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    参考:

    <<计算机网络>>第七版 谢希仁著

    个人观点,如理解有误还请指出

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  • IP多播(组

    千次阅读 2019-09-29 16:27:44
    本文主要讲解多播的基本概念以及使用多播方式进行数据传输的基本原理和方法。

    一 IP多播的基本概念

    IP多播(multicast,也被译为组播),它是一种一对多的通信方式。与单播相比,多播可以大大节约网络资源。

    以视频流媒体服务为例说明单播和多播的区别,如图所示:

    图1  单播与多播的比较

    (a) 中使用的是单播方式,视频服务器向90台主机传送相同的视频内容,需要发送90个单播数据包,即同一个视频分组需要发送90个副本。

    (b) 中使用的是多播方式,视频服务器只需要把视频分组当做多播数据包来发送,并且只需发送一次。路由器R1在转发分组时,需要把收到的分组复制成3个副本,分别向R2、R3、R4各转发一个副本。当分组到达目的局域网时,由于局域网具有硬件多播功能,因此不需要复制分组,在局域网上的多播组成员都能收到这个视频组分组。

            可以发现,当多播组的主机数量很大时(如成千上万个),采用多播方式就能很明显地减轻网络中各种资源的消耗。在互联网范围的多播要靠多播路由器来实现,多播路由器运行能够识别多播数据报的软件。当然多播路由器也可以转发普通的单播IP数据包。

            在互联网上进行多播传输就叫做IP多播。IP多播所传送的分组需要使用多播IP地址。

    • 多播数据报与普通的单播IP数据报的区别

            我们知道,在互联网中每一台主机必须有一个全球唯一的 IP 地址如果某台主机现在想接收某个特定多播组的分组,那么怎样才能使这个多播数据报传送到这台主机呢?

            显然,这个多播数据报的目的地址一定不能写入这台主机的 IP 地址。这是因为在同一时间可能有成千上万台主机加入到同一个多播组。多播数据报不可能在其首部写入这么多主机的 IP 地址。因此,在多播数据报的目的地址写入的是一个多播组标志符,然后设法让加入到这个多播组的主机的 IP 地址与多播组的标识符关联起来。

            其实多播组的标识符就是 IP 地址中的D类地址D类地址的前4位是1110,因此D类地址范围为:224.0.0.0 ~ 239.255.255.255

            我们使用每一个D类IP地址标识一个多播组。这样,D类地址一共可以标识2^28个多播组,也就是说,在同一时间允许有超过2.6亿的多播组在互联网上运行。多播数据报也是“尽最大努力交付”,不保证一定能够交付多播组内的所有成员。因此,多播数据报与一般的IP数据报的区别就是它使用D类IP地址作为目的地址,并且首部中的协议字段值是2,表明它使用的是网际组管理协议(IGMP)

            显然,多播地址只能用于目的地址,而不能用于源地址。此外,对多播数据报不产生ICMP(网际控制报文协议)差错报文。因此,若在 ping 命令后面键入多播地址,将永远不会收到响应。

            IP 多播可以分为两种。一种是只在本地局域网上进行硬件多播,另一种则是在互联网的范围进行多播(IP多播)。前一种多播比较简单,但很重要,因为现在大部分主机都是通过局域网接入到互联网的。在互联网上进行多播的最后阶段,还是要把多播数据报在局域网上使用硬件多播交付给多播组的所有成员(如上图1(b)所示)。下面就先讨论这种硬件多播。

    二 在局域网上进行硬件多播

            IANA(互联网号码分配管理局)拥有的以太网地址块的高24位为00-00-5E,因此TCP/IP协议使用的以太网多播地址的范围为:

    00-00-5E-00-00-00 ~ 00-00-5E-FF-FF-FF。而以太网的硬件地址(即MAC地址)字段中的第1个字节的最低位为1时即为多播地址

            因此,IANA拥有的以太网多播地址范围为:01-00-5E-00-00-00 ~ 01-00-5E-7F-FF-FF。如下图所示:

    D类IP地址与以太网多播地址的映射关系
    D类IP地址与以太网网多播地址的映射关系

             可以看到,每一个以太网地址中,只有23位可用作多播。这只能和D类IP地址中的23位有一 一对应关系。D类IP地址可供分配的有28位,可见在这28位中的前5位不能用来构成以太网硬件多播地址。

            例如,IP多播地址224.128.64.32(即E0-80-40-20)和另一个IP多播地址224.0.64.32(即E0-00-40-20)转换成以太网的硬件多播地址都是01-00-5E-00-40-20。由于多播IP地址与以太网硬件多播地址的映射关系不是唯一的,因此收到多播数据报的主机,还要在IP层利用软件进行过滤,把不是本主机要接收的数据报丢弃。

    三 网际管理协议IGMP和多播路由选择协议

    IGMP(Internet Group Management Protocol) 网际组管理协议

    在互联网上向多播组上的主机传送多播数据报,需要利用IGMP协议,IGMP使多播路由器知道多播组成员信息。示例如下:

    IGMP使多播路由器知道多播组成员信息

    IGMP协议并不是在互联网范围内对所有多播组成员进行管理的协议。IGMP不知道IP多播组包含的成员数,也不知道这些成员都分布在哪些网络上。IGMP协议是让连接在本地局域网上的多播路由器知道本地局域网是否有主机(严格讲,是主机的某个进程)参加或退出了某个多播组。

    显然,仅有IGMP协议是不能完成多播任务的。连接在局域网上的多播路由器还必须和互联网上的其他多播路由器协调工作,以便把多播数据报以最小代价传送给所有的多播组成员。这就需要使用多播路由选择协议

    3.1 网际管理协议IGMP

    IGMP最新版本的协议是IGMPv3 [RFC3376]

    和网际控制报文协议ICMP协议相似,IGMP使用IP数据报传递其报文(即IGMP报文加上IP首部构成IP数据报)。

    IGMP的工作分为两个阶段:

    第1阶段:当某台主机加入新的多播组时,该主机应向多播组的多播地址发送一个IGMP报文,声明自己要成为该组的成员。

    本地的多播路由器收到IGMP报文后,还有利用点播路由选择协议把这种组成员关系转发给互联网上的其他多播路由器。

    第2阶段:由于多播组成员是动态的。本地多播路由器要周期性探询本地局域网上的主机,以便知道这些主机是否还继续是组成员。只要有一台主机对某个组响应了,那么多播路由器就认为该组仍是活跃的。但当一个组在经过多次的探询后仍然没有一台主机响应,多播路由器就认为本网络上的主机都已经离开这个多播组了,因此也就不再把这个组的成员关系转发给其他的多播路由器。

    备注:IGMP的报文格式可以参阅文档 [RFC3376]。

    3.2 多播路由选择协议

    多播路由选择协议比单播路由选择协议要复杂得多,目前尚未标准化。

    在多播过程中一个多播组中的成员是动态变化的。随时会有主机加入或者离开这个多播组。多播路由选择协议就是要找出以源主机为根节点的多播转发树。在多播转发树上,每一个多播路由器向树的叶子节点方向转发收到的多播数据报,但在多播转发树上的路由器不会收到重复的多播数据报(即多播数据报不应在互联网中兜圈子)。对不同的多播组对应不同的多播转发树。同一个多播组,对不同的源点也会有不同的多播转发树。

    转发多播数据报的方法,主要有以下三种:

    (1)洪泛与剪除。这种方法适用于较小的多播组,所有的组成员接入的局域网也是相邻接的。

    (2)隧道技术(tunneling)。适用于多播组的位置在地理上比较分散的情况。

    (3)基于核心的发现技术。适用于多播组的大小在很大范围内变化时的情况。

    这种方法是对每一个多播组G指定一个核心(core)路由器,给出它的IP单播地址。

    目前,还没有在整个互联网范围内使用的单播路由选择协议。下面是一些建议使用的多播路由选择协议。

    • 距离向量多播路由选择协议 DVMRP(Distance Vector Multicast Routing Protocol) [RFC 1075]
    • 基于核心的转发树 CBT(Core Based Tree) [RFC 2189, 2201]
    • 开放最短通路优先的单播扩展 MOSPR(Multicast extensions to OSPF) 这个协议是单播路由选择协议OSPF的扩充,适用于一个机构内。[RFC 1585]
    • 协议无关多播-稀疏方式 PIM-SM(Protocol Independent Multicast-Sparse Mode) [RFC 4601]
    • 协议无关多播-密集方式 PIM-DM(Protocol Independent Multicast-Dense Mode) [RFC 3973]

    参考

    《计算机网络(谢希仁@第7版)》第4章 - 网络层:第4.7节 - IP多播

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  • 为了支持IP 多播以太网的大佬们已经为 Ethernet和Fiber Distributed Data Interface (FDDI)的MAC地址保留了一个多播地址区间:01-00-5E-00-00-00 到 01-00-5E-7F-FF-FF。正如下图所示48位的MAC地址中的高25位是...

    为了支持IP 多播,以太网的大佬们已经为 Ethernet和Fiber Distributed Data Interface (FDDI)的MAC地址保留了一个多播地址区间:01-00-5E-00-00-00 到 01-00-5E-7F-FF-FF。正如下图所示48位的MAC地址中的高25位是固定的,低23位是可变的。

      

    为了映射一个IP 多播地址到MAC层的多播地址,IP多播地址的底23位可以直接映射为MAC层多播地址的底23位。因为IP多播地址的前4位是固定的,另外还有比邻的5位不需要映射到MAC层多播地址,因此,一个主机接收到一些不属于自己所属组的MAC层多播包是可能的。然而,这些包会被IP层通过判断IP目标地址而丢弃掉。

    例如:多播地址224.192.16.1可以映射为01-00-5E-40-10-01。用低23位,多播地址224.192.16.1的第一个8位是不会用到的,第二个8位中的后7位会被用到,第三个和第四个8位可以直接转换为十六进制字符。第二个8位,即192的二进制表示是11000000,如果丢到最高位,就变成了1000000或64(十进制),或0X40(十六进制)。第三个8位是16,即0X10(十六进制)。第四个8位是1,即0X01(十六进制)。因此,MAC地址就由 224.192.16.1变成了01-00-5E-40-10-01。

    IP多播地址的范围是:224.0.0.0--239.255.255.255,其中:

    1)224.0.0.0--224.0.0.255 本地保留,ttl=1,其中224.0.0.1是本网所有主机接收

    2)224.0.0.2是本网所有路由器接收

    3)239.0.0.0--239.255.255.255 私有组播地址

    4)232.0.0.0--232.255.255.255 特定源多播

    5)224.0.1.0--238.255.255.255 全球

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  • 多播地址基础

    千次阅读 2017-08-10 16:32:58
    为 239.0.0.0~239.255.255.255,可供组织内部使用,类似于私有 IP 地址,不能用于 Internet,可限制多播范围。 一些播组地址被 IANA 确定为知名地址,它们也被当作永久主机组,这和 TCP 及 UDP ...

    转载至:http://blog.csdn.net/tennysonsky/article/details/44493407

    一、概述

    单播用于两个主机之间的端对端通信,广播用于一个主机对整个局域网上所有主机上的数据通信。单播和广播是两个极端,要么对一个主机进行通信,要么对整个局域网上的主机进行通信。实际情况下,经常需要对一组特定的主机进行通信,而不是整个局域网上的所有主机,这就是多播的用途。


    IP 多播(也称多址广播或组播)技术,是一种允许一台或多台主机(多播源)发送单一数据包到多台主机(一次的,同时的)的 TCP/IP 网络技术。多播是 IPv6 数据包的 3 种基本目的地址类型之一,多播是一点对多点的通信, IPv6 没有采用 IPv4 中的组播术语,而是将广播看成是多播的一个特殊例子


    多播作为一点对多点的通信,数据的收发仅仅在同一分组中进行,是节省网络带宽的有效方法之一。在网络应用中,当需要将一个节点的信号传送到多个节点时,无论是采用重复点对点通信方式,还是采用广播方式,都会严重浪费网络带宽,只有多播才是最好的选择。多播能使一个或多个多播源只把数据包发送给特定的多播组,而只有加入该多播组的主机才能接收到数据包。


    IP 多播应用大致可以分为三类:点对多点应用多点对点应用多点对多点应用

    1)点对多点应用是指一个发送者,多个接收者的应用形式,这是最常见的多播应用形式。典型的应用包括:媒体广播、媒体推送、信息缓存、事件通知和状态监视等。

    2)多点对点应用是指多个发送者,一个接收者的应用形式。通常是双向请求响应应用,任何一端(多点或点)都有可能发起请求。典型应用包括:资源查找、数据收集、网络竞拍、信息询问等。

    3)多点对多点应用是指多个发送者和多个接收者的应用形式。通常,每个接收者可以接收多个发送者发送的数据,同时,每个发送者可以把数据发送给多个接收者。典型应用包括:多点会议、资源同步、并行处理、协同处理、远程学习、讨论组、分布式交互模拟(DIS)、多人游戏等。


    二、多播地址

    IP 多播通信必须依赖于 IP 多播地址,在 IPv4 中它是一个 D 类 IP 地址,范围从 224.0.0.0 到 239.255.255.255,并被划分为局部链接多播地址、预留多播地址和管理权限多播地址三类:

    1)局部链接多播地址范围在 224.0.0.0~224.0.0.255,这是为路由协议和其它用途保留的地址,路由器并不转发属于此范围的IP包;

    2)预留多播地址为 224.0.1.0~238.255.255.255,可用于全球范围(如Internet)或网络协议;

    3)管理权限多播地址为 239.0.0.0~239.255.255.255,可供组织内部使用,类似于私有 IP 地址,不能用于 Internet,可限制多播范围。


    一些多播组地址被 IANA 确定为知名地址,它们也被当作永久主机组,这和 TCP 及 UDP 中的知名端口相似。同样,这些知名多播地址在 RFC 最新分配数字中列出,注意这些多播地址所代表的组是永久组,而它们的组成员却不是永久的。这些地址如下:

    224.0.0.1    所有组播主机

    224.0.0.2    所有组播路由器

    224.0.0.4    DRMRP 路由器

    224.0.0.5    所有 OSPF 的路由器

    224.0.0.6    OSPF 指派路由器

    224.0.0.9    RPIv2 路由器

    224.0.0.10  EIGRP 路由器

    224.0.0.13  PIM 路由器

    224.0.0.22  IGMPv3

    224.0.0.25  RGMP

    224.0.1.1    NTP 网络时间协议


    多播地址与 MAC 地址的映射

    使用同一个 IP 多播地址接收多播数据包的所有主机构成了一个主机组,也称为多播组。一个多播组的成员是随时变动的,一台主机可以随时加入或离开多播组,多播组成员的数目和所在的地理位置也不受限制,一台主机也可以属于几个多播组。


    这个我们可以这样理解,多播地址就类似于 QQ 群号,多播组相当于 QQ 群,一个个的主机就相当于群里面的成员


     IPv4 的 D 类地址是多播地址。IEEE 把一块以太网多播组地址分给 IANA 以支持IP多播。块的地址都以 01:00:5e 开头,第 25 位为 0,低 23 位为 IPv4 多播地址( D类地址 )的低 23 位。IPv4 多播地址与 MAC 地址的映射关系如图所示:



    由于多播地址( D类地址 )中的最高 5bit 在映射过程中被忽略,因此每个以太网多播地址对应的多播组是不唯一的。32 个不同的多播组号被映射为一个以太网地址。例如,多播地址 224.128.64.32(十六进制 e0.80.40.20)和 224.0.64.32(十六进制 e0.00.40.20)都映射为同一以太网地址 01:00:5e:00:40:20。


    既然地址映射是不唯一的,那么设备驱动程序或 IP 层就必须对数据报进行过滤。因为网卡可能接收到主机不想接收的多播数据帧,如下图,假如主机 1 加入的多播为 224.128.64.32, 主机 2 加入的多播为 224.0.64.32,我们想给 224.0.64.32 所在的多播组 ( 主机 2 ) 发送信息,数据经过网卡时,224.128.64.32 (主机 1 ) 和 224.0.64.32 (主机 2 ) 所在多播组的网卡都会收到数据,因为它们的 MAC 地址都是 01:00:5e:00:40:20。这时候,如果网卡不提供足够的多播数据帧过滤功能,设备驱动程序就必须接收所有多播数据帧,然后对它们进行过滤,这个过滤过程是网络驱动或IP层自动完成。


    Linux多播编程

    套接口选项

    int setsockopt( int sockfd, int level,int optname,   

    const void *optval, socklen_t optlen );



    成功执行返回0,否则返回-1


    选项 IP_ADD_MEMBERSHIP 和 IP_DROP_MEMBERSHIP

    加入或者退出一个多播组,通过选项 IP_ADD_MEMBERSHIP 和 IP_DROP_MEMBERSHIP,对一个结构 struct ip_mreq 类型的变量进行控制,struct ip_mreq 原型如下:

    struct in_addr
    {

    in_addr_t s_addr;

    }


    struct ip_mreq          

    struct in_addr imn_multiaddr; // 多播组 IP,类似于 QQ 群号

    struct in_addr imr_interface;   // 将要添加到多播组的 IP,类似于QQ 成员号

    };


    多播只能用 UDP 或原始 IP 实现,不能用 TCP。

    展开全文
  • 文章目录7.1 多播地址定义7.2 多播地址的结构7.3 多播地址范围7.3.1 以图形化方式表示的范围:7.3.2 已分配的多播地址7.4 请求节点多播地址7.4.1 定义7.4.2 地址解析7.4.3 DAD7.4.4 请求节点多播地址的结构 7.1 ...
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