，有效地解決了單點發送、多點接收的問題，實現了IP網絡中一對多的高效數據傳輸，節約網絡帶寬，降低網絡負載。此外，利用組播網絡特性，可保障在線直播、流媒體訂閱、遠程教育、遠程醫療等高度實時性的互聯網場景高效穩定運作。

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