IP组播技术基础

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1、IPIP组播技术组播技术内容内容l组播编址技术组播编址技术l主机主机-路由器通告协议路由器通告协议-IGMPl组播分发树组播分发树-SPTl组播转发组播转发-RPFl组播路由协议组播路由协议-PIMl组播配置命令组播配置命令l组播配置示例组播配置示例单播单播 vs 组播组播服务器服务器路由器路由器单播方式单播方式服务器服务器路由器路由器组播方式组播方式组播的优势组播的优势例如例如:收听电台广播流收听电台广播流所有的客户端都接收相同的所有的客户端都接收相同的8 Kbps电台广播电台广播:控制网络流量，减轻服务器和控制网络流量，减轻服务器和CPU负荷负荷:减少冗余流量减少冗余流量:使多节点应用成为

2、可能使多节点应用成为可能00.20.40.60.8流量流量Mbps120406080100客户端数量客户端数量组播组播单播单播适合于组播的应用适合于组播的应用l多媒体流媒体培训、联合作业场合的通信视频/音频会议l数据仓库l金融应用（股票）l任何的“单到多”数据发布应用内容内容l为什么组播为什么组播?l主机主机-路由器通告协议路由器通告协议-IGMP l组播分发树组播分发树-SPTl组播转发组播转发-RPFl组播路由协议组播路由协议-PIMl组播配置命令组播配置命令l组播配置示例组播配置示例组播编址组播编址一个组播组就是一个IP地址，不表示具体的主机，而是表示一系列系统的集合，主机加入某个组播组

3、 即 声明自己接收某个IP地址的报文。lIP组播组地址 224.0.0.0239.255.255.255“D”类地址空间 第一个字节的高四位=“1110”l保留的本地组播组地址 224.0.0.0224.0.0.255 发送报文时 TTL=1 例如:224.0.0.1子网的所有系统 224.0.0.2子网的所有路由器 224.0.0.4DVMRP路由器 224.0.0.5OSPF路由器 224.0.0.6 OSPF指定路由器 224.0.0.13PIMv2路由器组播编址组播编址l全局范围地址（Globally Scoped Addresses）224.0.1.0238.255.255.255

4、用来在组织之间以及跨越互连网进行数据传递 其中232.0.0.0-232.0.0.255范围给SSM(指定信源组播)使用，SSM是PIM协议的扩展，在一对多的组播网络环境中提供了一种有效的数据传输机制。233.0.0.0-233.0.0.255范围给已经获得自治系统编号的组织的组播使用，具体方法是将某AS号码写成十六进制，分成两个字节，然后再放到233.0.0.0/8的第二，三字节中，这样每个全局AS内就有255个保留的组播地址。例如对于AS 62010F23AF2.3A242.58233.242.58.0/24如此在全球范围内233.242.58.0/24预留给自治系统62010使用组播编址

5、组播编址l管理范围地址（Administratively Scoped Addresses）239.0.0.0239.255.255.255私有地址空间 类似于RFC1918的单播地址 不能用于Internet全局传输 用于有限范围内的组播传输组播编址组播编址32 Bits28 Bits25 Bits23 Bits48 Bits01-00-5e-7f-00-0111105 BitsLostIP组播组播 MAC地址映射地址映射(FDDI和以太网和以太网)239.255.0.1组播编址组播编址224.1.1.1224.129.1.1225.1.1.1225.129.1.1 .238.1.1.123

6、8.129.1.1239.1.1.1239.129.1.10 x0100.5E01.0101相同的组播相同的组播MAC地址地址(FDDI和以太网和以太网)32-IP组播地址组播地址注意存在注意存在32 IP-1 MAC地址重叠地址重叠IP组播组播 MAC地址映射地址映射(FDDI和以太网和以太网)内容内容l为什么组播为什么组播?l组播编址技术组播编址技术 l组播分发树组播分发树-SPTl组播转发组播转发-RPFl组播路由协议组播路由协议-PIMIGMPIGMP的三个标准 RFC 1112-IGMP版本1Windows 95支持 RFC 2236-IGMP版本2（是目前的标准）Windows98

7、后的版本及大多数UNIX系统 IGMP版本3目前仍然是一个草案（draft）draft-ietf-idmr-igmp-v3-03.txt 主机如何告诉路由器组播组成员关系 路由器向直连的所有主机询问组播组成员关系-通过IGMP协议：Internet组管理协议 IGMPlIGMPv1 成员身份查询(Membership query)成员身份报告(Membership report)lIGMPv2 成员身份查询(Membership query)版本1的成员身份报告(Version 1 membership report)版本2的成员身份报告(Version 2 membership report

8、)离开组(Leave Group)lIGMPv3 版本3的成员身份查询(Version 3 Membership query)版本3的成员身份报告(Version 3 membership report)IGMP224.1.1.1报告报告H1H2加入一个组加入一个组主机向路由器发送加入组的IGMP报文H3IGMP查询查询224.1.1.1报告报告224.1.1.1抑制抑制X224.1.1.1抑制抑制X维护这个组维护这个组 路由器周期性地向路由器周期性地向224.1.1.1发送查询发送查询 主机发送单个组的报告主机发送单个组的报告 组的其他成员监听到报告后抑制报告发送组的其他成员监听到报告后抑制

9、报告发送IGMPH1H3普通组查询普通组查询224.1.1.1H2离开组播组离开组播组(IGMPv1)主机主机“默不作声默不作声”地离开组（不发报告了）地离开组（不发报告了）路由器发送路由器发送3个普遍组查询个普遍组查询(间隔间隔60秒秒)路由器没有收到这个组的路由器没有收到这个组的IGMP报告报告 组播组超时（离开）组播组超时（离开）(最大可能延迟最大可能延迟=3分钟分钟)IGMP 主机向主机向224.0.0.2发送离开组消息（包含离开的组）发送离开组消息（包含离开的组）H1H3离开组报告离开组报告224.0.0.2224.1.1.1 路由器向这个组（路由器向这个组（224.1.1.1）发送

10、特定组查询）发送特定组查询特定组查询特定组查询224.1.1.1 3秒钟内没有收到该组的报告秒钟内没有收到该组的报告 组组224.1.1.1超时（离开）超时（离开）H2离开组播组离开组播组(IGMPv2)IGMPIGMPv3:ldraft-ietf-idmr-igmp-v3-?.txtl其应用仍然在测试阶段 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。内容内容l为什么组播为什么组播?l组播编址技术组播编址技术 l组播分发树组播分发树-SPTl组播转发组播转发-RPFl组播路由协议组播路由协议-PIMl组播配置命令组播配置

11、命令l组播配置示例组播配置示例组播分发树组播分发树最短路径树（基于源的分发树）最短路径树（基于源的分发树）接收者接收者 R1BEADF源源 S1组播路由项组播路由项(S,G),iif,oiflistS 源地址G 组地址iif 入接口oiifs 出接口列表C接收者接收者 R2源源 S2组播分发树组播分发树接收者接收者 R1BEADF源源 S1C接收者接收者 R2源源 S2最短路径树（基于源的分发树）最短路径树（基于源的分发树）组播路由项组播路由项(S,G),iif,oiflistS 源地址G 组地址iif 入接口oiifs 出接口列表组播分发树组播分发树共享分发树共享分发树接收者接收者 R1BE

12、AD FC接收者接收者 R2(RP)PIM汇聚点汇聚点共享树共享树(RP)组播路由项组播路由项(*,G),iif,oiflist*任何源地址G 组地址iif 入接口oiifs 出接口列表源源 S1组播分发树组播分发树共享分发树共享分发树接收者接收者 R1BEAF源源 S1C接收者接收者 R2源源 S2(RP)PIM汇聚点汇聚点共享树共享树源树源树D(RP)组播路由项组播路由项(*,G),iif,oiflist*任何源地址G 组地址iif 入接口oiifs 出接口列表组播分发树组播分发树l 源树（最短路径树）占用内存较多O(S x G)，但路径最优，延迟最小路由器必须为每个源维护路径信息l 共享

13、树占用内存较少O(G)，路径不是最优的，引入额外的延迟实现时，设计者必须考虑RP在网络中的位置内容内容l为什么组播为什么组播?l组播编址技术组播编址技术 l组播分发树组播分发树-SPTl组播转发组播转发-RPFl组播路由协议组播路由协议-PIMl组播配置命令组播配置命令l组播配置示例组播配置示例组播转发组播转发组播路由和单播路由是相反的组播路由和单播路由是相反的:单播路由关心数据报文要到哪里去。单播路由关心数据报文要到哪里去。组播路由关心数据报文从哪里来。组播路由关心数据报文从哪里来。组播路由使用组播路由使用“反向路径转发反向路径转发”机制机制(RPF,Reverse Path Forward

14、ing)路由器收到组播数据报文后，只有确认这个数据报文是从自己到路由器收到组播数据报文后，只有确认这个数据报文是从自己到源的出接口上到来的，才进行转发，否则丢弃报文。源的出接口上到来的，才进行转发，否则丢弃报文。在单播路由表中查找到组播报文源地址的路由在单播路由表中查找到组播报文源地址的路由 如果该源地址路由的出接口就是组播报文的入接口，如果该源地址路由的出接口就是组播报文的入接口，RPF成功成功 否则否则RPF失败失败组播转发组播转发源源151.10.3.21举例举例:组播报文组播报文组播转发组播转发RPF检查失败检查失败!查看单播路由表查看单播路由表:报文从错误接口到达报文从错误接口到达E

15、0S1S0S2源源151.10.3.21发出的组播数据报文发出的组播数据报文X丢弃数据报文！丢弃数据报文！组播转发组播转发查看单播路由表查看单播路由表:RPF检查成功检查成功!E0S1S0S2源源151.10.3.21发出的组播数据报文发出的组播数据报文数据报文从正确的接口到达数据报文从正确的接口到达!然后才开始向所有出接口然后才开始向所有出接口(即分发树的下游即分发树的下游)转发转发内容内容l为什么组播为什么组播?l组播编址技术组播编址技术 l组播分发树组播分发树-SPTl组播转发组播转发-RPFl组播路由协议组播路由协议-PIMl组播配置命令组播配置命令l组播配置示例组播配置示例组播路由协

16、议组播路由协议密集模式（密集模式（Dense-mode）使用使用“推推”（Push）模型（先给你，可以不要）模型（先给你，可以不要）组播数据整网络的泛滥（组播数据整网络的泛滥（Flood）下游不想接收的话则剪枝（下游不想接收的话则剪枝（Prune）泛滥、剪枝、泛滥、剪枝泛滥、剪枝、泛滥、剪枝周而复始周而复始(通常通常3分钟折腾一次分钟折腾一次)稀疏模式（稀疏模式（Sparse-mode）使用使用“拉拉”（Pull）模型（你要了，才给你）模型（你要了，才给你）组播数据只发送到有需要的地方组播数据只发送到有需要的地方有显式的加入（有显式的加入（Join）过程）过程组播路由协议组播路由协议l目前，主

17、要有4个组播路由协议:DVMRPv3(草案)DVMRPv1(RFC 1075)已经废止。MOSPF(RFC 1584)PIM-DM(Internet草案)PIM-SM V2(RFC 2362)其他(CBT,OCBT,QOSMIC,SM,等等)DVMRP v3距离矢量组播路由协议-一个较为古老，具有实验性质的协议，现已经不常使用。l密集模式协议基于距离矢量 类似于RIP 最大32跳DVMRP依赖自己找回来的单播路由:进行RPF检查 创建“截断广播树”(TBT,一种组播分发树型结构)使用特殊的“毒性逆转”机制使用泛滥和剪枝机制 组播数据开始时沿TBT向下泛滥 当下游不需要该数据时对TBT枝杈进行剪

18、枝 剪枝每过一定时间超时，重新沿枝杈进行泛滥MOSPFl对OSPF单播路由协议的扩展OSPF:路由器使用链路状态通告来获取整个网络的可用链路信息MOSPF:在OSPF链路状态通告中包含组播信息，以此构建组播分发树(每个路由器都维护整个网络的最新拓扑信息)l组成员关系LSA（链路状态通告）向OSPF路由域整网泛滥，这样MOSPF路由器就可以计算出接口列表l使用狄杰克斯特拉算法（Dijkstra algorithm）来计算最短路径树为每个(SNet,G)对都需要单独的计算l与单播路由协议相关，仅在OSPF网络内运行l可伸缩性不好每个组播(SNet,G)对都需要使用Dijkstra算法进行计算！不支

19、持共享树PIM-DMl协议无关组播（Protocol Independent Multicast）支持所有的单播路由协议:静态路由、RIP、IGRP、IS-IS、BGP、OSPF，总之了，单播路由是什么都没关系。l使用逆向路径转发（RPF）机制先向网络泛滥(Flood)，然后根据组播组成员关系进行剪枝(Prune)使用Assert机制来剪枝冗余数据流l适合于.小规模的网络PIM-DM组播源组播源初始泛滥初始泛滥接收者接收者 组播数据报文组播数据报文(S,G)!PIM-DM 泛滥与剪枝泛滥与剪枝:PIM-DM组播源组播源剪枝不需要的数据流剪枝不需要的数据流接收者接收者 组播数据报文组播数据报文

20、剪枝消息剪枝消息PIM-DM 泛滥与剪枝泛滥与剪枝:PIM-DM剪枝之后，看剪枝之后，看.组播源组播源接收者接收者 组播数据报文组播数据报文(S,G)!PIM-DM 泛滥与剪枝泛滥与剪枝:PIM-DME0进入路由器的组播数据报文进入路由器的组播数据报文(RPF检查都成功检查都成功)E0S0路由器从其路由器从其“出接口列表出接口列表”(oiflist)中的某个接口收到数据中的某个接口收到数据!只有其中一个路由器应该继续发送数据，以避免重复只有其中一个路由器应该继续发送数据，以避免重复S0路由器发送路由器发送“PIM Assert”消息消息Assert Assert 计算计算distance和和

21、metric值值 谁到源的路由最优谁获胜谁到源的路由最优谁获胜 如果如果distance和和 metric相等，相等，IP地址大的获胜地址大的获胜 输的就停止转发输的就停止转发(剪枝接口剪枝接口)Assert机制：机制：PIM-DMl对于小型网络来说非常有效l优势:易于配置-总共只有两条命令实现机制简单（泛滥剪枝）l潜在问题.泛滥剪枝过程不够高效复杂的Assert机制控制和数据平面混合 导致网络内部的所有路由器上都有(S,G)可能会导致非确定性的拓扑行为不支持共享树PIM-SMl支持共享树和源树假设没有主机需要接收组播数据，除非它们明确地发出了请求使用“汇聚点”(RP,Rendezvous P

22、oint)发送者和接收者在RP处进行汇聚 发送者的第一跳路由器把发送者注册到RP上（报个到，挂个号）接收者的DR（直连网络上的负责人）为接收者加入到共享树(树根在RP)l适合于大规模的企业网络是任何网络的优选方案，不管其规模和成员密集程度。（蛮夸张的哦:-)，不过现如今PIM-SM倒真是横扫一切）PIM-SM接收者接收者RP(*,G)加入加入 共享树共享树(*,G)仅在共享树仅在共享树沿途建立沿途建立接收者加入树:PIM-SM接收者接收者RP(S,G)加入加入组播源组播源 共享树共享树 (S,G)注册注册(单播单播)源树源树(S,G)仅在源树仅在源树沿途建立沿途建立 数据流数据流发送者注册:P

23、IM-SM接收者接收者RP组播源组播源共享树共享树源树源树RP向第一跳路由器发送注册停向第一跳路由器发送注册停止（止（Register-Stop）消息，停）消息，停止注册过程止注册过程(S,G)注册停止注册停止(单播单播)数据流数据流(S,G)注册注册(单播单播)数据流从组播源通过数据流从组播源通过源树到达源树到达RP发送者注册:PIM-SM接收者接收者RP组播源组播源共享树共享树源树源树数据流数据流源数据流沿源树（源数据流沿源树（SPT）流向流向RP从从RP开始，数据流沿开始，数据流沿共享树（共享树（RPT）流向接收者）流向接收者发送者注册:PIM-SMlC-RP 通过全局命令配置 ip p

24、im rp-candidate interface-name group-list aclC-RP消息单播至BSR 从BSR消息中获得BSR地址 C-RP通告周期发送(缺省60秒)C-RP通告消息包括:服务组范围(缺省=224.0.0.0/4)C-RP地址 Holdtime=3 x PIM-SMlBSR即“BootStrap Router”，自举路由器负责在PIM-SM网络启动后，收集网络内的RP信息，为每个组选举出RP，然后将RP集（即组-RP映射数据库）发布到整个PIM-SM网络。l一个网络内部只有一个BSR可以配置多个候选BSR(C-BSR)一旦某个BSR Down掉，可以切换到另外一个

25、候选RP（C-RP）将声明发送到BSR C-RP通告通过单播发送 BSR在RP集存储所有的 C-RP通告BSR周期性地向所有路由器发送 BSR消息 BSR消息包含整个RP-set和 BSR地址 消息一跳一跳地自BSR向整个网络泛滥（flood）所有的路由器使用收到的RP集来确定RP 所有路由器都使用相同的RP选择算法，选择的RP也是一致的PIM-SMlBSR 接收C-RP通告消息 接收并存储所有C-RP消息 生成BSR消息 向所有的PIM-Routers(224.0.0.13)组以组播方式发送 (TTL=1)向所有接口发送，一跳一跳地传播开去。每60秒钟或者发现有RP信息变化时发送 BSR消息

26、包括:BSR的“组-RP”映射 激活BSR地址PIM-SMPIM-SM网络网络C-RPC-RPDEGABSR消息消息BSR消息消息BSR消息消息BSR消息消息C-RP 通告(单播)C-RP 通告(单播)BSR消息一跳一跳向外扩散BCBSRPIM-SMl对于稀疏和密集应用都很高效l优势:数据流仅沿“加入”的分支向下发送可以根据流量等条件动态地切换到源树与具体的单播路由协议无关，愿谁谁愿谁谁域间组播路由的基础 和MBGP、MSDP共同结合使用可以完成跨域的组播内容内容为什么组播为什么组播?组播编址技术组播编址技术主机主机-路由器通告协议路由器通告协议-IGMP 组播分发树组播分发树-SPT组播转发

27、组播转发-RPF组播路由协议组播路由协议-PIM组播配置命令组播配置命令组播配置示例组播配置示例组播配置命令组播配置命令lmulticast routing-enable 启动组播lmulticast minimum-ttl ttl-value 配置组播转发报文的最小TTL值lmulticast packet-boundary acl-number 配置组播转发边界ldisplay multicast routing-table 查看组播路由表信息ldisplay multicast rpf-info source-address 查看RPF路由信息ldebugging multicast f

28、orwarding 打开组播报文转发调试信息开关lmtracert source-address last-hop-address group-address (从本跳路由器开始，按照到组播源的RPF规则，逐跳反向跟踪到直连组播源的第一跳路由器)基本配置与查看命令基本配置与查看命令:组播配置命令组播配置命令ligmp enable 在当前接口上使能IGMPligmp host-join group-address 配置路由器成为组成员ligmp group-limit limit 配置接口上加入IGMP组的数量限制ldisplay igmp group显示IGMP组播组成员信息ldisplay

29、 igmp interface显示接口的IGMP配置和运行信息ldebugging igmp all|event|host|packet|timer -打开IGMP调试信息开关IGMP相关的配置相关的配置:组播配置命令组播配置命令lmulticast routing-enable 启动组播ligmp enable 在当前接口上使能IGMPlPim 进入PIM视图,配置与PIM相关的全局参数lpim dm 接口上启动PIM-DM协议PIM-DM配置配置:组播配置命令组播配置命令lmulticast routing-enable 启动组播ligmp enable 在当前接口上使能IGMPlPim

30、进入PIM视图,配置与PIM相关的全局参数lpim sm 接口上启动PIM-SM协议lpim bsr-boundary 配置PIM-SM域边界lc-bsr interface-type interface-number hash-mask-len priority -配置候选BSR lc-rp interface-type interface-number group-policy acl-number priority priority-value 配置候选RP lstatic-rp rp-address acl-number 配置静态RP 内容内容为什么组播为什么组播?组播编址技术组播编址

31、技术主机主机-路由器通告协议路由器通告协议-IGMP 组播分发树组播分发树-SPT组播转发组播转发-RPF组播路由协议组播路由协议-PIM组播配置命令组播配置命令组播配置示例组播配置示例组播配置示例组播配置示例Multicast Source作为组播源，PC 1和PC 2是该组播组的两个接收成员。PIM-DM示例示例:Multicast sourceRouter ARouter BRouter CPC1PC 2E 2/0/0E 2/0/0E 2/0/0P 1/0/0P 1/0/0P 1/0/0P 1/1/0组播配置示例组播配置示例1、A,B,C路由器全局下启动组播:system-view Ro

32、uter multicast routing-enable2、所有接口上启动PIM-DM Router interface pos 1/1/0 Router-Pos1/1/0 pim dm Router-Pos1/1/0 quit Router interface ethernet 2/0/0 Router-Ethernet2/0/0 pim dm3、在 router B,router C 的 E/2/0/0上启动IGMP Router interface ethernet 2/0/0 Router-Ethernet2/0/0 igmp enable组播配置示例组播配置示例PC1PC 2Rou

33、ter ARouter BRouter CRouter DP 4/0/0P 1/0/0P 1/0/0P 1/0/0P 1/0/0P 1/0/0E 1/0/0E 1/0/0P 1/1/0P 1/0/0Router A,B,C运行PIM-SM，B为RP-C和BSR-C，router B的接口P 4/0/0为组播网络225.0.0.0225.255.255.255的边界PIM-SM示例示例:组播配置示例组播配置示例1、A,B,C路由器全局下启动组播:system-view Router multicast routing-enable2、A,B,C所有接口上启动PIM-DM Router inter

34、face pos 1/1/0 Router-Pos1/1/0 pim dm Router-Pos1/1/0 quit3、在 router A,router C 的 E/2/0/0上启动IGMP Router interface ethernet 1/0/0 Router-Ethernet2/0/0 igmp enable4、在router B 的 P 4/0/0上配置组播边界 RouterB interface pos4/0/0 RouterB-Pos4/0/0 pim bsr-boundary组播配置示例组播配置示例4、在router B上配置候选BSR RouterB pim Router

35、B-pim c-bsr pos 1/0/0 30 2 RouterB-pim quit5、在router B上配置候选RP RouterB acl number 2005 RouterB-acl-basic-2005 rule permit source 225.0.0.0 0.255.255.255 RouterB pim RouterB-pim c-rp pos 1/0/0 group-policy 5 RouterB-pim quit组播配置示例组播配置示例display multicast routing-table 查看组播路由表display pim bsr-info 查看是否有BSR信息，如不存在，要查看相应的到BSR的单播路由display pim rp-info 查看RP信息 如不存在，要查看相应的到RP的单播路由display pim neighbor 查看组播邻居建立情况