網(wǎng)絡設計-組播

第一節(jié)組播概述第二節(jié)組播實現(xiàn)技術介紹第三節(jié)IGMP協(xié)議第四節(jié)PIM-DM協(xié)議第五節(jié)PIM-SM協(xié)議目錄單播、廣播與組播單播服務器組播廣播主機10.10.1.0/24單播與組播實現(xiàn)點對多點傳輸比較單播組播多媒體會議互聯(lián)網(wǎng)多媒體終端數(shù)據(jù)分發(fā)互聯(lián)網(wǎng)遠程主機文件服務器實時數(shù)據(jù)組播互聯(lián)網(wǎng)多媒體主機服務器足球比賽演唱會炒股游戲互聯(lián)網(wǎng)玩家玩家玩家玩家玩家組播技術的特點優(yōu)點增強效率，控制網(wǎng)絡流量，減少服務器和CPU負載優(yōu)化性能，消除流量冗余分布式應用，使多點傳輸成為可能缺點組播應用基于UDP盡最大努力交付 無擁塞控制數(shù)據(jù)包重復數(shù)據(jù)包的無序交付第一節(jié)組播概述第二節(jié)組播實現(xiàn)技術介紹第三節(jié)IGMP協(xié)議第四節(jié)PIM-DM協(xié)議第五節(jié)PIM-SM協(xié)議目錄組播體系結構組播協(xié)議分為主機-路由器之間的組成員關系協(xié)議和路由器-路由器之間的組播路由協(xié)議。組成員關系協(xié)議包括IGMP(互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議)。組播路由協(xié)議分為域內組播路由協(xié)議及域間組播路由協(xié)議。域內的組播協(xié)議又分為密集模式與稀疏模式。域內組播路由協(xié)議主要使用PIM-SM，PIM-DM，DVMRP協(xié)議。組播地址組播IP地址：組播地址范圍224.0.0.0－239.255.255.255保留組播地址224.0.0.0－224.0.0.255224.0.1.0－224.0.1.255本地管理組地址239.0.0.0－239.255.255.255用戶組播地址224.0.2.0－238.255.255.255組播MAC地址：以太網(wǎng)：01-00-5e-xx-xx-xx常用的保留組播地址D類地址范圍含義224.0.0.0基準地址（保留）224.0.0.1所有主機的地址224.0.0.2所有組播路由器的地址224.0.0.3不分配224.0.0.4DVMRP路由器224.0.0.5OSPF路由器224.0.0.6OSPFDR224.0.0.7ST路由器224.0.0.8ST主機224.0.0.9RIP-2路由器D類地址范圍含義224.0.0.10IGRP路由器224.0.0.11活動代理224.0.0.12DHCP服務器/中繼代理224.0.0.13所有PIM路由器224.0.0.14RSVP封裝224.0.0.15所有CBT路由器224.0.0.16指定SBM224.0.0.17所有SBMS224.0.0.18VRRP…………IP地址到MAC地址的映射11100000000100000000010111100IP組播地址后23位映射到MAC地址中32位IP組播地址48位MAC地址（以太網(wǎng)/FDDI）此5位地址不作映射，因此32個IP組播地址映射成一個MAC地址端主機系統(tǒng)對組播的處理MediaAccessControl，端主機系統(tǒng)根據(jù)目的MAC來判斷是否處理接收到以太網(wǎng)幀；端主機系統(tǒng)在數(shù)據(jù)鏈路層維護一張接收列表，包含：單播地址：如00-e0-fc-00-00-06，第一字節(jié)最低位為0廣播地址：48位全1ff-ff-ff-ff-ff-ff接收列表中可能還包含：組播地址：如01-00-5e-0a-0a-0a，第一字節(jié)最低位為1接收列表：00e0.fc00.0006ffff.ffff.ffff目的MAC為01-00-5e-0a-0a-0a的數(shù)據(jù)幀我能處理嗎？無組播功能交換機轉發(fā)組播數(shù)據(jù)報組播？？二層交換機組播功能實現(xiàn)12345MAC地址端口0100-5e00-00032,5轉發(fā)表組播的三層轉發(fā)逆向路徑轉發(fā)(RPF--ReversePathForwarding)組播包的轉發(fā)不是基于IP包的目的地址的，而是用RPF檢查決定是否轉發(fā)和丟棄輸入信息包RPF檢查的過程如下：路由器檢查到達組播包的源地址，如果信息包是在可返回源站點的接口上到達，則RPF檢查成功，信息包被轉發(fā)如果RPF檢查失敗，丟棄信息包對組播包源地址的檢查是通過查詢單播路由表來實現(xiàn)的接收者例子：RPF檢查源接收者接收者組播數(shù)據(jù)包錯誤接口到達的組播數(shù)據(jù)包RPF檢查失敗，數(shù)據(jù)包從錯誤接口到達192.18.0.32進一步觀察：RPF檢查失敗S0/1S0/0S1/0來自192.18.0.32的組播數(shù)據(jù)網(wǎng)段接口192.18.0.0/16168.0.253.0/24S0/1S0/015.15.0.0/16S1/0數(shù)據(jù)從S0/0到達，RPF檢查失敗，路由器丟棄包進一步觀察：RPF檢查成功S0/1S0/0S1/0來自192.18.0.32的組播數(shù)據(jù)網(wǎng)段接口192.18.0.0/16168.0.253.0/24S0/1S0/015.15.0.0/16S1/0數(shù)據(jù)從S1到達，RPF檢查成功，路由器轉發(fā)數(shù)據(jù)包組播樹－源樹接收者1接收者2S1的組播數(shù)據(jù)流源S1源S2組播轉發(fā)項：（S，G，Upstreaminterface，{Downstreaminterfacelist}）S源地址G組地址Upstreaminterface入接口Downstreaminterfacelist出接口列表S1的組播源樹組播樹－源樹接收者1接收者2源S1源S2S2的組播數(shù)據(jù)流組播轉發(fā)項：（S，G，Upstreaminterface，{Downstreaminterfacelist}）S源地址G組地址Upstreaminterface入接口Downstreaminterfacelist出接口列表S2的組播源樹組播樹－共享樹接收者1接收者2S1的組播數(shù)據(jù)流源S1源S2組播共享樹RPPIM匯聚點組播轉發(fā)項：（*，G，Upstreaminterface，{Downstreaminterfacelist}）*任何源地址G組地址Upstreaminterface入接口Downstreaminterfacelist出接口列表S2的組播數(shù)據(jù)流組播源樹組播源樹不同組播樹的特征組播源樹（最短路徑樹）對應每個源存在一顆組播樹，占用內存較多，但路徑最優(yōu)，延遲最小

組播共享樹對應每個RP存在一顆組播樹，占用內存較少，路徑不是最優(yōu)的，引入額外的延遲第一節(jié)組播概述第二節(jié)組播實現(xiàn)技術介紹第三節(jié)IGMP協(xié)議第四節(jié)PIM-DM協(xié)議第五節(jié)PIM-SM協(xié)議目錄IGMP——因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP（InternetGroupManagementProtocol）協(xié)議是主機與路由器之間唯一信令協(xié)議RFC1112規(guī)定了IGMPV1（支持windows95）RFC2236規(guī)定了IGMPV2（支持windows和大多數(shù)Unix最新的服務包）Draft-ietf-idmr-igmp-v3-03.txt規(guī)定了最新的IGMPV3IGMPv1報文格式Ver：版本。表明IGMP版本，在IGMPv1中為1。Type：類型。IGMP類型為1說明是組播路由器發(fā)送的組成員查詢消息；類型為2說明是主機發(fā)送的組成員報告消息。Unused：未使用。發(fā)送時被置為0，接收時忽略此字段。GroupAddress：組播組地址。組地址為D類IP地址。在查詢消息中組地址設置為0，在報告消息中組地址為要參加的組地址。Unused

Checksum

GroupAddress

012301234567890123456789012345678901Ver

Type

IGMPv2報文格式Type：報文類型。包括成員查詢；版本1成員報告；版本2成員報告；離開消息。MaxRespTime：最大響應時間。實際中響應時間是配置值范圍（1～25秒）內的一個隨機值。缺省為10秒。GroupAddress：組播組地址：在普遍查詢中為0.0.0.0；特定組查詢和報告消息中為相應的組播地址。Type

MaxRespTime

Checksum

GroupAddress

012301234567890123456789012345678901IGMPv3報文格式Type=0x11

MaxRespCode

Checksum

GroupAddress

012301234567890123456789012345678901Resv

SQRV

QQIC

NumberofSources(N)SourceAddress(1)SourceAddress(2)SourceAddress(N)Type為0x11表示組成員查詢消息

IGMPv3報文格式Type為0x22表示組成員報告消息

Type=0x22

Reserved

Checksum

012301234567890123456789012345678901GroupRecord(1)Reserved

NumberofGroupRecords(M)GroupRecord(2)GroupRecord(M)IGMPv3報文格式RecordType

AuxDataLen

NumberofSources(N)

MulticastAddress012301234567890123456789012345678901SourceAddress(1)SourceAddress(2)SourceAddress(N)AuxiliaryDataGroupRecord格式

IGMP中路由器、主機動作主動報告加入組普遍查詢響應報告離開組消息指定組查詢IGMP中路由器、主機動作主機發(fā)送IGMPReport消息加入某個組HostAHostCHostBEthernet我要加入225.1.1.1這個組??！IGMP中路由器、主機動作路由器周期性地向224.0.0.1發(fā)送普遍查詢HostAHostCHostBEthernet我要查詢還有沒有組播成員？主機發(fā)送特定組(225.1.1.1)的報告組的其他成員監(jiān)聽到報告后抑制報告發(fā)送IGMP中路由器、主機動作HostAHostCHostBEthernet我要離開225.1.1.1這個組?。≈鳈C向224.0.02發(fā)送離開組消息（包含離開的組）路由器向這個組（225.1.1.1）發(fā)送特定組查詢發(fā)送兩次特定組查詢后沒有收到響應報告組225.1.1.1超時（離開）我要查詢該組還有沒有組播成員？IGMP中共享網(wǎng)段路由器動作查詢消息查詢消息競選失敗停發(fā)查詢消息路由器失效停發(fā)查詢消息重新發(fā)送查詢消息10.10.0.1/1610.10.0.3/16報告抑制過程查詢消息10.10.0.1/16響應報告響應報告響應報告響應報告路由器定期發(fā)送查詢子網(wǎng)中每個組只有一個成員發(fā)送響應報告其它成員被抑制不再發(fā)送報告IGMPv2報文格式以字節(jié)為單位類型最大響應時間校驗和組播組地址0123IGMP三版本比較查詢器選舉IGMPV1離開方式指定組查詢指定源、組加入依靠上層路由協(xié)議IGMPV2IGMPV3無無自己選舉有無自己選舉有有默默離開主動發(fā)出離開報文主動發(fā)出離開報文版本1與版本2兼容處理版本1主機版本2主機版本1路由器版本2路由器版本1主機版本2主機版本1路由器版本2路由器版本1主機報告抑制版本2主機版本2主機被版本1主機報告抑制路由器按版本1方式工作版本2幀格式兼容版本1幀格式版本2路由器強制配為版本1方式版本2路由器強制配為版本1方式版本2幀格式兼容版本1幀格式路由器按版本1方式工作至版本1定時器超時IGMP竊聽建立和維護組CPU012345IGMP報告IGMP查詢MAC地址轉發(fā)表端口0100－5e00－00030135IGMPSpoofingCPU02345IGMPReportIGMPQueryMAC地址轉發(fā)表端口0100－5e00－0003035IGMP的高級應用－IGMPProxyMRAMRBEth0/0Eth0/1Eth0/033.33.33.133.33.33.222.22.22.1外部網(wǎng)絡末梢網(wǎng)絡普遍組/特定組查詢消息IGMP加入/離開消息配置命令交換機上的配置：啟動組播應用[H3C]multicastrouting-enable模擬主機行為——加入一個組[H3C-Vlan-interface10]igmphost-join225.0.0.1portEthernet0/1指定IGMP版本號

[H3C-Vlan-interface10]igmpversion1顯示IGMP接口信息[H3C]displayigmpinterface第一節(jié)組播概述第二節(jié)組播實現(xiàn)技術介紹第三節(jié)IGMP協(xié)議第四節(jié)PIM-DM協(xié)議第五節(jié)PIM-SM協(xié)議目錄組播路由協(xié)議的類型密集模式（Dense-mode）使用“推”（Push）模型組播數(shù)據(jù)整網(wǎng)絡的泛濫（Flood）下游不想接收則剪枝（Prune）泛濫、剪枝、泛濫、剪枝…周而復始(通常3分鐘折騰一次)稀疏模式（Sparse-mode）使用“拉”（Pull）模型組播數(shù)據(jù)只發(fā)送到有需要的地方有顯式的加入（Join）過程我先給你，你可以不要啊！你要了，我才給你！組播路由協(xié)議概述DVMRP（距離矢量組播路由協(xié)議（InternetDraft））協(xié)議無關組播－密集模式（PIM-DM）（InternetDraft）協(xié)議無關組播－稀疏模式（PIM-SM）（RFC2362）開放式組播最短路徑優(yōu)先（MOSPF）（RFC1584）其它（有核樹組播路由協(xié)議＜CBTv2＞<RFC2189>等）協(xié)議無關組播－PIMPIM（ProtocolIndependentMulticasting）獨立于單播協(xié)議（使用任意單播路由），依賴單播協(xié)議進行RPF檢查UDP端口號：103PIM路由器組地址為：224.0.0.13PIM協(xié)議分為：PIM_DM（協(xié)議無關組播_密集模式）PIM_SM（協(xié)議無關組播_稀疏模式）SSM（指定源組播）Bidir-PIM（雙向-協(xié)議無關組播）PIM-DM概述協(xié)議無關組播（ProtocolIndependentMulticast）支持所有的單播路由協(xié)議:靜態(tài)路由、RIP、OSPF、IS-IS、BGP，總之了，單播路由是什么都沒關系。使用逆向路徑轉發(fā)（RPF）機制先向網(wǎng)絡泛濫(Flood)，然后根據(jù)組播組成員關系進行剪枝(Prune)使用Assert機制來剪枝冗余數(shù)據(jù)流適合于……小規(guī)模的網(wǎng)絡組播用戶密集分布的網(wǎng)絡PIM-DM轉發(fā)源192.18.0.32接收者組播數(shù)據(jù)流PIM-DM剪枝源192.18.0.32接收者組播數(shù)據(jù)流剪枝消息停發(fā)組播數(shù)據(jù)流123PIM-DM嫁接和嫁接應答源192.18.0.32接收者組播數(shù)據(jù)流嫁接消息IGMP加入組嫁接應答123剪枝否決（override）MR1MR2源S組播剪枝消息MR3加入消息怎么辦，要剪掉我的以太網(wǎng)口嗎？？別急，我下面還有成員呢，別剪掉??！PIM-DM狀態(tài)維護源192.18.0.32接收者組播數(shù)據(jù)流斷言（assert）機制組播數(shù)據(jù)流10.10.0.1/1610.10.0.3/16斷言消息源S鄰居發(fā)現(xiàn)機制周期性發(fā)送Hello報文——發(fā)現(xiàn)鄰居、建立并維護鄰居關系選舉DR——（先比優(yōu)先級，后比IP地址）IP地址最大者成為本網(wǎng)段的DR當IGMP是版本v1時，DR還作IGMP查詢器Hello消息Hello消息PIM-DM配置命令三層交換機上的配置啟動組播進程[H3C]multicastrouting-enable

在接口上啟動PIM-DM[H3C-VLAN-interface10]pimdm

PIM-DM配置案例VideoServer接入層骨干網(wǎng)全網(wǎng)PIM-DMMultimediaPCPIM-DM配置案例配置VLAN虛接口PIM-DM協(xié)議是應用層協(xié)議，運行在三層接口上。啟動組播路由協(xié)議[H3C]multicastrouting-enable

在每個VLAN虛接口上配置PIM-DM[H3C-VLAN-interface10]pimdm第一節(jié)組播概述第二節(jié)組播實現(xiàn)技術介紹第三節(jié)IGMP協(xié)議第四節(jié)PIM-DM協(xié)議第五節(jié)PIM-SM協(xié)議目錄PIM-SM概述支持共享樹和源樹假設沒有主機需要接收組播數(shù)據(jù)，除非它們明確地發(fā)出了請求使用“匯聚點”(RP,RendezvousPoint)發(fā)送者和接收者在RP處進行匯聚發(fā)送者的第一跳路由器把發(fā)送者注冊到RP上接收者的DR（同PIM-DM中的DR）為接收者加入到共享樹(樹根在RP)適合于…大規(guī)模的企業(yè)網(wǎng)絡是任何網(wǎng)絡的優(yōu)選方案，不管其規(guī)模和成員密集程度這個RP很重要的哩??！DR的選舉和轉發(fā)RPDRDR組播數(shù)據(jù)流Hello消息IP網(wǎng)源S接收者所有的組播流非要經(jīng)過我這兒不可，知道我重要了吧！先比優(yōu)先級，后比IP地址共享樹加入接收者1接收者2IGMP加入源S組播共享樹RP（*,G）加入接受者到RP（包括RP）的沿途各路由器接收到（*,G）加入消息后，創(chuàng)建（*,G）轉發(fā)項，出接口為接收到加入消息的接口，構建RP到接收者的RPT注冊/注冊停止和源樹加入接收者1接收者2源SRPDR（S,G）注冊－單播組播數(shù)據(jù)流建立（S,G），出接口為空，并將組播數(shù)據(jù)封裝到單播注冊報文，然后單播的方式發(fā)送到RP收到注冊報文后，解封裝還原組播報文，依據(jù)之前創(chuàng)建的（*,G）從相應的出接口轉發(fā)注冊/注冊停止和源樹加入接收者1接收者2源SRPDR（S,G）注冊－單播組播數(shù)據(jù)流RP接收到注冊報文后，創(chuàng)建（S,G），出接口從（*,G）拷貝，出接口為非空，此時向源方向發(fā)送（S,G）加入消息，構建源到RP的SPT（S,G）加入思考：如果RP沒有（*,G），也會在第一次從源DR接收到注冊時，創(chuàng)建(S,G)?組播源樹注冊/注冊停止和源樹加入接收者1接收者2源SRPDR（S,G）注冊－單播組播數(shù)據(jù)流注冊停止組播源樹提示：注冊停止在RP上沒有（*,G）時也會觸發(fā)?。〈藭rRP通過SPT也能收到通樣的組播數(shù)據(jù)流，于是向源DR方向發(fā)送注冊停止注冊/注冊停止和源樹加入接收者1接收者2源SRPDR組播數(shù)據(jù)流源DR收到注冊停止后，一段時間內不再向RP發(fā)送注冊注冊停止組播源樹問題：為什么源DR收到注冊停止后是一段時間內不發(fā)注冊，而不是永遠呢?注冊/注冊停止和源樹加入接收者1接收者2源SRPDR（S,G）注冊－單播組播數(shù)據(jù)流RP到組播源端DR的沿途各路由器接收到（S,G）加入消息后，創(chuàng)建（S,G）轉發(fā)項（S,G）加入注冊停止組播源樹問題：RP第一次從源DR接收到注冊時，會創(chuàng)建(S,G)，為什么?源樹和共享樹接收者1接收者2源SRP組播共享樹組播源樹組播數(shù)據(jù)流源數(shù)據(jù)流沿源樹（SPT）流向RP從RP開始，數(shù)據(jù)流沿共享樹（RPT）流向接收者狀態(tài)的維護接收者1接收者2源SIGMP加入接受者以IGMP報告響應每隔60s一次的查詢報文，從而觸發(fā)（*,G）加入消息，周期也為60秒，因此該（*，G）轉發(fā)項一般每隔60秒刷新一次（*,G）加入RPDR狀態(tài)的維護接收者1接收者2源SIGMP離開剪枝消息當最后的接收者退出組播組后，DR上刪除該組播組，并觸發(fā)（*,G）剪枝消息，到RP沿途的路由器接收到剪枝消息后，刪除（*,G）中相關的接口，如果是最后的接口，則刪除（*,G）轉發(fā)項RPDR狀態(tài)的維護接收者1接收者2源S剪枝消息一旦RP的（*,G）出接口為空，則向源DR方向發(fā)送（S,G）剪枝消息，源DR接收到剪枝消息后暫時不再轉發(fā)組播數(shù)據(jù)流RPDR狀態(tài)的維護接收者1接收者2源S（S,G）注冊加入消息RPDR咦，這么長時間才來告訴我要加入啊，(S,G)都老化刪除了，我找不到源啊？IGMP加入我又想接收剛才離開組播組的組播數(shù)據(jù)流了！狀態(tài)的維護接收者1接收者2源S（S,G）注冊加入消息RPDR（S,G）因沒有組播數(shù)據(jù)流的刷新而老化刪除，此時在RP接收到該組的加入消息就找不到組播源了。因此一般每隔60s，源DR再次會發(fā)送注冊消息給RP，刷新RP的(S,G），防止被老化刪除提示：對“RP上的（S,G）是如何建立和維護“的理解是非常重要的??！共享樹向源樹切換接收者1接收者2源SRP組播共享樹組播源樹DR（S,G）加入組播數(shù)據(jù)流達到一定的閾值后，觸發(fā)DR向組播源的方向發(fā)送(S,G)加入消息新建立的(S,G)構成了SPT樹的新分支共享樹向源樹切換接收者1源SRPDR接收者2組播共享樹組播源樹RP-bit（S,G）剪枝（S,G）剪枝從非指向源RPF的鄰居接收到組播數(shù)據(jù)流，則向RP發(fā)送

(S,G)剪枝消息問題：RP上游的路由器為什么不再向源DR發(fā)送剪枝消息了?DRRP收到剪枝后，如果（S,G）下游接口列表為空，則觸發(fā)剪枝SPT共享樹向源樹切換接收者1源SRPDR接收者2組播共享樹組播源樹此時組播數(shù)據(jù)流沿著唯一的SPT分支流向需要的接收者DRSM和DM中SPT的差別PIM-DM中，組播數(shù)據(jù)流采用主動擴散機制來構建SPT樹PIM-SM中，采用主機顯式加入機制構建SPT樹雖然構建的樹相同，但顯然PIM-SM中SPT樹更節(jié)省帶寬，只有需要的主機才主動加入SPT。這也是目前PIM-SM占主流地位的原因。

RP的指定RP是PIM-SM路由協(xié)議的核心角色，RP選擇的合理與否，決定了PIMSM網(wǎng)絡的運行效率。具體方法有兩種：在源DR和邊緣路由器以及組播將要經(jīng)過的所有路由器上手工指定RP的IP地址啟動BootStrap

協(xié)議自動選舉BSR概述BSR即“BootStrapRouter”，自舉路由器負責在PIM-SM網(wǎng)絡啟動后，收集網(wǎng)絡內的RP信息，為每個組選舉出RP，然后將RP集（即組-RP映射數(shù)據(jù)庫）發(fā)布到整個PIM-SM網(wǎng)絡。一個網(wǎng)絡內部只有一個BSR可以配置多個候選BSR(C-BSR)一旦某個BSRDown掉，可以切換到另外一個候選RP（C-RP）將聲明發(fā)送到BSRC-RP通告通過單播發(fā)送BSR在RP集存儲所有的C-RP通告BSR周期性地向所有路由器發(fā)送BSR消息BSR消息包含整個RP-set和BSR地址消息一跳一跳地自BSR向整個網(wǎng)絡泛濫（flood）所有的路由器使用收到的RP集來確定RP所有路由器都使用相同的RP選擇算法，選擇的RP也是一致的BSR工作機制BSRBSRC-RPAdvertismentC-BSRC-RPC-RPBSR消息一跳一跳向外擴散候選BSR（C-BSR）在一個PIM域中，需要配置一個或多個候選BSR，候選BSR之間通過自動選舉，產(chǎn)生自舉路由器BSR（BootstrapRouter），BSR負責收集并發(fā)布RP信息。Loopback1：10.1.1.1/32①在loopback1上啟動PIM-SM，指定loopback1為C-BSR②以自己為BSR，發(fā)送自舉報文，BSR地址＝10.1.1.1③收到其他路由器的自舉報文，比較優(yōu)先級和IP地址，優(yōu)先級相同的情況下，較大的IP地址被認為是更好的。交換機上的配置啟動組播進程