程序员的十个层次你属于哪一层
程序员的十个层次你属于哪一层？
自西方文艺复兴以来，中国在自然科学方面落后西方很多，软件领域也不例外。当然现在中国的许多程序员们对此可能有许多不同的意见，有些人认为中国的程序员水平远落后于西方，有些则认为中国的程序员个人能力并不比西方的程序员差，只是整个软件产业落后而已。
那么，到底中国的程序员水平比西方程序员水平差，还是中国有许多优秀的程序员达到或超过了西方程序员同等水平呢？要解决这个问题，必须先知道程序员有多少种技术层级，每个层级需要什么样的技术水平，然后再比较中国和西方在各个技术层级的人数，就可以知道到底有没有差距，差距有多大。
当然，对于如何划分程序员的技术层级，不同公司或不同人会有不同的划分标准，下面的划分仅代表个人的观点，如有不当之处，还请砸板砖予以纠正。
第1层? 菜鸟
第1层楼属于地板层，迈进这层楼的门槛是很低的。基本上懂计算机的基本操作，了解计算机专业的一些基础知识，掌握一门基本的编程语言如
C/C++，或者Java，或者JavaScript，...，均可入门迈进这层。
在这层上，中国有着绝对的优势，除了从计算机专业毕业的众多人数外，还有大量的通信、自动化、数学等相关专业的人士进入这一行，此外还有众多的其他专业转行的人士，人数绝对比西方多出甚多。并且还有一个优势就是我们这层人员的平均智商比西方肯定高。
没有多少人愿意一辈子做菜鸟，因为做"菜鸟"的滋味实在是不咋的，整天被老大们吆喝着去装装机器，搭建一下测试环境，或者对照着别人写好的测试用例做一些黑盒测试，好一点的可以被安排去写一点测试代码。当然如果运气"好"的话，碰到了国内的一些作坊式的公司，也有机会去写一些正式的代码。
所以，菜鸟们总是在努力学习，希望爬更高的一层楼去。
第2层大虾
从第1层爬到第2层相对容易一些，以C/C++程序员为例，只要熟练掌握C/C++编程语言，掌握C标准库和常用的各种数据结构算法，掌握STL的基本实现和使用方法，掌握多线程编程基础知识，掌握一种开发环境，再对各种操作系统的API都去使用一下，搞网络编程的当然对socket编程要好好掌握一下，然后再学习一些面向对象的设计知识和设计模式等，学习一些测试、软件工程和质量控制的基本知识，大部分人经过2～3年的努力，都可以爬到第2层，晋升为"大虾"。
中国的"大虾"数量和"菜鸟"数量估计不会少多少，所以这层上仍然远领先于西方。
大虾们通常还是有些自知之明，知道自己只能实现一些简单的功能，做不了大的东西，有时候还会遇到一些疑难问题给卡住，所以他们对那些大牛级的人物通常是非常崇拜的，国外的如Robert C. Martin、Linus Torvalds，国内的如求伯君、王志东等通常是他们崇拜的对象。其中的有些人希望有一天也能达到这些大牛级人物的水平，所以他们继续往楼上爬去。
第3层牛人
由于"大虾"们经常被一些疑难问题给卡住，所以有了"大虾"们只好继续学习，他们需要将原来所学的知识进一步熟练掌握，比如以熟练掌握C++编程语言为例，除了学一些基础性的C++书籍如《C++ Primer》，《Effective C++》，《Think in C++》，《Exception C++》等之外，更重要的是需要了解C++编译器的原理和实现机制，了解操作系统中的内部机制如内存管理、进程和线程的管理机制，了解处理器的基础知识和代码优化的方法，此外还需要更深入地学习更多的数据结构与算法，掌握更深入的测试和调试知识以及质量管理和控制方法，对各种设计方法有更好的理解等。
学习上面说的这些知识不是一挥而就的，不看个三五十本书并掌握它是做不到的。以数据结构算法来说，至少要看个5～10本这方面的着作；以软件设计来说，光懂结构化设计、面向对象设计和一些设计模式是不够的，还要了解软件架构设计、交互设计、面向方面的设计、面向使用的设计、面向数据结构算法的设计、情感化设计等，否则是很难进到这个楼层的。
当然除了上面说的知识外，大虾们还需要去学习各种经验和技巧。当然这点难不倒他们，现在出版的书籍众多，网络上的技术文章更是不胜数，然后再去各种专业论坛里泡一泡，把这些书籍和文章中的各种经验、技能、技巧掌握下来，再去学习一些知名的开源项目如Apache或Linux操作系统的源代码实现等。此时对付一般的疑难问题通常都不在话下，菜鸟和大虾们会觉得你很"牛"，你也就爬到了第3层，晋升为"牛人"了。
看了上面所讲的要求，可能有些大虾要晕过去了，成为牛人要学这么多东西啊！要求是不是太高了？其实要求一点也不高，这么点东西都掌握不了的话，怎么能让别人觉得你"牛"呢？
在国内，一旦成为"牛人"，通常可以到许多知名的公司里去，运气好者可以挂上一个架构师的头衔，甚至挂上一个"首席架构师"或者"首席xx学家"的头衔也不足为奇。有不少爬到这层的人就以为到了楼顶了，可以眼睛往天上看了，开始目空一切起来，以为自己什么都可以做了，什么都懂了，经常在网络上乱砸板砖是这个群体的最好写照。由此也看出，国内的牛人数量仍然众多，远多于西方的牛人数量，在这层上仍然是领先的。
也有不少谦虚的"牛人"，知道自己现在还不到半桶水阶段。他们深知爬楼的游戏就像猴子上树一样，往下看是笑脸，往上看是屁股。为了多看笑脸，少看屁股，他们并没有在此停步不前，而是继续寻找到更上一层的楼梯，以便继续往上爬。
第4层大牛
从第3层爬到第4层可不像上面说过的那几层一样容易，要成为大牛的话，你必须要能做牛人们做不了的事情，解决牛人们解决不了问题。比如牛人们通常都不懂写操作系统，不会写编译器，不懂得TCP/IP协议的底层实现，如果你有能力将其中的任何一个实现得象模象样的话，那么你就从牛人升级为"大牛"了。
当然，由于各个专业领域的差别，这里举操作系统、编译器、TCP/IP协议只是作为例子，并不代表成为"大牛"一定需要掌握这些知识，以时下热门
的多核编程来说，如果你能比牛人们更深入地掌握其中的各种思想原理，能更加自如的运用，并有能力去实现一个象开源项目TBB库一样的东西，也可以成为"大牛"，又或者你能写出一个类似Apache一样的服务器，或者写出一个数据库，都可以成为"大牛"。
要成为"大牛"并不是一件简单的事情，需要付出比牛人们多得多的努力，一般来说，至少要看过200~400本左右的专业书籍并好好掌握它，除此之外，还得经常关注网络和期刊杂志上的各种最新信息。
当"牛人"晋升为"大牛"，让"牛人们"发现有比他们更牛的人时，对"牛人"们的心灵的震撼是可想而知的。由于牛人们的数量庞大，并且牛人对大虾和菜鸟阶层有言传身教的影响，所以大牛们通常能获得非常高的社会知名度，几乎可以用"引无数菜鸟、大虾、牛人竞折腰"来形容，看看前面提过的Linus Torvalds等大牛，应该知道此言不虚。
虽然成为"大牛"的条件看起来似乎很高似的，但是这层楼并不是很难爬的一层，只要通过一定的努力，素质不是很差，还是有许多"牛人"可以爬到这一层的。由此可知，"大牛"这个楼层的人数其实并不像想像的那么少，例如比尔·盖茨之类的人好像也是属于这一层的。
由于"大牛"这层的人数不少，所以也很难统计除到底是中国的"大牛"数量多还是西方的大牛数量多？我估计应该是个旗鼓相当的数量，或者中国的"大牛"们会更多一些。
看到这里，可能会有很多人会以为我在这里说瞎话，Linus Torvalds写出了着名的Linux操作系统，我国并没有人写出过类似的东西啊，我国的"
大牛"怎么能和西方的比呢? 不知大家注意到没有，Linus Torvalds只是写出了一个"象模象样"的操作系统雏形，Linux后来真正发展成闻名全球的开源操作系统期间，完全是因为许多支持开源的商业公司如IBM等，派出了许多比Linus Torvalds更高楼层的幕后英雄在里面把它开发出来的。
可能有些菜鸟认为Linus Torvalds是程序员中的上帝，不妨说个小故事：Linus，Richard Stallman和Don Knuth（高德纳）一同参加一个会议。
Linus 说："上帝说我创造了世界上最优秀的操作系统。"
Richard Stallman自然不甘示弱地说："上帝说我创造了世界上最好用的编译器。"
Don Knuth一脸疑惑的说："等等，等等，我什么时候说过这些话？"
由此可以看出，Linus Torvalds的技术水平并不像想像中那么高，只是"牛人"和"大虾"觉得"大牛"比他们更牛吧了。在我国，有一些当时还处于"大虾"层的人物，也能写出介绍如何写操作系统的书，并且书写得非常出色，而且写出了一个有那么一点点象模象样的操作系统来。我想中国的"大牛"们是不会比西方差的，之所以没有人写出类似的商业产品来，完全是社会环境的原因，并不是技术能力达不到的原因。
"大牛"们之所以成为大牛，主要的原因是因为把"牛人"给盖了下去，并不是他们自己觉得如何牛。也许有很多菜鸟、大虾甚至牛人觉得"大牛"这层已经到顶了，但大多数"大牛"估计应该是有自知之明的，他们知道自己现在还没有爬到半山腰，也就勉强能算个半桶水的水平，其中有些爬到这层没有累趴下，仍然能量充沛，并且又有志者，还是会继续往更上一层楼爬的。
看到这里，也许有些菜鸟、大虾、牛人想不明白了，还有比"大牛"们更高的楼层，那会是什么样的楼层？下面就来看看第5层楼的奥妙。
第5层专家
当大牛们真正动手做一个操作系统或者类似的其他软件时，他们就会发现自己的基本功仍然有很多的不足。以内存管理为例，如果直接抄袭Linux 或者其他开源操作系统的内存管理算法，会被人看不起的，如果自动动手实现一个内存管理算法，他会发现现在有关内存管理方法的算法数量众多，自己并没有全部学过和实践过，不知道到底该用那种内存管理算法。
看到这里，可能有些人已经明白第5层楼的奥妙了，那就是需要做基础研究，当然在计算机里，最重要的就是"计算"二字，程序员要做基础研究，主要的内容就是研究非数值"计算"。
非数值计算可是一个非常庞大的领域，不仅时下热门的"多核计算"与"云计算"属于非数值计算范畴，就是软件需求、设计、测试、调试、评估、质量控制、软件工程等本质上也属于非数值计算的范畴，甚至芯片硬件设计也同样牵涉到非数值计算。如果你还没有真正领悟"计算"二字的含义，那么你就没有机会进到这层楼来。
可能有人仍然没有明白为什么比尔·盖茨被划在了大牛层，没有进到这层来。虽然比尔·盖茨大学未毕业，学历不够，但是家有藏书2万余册，进入软件这个行业比绝大部分人都早，撇开他的商业才能不谈，即使只看他的技术水平，也可以算得上是学富五车，顶上几个普通的计算机软件博士之和
是没有问题的，比起Linus Torvalds之类的"大牛"们应该技高一筹才对，怎么还进不了这层楼呢？
非常遗憾的是，从Windows操作系统的实现来看，其对计算的理解是很肤浅的，如果把Google对计算方面的理解比做大学生，比尔·盖茨只能算做一个初中生，所以比尔·盖茨永远只能做个大牛人，成不了"专家"。
看到这里，也许国内的大牛们要高兴起来了，原来比尔·盖茨也只和我等在同一个层次，只要再升一层就可以超越比尔·盖茨了。不过爬到这层可没有从"牛人"升为"大牛"那么简单，人家比尔·盖茨都家有2万多册书，让你看个500~1000本以上的专业书籍并掌握好它应该要求不高吧。当然，这并不是主要的条件，更重要的是，需要到专业的学术站点去学习了，到ACM，IEEE，Elsevier，SpringerLink，SIAM等地方去下载论文应该成为你的定期功课，使用Google搜索引擎中的学术搜索更是应该成为你的日常必修课。此外，你还得经常关注是否有与你研究相关的开源项目冒出来，例如当听到有TBB这样针对多核的开源项目时，你应该第一时间到Google里输入"TBB"搜索一下，将其源代码下载下来好好研究一番，这样也许你的一只脚已经快迈进了这层楼的门槛。
当你象我上面说的那样去做了以后，随着时间的推移，总会有某天，你发现，在很多小的领域里，你已经学不到什么新东西了，所有最新出来的研究成果你几乎都知道。此时你会发现你比在做"牛人"和"大牛"时的水平不知高出了多少，但是你一点也"牛"不起来，因为你学的知识和思想都是别人提出来的，你自己并没有多少自己的知识和思想分享给别人，所以你还得继续往楼上爬才行。
我不知道国内的"专家"到底有多少，不过有一点可以肯定的是，如果把那些专门蒙大家的"砖家"也算上的话，我们的砖家比西方的要多得多。
第6层学者
当"专家"们想继续往上一层楼爬时，他们几乎一眼就可以看到楼梯的入口，不过令他们吃惊的是，楼梯入口处竖了一道高高的门槛，上面写着"创新"二字。不幸的是，大多数人在爬到第5层楼时已经体能消耗过度，无力翻过这道门槛。
有少数体能充足者，可以轻易翻越这道门槛，但是并不意味着体力消耗过度者就无法翻越，因为你只是暂时还没有掌握恢复体能的方法而已，当掌握了恢复体能的方法，将体能恢复后，你就可以轻易地翻越这道门槛了。
怎么才能将体能恢复呢？我们的老祖宗"孔子"早就教导过我们"温故而
知新"，在英文里，研究的单词是"research"，其前缀"re"和"search"分别是什么意思不用我解释吧。或许有些人觉得"温故而知新"和"research"有些抽象，不好理解，我再给打个简单的比方，比如你在爬一座高山，爬了半天，中途体力不支，怎么恢复体力呢？自然是休息一下，重新进食一些食物，体力很快就可以得到恢复。
由此可知，对体能消耗过度者，休息＋重新进食通常是恢复体能的最佳选择。可惜的是，国内的老板们并不懂得这点，他们的公司里不仅连正常国家规定的休息时间都不给足，有些公司甚至有员工"过劳死"出现。所以国内能翻越"创新"这道门槛的人是"少之又少"，和西方比起来估计是数量级的差别。
再说说重新进食的问题，这个重新进食是有讲究的，需要进食一些基础性易消化的简单食物，不能进食山珍海味级的复杂食物，否则很难快速吸收。以查找为例，并不是去天天盯着那些复杂的查找结构和算法进行研究，你需要做的是将二分查找、哈希查找、普通二叉树查找等基础性的知识好好地复习几遍。
以哈希查找为例，首先你需要去将各种冲突解决方法如链式结构、二次哈希等编写一遍，再试试不同种类的哈希函数，然后还需要试试在硬盘中如何实现哈希查找，并考虑数据从硬盘读到内存后，如何组织硬盘中的数据才能快速地在内存中构建出哈希表来，...，这样你可能需要将一个哈希表写上十几个不同的版本，并比较各个版本的性能、功能方面的区别和适用范围。
总之，对任何一种简单的东西，你需要考虑各种各样的需求，以需求来驱动研究。最后你将各种最基础性的查找结构和算法都了然于胸后，或许某天你再看其他更复杂的查找算法，或者你在散步时，脑袋里灵光一现，突然间就发现了更好的方法，也就从专家晋升为"学者"了。
学者所做的事情，通常都是在前人的基础上，进行一些小的优化和改进，例如别人发明了链式基数排序的方法，你第1个发现使用一定的方法，可以用数组替代链表进行基数排序，性能还能得到进一步提高。
由于学者需要的只是一些小的优化改进，因此中国还是有一定数量的学者。不过和国外的数量比起来，估计少了一个数量级而已。
也许有人会觉得现在中国许多公司申请专利的数量达到甚至超过西方发达国家了，我们的学者数量应该不会比他们少多少。因此，有必要把专利和这里说的创新的区别解释一下。
所谓专利者，只要是以前没有的，新的东西，都可以申请专利；甚至是以前有的东西，你把他用到了一个新的领域的产品里去，也可以申请专利。比如你在房子里造一个水泥柱子，只要以前没有人就这件事申请专利，那么你就可以申请专利，并且下次你把水泥柱子挪一个位置，又可以申请一个新的专利；或者你在一个柜子上打上几个孔，下次又把孔的位置改一改，...，均可申请专利。
这层楼里所说的创新，是指学术层面的创新，是基础研究方面的创新，和专利的概念是完全不同的，难度也是完全不同的。你即使申请了一万个象那种打孔一类的专利，加起来也够不到这层楼里的一个创新。
当你爬到第6层楼时，你也许会有一种突破极限的快感，因为你终于把那道高高的写着"创新"二字的门槛给翻过去了，实现了"0"的突破。这时，你也许有一种"独上高楼，欲望尽天涯路"的感觉，但是很快你会发现看到的都是比较近的路，远处的路根本看不清楚。如果你还有足够的体力的话，你会想爬到更高一层的楼层去。
第7层大师
上面举的这些例子中，其中有些人站的楼层比这层高，这里只是为了形象说明而举例他们的某个成就。从上面列出的一些大师的贡献可以看出，成为大师必须要有较大的贡献。首先解决问题必须是比较重要的，其次你要比
前辈们在某方面有一个较大的提高，或者你解决的是一个全新的以前没有解决过的问题；最重要的是，主要的思路和方法必须是你自己提供的，不再是在别人的思路基础上进行的优化和改进。
看了上面这些要求，如果能量不够的话，你也许会觉得有些困难，所以不是每个人都能成为"大师"的。中国软件业里能称得上是"大师"的人，用屈指可数来形容，估计是绰绰有余。值得一提得是，国外的"大师"就象我们的"大牛"一样满天飞的多。
我把我猜测本国有可能进到这层楼的大师列一下，以起个抛砖引玉的作用。汉王的"手写识别"技术由于是完全保密的，不知道它里面用了什么思想，原创思想占的比重有多少，因此不知道该把它划到这层楼还是更高一层楼去。原山东大学王小云教授破解DES和MD5算法时，用到的方法不知道是不是完全原创的，如果是的话也可进到这层楼来。
陈景润虽然没有彻底解决哥德巴赫猜想，但他在解决问题时所用的方法是创新的，因此也可以进到这层楼来。当然，如果能彻底解决哥德巴赫猜想，那么可以算到更高的楼层去。
求伯君和王志东等大牛们，他们在做WPS和表格处理之类的软件时，不知是否有较大的原创算法在里面，如果有的话就算我错把他们划到了大牛层。由于所学有限，不知道国内还有那些人能够得上"大师"的级别，或许有少量做研究的教授、院士们，可以达到这个级别，有知道的不妨回个帖子晾一晾。
鉴于"大师"这个称号的光环效应，相信有不少人梦想着成为"大师"。或许你看了前面举的一些大师的例子，你会觉得要成为大师非常困难。不妨说一下，现在有一条通往"大师"之路的捷径打开了，那就是多核计算领域，有大量的处女地等待大家去挖掘。
以前在单核时代开发的各种算法，现在都需要改写成并行的。数据结构与算法、图像处理、数值计算、操作系统、编译器、测试调试等各个领域，都存在大量的机会，可以让你进到这层楼来，甚至有可能让你进到更高一层楼去。
第8层科学家
科学家向来都是一个神圣的称号，因此我把他放在了“大师”之上。要成为科学家，你的贡献必须超越大师，不妨随便举一些例子。
如果你象Dijkstra一样设计了ALGOL语言，提出了程序设计的三种基本结构：顺序、选择、循环，那么你可以爬到第8层楼来。顺便说一下，即使抛开这个成果，Dijkstra凭他的PV操作和信号量概念的提出，同样可以进到这层楼。
如果你象Don Knuth一样，是数据结构与算法这门学科的重要奠基者，你也可以进到这层楼来。当然，数据结构和算法这门学科不是某个人开创的，是许多大师和科学家集体开创的。
如果你象巴科斯一样发明了Fortran语言，并提出了巴科斯范式，对高级程序语言的发展起了重要作用，你也可以进到这层楼来。
或者你象Ken Thompson、Dennis Ritchie一样发明了Unix操作系统和功能强大、高效、灵活、表达力强的C语言，对操作系统理论和高级编程语言均作出重大贡献，那么你也可以进到这层楼来。
或者你有Frederick P. Brooks一样机会，可以去领导开发IBM的大型计算机System/360和OS/360操作系统，并在失败后反思总结，写出《人月神话》，对软件工程作出里程碑式的贡献，你也可以进到这层来。
或者你提出了面向对象设计的基本思想，或者你设计了互联网的TCP/IP 协议，或者你象Steven A.Cook一样奠定NP完全性的理论基础，或者你象Frances Allen一样专注于并行计算来实现编译技术，在编译优化理论和技术取得基础性的成就，…，均可进入这层。
当然，如果你发明了C++语言或者Java语言，你进不到这层来，因为你用到的主要思想都是这层楼中的科学家提出的，你自己并没有没有多少原创思想在里面。
看了上面列出的科学家的成就，你会发现，要成为“科学家”，通常要开创一门分支学科，或者是这个分支学科的奠基者，或者在某个分支学科里作出里程碑式的重大贡献。如果做不到这些的话，那么你能象Andrew C. Yao （姚期智）一样在对计算理论的多个方向如伪随机数生成，密码学与通信复杂度等各个方向上作出重要贡献，成为集大成者，也可以进入这层楼。
成为“科学家”后，如果你有幸象Dijkstra一样，出现在一个非常重视科学的国度。当你去世时，你家乡满城的人都会自动地去为你送葬。不过如果不幸生错地方的话，能不挨“板砖”估计就算万幸了。
从上面随便举的一些例子中，你可能能猜到，西方科学家的数量是非常多的，于是你会想中国应该也有少量的科学家吧？我可以很负责任地告诉你一个不幸的结果，中国本土产生的科学家的数量为0。目前在国内，软件领域的唯一的科学家就是上面提过的姚期智，还是国外请回来的，并不是本土产生的。
可能你不同意我说的本土科学家数量为0的结论，因为你经常看到有许多公司里都有所谓“首席XX科学家”的头衔。我想说的是，这些所谓的“首席XX科学家”都是远远够不到这层楼的级别的，有些人的水平估计也就是一个“牛人”或“大牛”的级别，好一点的最多也就一个“学者”的级别。尤其是那些被称作“首席经X学家”的，基本上可以把称号改为“首席坑大家”。
虽然我国没有人能爬到这层楼上来，但是西方国家仍然有许多人爬到了比这层更高的楼上。如果要问我们比西方落后多少？那么可以简单地回答为：“落后了三层楼”。下面就来看看我们做梦都没有到过的更高一层楼的秘密。
第9层大科学家
进入这层楼的门槛通常需要一些运气，比如某天有个苹果砸到你头上时，你碰巧发现了万有引力，那么你可以进到这层楼来。当然，万有引力几百年前就被人发现了，如果你现在到处嚷嚷着说你发现了万有引力，恐怕马上会有人打110，然后警察会把你送到不正常人类的聚集地去。因此，这里举万有引力的例子，只是说你要有类似的成就才能进到这层楼来。
牛顿发现万有引力定律开创了经典物理运动力学这门学科，如果你也能开创一门大的学科，那么你就从科学家晋升为“大科学家”。比如爱因斯坦创建了相对论，从一个小职员变成了大科学家。当然大科学家可远不止这两人，数学界里比物理学界更是多得多，如欧几里得创建了平面几何，笛卡尔开创解析几何，还有欧拉、高斯、莱布尼茨等数不清的人物，跟计算相关的大科学家则有图灵等人。
从上面列出的一些大科学家可以发现，他们的成就不仅是开创了一个大的学科，更重要的是他们的成就上升到了“公理”的层面。发现公理通常是需要一点运气的，如果你的运气不够好的话，另外还有一个笨办法也可以进到这层楼来，那就是成为集大成者。例如冯·诺伊曼，对数学的所有分支都非常了解，许多领域都有较大的贡献，即使撇开他对计算机的开创贡献，成为大科学家照样绰绰有余。
当然，程序员们最关心的是自己有没有机会变成大科学家。既然计算机这门大学科的开创性成果早就被冯·诺伊曼、图灵等人摘走了，那么程序员们是不是没有机会变成大科学家了呢？我们的古人说得好：“江山代有才人出，各领风骚数百年”，现在在计算机这门学科下面诞生了许多非常重要的大的分支，所以你还是有足够的机会进到这层楼的。
如果你能够彻底解决自然语言理解（机器翻译）这门学科中的核心问题，或者你在人工智能或者机器视觉（图像识别）方面有突破性的发现，那么你同样可以轻易地晋升为“大科学家”。这样当某天你老了去世时，或许那天国人已经觉醒，你也能享受到如Dijkstra一样的待遇，有满城甚至全国的人去为你送葬。
现在还剩下另外一个大家感兴趣的问题没有讨论，那就是这层中已经出现了牛顿、爱因斯坦、高斯等我们平常人都认为是顶级的科学家，是不是这层已经是楼顶了呢？相信还记得本文标题的人应该知道现在仅仅是第9层，还有第10层没有到达呢。可能不少人现在要感到困惑了，难道还有人站在比牛顿、爱因斯坦、高斯等人更高的楼层上？
这个世界上确实存在可以用一只手的手指数得清的那么几个人，他们爬到了第10层楼上。因此，第10层楼不是虚构的，而是确实存在的。如果对此有疑惑或者认为我在胡诌一番的话，那么不妨继续往下看下去，窥一下第10层楼的秘密。
第10层大哲
看了这层楼的名字“大哲”，可能不少人已经猜到了这层楼的秘密，那就是你的成果必须要上升到哲学的高度，你才有机会能进到这层来。
当然，上升到哲学高度只是一个必要条件，牛顿的万有引力似乎也上升到了哲学的高度，因为不知道引力到底是怎么来的，但是牛顿没有被划到这一层，因为进到这层还有另外的条件，那就是你的成果必须引起了哲学上的深度思考，并能让人们的世界观向前跨进一大步。窃以为牛顿、爱因斯坦等人的成就还达不到让人们世界观向前跨进一大步的程度。
所以，这层楼中的人的成就对我们普通人认识世界非常重要，你可以不学相对论，但是你不可以不对这层楼的人所作出的成就不了解，否则你的世界观就是极其不完整的，会犯许多认识上的错误。不幸的是，中国的科普知识普及还不够到位，知道这层楼成就的人好像并不多，程序员中恐怕更少。
下面就来看看这些用一只手的手指数得清的大哲们，到底有什么成就，能比万有引力定律和相对论还重要。
1、希尔伯特 (1862～1943)
第1位进到此楼层是一位名叫“希尔伯特”的大数学家，如果你学过《泛函分析》，那么你在学习希尔伯特空间时可能已经对这位大数学家有所了解；如果你不是学数学出身的，又对数学史不感兴趣的话，恐怕你从来没有听说过这个名字。不过如果我问一下，知不知道二次世界大战前世界数学中心在那里，你肯定会有兴趣想知道。
不妨说一下，二战前整个世界的数学中心就在德国的哥廷根，而我们这位大数学家希尔伯特便是它的统帅和灵魂人物。即使在二战期间，希特勒和丘吉尔也有协定，德国不轰炸牛津和剑桥，作为回报，英国不轰炸海德堡和哥廷根。
整个二十世纪上半期的超一流数学家，几乎都出自其门下。这里不妨举几个我们熟悉的人物，例如冯·诺伊曼就曾受到他和他的学生施密特和外尔的思想影响，还到哥廷根大学任过希尔伯特的助手，钱学森的老师冯·卡门是在哥廷根取得博士学位的。顺便提一下，这位大数学家发现当时物理学上出了很多大的成果如相对论和量子力学，但是这些物理学家的数学功力明显不足，因此有一段时间带领他的学生们研究过物理学，并独立发现了广义相对论，只是不好意思和物理学家争功劳，将广义相对论的功劳全部让给了爱因斯坦。
广义相对论相对于这位大数学家在数学上的贡献，其实是算不了什么的，只是由此可看出这位大数学家品格的高尚之处。如果再去看看牛顿之流的人物的品行，整天和莱布尼茨、虎克等人争功劳，利用自己的优势地位打压他人，甚至闹得上法庭，和这位希尔伯特先生比起来，简直就是个小丑。
说到这里，你可能对这位大数学家“希尔伯特”有了一些初步映象，感觉到了他的重要性，不过他在数学上的主要成就可不是几句话说得清楚的。首先，他是一位集大成者，精通当时数学所有分支领域，在数学的各个领域都有较大的贡献，当然这些成就只能让他成为一个大科学家，不能带他进入这层楼。事实上这位“希尔伯特”解决的任何一个数学问题都够不到这层楼的高度，那么他怎么混到这层楼来了呢？
话得从1900年说起，当时还很年轻的希尔伯特在当时的世界数学大会上做了一个报告，高屋建瓯地提出了着名的23个未解决的数学问题，然后整个二十世纪上半期，全世界的数学家们都在这23个问题的指导下展开研究，直到现在仍然有许多数学家受这23个问题的指导在进行研究。例如我们熟知的哥德巴赫猜想，就属于其中第8个问题素数分布的一个子问题。
如果用“高瞻远瞩”来形容这位大数学家的话，那么这个世界上恐怕没有第二个人再配得上“高瞻远瞩”这四个字，不论是欧拉、高斯、牛顿、爱因斯坦还是被誉为最有才华的数学家伽罗华，概不例外。
虽然那23个问题是归纳总结出来的，并不全是原创，但是其中有不少问题是可以上升到哲学的高度，引起深度思考的。可能大多数人都会觉得希尔伯特是进不到这层楼的，我们知道提出问题的人和解决问题的人是一样伟大
的，何况他提出的问题是如此之多，基于这点，个人觉得应该让希尔伯特跨进这层楼的门槛里。
看完这位希尔伯特的成就，你可能会觉得对你的世界观并没有产生任何影响。确实如此，他提出的问题不是用来影响你的，而是用来影响其他大科学家和大哲的，下面再来说说另一位对他提出的23个问题中的第2个问题有杰出贡献的大哲，你就会感觉到大哲们的成果的威力了。
2、哥德尔 (1906~1978)
这位大哲的名字叫“哥德尔 (G?del) ”，你可能从来也没有听说过这个名字，即使你读了一个数学系的博士学位，如果你的研究方向不和这位大哲对口的话，你也不一定了解这位大哲的成就，更不知道他的成果对我们这个世界有何意义。
简单地说，这位大哲20多岁时就证明了两个定理，一个叫做“哥德尔完全性定理”，另一个更重要的叫做“哥德尔不完全性定理”。你也许会觉得奇怪，第9层楼的成就就已经上升到了公理的高度，这种证明定理的事情不是学者和大师们做的事情吗？怎么能比第9层楼的成就还高呢？下面就来简单说一下这两个定理的含义，你就会明白这属于系统级的定理，绝不是普通的定理和公理所能比拟的。
“哥德尔完全性定理”证明了逻辑学的几条公理是完备的，即任何一个由这些公理所产生出的问题，在这个公理系统内可以判定它是真的还是假的，这个结论表明了我们人类所拥有的逻辑思维能力是完备的。这条定理并不能将其带入这层楼来，带其进入这层楼的是另一条定理。
IGMP Snooping协议简介
IGMP Snooping协议简介 3.1.1 igmp snooping原理 igmp snooping运行在数据链路层，是二层以太网交换机上的组播约束机制，用于管理和控制组播组。 当二层以太网交换机收到主机和路由器之间传递的igmp报文时，igmp sno oping分析igmp报文所带的信息。当监听到主机发出的igmp主机报告报文时，交换机就将该主机加入到相应的组播表中；当监听到主机发出的igmp离开报文时，交换机就将删除与该主机对应的组播表项。通过不断地监听igmp报文，交换机就可以在二层建立和维护mac组播地址表。之后，交换机就可以根据mac 组播地址表转发从路由器下发的组播报文。 没有运行igmp snooping时，组播报文将在二层广播，如图3-1所示。 运行igmp snooping后，报文将不再在二层广播，而是进行二层组播，如图 3-2所示.
3.1.2 igmpv3 snooping简介 s9500交换机支持igmpv1、 igmpv2、igmpv3协议。igmpv3协议是在igmpv 2报文的基础上的扩充。igmpv3允许主机指定接收某些网络发送的某些组播组，相比以前的版本，增加了主机的控制能力，不仅可以指定组播组，还能指定组播的源。 igmp查询报文分通用查询报文、特定组查询报文，下文着重介绍igmpv3新增的报文。 3.1.3 查询报文 igmpv3新增特定源组查询报文格式如下，从图中可以分辨igmpv2、igmpv3查询报文的格式的不同： 对于通用查询报文，igmpv2报文长度为8字节，igmpv3长度为12字节。 对于特定组查询报文，igmpv2报文长度为8字节，igmpv3长度大于等于12字节。 igmpv3特定源组查询报文，长度大于12字节。
IGMP协议及抓包分析
IGMP IGMP 是Internet Group Management Protocol（互联网组管理协议）的简称。它是TCP/IP 协议族中负责IP 组播成员管理的协议，用来在IP 主机和与其直接相邻的组播路由器之间建立、维护组播组成员关系。 到目前为止，IGMP 有三个版本： 1、IGMPv1（由RFC 1112 定义） 2、IGMPv2（由RFC 2236 定义） 3、IGMPv3（由RFC 3376定义） 一、IGMPv1 1.1报文格式 1、版本： 版本字段包含IGMP版本标识，因此设置为1。 2、类型： 成员关系查询（0x11） 成员关系报告（0x12） 3、校验和 4、组地址： 当一个成员关系报告正被发送时，组地址字段包含组播地址。 当用于成员关系查询时，本字段为0，并被主机忽略。 1.2组成员加入过程 当一个主机希望接收一个组播组的数据，则发送成员加入报告给组播组。
IGMPv1 join包如下： 1.3查询与响应过程 路由器RTA（IGMP查询器）周期性地（默认60秒）向子网内所有主机（224.0.0.1代表子网内所有主机）发送成员关系查询信息。
所有主机收到IGMPv1成员关系查询信息，一主机首先向组播组发送IGMPv1成员关系报告。 组的其他成员监听到报告后抑制自己的成员关系报告发送。 1.4 抑制机制 当主机收到IGMP成员关系查询时，对它已经加入的每个组播组启动一个倒计数报告计时器。各个报告计时器初始值为从0到最大响应之间一个随机数，默认值是10秒。 计时器到时的主机则主动发送成员关系报告，目的地为该主机所属的组地址。 其它主机收到该成员关系报告，则抑制成员关系报告的发送，并删除计时器。 1.5 组成员离开过程 主机“默不作声”地离开组（不发送报告了）。 路由器发送成员关系查询信息。 路由器没有收到该组的IGMP报告，则再发送成员关系信息（3次查询周期过后）。 组播组超时，剪枝。 二、IGMPv2 2.1报文格式 1、类型 成员关系查询（0x11） 常规查询：用于确定哪些组播组是有活跃的，即该组是否还有成员在使用，常规查询地址由全零表示； 特定组查询：用于查询某具体组播组是否还有组成员。 版本2成员关系报告（0x16） 版本1成员关系报告（0x12） 离开组消息（0x17）
lw-igmpv3协议在xorp平台上的分析与实现
LW-IGMPv3协议在XORP平台上的分析与实现1 刘吉雯 北京邮电大学网络与交换国家重点实验室，北京 (100876) E-mail：serenemarch@https://www.wendangku.net/doc/526160818.html, 摘要：互联网组管理协议是IP组播框架中极为重要的组成部分，目前网络中广泛采用的IGMPv3协议引入的源过滤的机制虽然可以很好地支持源特定组播模型，但同时却增加了路由器实现的复杂性。针对此问题，华为公司提出一种名为LW-IGMPv3的IGMP路由器端协议简化方案，通过删减排除模式、简化消息处理流程等一系列改进，旨在提高IGMP协议和组播路由协议在IP组播大规模应用中的性能表现。本文详细阐述了此简化方案的改进依据、原理和特性，并通过在开源路由器平台XORP上实现LW-IGMPv3协议，对此简化方案的可行性进行分析。 关键词：IP组播，互联网组管理协议，XORP，LW-IGMPv3 1.引言 随着IPTV，视频会议，多媒体远程教学，远程医疗等应用的开展，组播技术的优势和重要性逐渐显现出来。采用单播技术构建的传统网络已经无法满足新兴宽带网络应用在带宽和网络服务质量方面的要求，随之而来的是网络延时、数据丢失等等问题。此时通过引入IP组播技术，有助于解决以上问题 IGMP协议是IP组播体系架构的一个重要组成部分，在IGMP的最新版本IGMP版本3(IGMPv3) [1]中，协议的逻辑结构过于复杂，不利于实际应用，且原协议中的一些状态在目前的一般组播应用中并没有相应的场景。通过对IP组播体系结构的研究，我们在华为公司的“轻量级互联网组管理协议草案”的基础上，提出一种轻量级互联网组管理协议(LW-IGMPv3),通过简化协议逻辑架构，从而减轻路由器的负担，提高路由器效率，为组播路由协议提供更好的接入服务。 为了协议实现简便，文中特引入开源路由器平台XORP，XORP全称为可扩展的开放性路由平台（eXtensible Open Router Platform）。XORP得到了Intel,美国国家科学资金,微软，Vyatta等机构和公司的支持。XORP运行在Linux或者FreeBSD操作系统平台上(最近版本支持windows2003)，它为当前大多数的路由协议提供了支持，比如BGP,OSPF,RIP等。XORP作为一个低成本的路由器平台，它没有特别高的配置要求，作为一个软件路由器平台可以运行在普通的个人计算机或服务器，能达到100Mb/s的网络路由要求。XORP采用一种新颖的进程间通信架构，通过不同的模块分别处理各种协议，这使得我们仅需修改IGMP协议模块就可快速实现新的协议机制。 本文第2节将详细描述轻量级组管理协议的简化方案，第3节介绍LW-IGMPv3在XORP 平台上的实现，第4节对LW-IGMPv3的协议兼容性进行分析，第5节总结全文。 2.轻量级互联网组管理协议(LW-IGMPv3) 2.1互联网组管理协议（IGMP）协议 IGMP协议运行于主机和与之直接相连的组播路由器之间，它提供了主机和组播路由器之间维护组成员关系的机制。IGMP协议实现的功能分为组播路由器部分和主机部分。如果主机想加入某个组播组，首先主动子网内的查询路由器发送组播组成员关系报道报文，该报 1本课题得到华为公司项目基金的资助。
IGMP(Internet组管理协议)报文及协议
13.1 引言 12.4节概述了IP多播给出，并介绍了D类IP地址到以太网地址的映射方式。也简要说明了在单个物理网络中的多播过程，但当涉及多个网络并且多播数据必须通过路由器转发时，情况会复杂得多。 本章将介绍用于支持主机和路由器进行多播的Internet组管理协议（IGMP）。它让一个物理网络上的所有系统知道主机当前所在的多播组。多播路由器需要这些信息以便知道多播数据报应该向哪些接口转发。IGMP在RFC 1112中定义[Deering 1989]。 正如ICMP一样，IGMP 也被当作IP 层的一部分。IGMP报文通过IP数据报进行传输。不像我们已经见到的其他协议，IGMP有固定的报文长度，没有可选数据。图13-1显示了IGMP报文如何封装在IP数据报中。 IGMP报文通过IP首部中协议字段值为2来指明。 13.2 IGMP报文 图1 3 - 2显示了长度为8字节的IGMP报文格式。 这是版本为1的IGMP。IGMP类型为1说明是由多播路由器发出的查询报文，为2说明是主机发出的报告报文。检验和的计算和ICMP协议相同。 组地址为D类IP地址。在查询报文中组地址设置为0，在报告报文中组地址为要参加的组地址。在下一节中，当介绍IGMP如何操作时，我们将会更详细地了解它们。 13.3 IGMP 协议 13.3.1 加入一个多播组 多播的基础就是一个进程的概念（使用的术语进程是指操作系统执行的一个程序），该进程在一个主机的给定接口上加入了一个多播组。在一个给定接口上的多播组中的成员是动态的—它随时因进程加入和离开多播组而变化。 这里所指的进程必须以某种方式在给定的接口上加入某个多播组。进程也能离开先前加入的多播组。这些是一个支持多播主机中任何API所必需的部分。使用限定词“接口”是因为多播组中的成员是与接口相关联的。一个进程可以在多个接口上加入同一多播组。 Stanford大学伯克利版Unix中的IP 多播详细说明了有关socket API的变化，这些变化在Solaris 2.x和ip(7)的文档中也提供了。 这里暗示一个主机通过组地址和接口来识别一个多播组。主机必须保留一个表，此表中包含所有至少含有一个进程的多播组以及多播组中的进程数量。
IP组播路由协议详细介绍
IP组播路由协议详细介绍 一、概述 1、组播技术引入的必要性 随着宽带多媒体网络的不断发展，各种宽带网络应用层出不穷。IP TV、视频会议、数据和资料分发、网络音频应用、网络视频应用、多媒体远程教育等宽带应用都对现有宽带多媒体网络的承载能力提出了挑战。采用单播技术构建的传统网络已经无法满足新兴宽带网络应用在带宽和网络服务质量方面的要求，随之而来的是网络延时、数据丢失等等问题。此时通过引入IP组播技术，有助于解决以上问题。组播网络中，即使组播用户数量成倍增长，骨干网络中网络带宽也无需增加。简单来说，成百上千的组播应用用户和一个组播应用用户消耗的骨干网带宽是一样的，从而最大限度的解决目前宽带应用对带宽和网络服务质量的要求。 2、IP网络数据传输方式 组播技术是IP网络数据传输三种方式之一，在介绍IP组播技术之前，先对IP网络数据传输的单播、组播和广播方式做一个简单的介绍： 单播（Unicast）传输：在发送者和每一接收者之间实现点对点网络连接。如果一台发送者同时给多个的接收者传输相同的数据，也必须相应的复制多份的相同数据包。如果有大量主机希望获得数据包的同一份拷贝时，将导致发送者负担沉重、延迟长、网络拥塞；为保证一定的
服务质量需增加硬件和带宽。 组播（Multicast）传输：在发送者和每一接收者之间实现点对多点网络连接。如果一台发送者同时给多个的接收者传输相同的数据，也只需复制一份的相同数据包。它提高了数据传送效率。减少了骨干网络出现拥塞的可能性。 广播（Broadcast）传输：是指在IP子网内广播数据包，所有在子网内部的主机都将收到这些数据包。广播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。所以广播的使用范围非常小，只在本地子网内有效，通过路由器和交换机网络设备控制广播传输。 二、组播技术 1、 IP组播技术体系结构 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及域间组播路由协议。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信息。域内组播路由协议根据IGMP维护的这些组播组成员关系信息，运用一定的组播路
实验五 利用Wireshark分析IGMP协议
协议分析实验报告 年级：姓名：学号： 实验日期： 2013-04-10 实验名称：利用wireshark分析IGMP协议 一、实验目的 分析IGMP协议 二、实验环境 与因特网连接的计算机，操作系统为Windows，安装有Wireshark、IE等软件。 三、协议简介 Internet 组管理协议（IGMP）是因特网协议家族中的一个组播协议，用于IP 主机向任一个直接相邻的路由器报告他们的组成员情况。IGMP 信息封装在IP 报文中，其IP 的协议号为2。 它用来在ip主机和与其直接相邻的组播路由器之间建立、维护组播组成员关系。igmp不包括组播路由器之间的组成员关系信息的传播与维护，这部分工作由各组播路由协议完成。所有参与组播的主机必须实现igmp。 报告报文 字段说明： Type（8bit） 0x22 成员关系报告 Reserved( 8bit)和Reserved( 16bit)： 都是表示保留字段，不过在IGMP中为了使它们都保持对应的长度，所以才有了长度上的区别，它在发送的时候是以0填充，在接收的时候是不作任何处理的。校验和
校验和是对整个IGMP消息以16位为一段进行取反求和。为了计算校验和，校验和字段首先必须被置0。当收到一个数据，在处理之前，必须先对校验和进行验证。 Number_of_Group_Records(M)： 该字段表示该报告报文中包含有几个组记录 Group Record[i] （i 从1 到M）： 一个主机可能需要点播多个组播地址的组播业务，每个记录包含了对应于其中一个组播地址的源地址列表等信息，它受到Number_of_Group_Records的大小的影响。 每一个组记录字段是一整块数据，其含有的信息是关于发送者在报告发送接口上的某一个多播组的成员关系。 每一个Group Reocrd的内部格式如下： 字段说明： Aux Data Len： 辅助数据长度含有在组记录中的辅助数据的实际长度，其单位是32bit字。它有可能是0，这就表示辅助数据不存在。 Number_of_Group_Sources： 源数量(N)字段标明在组记录中存在多少源地址。 MulticastAddress： 多播地址字段标明该组记录从属的多播IP地址。 SourceAddress[i]： 源地址[i]字段是一个数组，含有n个单播地址。n就是该记录的源数量(N)字段的值。 Auxiliary Data： 辅助数据字段如果存在，它含有关于该组记录的一些附加信息。本文档所描述的协议IGMP v3，没有定义任何辅助数据。所以，IGMPv3的实现在任何传输的组记录中都不应该含有任何辅助数据(即必须把Aux Data Len字段置0)。并且在收到的所有组记录中，必须忽略辅助数据的存在。关于辅助数据的语法和内部编码会由将来版本的使用该字段的IGMP或其扩展定义。 附加数据：
组播路由协议配置(cisco)
常用组播路由协议配置方法 1IGMP协议配置 1.1 IGMP基本设置 1.1.1配置路由器加入到一个组播组： Router(config-if)# ip igmp join-group 225.2.2.2 1.1.2控制某个接口下主机能够加入的组播组 ip igmp access-group access-list 【例如】 Router(config)# access-list 1 225.2.2.2 0.0.0.0 Router(config)# interface ethernet 0 Router(config-if)ip igmp access-group 1 ACL可以同时对组播报文的源和目的地址控制，达到过滤组播源，同时也能过滤特定 接收主机的作用，例如： Deny all state for a group G deny igmp any host G permit igmp any any Deny all state for a source S deny igmp host S any permit igmp any any Permit all state for a group G permit igmp any host G Permit all state for a source S permit igmp host S any Filter a particular source for a group G deny igmp host S host G permit igmp any host G 1.1.3IGMP版本切换 Router(config-if)# ip igmp version {2|3} 1.1.4IGMP查询间隔时间：默认60s Router(config-if)# ip igmp query-interval 120 1.1.5IGMP查询超时时间：默认为2倍的查询间隔时间 Router(config-if)# ip igmp query-timeout 30 1.1.6IGMP查询最大响应时间：默认为10s Router(config-if)# ip igmp query-max-response-time 8
详解IGMP(Internet组管理协议)报文及协议
1引言 本文将介绍用于支持主机和路由器进行多播的Internet组管理协议（IGMP）。它让一个物理网络上的所有系统知道主机当前所在的多播组。多播路由器需要这些信息以便知道多播数据报应该向哪些接口转发。IGMP在RFC1112中定义[Deering1989]. 正如ICMP一样，IGMP也被当作IP层的一部分。IGMP报文通过IP数据报进行传输。不像我们已经见到的其他协议，IGMP有固定的报文长度，没有可选数据。图13-1显示了IGMP报文如何封装在IP数据报中。 IGMP（Internet组管理协议）报文及协议（图一） IGMP报文通过IP首部中协议字段值为2来指明。 2IGMP报文 图13-2显示了长度为8字节的IGMP报文格式。 IGMP（Internet组管理协议）报文及协议（图二） 这是版本为1的IGMP.IGMP类型为1说明是由多播路由器发出的查询报文，为2说明是主机发出的报告报文。检验和的计算和ICMP协议相同。 组地址为D类IP地址。在查询报文中组地址设置为0，在报告报文中组地址为要参加的组地址。在下一节中，当介绍IGMP如何操作时，我们将会更详细地了解它们。 3IGMP协议 3.1加入一个多播组
多播的基础就是一个进程的概念（使用的术语进程是指操作系统执行的一个程序），该进程在一个主机的给定接口上加入了一个多播组。在一个给定接口上的多播组中的成员是动态的—它随时因进程加入和离开多播组而变化。 这里所指的进程必须以某种方式在给定的接口上加入某个多播组。进程也能离开先前加入的多播组。这些是一个支持多播主机中任何API所必需的部分。使用限定词“接口”是因为多播组中的成员是与接口相关联的。一个进程可以在多个接口上加入同一多播组。 Stanford大学伯克利版Unix中的IP多播详细说明了有关socket API的变化，这些变化在Solaris2.x和ip（7）的文档中也提供了。 这里暗示一个主机通过组地址和接口来识别一个多播组。主机必须保留一个表，此表中包含所有至少含有一个进程的多播组以及多播组中的进程数量。 3.2IGMP报告和查询 多播路由器使用IGMP报文来记录与该路由器相连网络中组成员的变化情况。使用规则如下： 1）当第一个进程加入一个组时，主机就发送一个IGMP报告。如果一个主机的多个进程加入同一组，只发送一个IGMP报告。这个报告被发送到进程加入组所在的同一接口上。 2）进程离开一个组时，主机不发送IGMP报告，即便是组中的最后一个进程离开。主机知道在确定的组中已不再有组成员后，在随后收到的IGMP查询中就不再发送报告报文。 3）多播路由器定时发送IGMP查询来了解是否还有任何主机包含有属于多播组的进程。多播路由器必须向每个接口发送一个IGMP查询。因为路由器希望主机对它加入的每个多播组均发回一个报告，因此IGMP查询报文中的组地址被设置为0. 4）主机通过发送IGMP报告来响应一个IGMP查询，对每个至少还包含一个进程的组均要发回IGMP报告。 使用这些查询和报告报文，多播路由器对每个接口保持一个表，表中记录接口上至少还包含一个主机的多播组。当路由器收到要转发的多播数据报时，它只将该数据报转发到（使用相应的多播链路层地址）还拥有属于那个组主机的接口上。 图13-3显示了两个IGMP报文，一个是主机发送的报告，另一个是路由器发送的查询。该路由器正在要求那个接口上的每个主机说明它加入的每个多播组。
IGMP报文格式及协议分析
1、多播：用于向多个目的地址传送数据。 多播地址：地址由固定的4位1110 + 28位多播组ID构成，范围从224.0.0.0到239.255.255.255。 2、主机组：能够接收发往一个特定多播组地址数据的主机集合。一些多播组地址被IANA 确定为知名地址，他们也被当作永久主机组。例如：224.0.0.1代表“该子网内的所有系统组”，224.0.0.2代表“该子网内的所有路由器组”。多播地址224.0.1.1用作网络时间协议NTP。 3、多播组地址到以太网地址的转换 IANA（互联网数字分配机构）拥有一个以太网地址块，即高位24bit为00:00:5e，这意味着该地址块所拥有的地址范围从00:00:5e:00:00:00到00:00:5e:ff:ff:ff。IANA将其中的一半分配为多播地址。为了指明一个多播地址，任何一个以太网地址的首字节必须是01，这意味着与IP多播相对应的以太网地址范围从01:00:5e:00:00:00到01:00:5e:7f:ff:ff。 将多播地址的低23位映射到以太网地址的低23位，高25位为固定的24位的01:00:5e 加1位0。这样就从多播组ip地址得到了对应的多播组mac地址。 由于多播组地址的高5位（即1110的后5位）在映射过程中被忽略，因此每个以太网多播地址对应的多播组不是唯一的，由于地址映射不是唯一的，所有需要设备驱动程序或IP 层对数据报进行过滤。 4、IGMP：internet组管理协议 用于让一个物理网络上的所有系统知道主机当前所在的多播组。多播路由器使用IGMP 报文来记录与该路由器相连网络中组成员的变化情况，首先，主机发送加入组播组报文到组播组，为了可靠，可以采取定时发送的方式向组播组发送加入报告报文。同时组播组也会定发送查询报文，收到查询报文后回复报告报文。如果主机已经离开了组播组则在收到查询报文后不发送报告报文。IGMP被当做IP层的一部分，IGMP报文通过IP数据报进行传输。其数据格式如下： 20字节的IP首部+8字节的IGMP报文
IGMP 组播协议
1.IGMP （V3） Internet Group Management Protocol IP D类地址：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255 (前4个比特为1110) IGMP用于主机和路由器之间的通信（它也定义了路由器和主机的行为），从而进行组播组的管理，它使得一台主机可以接收： 1）发往某个组播组的数据包 2）从某些主机发往某个组播组的数据包 3）不是从某些主机发出的，发往某个组播组的数据包 IGMP协议： 1）组播路由器保存所有临近网络中有成员存在的组播组列表。（不是所有成员的列表） 2）IGMP只有两类消息，查询（路由器查询是否有主机处于组播组）和报告（主机报告自己加入，处于，或离开组播组）。（IGMP-V2中还有一个离开组消息） 3）查询消息由路由器发往主机，分为 一般查询（General Query）：目的地址为224.0.0.1，数据包中组地址为0，源数量为0 指定组查询（Group-Specific Query）：目的地址为指定的组播地址，数据包中组地址为指定的组播地址，源数量为0 指定组和源查询（Group-and-Source-Specific Query）：目的地址为指定的组播地址，数据包中组地址为指定的组播地址，源数量不为0 4）一般查询的周期： IGMP-V1：正常一分钟不超过一次（路由器启动时周期短） IGMP-V2/3：缺省125秒（路由器启动时为1/4查询周期），一般查询消息中的最大的响应时间默认值为100（10秒），启动查询消息数量为健壮变量（Robustness Variable） 查询消息 5）不同IGMP版本的报告消息类型不一样：V1：0x12; V2: 0x16; V3: 0x22 6）IGMP-V3报告的记录类型 MODE_IS_INCLUDE （包含某些源） MODE_IS_EXCLUDE （排除某些源） CHANGE_TO_INCLUDE_MODE （改变为包含某些源）
组管理协议IGMP
组管理协议IGMP 在一个组播路由器建立路由，传送其组播群组成员关系信息之前，它必须确定在本地网络上有一个或多个主机是否加入了某个组播群组。为此，组播路由器和实现组播的主机必须使用互连网组管理协议IGMP(Internet Group Management Protocol)来进行群组成员关系信息的通信。利用IGMP，组播路由器可判断在与自己连接的任何一个网络上，是否存在组播组的一些成员；如存在组成员，组播路由器便可加入一个特定的组播组，并将组播数据转发给加入该组的主机。因此IGMP被主机用来通知直连的路由器，令其加入一个组播组，使组播网具有动态性和灵活性。 最初的IGMP规范是在RFC1112文件里详细定义的，我们通常将这套规范称为“IGMP版本1”，由斯坦福大学的S.Deering成文于1989年8月。后来又由施乐PARC公司的W.Fenner对最早的IGMP版本1进行了大幅更新，更新的结果就是RFC2236文件即IGMP版本2。两个版本的IGMP相互间可进行少许操作。在IGMP 版本2临近正式批准时。IDMR已经开始IGMP版本3的研究工作，现在已有的draftdraft-ietf-idmr-igmp-v3-05.txt。IGMPv1中定义了基本的组成员查询和报告过程，IGMPv2在此基础上添加了组成员快速离开的机制，IGMPv3中增加的主要功能是成员可以指定接收或指定不接收某些组播源的报文。 5.2组播路由协议 组播路由协议用于建立组播转发树,组播信息沿组播树转发。组播路由的研究一开始是集中于平面的网络拓扑(Flat Topology)上,而非Internet层次性的拓扑结构(hirerarchical Topology)上,我们称这些路由协议为域内组播路由协议。它们一般可分为两类:密集模式DM协议、稀疏模式sM协议。 5.2.1DM模式 在DM模式下,数据包通过泛洪方式流向每个路由器的所有网络接口,网络中的任何一个路由器都知道每个目前活动的发送源的组播地址和源IP地址。由于DM模式总是为使目的客户能够准确接收到信息而产生不必要的数据流量,因此,它对于大型或具有冗余功能的网络而言并非一种理想的组播实现方式。DM模式下,常用的路由协议是密集模式下的协议独立组播协议PIM—DM、距离向量组播路由协议DVM RP以及开放最短路径路由协议的组播扩展MOSPF等。 5.2.2SM模式 SM模式解决用来解决网络中只有少量用户时的泛洪问题,并针对少数用户
路由协议分析实验七 IGMP协议分析
实验七、IGMP协议分析 一、实验目的 （1）掌握主机加入多播组和退出多播组的工作方式。 （2）理解路由器如何判断网络中的多播用户是否存在。 （3）掌握IGMPv1和IGMPv2的区别。 二、实验拓扑 图7-1 IGMP协议分析实验拓扑 三、实验步骤 1、搭建实验拓扑，给路由器R1和R2以及PC3配置IP地址，IP地址第二字节修改为自己学号后3位。 2、在R1、R2和PC3上的f0/0接口配置IGMP版本为v1，参考命令如下： R1(config)#int f0/0 R1(config-if)#ip igmp version 1 R2和PC3参考R1配置 2、在PC3的接口f0/0上启动抓包，在R1和R2上启动多播路由协议，参考命令如下： R1(config)#ip multicast-routing R1(config)#interface f0/0 R1(config-if)#ip pim dense-mode R2参考R1的配置命令配置 问题1：在R1上查看谁是DR？参考命令： R1#show ip igmp interface f0/0 问题2：查看抓取到的数据包，是哪个路由器在发查询包？ 3、将PC3加入多播组224.1.1.1，将第二字节修改为自己学号后3位，参考命令如下： PC3(config)#int f0/0 PC3(config-if)#ip igmp join-group 224.1.1.1 问题3：查看抓取到的数据包，路由器发送查询的时间间隔是多少？ 问题4：在R1中查看多播组，一共有几个多播组，分别是什么？ 根据抓取到的查询包和report包填写表8-1
IGMP协议详解与测试方法
拟 制 人时 间 IGMP 协议详解与测试方法 1 基本信息 1.1 摘要 本文主要介绍IGMP协议与我司终端产品IGMP的测试方法。 1.2关键字 IGMP，SNOOPING 1.3 缩略语 IGMP Internet Group Management Protocol Internet 组管理协议SMB SmartBits 思博伦通信网络分析仪CPE Customer Premise Equipment 用户侧设备
2 协议解释 2.1 IGMP 作用 ? 实现一对多数据流业务，有很多种实现方式，如广播，但是浪费带宽，会造成广播风暴： ? 如果用IGMP 的话，根据成员的需要去接受数据流业务： 组播成员2 组播成员1
2.2 IGMP协议 ?IGMP协议用于IPv4系统向任何邻居组播路由器报告其组播成员资格。IP组播路由器自己本身也可以是一到多个组播组的成员。这时，组播路由器要实现协议的组播路由器部分和组成员部分。 ?报文格式 IGMP V1 报文格式 Ver Type Reserved Checksum Group Address IGMP V2 报文格式 Type Max Resp Time Checksum Group Address Membership Query: 成员关系查询（0x11） V1 Membership Report: 版本 1 成员关系报告（0x12） V2 Membership Report: 版本 2 成员关系报告（0x16） Leave Group: 离开组报告（0x17） ?IGMP组播地址 组播IP地址用于标识一个IP组播组。IANA把D类地址空间分配给IP组播，其范围是从224.0.0.0到239.255.255.255。如下图所示(二进制表示)，IP组播地址前四位均为1110。 八位组（1）八位组（2）八位组（3）八位组（4） 1110XXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX 组播地址的分类： 保留——224.0.0.0 - 224.0.0.255 用户组播地址——224.0.1.0 - 238.255.255.255 本地管理组——239.0.0.0 - 239.255.255.255 （用于私人组播领域，类似私有IP地址）
实验六 IGMP协议和RIP协议
南昌大学实验报告 学生姓名：吴长福学号：8000114105 专业班级：卓越141班实验类型：□验证□综合√设计□创新实验日期：2016.12.01 实验成绩： 实验六IGMP协议和RIP协议 【实验目的】 1.掌握IGMP协议的报文格式 2.掌握IGMP协议的工作原理 3.理解多播组地址到以太网地址的映射 4.掌握路由协议的分类，理解静态路由和动态路由 5.掌握动态路由协议RIP的报文格式，工作原理及工作过程 6.掌握RIP计时器的作用 7.理解RIP的稳定性 【实验学时】 建议4学时 1、IGMP协议 【实验环境配置】 采用网络结构
说明：主机A、C、D的默认网关是172.16.1.1；主机E、F的默认网关是172.16.0.1。【实验原理】 一、IGMP报文格式 二、IP多播 报文从一台计算机发送到一组特定的计算机上，叫做多播。例如，实时信息的交付(如新闻、股市行情等)，软件更新，交互会议等。在因特网上进行多播就叫做IP多播。IP 多播具有以下的一些特点： 多播使用组地址IANA把D类地址空间分配用于IP组播地址。所以，IP组播值的范围
是：224.0.0.0—239.255.255.255。为了更合理的利用有限的组播地址，IANA进一步对它进行了划分。如下图所示： 三、IGMP使用规则 多播路由器使用IGMP报文来记录与该路由器相连网络中组成员的变化情况。使用规则如下： 1) 当第一个进程加入一个组时，主机就发送一个IGMP报告。如果一个主机的多个 进程加入同一组，只发送一个IGMP报告。这个报告被发送到进程加入组所在的同一接口上。 2) 进程离开一个组时，主机不发送IGMP报告即便是组中的最后一个进程离开。主 机知道在确定的组中已不再有组成员后，在随后收到的IGMP查询中就不再发送报告报文。 3) 多播路由器定时发送IGMP查询了解是否有任何主机包含有属于多播组的进程。 多播路由器必须向每个接口发送一个IGMP查询。因为路由器希望主机对它加入的每个多播组均发回一个报告，因此IGMP查询报文中的组地址被设置为0。 4) 主机通过发送IGMP报告来响应一个IGMP查询，对每个至少还包含一个进程的 组均要发回IGMP报告。使用这些查询和报告报文，多播路由器对每个接口保持一个表，表中记录接口上至少还包含一个主机的多播组。当路由器收到要转发的多播数据报时，它只将该数据报转发到(使用相应的多播链路层地址)还拥有属于那个组主机的接口上。 【实验步骤】 练习一：观察IGMP报文 1. 在主机B的17 2.16.1.1对应的接口、172.16.0.1对应的接口分别启动网络协议分析器并设置过滤条件（提取IGMP）。 2. 在主机B上启动IGMP协议： 在主机B的命令行下使用“igmp_config”命令启动IGMP协议。 主机B的命令行下使用“igm p_config "172.16.1.1的接口名" route” 命令将172.16.1.1接口设置为“IGMP路由器”。 主机B的命令行下使用“igmp_config "172.16.0.1的接口名" route”命令将172.16.0.1接口设置为“IGMP路由器”。 3. 观察主机B上协议分析器所采集到的数据。 找到“成员关系查询”报文，并填写下表：
IGMP协议
IGMP协议一九九八年十二月
目录 一、为什么要多播？ (3) 二、IP多播的应用 (7) 三、IP多播服务模型 (9) 四、IGMPv1 (14) 五、IGMPv2 (18) 六、IGMP版本1和版本2的互操作性 (32)
一、为什么要多播？
●单播传送发送数据的多个拷贝，每个拷贝发送到一个接收者 ?主机发送数据的3个拷贝，网络分别转发至少个不同的接收者 ?主机一次只能发送至一个接收者 ●多播传送发送数据的一个拷贝到多个接收者 ?主机发送数据的一个拷贝，网络在每个接收者的最后可能存在的一跳复制它，在一个给定的网络上每一个包只存在一次。 ?主机可同时发送数据到多个接收者
● 在一对多或多对多的环境中，多播传送比单播传送提供了更多优点： ? 提高效率：有效网络带宽得到了更有效地使用，因为重复数据流被单一传送所代替。 ? 优化性能：需要转发和处理的数据量更少。 ? 分布式应用：在单点传送的情况下，随着需求与应用的增长，多点应用将不太成为可能，因为单点传送中客户数量不能逐步增多。 ? 从图中可以看到，使用单播传送传输率以1:1的比率随客户数据增长，而使用多播传送，传输率不随着客户数量增长而增长。
●多播缺点 --大多数的多播应用都是基于UDP的。和类似的单播、TCP应用相比这会导致一些边界作用。 --尽力传送机制会导致一些偶然的包丢失，许多实时多播应用（如音频、视频）可能会受到掉包的影响。同样，在这一类应用的应用层要求丢失数据重传是不可行的。 . 在声音应用中频繁的数据丢失会合声音模糊、失真，严重时会使内容无法理解。 . 在视频应用中适度的掉包有时会由于人眼的影响而得到较好的容忍。然而，即使很小的掉包率也会使一些压缩算法受到很严重的影响。当解压算法在恢复时，画面会模糊或冻结。 --随着基于UDP的多播应用的增长，无拥塞控制将会导致网络整体性能下降。 --由于多播网络拓扑结构的改变包的复制可能会偶然发生。应用程序应该预想到会有偶然发生的复制的包到达并进行相应设计。