摘要： IP组播技术实现IP网络中点到多点的高效数据传送。因为组播能够有效地节约网络带宽、降低网络负载，所以在实时数据传送、多媒体会议、数据拷贝、游戏和仿真等诸多方面都有广泛的应用。介绍组播的基本概念、组播地址的分配以及目前通用的组播协议；流媒体的基本概念、流媒体系统的组成；并结合大学的校园网，利用IP组播实现现场直播。
关键词： 组播；IGMP；IGMP-SNOOPING；PIM-SM；PIM-DM；流媒体；反向信道组播
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0310119－01
1 组播概述
传统的IP通信有两种方式：第一种是在一台源IP主机和一台目的IP主机之间进行，即单播（unicast）；第二种是在一台源IP主机和网络中所有其它的IP主机之间进行，即广播（broadcast）。采用广播方式实现时，不仅会将信息发送给不需要的主机而浪费带宽，也可能由于路由回环引起严重的广播风暴；采用单播方式实现时，由于IP包的重复发送会白白浪费掉大量带宽，也增加了服务器的负载。所以，传统的单播和广播通信方式不能有效地解决单点发送多点接收的问题（S.E.Deering，Aug，1989）。
IP组播是指在IP网络中将数据包以尽力传送（Best-effort）的形式发送到网络中的某个确定节点子集，这个子集称为组播组（multicast group）。IP组播的基本思想是，源主机只发送一份数据，这份数据中的目的地址为组播组地址；组播组用D类IP地址来标识。
2 组播技术基本原理
2.1 IP组播成员。IP组播中各个成员可以不受地域的限制，分布于各个独立的物理网络上，其关系也是动态的，一台主机可以在任何时候加入或者退出某个群组，也可以是任意群组的成员，其成员关系决定了该主机是否接收发送给该群组的组播数据报；同时，不是某个群组的成员也可以向某个群组发送组播数据报，使之具有更大的灵活性。
参与组播的主机可以分为三个级别：
级别0：主机不能收、不能发IP组播数据报
级别1：主机只能发、不能收IP组播数据报
级别2：主机既能收、也能发IP组播数据报
组播报文的目的地址使用D类IP地址，范围是从224.0.0.0到239.255.255.255。D类地址不能出现在IP报文的源IP地址字段。
2.2 以太网组播MAC地址。以太网传输单播IP报文的时候，目的MAC地址使用的是接收者的MAC地址。但是在传输组播报文时，传输目的不再是一个具体的接收者，而是一个成员不确定的组，所以使用的是组播MAC地址。组播MAC地址是和组播IP地址对应的。IANA（Internet Assigned Number Authority）规定，组播MAC地址的高24bit为0x01005e，MAC地址的低23bit为组播IP地址的低23bit。
2.3 IP组播地址与网络硬件组播地址的映射。以太网硬件地址是48位，而IP地址是32位，有效IP组播地址是28位，以太网支持IP组播地址到以太网组播地址的映射，他们之间的映射很巧妙而简单，主要规则如下：
将IP组播地址的低23位简单地代替特定的以太网地址01.00.5e.00.00.
00（16进制）中的低23位。例如：IP组播地址224.66.60.89（16进制，其2进制为：11100000.01000010.00111100.01011001）映射到以太网的地址为：01.00.5e.66.60.89（16进制）。
按此规则，IP组播地址范围为224.0.0.0-239.255.255.255，映射到以太网组播地址为01.00.5E.00.00.00-01.00.5E.7F.FF.FF
2.4 组播报文的转发过程。组播路由可以分为两大类：信源树（Source
Tree）和共享树（Shared Tree）。信源树是指以组播源作为树根，将组播源到每一个接收者的最短路径结合起来构成转发树。
RPF执行过程中会用到原有的单播路由表以确定上游和下游的邻接接点，只有当报文是从上游邻接接点对应的接口（称作RFC接口）到达时，才向下游转发。
RPF检查过程如下：
1）路由器在单播路由表中查找组播源或RP对应的RPF接口。某个地址对应的RPF接口是指从路由器向该地址发送报文时的出接口；
2）如果组播报文是从RPF接口接收下来的，则RPF检查通过，报文向下游接口转发；
3）否则，丢弃该报文。
3 流媒体
3.1 流媒体产生原因
流媒体简单来说就是应用流技术在网络上传输的多媒体文件，而流技术就是把连续的影象和声音信息经过压缩处理后放上网站服务器，让用户一边下载一边观看、收听，而不需要等整个压缩文件下载到自己机器后才可以观看的网络传输技术。目前在这个领域上，竞争的公司主要有三个：Microsoft、RealNetworks、Apple，而相应的产品就是：Windows Media、
Real Media、QuickTime。
3.2 流媒体的系统组成
一个完整的流媒体系统应包括以下几个组成部分。
1）编码工具：用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式，这可以由带视音频硬件接口的计算机和运行其上的制作软件共同完成。
2）流媒体数据。
3）服务器：存放和控制流媒体的数据。
4）网络：适合多媒体传输协议或实时传输协议的网络。
5）播放器：供客户端浏览流媒体文件。
3.3 流媒体的技术特征
流式传输的实现需要合适的传输协议。由于TCP需要较多的开销，故不太适合传输实时数据。在流式传输的实现方案中，一般不采用HTTP/TCP来传输控制信息，而用RTP/UDP来传输实时声音数据。
1）实时传输协议RTP与实时传输控制协议RTCP。
2）实时流协议RTSP。
3）资源预订协议RSVP。
参考文献：
[1]谢希仁，计算机网络（第2版），电子工业出版社，1999.
[2]Dougelas、E.comer，用TCP/IP进行网际互连，电子工业出版社，2000.
[3]傅卫国，基于组播的IP视频解决方案，电子技术，2000：15.
[4]David Hucaby，CCNP BCMSN认证指南，电子工业出版社，2004：3-5.
[5]Andrew、S.tanenbaum Computer Networks（third edition），清华大学出版社.
[6]流媒体世界，http：//www.liumeiti.org/：16-17.
[7]SteveMack，流媒体宝典，电子工业出版社，2003：13-14.
作者简介：
黄鹏（1982-），男，湖北荆门人，大学本科，助教，荆楚理工学院教育技术中心，研究方向：计算机网络。