Survey of the IPv6 Multicast in Wired Networks
　　SUN Tao-min, WANG Hua
　　(College of Computer, Shandong University, Jinan 250061, China)

　　Abstract: Multicast technology has not been put in practice in large scale since it was proposed more than 20 years ago. Along with instant development of the next generation Internet, new Internet protocol-IPv6 regulates that multicast is one of the technologies must be supported by networks. So the researches and theoretic results of IPv6 multicast become are more and more.Tracing the hot issues in  IPv6 multicast technology,the paper analyzes the research difficulties,compares various approaches,and sums up their respective merits and demerits,At last,for the next step research thinking is putforward. 
　　Keywords: IPv6, Multicast, Multicast routing protocol

　　1  引言

　　组播服务已经越来越多地用于各种连续性媒体应用，比如视频会议、远程教学、分布式计算、P2P游戏等，它传输一个数据报到属于同一个组播组的多个接收成员，与一到一的单播和一到多的广播不同，组播更具有普遍性，即多到多。组播利用生成树的优势，使得网络仅在必要时于分支处复制数据报，在网络负载和资源利用上相比传统的传输有更好的改进。

　　IPv6是下一代互联网的核心，尽管所有的IPv6主机都支持组播且不需要进行地址转换，但是组播的管理和部署相对比较困难，因此有必要研究IPv6下的组播及其相关技术。随着下一代互联网技术的发展，对IPv6组播技术的研究也越来越多，而且IPv6规定组播技术是网络必须要支持的技术之一[1]。
　　这篇文章首先在第2部分分析IPv4与IPv6组播的异同，然后在第3部分提供IPv6组播技术的概况和研究焦点，第4部分介绍目前对IPv6组播的研究成果，最后在第5部分做出简要的总结。

　　2  IPv4组播与IPv6组播

　　虽然基于IPv4和IPv6的网络都支持IP组播，但是IPv4空间中支持组播的协议相对成熟易懂[2]。而且，许多利用应用层组播技术实现从IPv4到IPv6过渡的思想也孕育而生[3][4]。但是IPv4有限的地址空间，限制了不断增加的Internet附加设备的组播功能。下一代Internet协议——IPv6把网络地址扩展到128位，当支持新组播服务及应用的网络设备不断繁殖增长时，增加的地址空间就显得非常有用。
　　对IPv4和IPv6而言，支持组播的机制是通用的，都使用组播地址、组播路由协议和让主机、路由器通过发信号的方式来获知成员加入离开组播组的信息。但它们的不同不仅在于组地址空间，还有组成员管理、域控制及域间路由的不同如表1。

　　3  IPv6组播技术概况

　　3.1 IPv6组播地址

　　IPv6广阔的地址空间减少了来自不同源的组播流使用相同的组地址的情况，并且更加明确地定义了域控制。IPv6组播地址的基本格式包括以下部分(图1)[6]:

图1 IPv6组播地址格式（组ID以网络前缀、范围和标志域开始）

　　⑴ 地址类型：所有IPv6组播地址以FF开头。
　　⑵ 标志：通过将四位标志域中一到多位设置为1，来说明地址是怎样分配的或者它是否包含另外的信息。国际因特网地址分配委员会(IANA)为特定的功能分配了一系列永久组播地址[7]。T标志表示永久分配地址，P标志表示组播地址是否起源于基于单播的IPv6网络前缀，R位表示RP地址已嵌入。
　　⑶ 4比特的范围域包含了组播包能传播的距离。这防止组播包穿过控制网关边界，进入它们不属于的链路和网络。
　　⑷ 组的ID：定义了包范围内的组播组地址(属于一个主机接口)。

　　总的来说，广阔的地址空间和相应的标志及范围域使得控制组播传输更加简单。
　　IPv6组播地址到MAC地址的映射类似于IPv4，不同的是相比IPv4映射低23位，IPv6映射低32位的组地址到MAC地址[8]。关于组播地址分配和赋值过程的研究已经有很多成果，文献[9]对此做了比较全面的总结，并指出SSM不存在这些选址问题，任意源组播(ASM)就是这类研究的模型。

　　3.2 IPv6组播组成员关系

　　在IPv4中，主机和路由器用Internet组管理协议(IGMP)交换组成员关系信息。在IPv6中，这些功能由组播监听发现协议(MLD)实现，这使得路由器能发现直接连接在子网(以太网)上的目的组播主机(称为组播监听方)，还有它们关心的各个组播组地址。一旦路由器(叶子路由器)获得上述信息，就把信息传递到共常驻组播路由协议，如协议无关组播路由协议(PIM)。然后网络中的路由器处理组播路由控制包，建立从源到多重地址的组播树。主机通过MLD来说明自己想监听或离开一个被特定组地址定义的组播流。对特定源组播(SSM)，主机告知组地址和组播发送方相关的源单播IPv6地址。一些以太网交换机嗅探MLD包来获知路由器和组播主机的地址(端口)。有一些主机不想接收组播包，可以通过阻止目的地为这类主机端口的组播包来保留网络资源。在功能上MLDv1对应了IGMPv2[10]，MLDv2增加了对特定源组播的支持，还有其他方面的改进，MLDv2在功能上对应IGMPv3[11]。

　　3.3 组播路由

　　组播依靠单播IP路由来转发控制信息，并使路由器对进来的组播包执行反向路径转发(RPF)检查。在IPv4和IPv6中，路由都是协议无关的，这说明任意内部网关协议——开放最短路径优先(OSPF)、IS-IS、还有外部网关协议如多协议边界网关协议(MBGP)，都能够使用IPv6前缀来分布和推广单播路由表。其中IPv6前缀将被用于组播数据包RPF检查。PIM是标准的组播路由协议，其中有两种PIM协议可以应用于IPv6——稀疏模式(PIM-SM)和特定源组播(PIM-SSM)。两者都是IETF的PIM工作组产品，但是二者工作方式稍微不同。

　　3.3.1 PIM-SM

　　PIM-SM应用特别设置的RP作为组播发送方和接收方的汇聚点。通过MLD发现的组播接收方的叶子路由器生成PIM加入信息，并单播它们到RP的回送(loopback)地址。这说明叶子路由器必须有办法获知或计算服务于组播组的RP路由器的回送地址。