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摘 要：目前许多学校已将组播技术加入到了网络课程的教学内容中，在进行该技术实验时一般需要涉及到多种网络设备，因此建设能满足组播实验的网络实验室需要投入相当大的成本。为了解决该技术的实验问题，提出了一种通过使用华为ENSP网络模拟器构建组播技术的虚拟实验方案。通过实验表明，利用该方案，可以完全满足学习者在PC环境中进行组播技术学习的需要，同时也节省了巨额的实验设备购置成本以及管理成本，提高了实验效率，值得在网络实验课程教学中推广使用。
关键词：组播技术；虚拟实验；GNS3；ENSP
中图分类号： TP391 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2013.06.018
0 引言
随着Internet上流媒体、VOD视频点播、视频会议等业务的不断开展，IP组播技术得到了广泛应用。很多学校在网络课程中则增加了对组播技术的学习要求，但购置满足组播实验设备需要花费高额的成本，同时在进行实验时需要为每人分配几台实验设备，使用完后要清除配置等，也极大的增加了管理员的负担。因此，有些学校虽然增加了这部分的学习内容，但实际上并没有给学生提供实验的机会。利用文献[1]提供的方法可实现组播技术实验，即组播源服务器和接收工作站使用VMware模拟，组播路由器和交换机使用GNS3软件模拟，但由于组播实验需要较多设备，而且利用GNS3和VMware这两款软件进行模拟时需要消耗大量的主机内容，因此需要在高档次的PC或分布式的PC网络实验环境[2]下才能完成。针对这些问题，我们提出了采用华为的ENSP网络模拟器软件来构建虚拟的组播网络实验环境，实验表明，该方案能较好的满足组播技术的实验需求。
1 组播技术相关基础知识
1.1 组播技术概念
组播技术[3]是IP网络数据传输的单播、组播、广播三种方式之一，单播（Unicast）传输是指在发送者和每一接收者之间实现点对点的网络连接，如果一台发送者同时给多个接收者传输相同的数据，也必须相应的复制多份相同的数据包；组播（Multicast）传输是指在发送者和每一位接收者之间实现点对多点的网络连接，如果一台发送者同时给多个接收者传输相同的数据，只需复制一份相同的数据包；广播（Broadcast）传输是指IP子网内广播数据包，所有在子网内部的主机都将接收到这些数据包。广播则意味着网络向子网每一个主机都投递一份数据包，不论这些主机是否乐于接收该数据包。三者的区别如表1所示：
表1 IP传输方式比较
1.2 组播地址
组播IP地址用于标识一个IP组播组，IANA（Internet Assigned Number Authority）把D类地址分配给IP组播，其范围从224.0.0.0到239.255.255.255.
组播MAC地址的高24bit为0x01005e，第25bit为0，即高25bit为固定值。MAC地址的低23bit为组播地址的低23bit。由于IP组播地址的前4bit为1110，代表组播标识，而后28bit中只有23bit被映射到MAC地址，这样IP地址中就有5bit信息丢失，导致的结果是出现了32个IP组播地址映射到同一MAC地址上。
1.3 组播协议
组播协议分为主机-路由器之间的组成员关系协议和路由器-路由器之间的组播路由协议。组成员关系协议包括IGMP（互连网组管理协议）；组播路由协议分为域内组播路由协议和域间组播路由协议，域内组播路由协议包括PIM-SM、PIM-DM、DVMRP等协议，域间组播路由协议包括MBGP、MSDP等协议。同时为了有效抑制组播数据在链路层的扩散，引入了IGMP Snooping、CGMP等二层组播协议。
IGMP建立并且维护路由器直联网段的组成员关系；域内组播路由协议根据IGMP维护的这些组播成员关系信息，运用一定的组播路由算法构造组播分发树进行组播数据包转发；域间组播路由协议在各自治域间发布具有组播能力的路由信息以及组播源信息，以使组播数据在域间进行转发。
2 利用ENSP构建组播实验环境
2.1 实验工具
实验环境选择ENSP1.2.00.200作为网络模拟平台，ENSP[4]（Enterprise Network Simulation Platform）是一款由华为提供的免费、可扩展的、图形化操作的网络仿真工具平台，主要对企业网络路由器、交换机进行软件仿真，完美呈现真实设备实景，支持大型网络模拟，让广大用户有机会在没有真实设备下能够模拟演练，学习网络技术。最新版本的ENSP能够较好的支持组播的实验，同是为了实现效果演示，本例中还使用了VLC媒体播放软件，ENSP原生支持VLC软件进行媒体播放，操作系统平台使用Windows 7系统。
2.2 实验场景
实验场景是使用ENSP绘制的组播技术网络实验拓扑结构，如图1所示，涉及到服务器1台、路由器1台、交换机1台以及工作站2台，所有设备均是采用双绞线进行连接，组播源设置在组播服务器上，在路由器和交换机上均开启组播功能，同时在交换机上划分了三个虚拟VLAN，路由协议使用OSPF。
2.3 组播路由器配置
根据拓扑图及相关的设置，首先对路由器进行配置，配置命令如表2所示：其中multicast routing-enable表示开启组播功能，pim sm表示在连接组播服务器接口下配置pim为稀疏模式，c-bsr和c-rp分别用来表示候选自举路由器和候选汇聚点等。
2.4交换机配置
交换机配置命令如表3所示：其中vlan batch 10 20 100表示建立三个VLAN，igmp enable表示在连接组播客户端的接口下开启igmp功能，默认是V2版本等。 3 测试与分析
在对路由器和交换机配置完成后，为了要实现组播演示效果，需要在组播服务器和客户机上进行相应的设置。组播服务器的设置是：进入组播服务器的设置窗口，在基础配置项中填写好主机名、IP地址、子网掩码、网关等信息，并选择应用，在组播源项中指定媒体文件，填写好组播MAC地址和组播IP地址等信息，尤其要注意的是，组播MAC地址必须为以01-00-5e-0开头的地址，填写好单击运行按钮；客户端的设置是：在基础配置项中输入主机名、IP地址等信息并单击应用按钮，在组播项中输入目的MAC地址和目的IP地址信息，注意这2条信息必须和组播服务器的组播MAC地址和组播IP地址信息一致，接下来选择加入按钮，然后选择启动VLC按钮，即可看到组播视频，如图2所示，在3个视频窗口中，左边为组播服务器上播放的视频，右边的上下2个视频窗口分别为客户机所播放的视频，组播服务器与客户机的视频不同步，但客户机之间播放的视频是同步的。
本实验的测试环境为：CPU为AMD Phenom II×4 830 处理器，内存为2GB，操作系统为Windows 7，将所有的设备打开并运行后，同时在服务器上和工作站上播放视频，均能流畅的运行。
4 结语
通过上述过程，选择ENSP虚拟平台可以很好的完成组播技术实验配置以及结果验证。实验过程与结果说明ENSP能够很好的模拟真实的网络环境，能有效的节省实验设备的投资，提高学生动手动力，提升实训教学效果。
参考文献
[1]龙艳军，欧阳建权，俞佳曦.基于GNS3和VMware的虚拟网络系统集成实验室研究[J].实验技术与管理，2013，30（2）：90-93.
[2]龙艳军.MPLS技术及其虚拟网络实验研究[J].计算机与数字工程，2013.79（1）：79-81.
[3]百度百科，组播技术[EB/OL]，http：//baike.baidu.com/view/ 492256.htm，2013-05-03。
[4]百度百科，ENSP[EB/OL]， http：//baike.baidu.com/view/10230292.htm，2013-05-12。
[5]华为技术论坛，教你如何用eNSP模拟组播功能看电影 [EB/OL]，http：//support.huawei.com/ecommunity/bbs/10143615.html，2012-09-18。
关键词：组播技术；虚拟实验；GNS3；ENSP
中图分类号： TP391 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2013.06.018
0 引言
随着Internet上流媒体、VOD视频点播、视频会议等业务的不断开展，IP组播技术得到了广泛应用。很多学校在网络课程中则增加了对组播技术的学习要求，但购置满足组播实验设备需要花费高额的成本，同时在进行实验时需要为每人分配几台实验设备，使用完后要清除配置等，也极大的增加了管理员的负担。因此，有些学校虽然增加了这部分的学习内容，但实际上并没有给学生提供实验的机会。利用文献[1]提供的方法可实现组播技术实验，即组播源服务器和接收工作站使用VMware模拟，组播路由器和交换机使用GNS3软件模拟，但由于组播实验需要较多设备，而且利用GNS3和VMware这两款软件进行模拟时需要消耗大量的主机内容，因此需要在高档次的PC或分布式的PC网络实验环境[2]下才能完成。针对这些问题，我们提出了采用华为的ENSP网络模拟器软件来构建虚拟的组播网络实验环境，实验表明，该方案能较好的满足组播技术的实验需求。
1 组播技术相关基础知识
1.1 组播技术概念
组播技术[3]是IP网络数据传输的单播、组播、广播三种方式之一，单播（Unicast）传输是指在发送者和每一接收者之间实现点对点的网络连接，如果一台发送者同时给多个接收者传输相同的数据，也必须相应的复制多份相同的数据包；组播（Multicast）传输是指在发送者和每一位接收者之间实现点对多点的网络连接，如果一台发送者同时给多个接收者传输相同的数据，只需复制一份相同的数据包；广播（Broadcast）传输是指IP子网内广播数据包，所有在子网内部的主机都将接收到这些数据包。广播则意味着网络向子网每一个主机都投递一份数据包，不论这些主机是否乐于接收该数据包。三者的区别如表1所示：
表1 IP传输方式比较
1.2 组播地址
组播IP地址用于标识一个IP组播组，IANA（Internet Assigned Number Authority）把D类地址分配给IP组播，其范围从224.0.0.0到239.255.255.255.
组播MAC地址的高24bit为0x01005e，第25bit为0，即高25bit为固定值。MAC地址的低23bit为组播地址的低23bit。由于IP组播地址的前4bit为1110，代表组播标识，而后28bit中只有23bit被映射到MAC地址，这样IP地址中就有5bit信息丢失，导致的结果是出现了32个IP组播地址映射到同一MAC地址上。
1.3 组播协议
组播协议分为主机-路由器之间的组成员关系协议和路由器-路由器之间的组播路由协议。组成员关系协议包括IGMP（互连网组管理协议）；组播路由协议分为域内组播路由协议和域间组播路由协议，域内组播路由协议包括PIM-SM、PIM-DM、DVMRP等协议，域间组播路由协议包括MBGP、MSDP等协议。同时为了有效抑制组播数据在链路层的扩散，引入了IGMP Snooping、CGMP等二层组播协议。
IGMP建立并且维护路由器直联网段的组成员关系；域内组播路由协议根据IGMP维护的这些组播成员关系信息，运用一定的组播路由算法构造组播分发树进行组播数据包转发；域间组播路由协议在各自治域间发布具有组播能力的路由信息以及组播源信息，以使组播数据在域间进行转发。
2 利用ENSP构建组播实验环境
2.1 实验工具
实验环境选择ENSP1.2.00.200作为网络模拟平台，ENSP[4]（Enterprise Network Simulation Platform）是一款由华为提供的免费、可扩展的、图形化操作的网络仿真工具平台，主要对企业网络路由器、交换机进行软件仿真，完美呈现真实设备实景，支持大型网络模拟，让广大用户有机会在没有真实设备下能够模拟演练，学习网络技术。最新版本的ENSP能够较好的支持组播的实验，同是为了实现效果演示，本例中还使用了VLC媒体播放软件，ENSP原生支持VLC软件进行媒体播放，操作系统平台使用Windows 7系统。
2.2 实验场景
实验场景是使用ENSP绘制的组播技术网络实验拓扑结构，如图1所示，涉及到服务器1台、路由器1台、交换机1台以及工作站2台，所有设备均是采用双绞线进行连接，组播源设置在组播服务器上，在路由器和交换机上均开启组播功能，同时在交换机上划分了三个虚拟VLAN，路由协议使用OSPF。
2.3 组播路由器配置
根据拓扑图及相关的设置，首先对路由器进行配置，配置命令如表2所示：其中multicast routing-enable表示开启组播功能，pim sm表示在连接组播服务器接口下配置pim为稀疏模式，c-bsr和c-rp分别用来表示候选自举路由器和候选汇聚点等。
2.4交换机配置
交换机配置命令如表3所示：其中vlan batch 10 20 100表示建立三个VLAN，igmp enable表示在连接组播客户端的接口下开启igmp功能，默认是V2版本等。 3 测试与分析
在对路由器和交换机配置完成后，为了要实现组播演示效果，需要在组播服务器和客户机上进行相应的设置。组播服务器的设置是：进入组播服务器的设置窗口，在基础配置项中填写好主机名、IP地址、子网掩码、网关等信息，并选择应用，在组播源项中指定媒体文件，填写好组播MAC地址和组播IP地址等信息，尤其要注意的是，组播MAC地址必须为以01-00-5e-0开头的地址，填写好单击运行按钮；客户端的设置是：在基础配置项中输入主机名、IP地址等信息并单击应用按钮，在组播项中输入目的MAC地址和目的IP地址信息，注意这2条信息必须和组播服务器的组播MAC地址和组播IP地址信息一致，接下来选择加入按钮，然后选择启动VLC按钮，即可看到组播视频，如图2所示，在3个视频窗口中，左边为组播服务器上播放的视频，右边的上下2个视频窗口分别为客户机所播放的视频，组播服务器与客户机的视频不同步，但客户机之间播放的视频是同步的。
本实验的测试环境为：CPU为AMD Phenom II×4 830 处理器，内存为2GB，操作系统为Windows 7，将所有的设备打开并运行后，同时在服务器上和工作站上播放视频，均能流畅的运行。
4 结语
通过上述过程，选择ENSP虚拟平台可以很好的完成组播技术实验配置以及结果验证。实验过程与结果说明ENSP能够很好的模拟真实的网络环境，能有效的节省实验设备的投资，提高学生动手动力，提升实训教学效果。
参考文献
[1]龙艳军，欧阳建权，俞佳曦.基于GNS3和VMware的虚拟网络系统集成实验室研究[J].实验技术与管理，2013，30（2）：90-93.
[2]龙艳军.MPLS技术及其虚拟网络实验研究[J].计算机与数字工程，2013.79（1）：79-81.
[3]百度百科，组播技术[EB/OL]，http：//baike.baidu.com/view/ 492256.htm，2013-05-03。
[4]百度百科，ENSP[EB/OL]， http：//baike.baidu.com/view/10230292.htm，2013-05-12。
[5]华为技术论坛，教你如何用eNSP模拟组播功能看电影 [EB/OL]，http：//support.huawei.com/ecommunity/bbs/10143615.html，2012-09-18。