IP組播技術(shù)介紹

IP組播技術(shù)介紹一、組播技術(shù)概述“試想一下，在一個(gè)點(diǎn)點(diǎn)對(duì)等的Internet上，假設(shè)你用自家的MIC錄下的每一句話，可以被瞬間傳遞到世界上每個(gè)希望接聽的用戶，這是一件多么奇妙和激動(dòng)人心的事。而做到這一切并不需要你擁有強(qiáng)大的服務(wù)器，而僅僅一臺(tái)普通聯(lián)網(wǎng)PC?！苯M播一、組播技術(shù)概述視頻服務(wù)器×10×10×10單播

Unicast視頻服務(wù)器×10×10×10組播

Multicast一、組播技術(shù)概述單播(unicast)：“一對(duì)一”通信，源主機(jī)為每一個(gè)接收者都發(fā)一份拷貝。廣播(broadcast)：“一對(duì)多”通信，廣播包被發(fā)往網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)。這樣會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)報(bào)拷貝。組播(multicast)：“一對(duì)多”通信，介于廣播單播之間，源主機(jī)將同樣的數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)給多個(gè)接受者，但又不是網(wǎng)絡(luò)中全部的主機(jī)。一、組播技術(shù)概述IP組播是介于單播和廣播之間的一種分組傳送形式，它既不指定明確的接收者，也不是將數(shù)據(jù)分發(fā)給網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)。發(fā)送者不關(guān)心接收者所處的位置，只要將數(shù)據(jù)發(fā)送到約定的目的地址，剩下的工作就交給網(wǎng)絡(luò)去完成。這樣做的好處在于，發(fā)送者只產(chǎn)生一份數(shù)據(jù)，而不用為每個(gè)接收者分別復(fù)制一份，而且發(fā)送者不必維護(hù)接收者的信息。網(wǎng)絡(luò)中的路由器設(shè)備必須收集接收者的信息，并按照正確的路徑實(shí)現(xiàn)組播報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)和復(fù)制?；ヂ?lián)網(wǎng)一、組播技術(shù)概述——組播的應(yīng)用視頻、音頻會(huì)議傳統(tǒng)的單播視頻、音頻會(huì)議系統(tǒng)…網(wǎng)絡(luò)電視將電視節(jié)目或其他媒體節(jié)目轉(zhuǎn)換為流媒體，在寬帶網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行播放金融信息（股票行情）發(fā)布在全國性的網(wǎng)絡(luò)上提供各種信息發(fā)布服務(wù)，由用戶選擇接收寬帶網(wǎng)絡(luò)交互式游戲...一、組播技術(shù)概述——組播的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)增強(qiáng)效率，控制網(wǎng)絡(luò)流量，減少服務(wù)器和CPU負(fù)載優(yōu)化性能，消除流量冗余分布式應(yīng)用，使多點(diǎn)傳輸成為可能缺點(diǎn)組播應(yīng)用基于UDP盡最大努力交付 無擁塞控制數(shù)據(jù)包重復(fù)數(shù)據(jù)包的無序交付一、組播技術(shù)概述——組播的通信模型組播四要素：源發(fā)現(xiàn)接收者發(fā)現(xiàn)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)（組播路由器之間的拓?fù)?、網(wǎng)絡(luò)單播路由信息）分發(fā)樹生成二、組播的實(shí)現(xiàn)技術(shù)——組播體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用程序/組播地址主機(jī)-路由器協(xié)議(IGMP)域間組播協(xié)議(MSDP;MBGP)域內(nèi)組播協(xié)議(PIM;DVMRP)hostsrouters二、組播的實(shí)現(xiàn)技術(shù)——組播MAC地址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(gè)IP組播地址映射成一個(gè)MAC地址IANA將MAC地址范圍01:00:5E:00:00:00～01:00:5E:7F:FF:FF分配給組播使用；這就要求將28位的IP組播地址空間映射到23位的組播MAC地址空間中，具體的映射方法是將組播地址中的低23位放入MAC地址的低23位。二、組播的實(shí)現(xiàn)技術(shù)——組播地址IP組播地址用于標(biāo)識(shí)一個(gè)IP組播組。IANA把D類地址空間分配給組播使用，范圍從224.0.0.0到239.255.255.255。224.0.0.0到224.0.0.255被IANA預(yù)留，地址224.0.0.0保留不做分配，其它地址供路由協(xié)議及拓?fù)洳檎液途S護(hù)協(xié)議使用。該范圍內(nèi)的地址屬于局部范疇，不論TTL為多少，都不會(huì)被路由器轉(zhuǎn)發(fā)；224.0.1.0到238.255.255.255為用戶可用的組播地址，在全網(wǎng)范圍內(nèi)有效。其中232.0.0.0/8為SSM組地址，而其余則屬于ASM組地址；239.0.0.0到239.255.255.255為本地管理組播地址，僅在特定的本地范圍內(nèi)有效，也屬于ASM組地址。使用本地管理組地址可以靈活定義組播域的范圍，以實(shí)現(xiàn)不同組播域之間的地址隔離，從而有助于在不同組播域內(nèi)重復(fù)使用相同組播地址而不會(huì)引起沖突。二、組播的實(shí)現(xiàn)技術(shù)——常用的組播保留地址二、組播的實(shí)現(xiàn)技術(shù)——樹的概念組播分發(fā)樹(SpanningTree)：IP組播數(shù)據(jù)由源產(chǎn)生后向接收者傳遞的路徑。因?yàn)榭赡艽嬖谝唤M接收者，組播報(bào)文每經(jīng)過一個(gè)路由器都可能向著多個(gè)方向產(chǎn)生副本，所以這個(gè)傳遞路徑就像一個(gè)不斷生長的樹，不斷形成分叉。組播分發(fā)樹有兩種形式：有源樹和共享樹二、組播的實(shí)現(xiàn)技術(shù)——樹的概念有源樹：有源樹的樹根是組播信息流的來源，有源樹的分支形成了通過網(wǎng)絡(luò)到達(dá)接收站點(diǎn)的分布樹。有源樹以最短的路徑貫穿網(wǎng)絡(luò)，所以也稱最短路徑樹SPT（ShortestPathTree）。來源1來源2ABDFCE接收者1接收者2符號(hào)表示：(S,G)S=來源G=組二、組播的實(shí)現(xiàn)技術(shù)——樹的概念共享樹：來自不同源地址，但目的地址相同的組播報(bào)文，在網(wǎng)絡(luò)中使用同一個(gè)分發(fā)樹轉(zhuǎn)發(fā)。這樣一個(gè)共享樹的樹根被稱為匯聚點(diǎn)RP（RendezvousPoint）或者核心(Core)，相應(yīng)的樹稱為RPT或CBT。ABD(RP)FCE接收者1接收者2符號(hào)表示：(*,G)*=所有來源G=組(RP)PIM匯合點(diǎn)共享樹二、組播的實(shí)現(xiàn)技術(shù)——逆向路徑檢查逆向路徑檢查(ReversedPathFordwardingCheck)：

組播轉(zhuǎn)發(fā)采用一種特殊機(jī)制：組播包的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)發(fā)和丟棄輸入信息包。（對(duì)于SPT轉(zhuǎn)發(fā)是按照源地址查找；對(duì)于RPT轉(zhuǎn)發(fā)，使用匯聚點(diǎn)(RP)地址進(jìn)行查找。）RPF檢查的過程如下：路由器檢查到達(dá)組播包的源地址，如果信息包是在可返回源站點(diǎn)的接口上到達(dá)，則RPF檢查成功，信息包被轉(zhuǎn)發(fā)如果RPF檢查失敗，丟棄信息包對(duì)組播包源地址的檢查是通過查詢單播路由表來實(shí)現(xiàn)的二、組播的實(shí)現(xiàn)技術(shù)——逆向路徑檢查S0/0S0/1S1/0接收者接收者組播數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤接口到達(dá)的組播數(shù)據(jù)包RPF檢查失敗，數(shù)據(jù)包從錯(cuò)誤接口到達(dá)192.18.0.32二、組播的實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)一步觀察：RPF檢查失敗數(shù)據(jù)從S0/1到達(dá)，RPF檢查失敗，路由器丟棄包S1/0來自192.18.0.32的組播數(shù)據(jù)S0/1S0/0S1/0二、組播的實(shí)現(xiàn)技術(shù)——逆向路徑檢查進(jìn)一步觀察：RPF檢查成功數(shù)據(jù)從S0/0到達(dá)，RPF檢查成功，路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包S0/1S1/0來自192.18.0.32的組播數(shù)據(jù)S0/0S1/0二、組播的實(shí)現(xiàn)技術(shù)——二層組播技術(shù)——snooping在二層(Layer2)設(shè)備下，組播幀是作為廣播轉(zhuǎn)發(fā)的，這樣容易造成組播流風(fēng)暴，浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)帶寬，這明顯是與組播的思想相駁的。Snooping的作用便是解決這個(gè)問題的，它的工作過程如下:交換機(jī)“窺探”用戶主機(jī)與路由器之間的交互報(bào)文,跟蹤組信息及申請(qǐng)的端口。當(dāng)交換機(jī)“窺探”到主機(jī)朝路由器發(fā)出的IGMPreport(請(qǐng)求)報(bào)文，交換機(jī)便把該端口加入組播轉(zhuǎn)發(fā)表中；當(dāng)交換機(jī)“窺探”到IGMP

Leave(離開)報(bào)文時(shí)，交換機(jī)便把該端口從表中刪除；路由器會(huì)定時(shí)發(fā)IGMPQuery報(bào)文，在收到IGMP

Query報(bào)文后，如果在一定的時(shí)間段內(nèi)沒有收到主機(jī)的IGMPReport報(bào)文,便把該端口從表中刪除。二、組播的實(shí)現(xiàn)技術(shù)——snooping12345組播？沒問題，我已經(jīng)探取了轉(zhuǎn)發(fā)表：二、組播的實(shí)現(xiàn)技術(shù)——組播轉(zhuǎn)發(fā)表組播轉(zhuǎn)發(fā)表：與單播路由表類似由很多條目(Item)構(gòu)成，用于記錄組播分發(fā)樹在每個(gè)路由器上的狀態(tài)，指導(dǎo)組播數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。與單播不同的是，因?yàn)檗D(zhuǎn)發(fā)決策復(fù)雜，組播轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)包括比單播更多的信息，比如：入口，出接口表，狀態(tài)，定時(shí)器，上游地址等。RPT和SPT會(huì)產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)，不同的源也會(huì)產(chǎn)生不同的SPT表項(xiàng)。組播轉(zhuǎn)發(fā)表一般是一個(gè)四元組：{S，G，IIF，OIFs} S： 源IP地址

G： 組IP地址

IIF： 入接口

OIFs： 出接口列表組播路由一般有三種格式：（*，*，RP） 只匹配RP（*，G） 匹配GroupIP（S，G） 同時(shí)匹配SourceIP和GroupIP二、組播的實(shí)現(xiàn)技術(shù)——組播轉(zhuǎn)發(fā)表S1/0來自192.18.0.32的組播數(shù)據(jù)組播？？S0/1S0/0S1/01、RPF檢查、轉(zhuǎn)發(fā)三、IGMP協(xié)議IGMP（InternetGroupManagementProtocol）因特網(wǎng)組管理協(xié)議是主機(jī)與路由器之間唯一信令協(xié)議；RFC1112規(guī)定了IGMPV1（定義了基本的組成員查詢和報(bào)告過程）RFC2236規(guī)定了IGMPV2（增加了組成員快速離開的機(jī)制）RFC3376規(guī)定了最新的IGMPV3（增加了成員可以指定接收或指定不接收某些組播源的報(bào)文等功能）三、IGMP協(xié)議——IGMPv1報(bào)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(jī)發(fā)送的組成員報(bào)告消息。Unused：未使用。發(fā)送時(shí)被置為0，接收時(shí)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(shè)置為0，在報(bào)告消息中組地址為要參加的組地址。Unused

Checksum

GroupAddress

012301234567890123456789012345678901Ver

Type

三、IGMP協(xié)議——IGMPv2報(bào)文格式Type：報(bào)文類型。包括成員查詢；版本1成員報(bào)告；版本2成員報(bào)告；離開消息。MaxRespTime：最大響應(yīng)時(shí)間。實(shí)際中響應(yīng)時(shí)間是配置值范圍（1～25秒）內(nèi)的一個(gè)隨機(jī)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(bào)告消息中為相應(yīng)的組播地址。Type

MaxRespTime

Checksum

GroupAddress

012301234567890123456789012345678901三、IGMP協(xié)議——IGMPv3報(bào)文格式Type為0x11表示組成員查詢消息

Type=0x11

MaxRespCode

Checksum

GroupAddress

012301234567890123456789012345678901Resv

SQRV

QQIC

NumberofSources(N)SourceAddress(1)SourceAddress(2)SourceAddress(N)三、IGMP協(xié)議——IGMPv3報(bào)文格式Type為0x22表示組成員報(bào)告消息

Type=0x22

Reserved

Checksum

012301234567890123456789012345678901GroupRecord(1)Reserved

NumberofGroupRecords(M)GroupRecord(2)GroupRecord(M)三、IGMP協(xié)議——IGMPv3報(bào)文格式RecordType

AuxDataLen

NumberofSources(N)

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

三、IGMP協(xié)議——IGMP中路由器、主機(jī)動(dòng)作

（以IGMPv2為例）主動(dòng)報(bào)告加入組普遍查詢響應(yīng)報(bào)告離開組消息指定組查詢?nèi)GMP協(xié)議——IGMP中路由器、主機(jī)動(dòng)作

（以IGMPv2為例）主機(jī)發(fā)送IGMPReport消息加入某個(gè)組HostAHostCHostBEthernet我要加入225.1.1.1這個(gè)組！！三、IGMP協(xié)議——IGMP中路由器、主機(jī)動(dòng)作

（以IGMPv2為例）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(jī)發(fā)送特定組(225.1.1.1)的報(bào)告組的其他成員監(jiān)聽到報(bào)告后抑制報(bào)告發(fā)送三、IGMP協(xié)議——IGMP中路由器、主機(jī)動(dòng)作

（以IGMPv2為例）HostAHostCHostBEthernet我要離開225.1.1.1這個(gè)組?。≈鳈C(jī)向224.0.02發(fā)送離開組消息（包含離開的組）路由器向這個(gè)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(yīng)報(bào)告組225.1.1.1超時(shí)（離開）我要查詢?cè)摻M還有沒有組播成員？三、IGMP協(xié)議——共享網(wǎng)段中的查詢器

（以IGMPv2為例）10.10.0.2/1610.10.0.1/16我的IP小，當(dāng)然我是查詢器！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)送查詢消息三、IGMP協(xié)議——IGMP三版本比較查詢器選舉IGMPv1離開方式指定組查詢依靠上層路由協(xié)議IGMPv2IGMPv3無無自己選舉有無自己選舉有有默默離開主動(dòng)發(fā)出離開報(bào)文主動(dòng)發(fā)出離開報(bào)文指定源、組加入四、組播路由協(xié)議DVMRPv3（距離矢量組播路由協(xié)議）（Internet草案）協(xié)議無關(guān)組播－密集模式（PIM-DM）（RFC3973）協(xié)議無關(guān)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）四、組播路由協(xié)議——協(xié)議無關(guān)組播——PIMPIM（ProtocolIndependentMulticasting）即協(xié)議無關(guān)組播獨(dú)立于單播路由協(xié)議，但依賴單播協(xié)議發(fā)現(xiàn)的路由進(jìn)行RPF檢查，組播協(xié)議必須有單播路由協(xié)議的支撐UDP端口號(hào)：103PIM路由器組地址為：224.0.0.13PIM協(xié)議分為：PIM-DM（協(xié)議無關(guān)組播-密集模式）PIM-SM（協(xié)議無關(guān)組播-稀疏模式）SSM（指定源組播）Bidir-PIM（雙向-協(xié)議無關(guān)組播）四、組播路由協(xié)議——PIM報(bào)文格式PIM版本號(hào)最新為2。PIM報(bào)文類型包括：0=Hello（Hello消息維護(hù)鄰居關(guān)系）1=Register（源向RP注冊(cè)）2=Register-stop（RP到源注冊(cè)停止）3=Join加入/Prune（加入/剪枝）4=Bootstrap（BSR/RP集消息）5=Assert（斷言消息選擇DR）6=Graft（DM嫁接）7=Graft-Ack（DM嫁接響應(yīng)）8

=

Candidate-RP-Advertisement（候選RP通告）保留字被設(shè)為0，接收時(shí)忽略。校驗(yàn)字為16比特。PIMVerChecksumReservedType012301234567890123456789012345678901四、組播路由協(xié)議——PIM中的基本概念——DR1、指定路由器(DR)在共享介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)上，PIM路由器將通過競爭產(chǎn)生出DR來負(fù)責(zé)這個(gè)網(wǎng)段上的多播協(xié)議報(bào)文的收發(fā)。DR選舉是通過Hello報(bào)文的交互完成的。DR的選舉原則：優(yōu)先級(jí)次序，高優(yōu)先級(jí)獲勝；優(yōu)先級(jí)相同，選接口IP地址最大的作為DR。ServerReceiverABCJoinJoin四、組播路由協(xié)議——PIM中的基本概念——RP2、匯聚點(diǎn)RP（RendezvousPoint）在PIM-SM中，為了創(chuàng)建共享樹，需要指定一個(gè)匯聚點(diǎn)(RP)，作為RPT的根。RP作為共享樹的根，并使組播域中的源在其上進(jìn)行注冊(cè)，使接收者知道該域中存在那些源和對(duì)應(yīng)的組播組。RP的發(fā)現(xiàn)機(jī)制有兩種：靜態(tài)指定動(dòng)態(tài)Bootstrap協(xié)議自動(dòng)選舉四、組播路由協(xié)議——PIM中的基本概念——BSR3、自舉路由器BSR（BootStrapRouter）負(fù)責(zé)在PIM-SM網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)后，收集網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的RP信息，為每個(gè)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(gè)PIM-SM網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部只有一個(gè)BSR可以配置多個(gè)候選BSR(C-BSR)一旦某個(gè)BSRDown掉，可以切換到另外一個(gè)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(chǔ)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(gè)RP-set和BSR地址消息一跳一跳地自BSR向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)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也是一致的四、組播路由協(xié)議——PIM-DMPIM-DM密集模式支持所有的單播路由協(xié)議:靜態(tài)路由、RIP、OSPF、IS-IS、BGP；使用逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā)（RPF）機(jī)制；使用PUSH模型，“擴(kuò)散－剪枝”過程，先向網(wǎng)絡(luò)泛濫(Flood)，然后根據(jù)組播組成員關(guān)系進(jìn)行剪枝(Prune)（循環(huán)間隔一般為3分鐘）；使用Assert機(jī)制來剪枝冗余數(shù)據(jù)流；適合于……小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)；組播用戶密集分布的網(wǎng)絡(luò)；四、組播路由協(xié)議——PIM-DM鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制周期性發(fā)送Hello報(bào)文——發(fā)現(xiàn)鄰居、建立并維護(hù)鄰居關(guān)系選舉DR——（先比優(yōu)先級(jí)，后比IP地址）IP地址最大者成為本網(wǎng)段的DRHello消息Hello消息四、組播路由協(xié)議——PIM-DM擴(kuò)散－剪枝接收者1接收者2源S我這兒不需要，別再發(fā)給我了！組播數(shù)據(jù)流剪枝消息網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)路由器都創(chuàng)建(S,G)轉(zhuǎn)發(fā)項(xiàng)四、組播路由協(xié)議——PIM-DM嫁接和嫁接應(yīng)答接收者1接收者2源S我想要了，發(fā)給我吧！組播數(shù)據(jù)流嫁接消息嫁接應(yīng)答IGMP加入組四、組播路由協(xié)議——PIM-DM狀態(tài)的維護(hù)？接收者1接收者2源S四、組播路由協(xié)議——PIM-SMPIM-SM稀疏模式（Sparse-mode）使用PULL模型，“加入－剪枝”過程，流量僅僅被發(fā)送到需要它的地方；支持共享樹和源樹；使用“匯聚點(diǎn)”(RP,RendezvousPoint)發(fā)送者和接收者在RP處進(jìn)行匯聚發(fā)送者的第一跳路由器把發(fā)送者注冊(cè)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(luò)是任何網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)選方案，不管其規(guī)模和成員密集程度四、組播路由協(xié)議——PIM-SM網(wǎng)絡(luò)模型RPDRDR組播數(shù)據(jù)流Hello