如何利用多播为 VoIP、UC 和视频系统助力

通过利用多播，组织可以优化网络带宽使用率，并在视频会议、多媒体广播和其他类似场景中支持更多并发用户。 这使得多播成为 UC 和VoIP 解决方案的关键组成部分，从而提供更高效、更经济的方式来管理大规模通信。

在本文中，我们将在网络环境中研究多播通信，它与单播和广播通信的比较，以及在网络上利用它的实际步骤。

什么是多播（Multicast）？

在基于 IP 的基础设施中，多播是指网络将信息或数据从单一源同时传送到多个（但不是全部）目的地的底层功能。

它与单播形成对比，单播是指网络将数据从一个源发送到单个目的地，而广播是指将数据发送到所有可能的接收者，无论他们是否请求。下图进一步说明了这三种通信形式。

多播的目的是确保发送方只发送单个数据流，并且只有请求数据的接收方才能接收数据，从而更有效地在网络上分发数据。为了更好地理解多播的用处，让我们进行以下思考实验。

假设您的网络包含 200 台主机，网络上的一台服务器想要向其中 80 台主机发送数据流。单播和广播由于不同的原因和在网络的不同部分都会效率低下：

单播： 服务器必须创建 80 个单独的数据流，每个接收者一个。服务器必须处理 80 个单独的同时通信流，包括每个通信流的开销（例如寻址、会话维护和协调）。同样，网络将承受 80 个相同、重复的信息流的负担，占用服务器和中间网络设备上宝贵的带宽、CPU 和内存资源。

广播：在此，服务器向网络上的所有主机发送单个数据流。但是，这意味着所有 200 台主机都会收到信息。如果需要，它们会处理它；如果不需要，它们会丢弃它。这 意味着没有请求此信息的 120 台主机仍必须主动检查、处理和丢弃到达的数据包。

更糟糕的是，随着主机数量和交付网络服务的规模增加，效率也会降低。最有效的解决方案是创建一个框架，其中单个数据流仅从源发送到请求数据的主机。这就是多播的作用。

多播如何工作？

多播功能 内置 于 IPv4 和 IPv6 协议本身。使用 IPv4 和 IPv6 地址的保留范围，网络可以将特定的多播地址分配给特定服务或多播源。

此地址代表一个 多播组。主机可以加入多个多播组，并成为每个组的多播数据的目的地之一。同样，主机可以离开某个组而不需要接收其数据。

通过主动加入和/或离开多播组，主机可以选择接收或不接收来自特定源的特定多播数据。网络设备（例如路由器和交换机）将适当的多播流量路由到已加入相应多播组的主机。

类似地，网络还确保未加入多播组的主机不会接收该组的数据。

用于多播的保留网络地址范围是：

IPv4：  224.0.0.0/4

IPv6：  FF00::/8

多播协议

网络上的组播正常运行需要使用多种协议。其中一些协议包括：

互联网组管理协议 (IGMP)： 此协议用于 IPv4 网络中，允许主机加入和离开特定的多播组。

多播侦听器发现 (MLD)： 这是 IPv6 中与 IGMP 对应的协议。它 用于 在 IPv6 环境中发现特定多播组的多播侦听器。

协议独立多播 (PIM)： 此多播路由框架用于 IPv4 和 IPv6 中路由多播流量。参与路由多播流量的路由器必须使用 PIM 相互“对话”，以确保特定组的多播流量 路由 到请求该流量的主机所在的网络区域。

VoIP、UC 和视频通信中的多播

您可能已经猜到了， 网络的多播功能  对于我们从一个源向多个接收者进行通信的情况非常有用。在 VoIP、UC 和视频通信中，您通常会在需要同时向多个接收者传送相同内容的场景中使用多播，例如：

大型会议或研讨会： 当一个或几个源需要向许多参与者发送音频或视频流时，多播允许这些流作为单个流通过网络发送，并由多个（但不是全部）收件人接收。 

网络研讨会和在线培训：多播非常适合需要同时向许多观众分发内容（音频、视频和演示文稿）的网络研讨会和在线培训课程。由于所有参与者的内容相同，多播可以高效地分发数据，而不会给网络造成过重负担。

公司公告： 对于公司公告或更新的现场直播，不同地点的员工都是接收者，多播提供了一种有效的方式来接触所有员工，而无需为每个地点提供单独的流。

寻呼： 一些 VoIP 和 UC 系统包含寻呼功能，允许  整个设施或组织 听到公告。此类公告非常适合利用多播功能，因为同一条消息会发送 到多个终端设备。

Music on hold (MoH)：  MoH 是 VoIP系统、呼叫中心和交互式语音应答 (IVR) 系统  中经常使用的 一项服务。由于 通常有多个呼叫者 处于等候状态或处于排队状态， 因​​此 为所有呼叫者提供单个多播音频流 比 为每个呼叫者发送单独的流更有效。 

紧急通知： 在需要快速、同时向许多接收者传达信息的情况下， 多播技术对于分发紧急通知非常有效。 这包括校园警报和公共安全公告。 

如何利用多播

作为实施者，了解底层网络的多播功能以及您的 UC 或 VoIP 解决方案如何利用这些功能 非常重要。在几乎所有情况下，如果底层网络上 未配置多播，通信系统通常会恢复为单播功能。

 如上所述，这可能会导致网络效率低下；在极少数情况下，如果某些服务需要多播模式，则可能会发生故障。

通常，VoIP 和 UC 系统 确实 有一些参数 可以配置 为在多播可用时利用多播，您应该在每个系统提供的一些配置界面中看到这些参数。

这些通常是复选框，您可以启用它们以 允许使用 多播来提供某些服务。除此之外，为业务通信应用程序配置多播参数并不涉及太多内容。

多播的魔力和管理其实现的复杂性 取决于 底层网络的正确配置和参数化。

如果配置正确，多播功能主要在后台进行，因为服务器、网络设备和终端设备只需利用 IGMP、MLD 和 PIM 即可使其工作。

多播在哪里实现？

在带宽节约至关重要且基础设施支持多播路由和管理的网络中，多播尤其有利。然而，其实施需要仔细规划并考虑网络功能，因为并非所有网络设备都支持多播或 配置 为有效处理多播。 

此外，多播在受控网络环境（如公司、企业或封闭的大学或教育网络）中更有优势。它通常在公共互联网上不可用，尽管一些 ISP 可能会在其网络中实现它。

造成这种情况的原因有很多，但超出了本文的讨论范围。从本质上讲， 这意味着使用公共互联网连接终端设备（例如移动或分布式员工）的 UC 和 VoIP 系统不会  从多播中受益匪浅。

总之，多播通过实现在多个接收者之间高效、可扩展地分发实时媒体流，为增强 UC 和 VoIP 系统带来了巨大的希望。