一、組播協議介紹

組播協議是一種網絡通信協議，它允許一個發送者同時向多個接收者發送數據。以下是組播協議的一些特點：

• 高效性：組播協議可以有效地利用網絡帶寬，因為它只需要發送一份數據副本，就可以被多個接收者同時接收。
• 可擴展性：組播協議可以支持大量的接收者，因為它不需要為每個接收者單獨發送一份數據副本。
• 靈活性：組播協議可以根據接收者的需求和網絡條件，動態地調整數據的發送速率和質量。

單播、廣播與組播協議不同點：

• 單播：主機之間“一對一”的通訊模式，網絡中的交換機和路由器對數據只進行轉發不進行復制。如果10個客戶機需要相同的數據，則服務器需要逐一傳送，重復10次相同的工作。
• 廣播：主機之間“一對所有”的通訊模式，網絡對其中每一臺主機發出的信號都進行無條件復制并轉發，所有主機都可以接收到所有信息。
• 組播：主機之間“一對多”的通訊模式，允許一個或多個組播源發送同一報文到多個接收者的技術。組播源將一份報文發送到特定的組播地址，組播地址不同于單播地址，它并不屬于特定某個主機，而是屬于一組主機。一個組播地址表示一個群組，需要接收組播報文的接收者都加入這個群組。

二、常見的組播協議

IGMP 工作原理：

• 成員主機通過向本地網段內的組播路由器發送 IGMP 消息來宣告加入或離開某個組播組。
• 組播路由器根據成員信息來構建組播分發樹，以實現組播數據的正確轉發。

IGMPv1、v2、v3 的區別：

• IGMPv1：僅支持普遍組查詢和成員報告。成員離開組時不會主動通知路由器。
• IGMPv2：增加了特定組查詢和成員離開消息。能夠更精確地管理組成員。
• IGMPv3：引入了對源過濾的支持，成員可以指定接收或不接收來自特定源的組播數據。相比前兩個版本，功能更強大和靈活。

PIM：

• 協議無關組播，是一種組播路由協議。它不依賴于某一特定的單播路由協議，可以利用任意單播路由協議建立的單播路由表完成 RPF檢查功能，從而建立組播路由。

PIM 兩種模式：

• PIM-DM（Dense Mode）：密集模式，適用于網絡規模較小、組播成員相對集中的情況。在 PIM-DM 中，組播數據會被擴散到所有的網絡節點，然后根據接收者的情況進行剪枝。
• PIM-SM（Sparse Mode）：稀疏模式，適用于網絡規模較大、組播成員分布較分散的情況。在 PIM-SM 中，組播數據只會被發送到有接收者的網絡節點，從而減少了網絡中的組播流量。
  • Bootstrap：引導消息，用于發現 PIM-SM 域中的 RP（Rendezvous?Point）。
  • Candidate-RP-Advertisement：候選 RP 通告消息，用于通告候選 RP 的信息。
  • Register：注冊消息，用于將組播源注冊到 RP。
  • Register-Stop：注冊終止消息，用于停止向 RP 注冊組播源。
  • 特點
    • 支持共享和最短路徑樹。
    • 使用軟狀態機制，適應網絡環境的變化。
    • 不依賴于特定的單播路由協議，可以使用任意路由協議輸入到組播路由信息庫中的路由信息。
• 共同點
  • PIM Version：當前 PIM 版本號為 2。
  • Type：特定 PIM 信息類型。
  • Address Length：地址大小（二進制形式）。
  • Reserved：該字段值設為 0，在接收端忽略。
  • Checksum：16 位字段是整個 PIM 信息的補充總和。

三、組播地址

• 組播地址的范圍和格式：
  • 組播地址的范圍：
    • IPv4 組播地址的范圍是 224.0.0.0 到 239.255.255.255。
    • IPv6 組播地址總是以 FF 開頭，高 8 位取值為 11111111。
  • 組播地址的格式：
    • IPv4 組播地址的格式為 1110 開頭的二進制數，其余 24 位可以使用任意數字。
    • IPv6 組播地址的格式中，Flags 字段（4 位）用來標識組播地址的狀態，Scope 字段（4 位）用來標識組播組的應用范圍，Group ID（112 位）為組播組標識符。

四、組播協議優勢

• 節省網絡帶寬：只向有需求的節點發送數據，避免不必要的傳輸。
• 提高數據傳輸效率：高效地將數據傳遞給多個接收者。
• 減輕服務器負載：無需對每個接收者單獨發送。
• 增強網絡的可擴展性：能夠輕松適應大規模的接收者群體，而不會對網絡性能造成過大負擔。
• 便于分布式應用：非常適合分布式系統中信息的同步和共享，促進系統協同工作。
• 支持動態群組：可以靈活地根據需求創建、修改或解散組播群組，適應不同的應用場景變化。
• 降低網絡維護成本：相比其他傳輸方式，在一定程度上減少了網絡配置和管理的復雜度

五：組播協議的應用場景

• 視頻和音頻流傳輸：實現高效的視頻和音頻流傳輸，例如在 IPTV、視頻會議和音樂流媒體等應用中，組播可以將同一視頻或音頻流發送給多個接收者，以減少網絡帶寬的使用和提高傳輸效率。

• 多媒體廣播：用于多媒體廣播系統，例如在電視廣播和廣播電臺中，可以使用組播協議將廣播內容發送給多個接收者。

• 文件和軟件分發：用于文件和軟件的分發，例如在局域網中，可以使用組播協議將文件和軟件發送給多個主機，以節省帶寬和加快分發速度。

• 網絡游戲：用于網絡游戲中的多播功能，例如在多人在線游戲中，可以使用組播協議將游戲狀態和數據發送給多個玩家，以實現實時的游戲同步。

• 網絡監控和安全：用于網絡監控和安全系統中，例如在視頻監控系統中，可以使用組播協議將視頻流傳輸給多個監控終端，以實現實時的視頻監控。