IP组播基础

Posted 2021-11-10 星空予蓝

单播：网络中传输的信息量与需要该信息的用户量成正比。多份内容相同的信息发送给不同用户，对信源及网络带宽都将造成巨大压力
广播：无需接收信息的主机也将收到该信息，这样不仅信息安全得不到保障，且会造成同一网段中信息泛滥
组播：有效地解决了单播和广播在点到多点应用中的问题。组播源只发送一份数据，数据在网络节点间被复制、分发，且只发送给需要该信息的接收者

传统点到点应用：（传统的电子邮件、WEB、网上银行等）
特点：1.服务提供端以单个用户为单位提供服务（同时只有一个数据发送者和接收者）
2.不同用户与服务提供端的通信数据存在差异
两个通信实体之间的通信过程如下：
1.Server封装数据包并发出，其中源IP为自身IP，目的IP为远端Client地址，源MAC为自身MAC地址，目的MAC为网关路由器的MAC地址。
2.网关路由器收到数据包，解封装后根据目的IP查找路由表，确定去往目的IP的下一跳地址及出接口。重新封装源数据包，从相应出接口发给下一跳设备继续转发。
3.经过路由器的多次逐条转发，数据包到达Client所在网络，Client收到数据后，对数据包进行解封装并交由本机上层应用协议处理。

新型点到多点应用：（在线直播、网络电视、视频会议等）
特点：1.服务提供端以一组用户为单位提供服务
2. 同组用户与服务提供端的通信数据无差异
3.对信息安全性、传播范围、网络带宽提出了较高的要求
部署方式：
1.单播：在一台源IP主机和一台目的IP主机之间进行（网络上绝大部分的数据都是以单播的形式传输的，例如电子邮件收发、网上银行都是采用单播实现的）（逐跳）
特点： 1.一份单播报文，使用一个单播地址作为目的地址，若网络中存在N个接收者，则Source需要发送N份单播报文
2.网络为每份单播报文执行独立的数据转发，形成一条独立的数据传送通路
缺陷：
1.重复流量过多
2.消耗设备和链路带宽资源
3.难以保证传输质量

     2.广播：一台源IP主机和网络中所有其它的IP主机之间进行，属于一对所有的通讯方式，所有主机都可以接收到（不管是否需要）
     特点：1.一份广播报文，使用一个广播地址作为目的地址。
                2.不管是否有需求，保证报文被网段中的所有用户主机接收
     缺点：只能在一个网段
               1.地域范围限制
               2.安全性无法保障
               3.有偿性无法保障

     3. 组播：一台源IP主机和多台（一组）IP主机之间进行，中间的交换机和路由器根据接收者的需要，有选择性地对数据进行复制和转发
      IP组播通信指的是IP报文从一个源发出，被转发到一组特定的接收者
           *1.只能在本网段
             2.可被转发到其他网段
      优势：
           1.无重复流量
           2.节省设备与带宽资源
           3.安全性高
           4.有偿性有保障
 
   组播基本架构：

  组播源到路由器：组播源生成组播数据，完成数据封装并发送给网关路由器。
  路由器到路由器：路由器根据接收者的分布情况有选择地对数据进行复制和转发。
  路由器到接收端：路由器收到组播数据并发送给相应的接收者

组播IP地址：D类IP地址
一个组播IP地址并不是表示具体的某台主机，而是一组主机的集合，主机声明加入某组播组即标识自己需要接收目的地址为该组播地址的数据

IP组播常见模型：
ASM模型：Any-Source Multicast，任意源组播；任意发送者都可以成为组播源，向某组播组地址发送信息；接收者无法预先知道组播源的位置，接收者可以在任意时间加入或离开该组播组
SSM模型：Source-Specific Multicast，指定源组播；能够在客户端指定信源的传输服务（新闻联播）

组播MAC地址：第一个字节的最后一位为1
未知MAC地址通过ARP获取。

前25为已为固定，后23为来自组播IP与MAC的映射：
1.需要组播IP地址与组播MAC地址的自动映射。
2.MAC地址的低23bit为组播IP地址的低23bit

映射导致的问题：

组播IP地址映射成组播MAC地址时，会导致32个（2^5）组播IP地址对应一个组播MAC的问题（出现概率低）