组播和IGMP协议

4、当一个多播数据报传输时，多播路由器可以根据多 播组成员的位置，自动进行数据报复制，并选择相关 的路径进行传送。
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5.如果多个多播路由器连接到同一个网络上，它们会迅 速而有效地选用一个路由器来轮询主机成员。因此， 当网络中添加其它多播路由器时，网络上的通信量总 量不会增加。 6.主机并不会同时响应路由器的查询，每个查询包含一 个N值，指定了最大响应时间（默认值是10秒）。当 查询到达时，主机选择0至N之间的一个随机时延，在 这个时延之后发送响应报文。实际上，如果某个主机 是多个群组的成员，就会为每个群组选择不同的随机 数，这样，主机对路由器的响应就会在10秒内随机分 布。 7.每台主机监听群组中其它主机的响应，并抑制那些不 必要的响应通信量。
24bit始终为零，实际上只有低23位IP地址与以太网地 址直接对应。
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A 多播Router 以太网 C
地址转换
B
通过以上的IP多播地址和以太网多播 地址的映射关系，多播路由器IP多播 报进入以太网前，把IP多播地址和转 化为相应的以太网的硬件多播地址， 然后利用以太网的多播机制完成多播。
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多播地址转换中的问题：
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多个物理网络中IP多播过程
1、互联网环境中多播比较复杂，需要管理广域范围的 多播组的成员变化、解决动态路由，并最大可能节约 各种资源开销问题； 2、在多播网络中必须使用多播路由器或运行多播软件 的一般路由器，构成多播网络环境； 3、网络中多播路由器的专用协议，根据用户的加入或 退出，自动记录多播组的成员关系；
所以产生了IP多播地址与以太网多播地址的映射不 唯一问题，如地址e0:80:40:20（224.128.64.32）与 e0:00:40:20 （224.0.64.32）映射的以太网多播地 址同样为:01:00:5e:00:40:20。
由于不唯一性，需要其他协议对多播数据报进行额外 的过滤处理；所以目前多播机制是有缺陷的，但比广 播还是有效得多。
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IGMP可分为两个阶段
第一阶段：当某个主机加入新的多播组时，该主机应向组 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 ，将组成 员关系转发给因特网上的其他多播路由器。 第二阶段：因为组成员关系是动态的，因此本地多播路 由器要周期性地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的成员。只要对某个组有一个主 机响应，那么多播路由器就认为这个组是活跃的。但一 个组在经过多次的探询后仍然没有一个主机响应，则多 播路由器就认为本网络上的主机已经都离开这个组了因 此就不再将该组的成员关系转发给其他的多播路由器。
D类地址该5位地址没用 1110 0000000 100000000010111100
0 7 16 20 24 32 40 47
映射地址前25bit是固定的。 多播和以太网低23位对应 （01:00:5e及第3字节最高 位是0） 由于多播地址（e0）与以太网地址划分（01:00:5e)定 义，D类地址5位bit（20—24bit)在映射中没有定义。
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因特网的多播
在因特网上进行多播——IP多播。
IP多播就有以下一些特点：
1.多播地址
D类
1110 28位多播组目的地址
D类是专用多播地址，范围 224.0.0.0-239.255.255.255 一个D类多播地址对应特定一组计算机，这组计算机 的集合称为多播主机组。 主机组成员可以是因特网上任何主机，成员是动态的。
显然，多播地址只能用为目的地址，而不用为源地址。
一计算机IP地址与多播组地址是否可以同时存在？
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多播组地址是一类参加多播组所有主机的组地址，而 不是一般的网络主机IP地址，主机IP地址是在网络中 唯一的位置标识（独立占有），而多播组地址是一组 共有，多播组地址与通常IP地址不相关、不矛盾。
2.永久的组地址：
第2章 互联网基础协议体系
2.1 ARP协议和RARP协议 2.2 ICMP协议 2.3 多播和IGMP协议 2.4 因特网路由选择协议
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知识点
• • • • • • 单播、广播、多播概念 以太网多播实现 IP多播地址 IP和以太网多播地址的映射 IP通过以太网的多播实现 多播组管理IGMP协议，IP多播基本工作 原理 • IP多播过程优化处理
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因特网组管理协议（IGMP）
一台主机如何加入或离开多播群组呢？有一个标准协议—— 因特网组管理协议， 每当主机需要加入或离开某个特定的多播群组时，该协议 允许该主机去通知邻近的路由器。 该协议只用在主机与路由器之间的网络上。而且，协议只 把计算机（不是应用进程）定义为群组成员。
如果在一给定计算机上有多个进程要加入到一个多播群 组，计算机必须要把接收到的每个数据报复制多个副本 给每个进程。只有当最后一个进程离开群组时，计算机 才利用IGMP通知本地的路由器，表明它不再是群组的 成员了。
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IP多播传送基本过程
单个物理网络中IP多播过程：
1、发送主机多播进程将目的IP地址指向一个多播地址；
2、主机设备驱动将IP多播地址转换为相应的以太网多 播地，并发送数据；
3、收端接收进程，加入一个多播组，使驱动设备能够 接收这些数据报；
4、当以太网以多播形式接收数据后，再次根据地址映 射关系，传送给IP层相应的多播进程处理； 5、注意：一台主机上加入多个不同多播进程；也可能 同时存在属于同一多播组的多个进程；一台主机是否 加入或撤出一个多播组是动态的。
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要求
• • • • • • • • 理解多播概念和主要应用 掌握以太网硬件多播实现方法 掌握IP多播地址分配 理解和掌握互联网多播地址的映射 理解IP多播通过以太网实现的方法 掌握多播组管理IGMP协议和工作原理 了解IP多播基本工作原理 IP多播过程优化处理和多播路由复杂性
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单播、广播、多播
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IGMP报文格式
IP头部 IGMP头 0
4位版 本号
IP数据区 IGMP数据区
对整个IGMP报 文进行检验，其 算法和IP数据报 的相同。 31
8
4位 类型
以十分之一秒为单位。默认值 是10秒。 16 响应时间 16位校验和
32位D类多播组地址（查询为0）
当向所有的组发出询问时，组 地址字段就填零。当询问特定 的组时，路由器就填入该组的 组地址。主机发送成员关系的 报告时填入自己的组地址。
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00100000 e0:00:40:20 11100000 0000000001000000 00100000 e0:80:40:20 11100000 1000000001000000
多播和以太网低23位对应
1
0 7
00100000 010111100000000001000000
16 20 24 32 40 47
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IGMP协议优化处理
目的尽量避免多播信息对网络增加大量开销。 1、主机和多播路由器的所有通信使用IP多播，只要有 可能，携带IGMP报文的数据报都使用硬件多播来传 送。 2、多播路由器在探询组成员关系时，只需要对所有多 播组只发一个查询，而不是对每一个组发送一个查询， 默认125S一次。
• 单播（unicast）:一个主机向网上的单个目的主机发送帧。 • 广播（broadcast）:一个主机向网上的所有其它主机发送帧。 • 多播（multicast）：介于单播和广播之间，帧仅传送给属 于多播组的多个主机。
单播
多播
广播
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对一组计算机完成相同报传送的方法
1、单播的方法分别传送N次，当N很大时的问题？ 2、广播的方法，分别传送所有计算机，然后由应用 端口确定丢弃，最后 N台接收。其问题是大量无用 数据报经过直至UDP端口的大量处理，才被丢弃， 产生大量资源浪费，网络垃圾。且通过路由器的大 范围广播实际不存在。
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3.动态的组成员
主机组中的成员是动态的。一个进程可请求其主机参加某个特 定的组，或在任意时间退出该组。 当一个主机新加入某一个主机组时，它就向多播地址中的所有主 机发送报文，声明其组员关系。本地的多播路由器收到此报文后， 就将此报文转发到因特网中其他的多播路由器。 当主机最后一个进程退出某个组时，该主机即不再属于那个组了。 由于组内成员的关系是动态的，因此本地的多播路由器要周期性 地向本地网络上的主机进行轮询，以确定哪些主机仍留在组内。 若经过几次轮询在一个组内已没有主机是其中的成员，多播路由 器就认为该网络中已经没有主机属于该组，以后也就不再向其他 的多播路由器通告组内成员的状况。
• 实时数据多播：这些应用把实时数据分发给大量的用 户。例如，能够把新闻，证券报价信息提供给许多工 作站的集合。
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局域网的多播
局域网的多播是用硬件实现的。当以太网上的PC机收到一个 帧时，用PC机网卡硬件就可判断该帧的目的地址是否属于以 下 三种地址之一： 1.本网卡的硬件地址（单播）。 2.全1的目的地址（广播）。 3.地址的第一字节的最低位为1的多播地址，且本站已加入 到该组（多播）。 如果是，就收下该帧，否则就丢弃。
01:00:5e:00:00:00—01:00:5e:7f:ff:ff
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IP多播地址和以太网多播地址映射关系：
1110
多播和以太网低23位对应
1
0 7 8
010111100 0
16
2324
32
40
47
16进制01:00:5E
16进制00:00:00—7F:FF:FF
01.00.5e.00.00.00—01.00.5e.7f.ff.ff，所以图中第
3、采用多播方法，由N台计算机构成多播组，一次 只向N台计算机传送。所以，多播更具有实际应用 价值！
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能够接收发往一个特定多播组地址数据的主机集合称为多播组
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