什么是組播?組播方式解決了單播情況下數據的重復拷貝及帶寬的重復占用，也解決了廣播方式下帶寬資源的浪費,下面騰科教育小編給大家科普一些網工必會的組播基礎概念詳解。

單播一對多通信場景

1.在單播(Unicast)通信中每一個數據包都有確切的IP地址。

2.對于同一份數據，如果存在多個接收者，Server需發送和接收數目相同的單播數據包。

3.當接受者增加到成百上千時，將極大家中Server創建相同數據和發送多份相同數據拷貝后所產生的消耗，網絡中的設備性能及鏈路帶寬將會面臨一定程度的浪費。

廣播一對多通信場景

1.廣播(Broadcast)數據包被限制在廣播域中。

2.一旦有設備發送廣播數據，則廣播域內所有設備都會收到這個數據包，并且不得不耗費資源去處理，大量的廣播數據包將消耗網絡帶寬及設備資源。

3.在IPV6中，利用廣播進行報文傳輸的這種方式被取消。

組播一對多通信場景

1.組播(Multicast)非常適合一對多的通信模型，只有加入到特定組播組的成員，才會受到組播數據，當存在多個組播組成員時，源無需拷貝多個數據發送，僅需發送一份即可，組播網絡設備(運行組播路由協議的網絡設備)會根據實際需要轉發或拷貝組播數據，實現按需拷貝，按需發送。

2.數據流只發送給加入該組播組的接收者(組成員)，而不需要該數據的設備將不會接收到該組播流量。

3.相同的組播報文，在一段鏈路上僅有一份數據，大大提高了網絡資源的利用率。

組播的優勢：

1.提高效率：降低網絡流量、減輕硬件負荷。

2.優化性能：減少冗余流量、節省網絡帶寬、降低網絡負載。

3.分布式應用：是多點應用成為可能。

組播的應用：

1.組播使用于多接受者期望接受相同流量的場景。

2.組播適用于接受者地址(或位置)位置的場景。

3.多媒體直播(如IPTV)。

4.培訓、聯合作業場景的通信。

5.數據倉庫、金融應用(股票)。

6.其他“單到多”數據發布應用。

組播的劣勢：

1.組播是基于UDP的，采用盡力而為的傳輸方式。

2.沒有擁塞避免機制。

3.可能出現報文重復的現象。

4.可能出現報文失序的現象。

組播服務模型

1.組播源向特定組播組發送組播數據，它并不關心組成員所處的位置。

2.組播路由器把數據拷貝并轉發給需要該數據或存在組播接收者的網絡分支。

3.主機加入自己感興趣的組播組，以便接收發往這些組播組的數據包。

組播術語

組播源(Source)：組播流量的發送者，例如多媒體播放器，組播源無需運行任何組播協議，只需簡單的將組播數據發送出來即可。

組播接收者(Receiver)：也被稱作組播組成員，是期望接收特定組播組流量的設備，例如運行多媒體直播客戶端軟件的PC。

組播組(Multicast Group)：一個使用組播IP地址標識的群組，例如224.1.1.1便是一個IPv4組播地址，該地址標識了一組接收者，組播源可以向這個地址發送組播數據，而需要該數據的設備組需加入組播組224.1.1.1，以便從組播網絡中獲得源發往該組播組的數據。

組播路由器(Multicast Router)：支持組播、運行組播協議的網絡設備。實際上不僅僅路由器能夠支持組播，交換機、防火墻等設備也能夠支持組播(取決于設備型號)，路由器僅僅是一個代表。

第一跳路由器(First-Hop Router)：直連Source的組播路由器。該路由器負責將Source發送出來的組播報文發送到組播網絡中。

最后一跳路由器(Last-Hop Router)：直連組成員的組播路由器。該路由器負責將組播流量轉發到直連網絡(給接收者)，也負責管理及維護直連網段中的組播組的成員關系。

組播分發樹

組播分發樹(Multicast distribution tree)，由組播路由協議構建，是組播流量的轉發路徑。

組播IP地址

1.在IPV4地址空間中，D類地址(224.0.0.0/4)被用于組播。組播IP地址代表一個接收者的集合。

2.IANA對D類地址做了進一步的定義，幾種主要的組播地址如下表所示：

組播MAC地址

組播IP地址和MAC地址的映射

1.組播MAC，第一個8位組的最后一位恒為1。

2.單播MAC，第一個8位組的最后一位恒為0。

3.組播IP地址有5位被丟棄，因此組播IP與MAC的對應關系是32：1。

組播路由協議概述

1.單播數據包的轉發，就是一個一對一的模型，路由器將IP數據包送到它的目的地，單播路由器并不關心數據包的源地址。

2.組播數據時由組播源產生，發向一組接收者，組播路由器將數據包自源向組播接收者分發下去，一直到組播的接收者。

--組播路由器怎么知道這些組播數據向何處分發?

--哪些地方需要組播流量?

--具體的分發路徑?

這個時候就需要在組播路由器上運行組播路由協議了。

3.組播流量和單播流量不同，組播流量發往一組接收者，如果網絡中有環路存在，那么情況要比單播環路嚴重，因此所有的組播路由器都需要實現知道組播源的位置，也必須把組播數據包自源(組播數據來的方向)向目標轉發(組播接收者)。

4.為了保證組播數據從上游發送到下游，每一個組播路由器都需要維護一個組播路由轉發表項。

5.單播路由協議確定去往某個目的地的最優(最短)路徑，它不會關心數據的源;而組播路由協議必須去判斷上游接口(距離組播源最近的接口)。

組播路由協議的主要功能

1.在接收組播報文時，判斷該報文是否在正確的接口上到達，從而確保組播數據轉發無環。

2.在組播中建立一棵組播分發樹(組播流量轉發的路徑)。

3.組播分發樹體現在每一臺組播路由器上便是(S,G)或(*,G)的組播轉發表項。

組播路由表項

PIM路由表項即通過PIM協議建立的組播路由表項，PIM中存在兩種路由表項：(S,G)或(*,G)的路由表項，S代表組播源，G表示組播組，*表示任意。

1.(S，G)路由表項知道組播源S的位置，主要用于在PIM路由器上建立SPT，適用于PIM-DM和PIM-SM網絡。

2.(*，G)路由表項由于只知道組播組G的存在，主要用于在PIM路由器上建立RPT，適用于PIM-SM網絡和雙向PIM網絡。

PIM路由器上可能存在兩種路由表項，當收到源地址為S，組地址為G的組播報文，且通過RPF檢查的情況下，按照如下規則轉發：

1.如果存在(S,G)路由表項，則由(S,G)路由表項指導報文轉發。

2.如果不存在(S,G)路由表項，只存在(*，G)路由表項，則先依照(*，G)路由表項創建(S,G)路由表項，再由(S,G)路由表項指導報文轉發。

組播分發樹的分類

SPT(Shortest-Path Or Source Distribution Trees，最短路徑樹或源樹)

1.源樹是以組播源為根的組播分發樹。

2.源樹的分支形成了通過網絡到達接收者所在路由器的分發樹，因為源樹使用最短的、從源其實貫穿網絡到達組播接收者的路徑，所以又叫做最短路徑樹。

3.SPT同時適用于PIM-DM網絡和PIM-SM網絡。

1.與源樹使用組播源作為根不同，共享樹使用RP(Rendezous Point)作為匯聚點。

2.多個組播組可以共用一個RP，期望接收組播流量的路由器通過組播協議在自己和RP之間建立一條RPT的分支，組播流量首先需要從源發送到RP，然后再由RP沿RPT將組播流量發送到各個組播接收者。

3.RPT適用于PIM-SM網絡和雙向PIM網絡。

在組播網絡中，如果組播流量出現轉發環路，比起單播報文的轉發環路的危害要大得多。路由器在轉發一個組播報文時，出了會關注報文的目的地址，還會特別關心該報文的源地址。組播路由器通過一個被稱為RPF(Reverse Path Forwarding，反向路徑轉發)的機制來實現組播數據轉發的無環化。

RPF機制確保組播數據從正確的接口接收到，只有通過RPF檢查的組播數據包才能被路由器沿著組播樹進行轉發，如果數據包從錯誤的接口被收到，路由器將丟棄這些報文。所謂正確的接口，就是RPF接口(通過RPF檢查的接口)，也就是我們常說的上游接口，比如常見的情況時借用單播路由表來實現RPF檢查。

組播路由協議分類

密集模式：PIM-DM

PIM-DM使用“推(push)模式”轉發組播報文，一般應用于組播組成員規模相對較小、相對密集的網絡。Push方式假設網絡中每個子網至少有一個(S，G)組播組的接收者，因此組播數據被推送到網絡的各個角落，然后再進行剪枝操作，不需要組播流量的路由器將自己從組播分發樹上修剪掉。

稀疏模式：PIM-SM

稀疏模式協議使用“拉(Pull)的方式”，而不是強推。這種方式假定網絡中不存在接收者，除非有設備用join機制來申請。為什么組播使用UDP進行封裝?

1.不需要進行TCP三次握手的建立。

2.如果使用TCP，在回包的時候，以哪一個地址作為報文發送源地址成為問題：

--如果以主機的單播地址作為報文發送源地址，那么從邏輯上說不通，因為發出去的是一個組播報文，收到的卻是一個單播報文。

--如果以組播地址作為報文發送源地址，那么也不合邏輯，因為組播地址是代表一個組，而不是代表單一的設備，也就是說，組播地址不能作為報文的發送源地址。

綜上所述，因此使用UDP來封裝組播報文，因為UDP不需要進行三次握手。

注：UDP帶來的問題就是沒有流控機制，也沒有重傳和擁塞避免，但是這個缺陷并不是組播本身的問題，而是UDP這種封裝方式帶來的問題。

組播服務模型(面試題目)：

ASM模型：任意源組播，組成員無法對組播源做出選擇時，部署使用ASM模型。

SSM模型：指定源組播，組成員可以對組播源做出選擇時，部署SSM服務模型。

如何區分使用的是SSM還是ASM?

--以接收者為參照物進行區分，依據接收者接收組播流量是否針對源進行了區分。

優缺點

ASM模型：

缺點：浪費組播地址。只通過組播地址來唯一的區分不同的組播業務，因為不知道組播源，無法對組播源做出選擇，在這種情況下，如果要區分不同的業務，就需要使用不同的組播地址來對不同的組播業務進行區分，會造成組播地址浪費。

優點：對組成員的能力要求不高，容易部署和維護，接收者只需要實現知道自己要加入的組播組地址即可。

SSM模型：

缺點：組播接收者需要實現知道源和組地址的對應關系。優點：通過組播源和組播組地址來唯一的區分不同的組播業務，可以實現組播地址重復使用，也就是說，同一個組播地址可以針對不同的組播源來提供不同的組播業務。