组播基础
IP传输的三种方式包括单播、组播和广播。在IP组播中，IP报文从一个源发出，被转发到一组特定的接收者。与传统的单播和广播相比，IP组播可以节约带宽、减少网络负载，被广泛应用于网络电视、远程教育、在线直播和多媒体会议等实时性要求较高的网络业务中。
组播基本概念
如图1-1所示，网络中存在信息发送源和信息接收者。对信息感兴趣的用户提出信息需求，信息发送源发出的报文只有感兴趣的用户才会收到。
组播组：用IP组播地址进行标识。用户主机加入组播组后，成为该组播组成员，可以接收发往该组播组的组播数据。
组播源：信息的发送者。如图1-1中的Source。不同的组播源可以向同一个组播组发送报文，一个组播源也可以同时向多个组播组发送组播数据。
组播组成员：加入组播组的用户主机。如图1-1中的HostA和HostC。组播组成员是动态的，可以随时加入或离开组播组。
组播设备：支持组播功能的设备。如图1-1中的各个Device，既可以提供组播路由功能，也可以提供组成员管理功能。
组播服务模型
针对不同的组播组成员，组播服务模型可以分为ASM（Any-Source Multicast，任意源组播）和SSM（Source-Specific Multicast，指定源组播）两种服务模型。两种服务模型使用不同的组播组地址范围。
ASM模型
ASM模型只针对组播组提供组播分发。组播组地址作为网络服务标识，任何组播源都可以向该组播组地址发送信息，接收者通过加入该组播组接收发往该组播组的组播报文。ASM模型中的组播组地址在整个组播网络中唯一。
SSM模型
SSM模型针对特定组播源和组播组进行组播数据分发。组播组成员在加入组播组时，可以指定接收或者不接收哪些组播源的数据。加入组播组后，成员主机只会接收到指定组播源发送到该组播组的组播数据。在SSM模型中，不同的组播源之间可以使用相同的组播组地址。
组播地址
组播技术使用IP组播地址为组播源和组播组成员间的通信提供网络层组播。同时，使用组播MAC地址实现组播数据在本地物理网络中的正确传输。组播数据传输时，由于目的地址是一个成员不确定的组，所以需要将IP组播地址和组播MAC地址进行映射。
IPv4组播地址
D类地址空间最高4位为1110，地址范围从224.0.0.0到239.255.255.255，由IANA（Internet Assigned Numbers Authority，互联网编号分配委员会）分配给IPv4组播使用。IPv4组播地址作如下划分：
IPv4组播地址划分
地址范围 |
含义 |
|---|---|
224.0.0.0～224.0.0.255 |
永久组地址 |
224.0.1.0～231.255.255.255 233.0.0.0～238.255.255.255 |
ASM组播地址 |
232.0.0.0～232.255.255.255 |
缺省情况下的SSM组播地址 |
239.0.0.0～239.255.255.255 |
本地管理组地址 |
常见的永久组地址
永久组地址 |
含义 |
|---|---|
224.0.0.0 |
未分配 |
224.0.0.1 |
网段内的所有主机和路由器 |
224.0.0.2 |
所有组播设备 |
224.0.0.3 |
未分配 |
224.0.0.4 |
DVMRP（Distance Vector Multicast Routing Protocol，距离矢量组播路由协议）路由器 |
224.0.0.5 |
OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路径优先）路由器 |
224.0.0.6 |
OSPF指定路由器 |
224.0.0.7 |
ST（Shared Tree，共享树）路由器 |
224.0.0.8 |
ST主机 |
224.0.0.9 |
RIP-2（Routing Information Protocol version 2，路由信息协议版本2）路由器 |
224.0.0.11 |
移动代理 |
224.0.0.12 |
DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）服务器/中继代理 |
224.0.0.13 |
所有PIM（Protocol Independent Multicast，协议无关组播）设备 |
224.0.0.14 |
RSVP（Resource Reservation Protocol，资源预留协议）封装 |
224.0.0.15 |
所有CBT（Core-Based Tree，基于核树）路由器 |
224.0.0.16 |
指定SBM（Subnetwork Bandwidth Management，子网带宽管理） |
224.0.0.17 |
所有SBM |
224.0.0.18 |
VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由器冗余协议） |
IPv4组播MAC地址
IANA规定，IPv4组播MAC地址的高24位为0x01005e，第25位为0，低23位为IPv4组播地址的低23位，映射关系如图1-2所示。IPv4组播地址的高4位固定为1110，对应组播MAC地址的高25位。IPv4组播地址低28位中的低23位映射到组播MAC地址的低23位中，丢失的5位地址信息导致32个IPv4地址映射到同一个MAC地址上。
IPv6组播地址
IPv6地址的长度为128位。IPv6组播地址总是以FF开头。
IPv6组播地址划分
地址范围 |
含义 |
|---|---|
FF0x::/32 |
保留组地址 |
FF1x::/32（x不能是1或者2） FF2x::/32（x不能是1或者2） |
ASM组播地址 |
FF3x::/32（x不能是1或者2） |
缺省情况下的SSM组播地址 |
IPv6常用组播地址及含义
范围 |
IPv6组播地址 |
含义 |
|---|---|---|
节点（或接口）本地范围 |
FF01::1 |
所有节点（接口）地址 |
FF01::2 |
所有路由器地址 |
|
链路本地范围 |
FF02::1 |
所有节点地址 |
FF02::2 |
所有路由器地址 |
|
FF02::3 |
未分配 |
|
FF02::4 |
DVMRP路由器 |
|
FF02::5 |
OSPF IGP路由器 |
|
FF02::6 |
OSPF IGP DR |
|
FF02::7 |
ST路由器 |
|
FF02::8 |
ST主机 |
|
FF02::9 |
RIP路由器 |
|
FF02::A |
EIGRP路由器 |
|
FF02::B |
移动代理 |
|
FF02::D |
所有PIM路由器 |
|
FF02::E |
RSVP封装 |
|
FF02::1:1 |
Link Name |
|
FF02::1:2 |
所有DHCP代理 |
|
FF02::1:FFXX:XXXX |
Solicited-Node地址，XX:XXXX表示节点IPv6地址的后24位 |
|
站点本地范围 |
FF05::2 |
所有路由器地址 |
FF05::1:3 |
所有DHCP服务器 |
|
FF05::1:4 |
所有DHCP中继 |
|
FF05::1:1000～FF05::1:13FF |
服务位置 |
IPv6组播MAC地址
IPv6组播MAC地址高16位为0x3333，低32位为IPv6组播地址的低32位。IPv6组播地址FF2E::F01E:1的MAC地址映射举例如图1-3所示。因此，在IPv6中会有更多的IPv6组播地址映射到同一个MAC地址。
IPv4组播协议
在组播的发展过程中，形成了一套完整的协议来完成组播数据传输任务。IPv4组播主要包括如下协议：
IGMP（Internet Group Management Protocol，因特网组管理协议）：负责IPv4组播成员的管理，运行在组播网络中与主机相连的网段。IGMP协议支持与上游组播路由协议的信息交互，通过组成员的加入和离开来实现组成员关系的维护和管理。IGMP支持3个版本：
IGMPv1：支持ASM模型，需要SSM Mapping技术的支持才能支持SSM模型。
IGMPv2：支持ASM模型，需要SSM Mapping技术的支持才能支持SSM模型。
IGMPv3：支持ASM模型和SSM模型。
PIM（Protocol Independent Multicast，协议无关组播）：IPv4网络中的组播路由协议，实现组播数据的路由查找与转发。PIM协议主要包括以下两种：
PIM-DM（Protocol Independent Multicast Dense Mode，协议无关组播-密集模式）：适合规模较小、组播组成员相对集中的网络。无需区分ASM模型和SSM模型。
PIM-SM（Protocol Independent Multicast Sparse Mode，协议无关组播-稀疏模式）：适合任何形式的网络，尤其是网络规模较大和组成员相对分散的网络。根据数据和协议报文中的组播地址区分ASM模型和SSM模型。
IGMP Snooping（Internet Group Management Protocol Snooping，组播侦听者发现协议窥探）：通过侦听上游三层设备和成员主机间的IGMP报文建立组播二层转发表，管理和控制组播报文在二层网络中的转发，有效抑制组播数据的扩散。
MSDP（Multicast Source Discovery Protocol，组播源发现协议）：解决多个PIM-SM域之间的互连，共享各个PIM-SM间的组播源信息，实现组播报文的跨域转发。
IPv6组播协议
IPv6组播主要包括如下协议：
MLD（Multicast Listener Discovery，组播侦听者发现协议）：负责IPv6组播成员的管理，运行在组播网络中与主机相连的网段。MLD协议支持与上游组播路由协议的信息交互，通过组成员的加入和离开来实现组成员关系的维护和管理。MLD支持2个版本：
MLDv1：支持ASM模型，需要SSM Mapping技术的支持才能支持SSM模型。
MLDv2：支持ASM模型和SSM模型。
PIM（IPv6）：IPv6网络中的组播路由协议，实现组播数据的路由查找与转发。适合任何形式的网络，尤其是网络规模较大和组成员相对分散的网络。根据数据和协议报文中的组播地址区分ASM模型和SSM模型。
MLD Snooping（Multicast Listener Discovery Snooping，组播侦听者发现协议窥探）：通过侦听上有三层设备和成员主机间的MLD报文建立组播二层转发表，管理和控制组播报文在二层网络中的转发，有效抑制组播数据的扩散。
PIM基本概念
PIM设备
启用了PIM协议的设备，在PIM设备上执行组播报文的转发。
PIM接口
开启了PIM协议功能的接口称为PIM接口。接收组播报文的PIM接口称为上游接口；发出组播报文的PIM接口称为下游接口。上游接口所在网段称为上游网段；下游接口所在网段称为下游网段。
PIM网络和PIM域
PIM设备之间通过PIM接口相连，组成PIM网络。
PIM域
在某些PIM接口上设置“边界”，可以将一个大的PIM网络划分为多个PIM域。“边界”可以拒绝特定组播报文通过，或者限制PIM消息的传输。
RP（Rendezvous Point，汇聚点）
RP是PIM设备的功能角色，负责收集网络中的组播源信息，组成员信息。
C-RP（Candidate-RP，候选RP）
设备通过自举机制从C-RP中动态选出RP，使不同的RP服务于不同的组播组。
DR（Designated Router，指定路由器）
DR是PIM设备的功能角色，连接组播源的DR负责向RP汇报组播源的信息，称为源端DR；连接组成员的DR负责向RP汇报组成员的信息，称为成员端DR。
C-BSR（Candidate-BSR，候选BSR）
任何一台PIM设备都可以配置成C-BSR，从中选举出BSR。一旦BSR发生故障，其他C-BSR发起新一轮的选举产生新的BSR，从而避免业务中断。
BSR（Bootstrap Router，自举路由器）
BSR是PIM设备的功能角色，负责在PIM-SM域中收集并发布RP信息。BSR是通过C-BSR选举出来的。一个PIM-SM域只能有一个BSR，但是可以有多个C-BSR。
组播分发树
组播报文从一点传输到多点，转发路径呈现树型结构。此转发路径被称为组播分发树（MDT，Multicast Distribution Tree），有两种类型：
RPT（RP Tree，共享树）：以RP为根，以连接组成员的DR为叶子。
SPT（Shortest Path Tree，最短路径树）：以连接组播源的DR为根，以RP或连接组成员的DR为叶子。
（*，G）和（S，G）
（*，G）是任意源发往组G的报文对应的路由表项，任意源发往组G的报文对应的转发路径为RPT共享树。