IP多播技术及其编程(1)

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。多播作为一点对多点的通信，是节省网络带宽的有效方法之一。在网络音频/视频广播的应用中，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。目前，IP多播技术被广泛应用在网络音频/视频广播、AOD/VOD、网络视频会议、多媒体远程教育、“push”技术（如股票行情等）和虚拟现实游戏等方面。

一、IP多播技术简介
1．IP多播地址和多播组

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。其中，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；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；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。

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。此外，不属于某一个多播组的主机也可以向该多播组发送数据包。

2．IP多播技术的硬件支持

要实现IP多播通信，要求介于多播源和接收者之间的路由器、集线器、交换机以及主机均需支持IP多播。目前，IP多播技术已得到硬件、软件厂商的广泛支持。

（1）主机

支持IP多播通信的平台包括Windows CE 2.1、Windows 95、Windows 98、Windows NT 4和Windows 2000等，运行这些操作系统的主机都可以进行IP多播通信。此外，新生产的网卡也几乎都提供了对IP多播的支持。

（2）集线器和交换机

目前大多数集线器、交换机只是简单地把多播数据当成广播来发送接收，但一些中、高档交换机提供了对IP多播的支持。例如，在3COM SuperStack 3 Swith 3300交换机上可启用802.1p或IGMP多播过滤功能，只为已侦测到IGMP数据包的端口转发多播数据包。

（3）路由器

多播通信要求多播源节点和目的节点之间的所有路由器必须提供对Internet组管理协议（IGMP）、多播路由协议（如PIM、DVMRP等）的支持。

当一台主机欲加入某个多播组时，会发出“主机成员报告”的IGMP消息通知多播路由器。当多播路由器接收到发给那个多播组的数据时，便会将其转发给所有的多播主机。多播路由器还会周期性地发出“主机成员查询”的IGMP消息，向子网查询多播主机，若发现某个多播组已没有任何成员，则停止转发该多播组的数据。此外，当支持IGMP v2的主机（如Ｗindows 98/2000计算机）退出某个多播组时，还会向路由器发送一条“离开组”的IGMP消息，以通知路由器停止转发该多播组的数据。但只有当子网上所有主机都退出某个多播组时，路由器才会停止向该子网转发该多播组的数据。

使用多播路由协议，路由器可建立起从多播源节点到所有目的节点的多播路由表，从而实现在子网间转发多播数据包。例如，PIM（协议独立多播）就是一种多播路由协议，它有两种类型：稀疏模式（sparse-mode）和密集模式（dense-mode）。以Cisco 2621路由器为例，启用IP多播转发功能的基本设置如下：

c2621(config)# ip multicast-routing 启动IP多播，使路由器成为一个多播路由器

c2621(config)# int f0/0 配置快速以太网端口0

c2621(config-if)# ip pim dense-mode（或sparse-mode）启动PIM，同时激活IGMP协议

c2621(config-if)# int f0/1 配置快速以太网端口１

c2621(config-if)# ip pim dense-mode（或sparse-mode）