组播地址与组播网络组成

昨天大致学习了为什么会出现组播以及组播的数据结构格式，今天继续学习下组播地址。

## 一、组播IP地址
在前面的网络基础时候我们知道IP地址是分类的：

![IP地址分类](/media/202407/2024-07-02_113934_8338090.1628095079000469.png)

其中A、B、C类是我们常用的，其中`D类:224.0.0.0-239.255.255.255`是专门用于用于标识组播组，且仅能作为组播报文的目的地址使用，不能作为源地址使用。

一个组播地址就表示一个点到多点的数据流，比如IPTV数据流，语音会议数据流。大多数情况下，同一个组播网络里不同的业务（比如，IPTV，语音会议）就需要使用不同的组播IP地址，就是可以简单理解为一个组播IP就是一类业务流，需要接收相关业务就加入对应的组播IP即可。

IANA对D类地址做了进一步的定义，几种主要的组播地址如下表所示：

|范围	|含义|
|---|---|
|224.0.0.0—224.0.0.255	|为路由协议预留的永久组地址|
|224.0.1.0—231.255.255.255,  233.0.0.0—238.255.255.255|Any-Source临时组播组地址|
|232.0.0.0—232.255.255.255	|Source-Specific临时组播组地址|
|239.0.0.0—239.255.255.255	|本地管理的Any-Source临时组播组地址|

其中第一部分就是我们前面说过的为路由协议预留的用于选举DR、BDR、或者传递路由信息的组播地址，相关路由器都会加入这个组播地址接收组播信息。关于临时组播地址什么的后面再说，现在大家大致清楚了组播IP地址的定义。

## 二、组播MAC地址
以太网传输IPv4单播报文的时候，目的MAC地址使用的是接收者的MAC地址。但是在传输组播数据时，其目的地不再是一个具体的接收者，而是一个成员不确定的组，所以要使用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，例如组播组地址224.0.1.1对应的组播MAC地址为01-00-5e-00-01-01。

![组播IP与MAC地址的关系](/media/202407/2024-07-02_113953_2142970.44698545166945514.png)

MAC地址，也称为物理地址或以太网地址，是一个用于网络接口的独一无二的标识符。它通常由6个字节（48位）组成，表示为6组两位十六进制数，每组之间用冒号（:）或破折号（-）分隔。

一个MAC地址可能看起来像这样：01:23:45:67:89:AB。要将这个MAC地址转换为二进制，我们可以按照以下步骤：
- 将每个十六进制数转换为它的4位二进制等价物。
- 连接所有这些4位二进制数，形成一串48位的二进制数。

所以上面的0x01005e,0x代表十六进制，后面是01-00-5e,每一个字符转换为二进制，如01-->0000 0001 ,所以组播MAC地址的前25位固定位：`00000001 00000000 0101 1110`。

MAC地址由6个字节（48位）组成，而组播IP地址是4个字节(32位)，因此`组播MAC地址是将前面固定的25位+组播IP的低23位组成。`

注意点：IPv4组播地址的前4位是固定的1110，对应组播MAC地址的高25位，后28位中只有23位被映射到MAC地址，因此丢失了5位的地址信息，直接结果是有32个IPv4组播地址映射到同一MAC地址上。例如IP地址为224.0.1.1、224.128.1.1、225.0.1.1、239.128.1.1等组播组的组播MAC地址都为01-00-5e-00-01-01。网络管理员在分配地址时必须考虑这种情况。

`一个组播MAC地址所标识的一组设备有着共同的特点，那就是它们都加入了相同的组播组，这些设备将会侦听目的MAC地址为该组播MAC地址的数据帧`，组播MAC地址其实就是将IP地址和MAC地址进行结合，只要加入特定的组播IP则能够接收到这个组播流。

## 三、组播网络的组成
组播网络大体可以分为三个部分：
- 源端网络：将组播源产生的组播数据发送至组播网络。
- 组播转发网络：形成无环的组播转发路径，该转发路径也被称为组播分发树（Multicast Distribution Tree）。
- 成员端网络：让组播网络感知组播组成员位置与加入的组播组。

![组播网络组成](/media/202407/2024-07-02_114015_1343250.3580521907812293.png)

相关组成：
- `组播源（Source）`：组播流量的发送者，例如多媒体服务器。组播源无需运行任何组播协议，只需简单 地将组播数据发送出来即可。 
- `组播接收者（Receiver）`：也被称为组播组成员，是期望接收特定组播组流量的设备，例如运行多媒体 直播客户端软件的PC。
- `组播组（Multicast Group）`：用IP组播地址进行标识的一个集合。任何用户主机（或其他接收设备），加入一个组播组，就成为了该组成员，可以识别并接收发往该组播组的组播数据。
- 组播路由器（Multicast Router）：支持组播、运行组播协议的网络设备，实际上不仅仅路由器能够支持 组播，交换机、防火墙等设备也能够支持组播（取决于设备型号），路由器仅是一个代表。
- 第一跳路由器（First-Hop Router）：组播转发路径上，与组播源相连且负责转发该组播源发出的组播数据的PIM路由器。
- 最后一跳路由器（Last-Hop Router）：组播转发路径上，与组播组成员相连且负责向该组成员转发组播数据的PIM路由器。
- `IGMP（Internet Group Management Protocol，因特网组管理协议）`，是TCP/IP协议族中负责IP组播成员管理的协议，它用来在接收者和与其直接相邻的组播路由器之间建立、维护组播组成员关系。

和IP单播网络一样，组播网络也是基于物理设备连接形成的，因此也需要进行网络通信，需要路由，需要选路。

## 四、组播服务模型
组播组成员在接收组播数据时可以对于组播数据源进行选择，因此产生了**ASM**（Any-Source Multicast，任意源组播）和**SSM**（Source-Specific Multicast，指定源组播）两种组播服务模型。
- ASM：组成员加入组播组以后，组成员可以接收到任意源发送到该组的数据。
- SSM：组成员加入组播组以后，组成员只会收到指定源发送到该组的数据。

![组播服务模型](/media/202407/2024-07-02_114031_2064260.5049147426631431.png)

前面我们说过了一个组播里面只要大家都加入一个组播IP则可以接收业务流量，那么一个组播组里面可以有多个组播源嘛，答案是肯定的。

说到这里大家还记得上面的组播IP的分类嘛，其实可以按照这个组播模型来划分的。其中的`Any-Source`和`Source-Specific`类别。

![组播IP地址](/media/202407/2024-07-02_114047_4749270.7832191299967592.png)

两种组播模型的特点：

ASM任意源组播特点：
- ASM为了提高安全性，可以在路由器上配置针对组播源的过滤策略，允许或禁止来自某些组播源的报文通过。最终从接收者角度看，数据是经过筛选的。
- ASM模型要求组地址必须整个组播网络中唯一。"唯一"指的是同一时刻一个ASM地址只能被一种组播应用使用。如果有两种不同的应用程序使用了同一个ASM组地址发送数据，它们的接收者会同时收到来自两个源的数据。这样一方面会导致网络流量拥塞，另一方面也会给接收者主机造成困扰。

SSM指定源组播特点：
- SSM模型对组地址不再要求全网唯一，只需要每个组播源保持唯一。这里的"唯一"指的是同一个源上不同的组播应用必须使用不同的SSM地址来区分。不同的源之间可以使用相同的组地址，因为SSM模型中针对每一个（源，组）信息都会生成表项。这样一方面节省了组播组地址，另一方面也不会造成网络拥塞。

后面我们学习组播转发原理时候会大概讲述一下。

总结：**D类:224.0.0.0-239.255.255.255**是专门用于用于标识组播组，一个组播IP代表一个组播流。组播MAC地址由固定前25bit和组播IP的后23bit组成，一个组播MAC地址所标识的一组设备有着共同的特点，那就是它们都加入了相同的组播组，这些设备将会侦听目的MAC地址为该组播MAC地址的数据帧。整个组播网络由**源端网络**、**组播转发网络**、**成员端网络**构成。基于组播组中的组播源形成了**ASM**（Any-Source Multicast，任意源组播）和**SSM**（Source-Specific Multicast，指定源组播）两种组播服务模型。

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