IP组播基础

原理概述

       IANA ( Internet Assigned Numbers Authority ）将 IP 地址分成了 A 、 B 、 C 、 D 、 E5类，其中的 D 类为组播 IP 地址，范围是224.0.0.0~239.255.255.255。
       一个 IP 报文，其目的地址如果是单播 IP 地址，则称为单播 IP 报文；如果是组播 IP 地址，则称为组播 IP 报文；如果是广播 IP 地址，则称为广播 IP 报文。发送 IP 报文时，如果发送的是单播 IP 报文，则这样的发送方式称为 IP 单播方式，简称 IP 单播；如果发送的是组播 IP 报文，则这样的发送方式称为 IP 组播方式，简称 IP 组播；如果发送的是广播 IP 报文，则这样的发送方式称为 IP 广播方式，简称 IP 广播。
        IP 单播是一种点到点的通信模式，而 IP 组播则是一种点到多点的通信模式。一个发送者需要同时向多个接收者发送完全相同的信息时，如果采用单播方式，则网络需要传输大量的报文，相比之下，采用组播方式可以大大减少需要传输的报文数量，从而可以节约大量的网络资源。随着 Internet 的不断发展，电子商务、网络会议、视频点播、远程教学等服务大量兴起，这些服务大多符合点到多点的模式，特别适合于 IP 组播的应用。
         在组播方式下，组播报文将沿着组播路由协议建立的树型路由从信息源传递到众多的终端用户。在这个过程中，只有该组播组的成员才能收到并处理该组播组的报文，而对于不是该组播组的成员，要么不能收到该组播组的报文，要么收到后直接丢弃。
          虽然 IP 广播也是一种点到多点的通信模式，但相比之下， IP 组播总的来说更具优势。例如， IP 组播是可以跨越网段的，而 IP 广播只能限制在一个网段内。另外， IP 组播也比 IP 广播具有更好的安全性。

实验目的

理解IP组播的基本原理和应用场景

观察IP单波、组播、广播现象

掌握组播源的配置方法

实验内容

实验拓扑如图所示，本实验模拟了一个简单的公司网络，R1为公司的一台网关设备，PC-4是网络管理员所使用的终端，直接连接到R1上，公司其它员工的终端通过交换机S1与R1相连。现在，公司需要通过在组播服务器Source-1上播放视频对员工进行内部培训，除了少数人事部门的员工（使用的终端是PC-3）不需要观看此视频外，其他员工均需要观看学习。管理员需要通过测试和比较，在单波，广播，组播中选择一种最为合适的方式传输该视频数据。

实验拓扑

1.基本配置

根据拓扑图，进行相应的基本配置，并使用ping命令检测R1与PC-1之间的连通性。

其余直连网段的连通性在此省略。

2.观察单播方式

 单播报文的目的IP地址只能标识一个唯一的接收者，只有该接收者才能收到并处理该IP报文；其它接收者要么不能收到此报文，要么收到后也不会处理，而是直接丢弃。

       在R1上使用PC-1的单播IP地址10.0.1.1作为目的地址进行ping操作，然后分别在PC-1,PC-2和PC-3的Ethernet0/0/1接口查看报文的接收情况，如下图所示。

                                                   PC-1的Ethernet 0/0/1接口的报文情况

                                                   PC-2的Ethernet 0/0/1接口的报文情况 

                                                 PC-3的Ethernet 0/0/1接口的报文情况

可以观察到，PC-2和PC-3没有收到ICMP消息，只有PC-1收到了。如果三个用户都需要接收到ping包。

如果多个用户需要获得相同的信息，那么在单播方式下，网络中需要传输的报文数量和用户数量成正比。用户数量越多，网络中包含相同信息的报文数量就越多，这样既浪费网络设备的CPU资源又浪费网络的带宽资源。

3.观察广播方式

一个广播IP地址标识了某确定网段内的所有网络设备，该网段内每个网络设备都会收到并处理该网段的广播报文。

在R1上配置RIPv1协议，使用R1通过广播方式发送RIP报文，然后在PC-1,PC-2和PC-3的Ethernet0/0/1接口查看报文接收情况

[r1]rip 1
[r1-rip-1]network 10.0.0.0

                                               PC-1的Ethernet 0/0/1接口的报文情况

                                               PC-2的Ethernet 0/0/1接口的报文情况

                                               PC-3的Ethernet 0/0/1接口的报文情况 

可以看到,PC-1,PC-2和PC-3都收到了R1通过广播方式发送的RIP报文。

广播方式只在同一个网段中才有效，不能跨越网段。另外，广播方式是无法区分接收者的，这对于信息的安全性和服务的有偿性而言都是一个问题。

4.观察组播方式

使用组播方式时，只有加入到该组播组的成员才能收到并处理该组播组的报文。对于不是该组播组的成员，要么不能收到该组播组的报文，要么收到后直接丢弃。
在R1上完成组播的基本配置，包括在全局模式下开启组播功能，在GE0/0/0接口下开启组播功能，在 GE 0/0/1和 GE 0/0/2接口下开启组播功能及 IGMP 功能。

[r1]multicast routing-enable
[r1]int g0/0/0
[r1-GigabitEthernet0/0/0]pim dm
[r1-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[r1-GigabitEthernet0/0/1]pim dm
[r1-GigabitEthernet0/0/1]igmp enable
[r1-GigabitEthernet0/0/1]int g0/0/2
[r1-GigabitEthernet0/0/2]pim dm
[r1-GigabitEthernet0/0/2]igmp enable

组播服务器 Source -1需要使用 VLC 播放视频的方式来发送组播。首先，在网上下载并安装一个 VLC 软件，然后，在 eNSP 软件的主界面中点击右上方工具栏的设置按钮，在"工具设置"页面中设置 VLC 软件路径

打开组播服务器Source-1的配置界面，在“基础配置”页面中配置IP地址、掩码等，然后点击“应用”

 

接下来在“组播源”页面中配置组播组MAC地址01-00-5E-01-01-01和组播组IP地址224.1.1.1

 

在Source-1的设置界面中选择一个视频文件的路径后，点击“运行”播放视频。

在PC-4上使用IGMPv2加入224.1.1.1组播组，启动VLC，如下图所示

 

可以观察到，在 PC -4上已能播放组播源的视频了。另一方面，如果 PC -1和 PC -2不加入该组播组，则即使启动 VLC 也无视频播放出来，同时，在 PC -1和 PC -2的 Ethernet 0/0/1接口抓取不到任何 UDP 的视频数据。
当 PC -1和 PC -2加入组播组224.1.1.1后，重新启动 VLC ，则观察到可播放视频。此时，只有 PC -3没加入该组播组，在 PC -3上启动 VLC 也无视频播放。
至此，网络管理员应该可以得出结论了，即：应该选择 IP 组播的方式传输视频数据，以对公司的部分员工进行内部培训。