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飛崧通訊關(guān)于工業(yè)以太網(wǎng)組播技術(shù)的淺析

 組播， 英文原文為Multicast， 也有人把它譯為多播， 是IP網(wǎng)絡(luò)中三種通訊方式之一(其它兩種為廣播-Broadcast， 點到點通訊也叫單播-Unicast)。 在工業(yè)現(xiàn)場總線工業(yè)以太網(wǎng)化的應(yīng)用環(huán)境下， 組播技術(shù)是目前最為常用的一種保證同屬于一個通訊主站下的多個通訊從站之間能較為實時的收到來自該主站的同一信息， 即每個從站收到該信息的時刻比較一致。

 組播技術(shù)主要是依靠將某一組播地址(包含了多個目的地址)作為信息的目的地址， 并使用最高效的傳輸策略: 信息在每條網(wǎng)絡(luò)鏈路上只需傳遞一次，只有在鏈路分叉的時，該信息才會被復(fù)制。那么組播技術(shù)是如何管理由多個目的地址組成的組播組的呢? 以下這些常見的組播技術(shù)協(xié)議都有相關(guān)的規(guī)定: 互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議(IGMP)， 協(xié)議無關(guān)組播(PIM)， 距離矢量組播路由協(xié)議(DVMRP)， 組播OSPF(MOSPF)， 組播BGP(MBGP)， 組播源發(fā)現(xiàn)協(xié)議(MSDP)和組播監(jiān)聽器發(fā)現(xiàn)(MLD)。 首先介紹IGMP - Internet Group Management Protocol即因特網(wǎng)組管理協(xié)議， 因為這是目前幾乎所有的工業(yè)以太網(wǎng)交換產(chǎn)品均支持的組播技術(shù)， 也是最為常用的組播技術(shù)。

 因特網(wǎng)組管理協(xié)議被用在IP主機和它們即時相鄰組播代理之間，用以支持臨時組播組地址的分配和組播組成員的添加刪除。IP組播定義為一個去往"(目的)主機群"的IP數(shù)據(jù)報(packet)的傳輸，有零個或多個主機組成的"主機群"通過單個IP目的地址標(biāo)識。一個組播數(shù)據(jù)報被投遞給它的目的主機群的所有成員，具有和常規(guī)單路傳送IP數(shù)據(jù)報同樣的"盡力地(best effort-UDP)"安全性，那就是說該數(shù)據(jù)報不保證達到目的地組的所有成員，或者不和其他數(shù)據(jù)報具有相同的順序。主機組的成員數(shù)是動態(tài)的；也就是說，主機隨時可以參加和離開組。 沒有對主機組中的成員的數(shù)目或地點加以限制，但是成員僅限于那些擁有專用的存取鍵的主機。一個主機可能同時是多個組的成員。一個主機即時不是一個組的成員也可以給它發(fā)送數(shù)據(jù)報。主機組可能永久性或暫時性的。永久性組具有一個眾所周知的，官方分配的IP地址。它是地址，非該組的成員，也就是說永久性；任何時間，一個永久性組也許有許多成員，甚至可能有零個成員。 另一方面，臨時性的組，當(dāng)應(yīng)一個主機的請求創(chuàng)建時被動態(tài)地指派一個地址。當(dāng)它的成員跌至零，臨時性的組要解散時，它的地址可以重新分配。臨時組的創(chuàng)建和組員身份信息的維護是“組播代理”（存在于因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)或其他專用的主機內(nèi)的實體）的職責(zé)。至少有一個組播代理直接與每個支持IP多點廣播的IP網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)相連。主機通過用鄰機代理交換報文來請求新建一個組、加入或離開現(xiàn)有組。組播代理還擔(dān)負多點播送IP數(shù)據(jù)報的互連網(wǎng)絡(luò)運送工作。發(fā)送一個多點播送IP數(shù)據(jù)報時，主機將它傳送到一個局域網(wǎng)組播地址那里，哪些地址標(biāo)識目的地主機組的所有鄰機成員。如果該組具有在其他網(wǎng)絡(luò)的成員，組播代理成為本地組播的輔助接收器并且通過因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中繼該數(shù)據(jù)報給其他網(wǎng)絡(luò)上的代理。最后，另一個網(wǎng)絡(luò)上的代理將數(shù)據(jù)報作為一個本地的組播傳送給他們自己目的組的鄰機成員。

 目前市面上的絕大多數(shù)用于現(xiàn)場的工業(yè)以太網(wǎng)交換設(shè)備為二層交換設(shè)備，即不支持三層技術(shù)如剛才提到的組播技術(shù)。所有這些工業(yè)以太網(wǎng)交換機采用IGMP snooping的技術(shù)-通過動態(tài)地配置二層端口的方法來抑制組播流量的泛濫，這樣才能保證組播流量僅被轉(zhuǎn)發(fā)給那些與IP組播設(shè)備相關(guān)聯(lián)的端口。正如其名稱的含義，IGMP snooping需要工業(yè)以太網(wǎng)交換機去打探在主機和三層設(shè)備之間的IGMP傳輸意圖并記錄組播組及其成員的端口。當(dāng)工業(yè)以太網(wǎng)交換機收到來自某一主機的IGMP報告欲加入某一特定的組播組的報告時，該交換機會在其轉(zhuǎn)發(fā)表項中加入該主機所連接的端口號；當(dāng)工業(yè)以太網(wǎng)交換機收到來自某一主機的欲離開某一特定組播組的報告時，它將其連接的交換機端口號從這一表項中刪除。交換機也會定時地刪除它的組播組成員表項，如果它沒有從組播客戶端收到IGMP組播成員報告。網(wǎng)絡(luò)中的三層交換設(shè)備如三層交換機或路由器等會定期地送出IGMP通用問詢給所有的VLAN(虛擬局域網(wǎng))。一旦工業(yè)以太網(wǎng)交換機上的IGMP snooping功能被打開，該交換機將基于MAC組播組為所連接設(shè)備的加入請求來響應(yīng)三層交換設(shè)備的詢問，并為每個VLAN、每個MAC組播組在其轉(zhuǎn)發(fā)表項中創(chuàng)建相應(yīng)的表項。

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