IP组播技术介绍课件

1、 IP组播技术介绍 一、组播技术概述二、组播的实现技术三、IGMP协议四、组播路由协议五、应用实例一、组播技术概述二、组播的实现技术三、IGMP协议四、组播路一、组播技术概述“试想一下，在一个点点对等的Internet上，假设你用自家的MIC录下的每一句话，可以被瞬间传递到世界上每个希望接听的用户，这是一件多么奇妙和激动人心的事。而做到这一切并不需要你拥有强大的服务器，而仅仅一台普通联网PC。”组播一、组播技术概述“试想一下，在一个点点对等的Internet一、组播技术概述视频服务器101010单播 Unicast视频服务器101010组播 Multicast一、组播技术概述视频服务器1010

2、10单播视频服务器一、组播技术概述单播(unicast)：“一对一”通信，源主机为每一个接收者都发一份拷贝。广播(broadcast)：“一对多”通信，广播包被发往网络上的所有主机。这样会产生大量的数据报拷贝。组播(multicast)：“一对多”通信，介于广播单播之间，源主机将同样的数据报发给多个接受者，但又不是网络中全部的主机。一、组播技术概述单播(unicast)：“一对一”通信，源主一、组播技术概述IP组播是介于单播和广播之间的一种分组传送形式，它既不指定明确的接收者，也不是将数据分发给网络上的所有主机。发送者不关心接收者所处的位置，只要将数据发送到约定的目的地址，剩下的工作就交给网络

3、去完成。这样做的好处在于，发送者只产生一份数据，而不用为每个接收者分别复制一份，而且发送者不必维护接收者的信息。网络中的路由器设备必须收集接收者的信息，并按照正确的路径实现组播报文的转发和复制。一、组播技术概述IP组播是介于单播和广播之间的一种分组传送形互联网一、组播技术概述组播的应用视频、音频会议传统的单播视频、音频会议系统网络电视将电视节目或其他媒体节目转换为流媒体，在宽带网络上进行播放金融信息（股票行情）发布在全国性的网络上提供各种信息发布服务，由用户选择接收宽带网络交互式游戏.互联网一、组播技术概述组播的应用视频、音频会议网络电视金一、组播技术概述组播的特点优点增强效率，控制网络流量，

4、减少服务器和CPU负载优化性能，消除流量冗余分布式应用，使多点传输成为可能缺点组播应用基于UDP尽最大努力交付无拥塞控制数据包重复数据包的无序交付一、组播技术概述组播的特点优点一、组播技术概述组播的通信模型组播四要素：源发现接收者发现拓扑发现（组播路由器之间的拓扑、网络单播路由信息）分发树生成一、组播技术概述组播的通信模型组播四要素：一、组播技术概述二、组播的实现技术三、IGMP协议四、组播路由协议五、应用实例一、组播技术概述二、组播的实现技术三、IGMP协议四、组播路二、组播的实现技术组播体系结构应用程序/组播地址主机-路由器协议 (IGMP)域间组播协议(MSDP;MBGP)域内组播协议(

5、PIM; DVMRP)hostsrouters二、组播的实现技术组播体系结构应用程序/组播地址主机-路二、组播的实现技术组播MAC地址11100000000100000000010111100IP组播地址后23位映射到MAC地址中32位IP组播地址48位MAC地址（以太网/FDDI）此5位地址不作映射，因此32个IP组播地址映射成一个MAC地址IANA将MAC地址范围01:00:5E:00:00:0001:00:5E:7F:FF:FF分配给组播使用；这就要求将28位的IP组播地址空间映射到23位的组播MAC地址空间中，具体的映射方法是将组播地址中的低23位放入MAC地址的低23位。二、组播的实

6、现技术组播MAC地址111000000001二、组播的实现技术组播地址IP组播地址用于标识一个IP组播组。IANA把D类地址空间分配给组播使用，范围从224.0.0.0到239.255.255.255。224.0.0.0到224.0.0.255被IANA预留，地址224.0.0.0保留不做分配，其它地址供路由协议及拓扑查找和维护协议使用。该范围内的地址属于局部范畴，不论TTL为多少，都不会被路由器转发；224.0.1.0到238.255.255.255为用户可用的组播地址，在全网范围内有效。其中232.0.0.0/8为SSM组地址，而其余则属于ASM组地址；239.0.0.0到239.255.

7、255.255为本地管理组播地址，仅在特定的本地范围内有效，也属于ASM组地址。使用本地管理组地址可以灵活定义组播域的范围，以实现不同组播域之间的地址隔离，从而有助于在不同组播域内重复使用相同组播地址而不会引起冲突。二、组播的实现技术组播地址IP组播地址用于标识一个IP组二、组播的实现技术常用的组播保留地址D类地址范围含义224.0.0.0基准地址（保留）224.0.0.1所有主机的地址224.0.0.2所有组播路由器的地址224.0.0.3不分配224.0.0.4DVMRP路由器224.0.0.5OSPF路由器224.0.0.6OSPF DR224.0.0.7ST路由器224.0.0.8ST

8、主机224.0.0.9RIP-2路由器D类地址范围含义224.0.0.10IGRP路由器224.0.0.11活动代理224.0.0.12DHCP服务器/中继代理224.0.0.13所有PIM路由器224.0.0.14RSVP封装224.0.0.15所有CBT路由器224.0.0.18VRRP224.0.0.22所有IGMP路由器224.0.0.251所有组播DNS服务器二、组播的实现技术常用的组播保留地址D类地址范围含义22二、组播的实现技术树的概念组播分发树(Spanning Tree)：IP组播数据由源产生后向接收者传递的路径。因为可能存在一组接收者，组播报文每经过一个路由器都可能向着多个

9、方向产生副本，所以这个传递路径就像一个不断生长的树，不断形成分叉。组播分发树有两种形式： 有源树和共享树二、组播的实现技术树的概念组播分发树(Spanning 二、组播的实现技术树的概念有源树：有源树的树根是组播信息流的来源，有源树的分支形成了通过网络到达接收站点的分布树。有源树以最短的路径贯穿网络，所以也称最短路径树SPT（Shortest Path Tree）。来源1来源2ABDFCE接收者1接收者2符号表示：(S,G)S = 来源G = 组二、组播的实现技术树的概念有源树：来源1来源2ABDFC二、组播的实现技术树的概念共享树：来自不同源地址，但目的地址相同的组播报文，在网络中使用同一个

10、分发树转发。这样一个共享树的树根被称为汇聚点RP （Rendezvous Point）或者核心(Core)，相应的树称为RPT或CBT。ABD (RP)FCE接收者1接收者2符号表示：(*,G)* = 所有来源G = 组(RP) PIM汇合点 共享树二、组播的实现技术树的概念共享树：ABD (RP)FCE二、组播的实现技术逆向路径检查逆向路径检查(Reversed Path Fordwarding Check)： 组播转发采用一种特殊机制：组播包的转发不是基于IP包的目的地址的，而是用RPF检查决定是否转发和丢弃输入信息包。（对于SPT转发是按照源地址查找；对于RPT转发，使用汇聚点(RP)地

11、址进行查找。 ）RPF检查的过程如下：路由器检查到达组播包的源地址，如果信息包是在可返回源站点的接口上到达，则RPF检查成功，信息包被转发如果RPF检查失败，丢弃信息包 对组播包源地址的检查是通过查询单播路由表来实现的二、组播的实现技术逆向路径检查逆向路径检查(Revers二、组播的实现技术逆向路径检查S0/0S0/1S1/0接收者接收者组播数据包错误接口到达的组播数据包RPF检查失败，数据包从错误接口到达192.18.0.32二、组播的实现技术逆向路径检查S0/0S0/1S1/0接二、组播的实现技术进一步观察：RPF检查失败数据从S0/1到达，RPF检查失败，路由器丢弃包S1/0来自192.

12、18.0.32的组播数据网段接口192.18.0.0/16S0/0168.0.22.0/24S0/115.15.0.0/16S1/0S0/1S0/0S1/0二、组播的实现技术进一步观察：RPF检查失败数据从S0/1到二、组播的实现技术逆向路径检查进一步观察：RPF检查成功数据从S0/0到达，RPF检查成功，路由器转发数据包S0/1S1/0来自192.18.0.32的组播数据S0/0S1/0网段接口192.18.0.0/16S0/0168.0.22.0/24S0/115.15.0.0/16S1/0二、组播的实现技术逆向路径检查进一步观察：RPF检查成功二、组播的实现技术二层组播技术snoopin

13、g在二层(Layer2)设备下，组播帧是作为广播转发的，这样容易造成组播流风暴，浪费网络带宽，这明显是与组播的思想相驳的。Snooping的作用便是解决这个问题的，它的工作过程如下:交换机“窥探”用户主机与路由器之间的交互报文,跟踪组信息及申请的端口。当交换机“窥探”到主机朝路由器发出的IGMP report(请求)报文，交换机便把该端口加入组播转发表中；当交换机“窥探”到IGMPLeave(离开)报文时，交换机便把该端口从表中删除；路由器会定时发IGMP Query报文，在收到IGMPQuery报文后，如果在一定的时间段内没有收到主机的IGMP Report报文,便把该端口从表中删除。二、组

14、播的实现技术二层组播技术snooping在二层二、组播的实现技术snooping12345MAC转发表MAC地址端口0100-5e0a-0a0a1,2,5组播？没问题，我已经探取了转发表：二、组播的实现技术snooping12345MAC转发表二、组播的实现技术组播转发表组播转发表：与单播路由表类似由很多条目(Item)构成，用于记录组播分发树在每个路由器上的状态，指导组播数据的转发。与单播不同的是，因为转发决策复杂，组播转发表项包括比单播更多的信息，比如：入口，出接口表，状态，定时器，上游地址等。RPT和SPT会产生不同的转发表项，不同的源也会产生不同的SPT表项。组播转发表一般是一个四元组

15、：S，G，IIF，OIFsS：源IP地址G：组IP地址IIF：入接口OIFs：出接口列表组播路由一般有三种格式：（*， *， RP）只匹配RP（*， G）匹配Group IP（S， G）同时匹配Source IP和Group IP二、组播的实现技术组播转发表组播转发表：组播转发表一般是二、组播的实现技术组播转发表S1/0来自192.18.0.32的组播数据组播？S0/1S0/0S1/01、RPF检查、转发二、组播的实现技术组播转发表S1/0来自192.18.0一、组播技术概述二、组播的实现技术三、IGMP协议四、组播路由协议五、应用实例一、组播技术概述二、组播的实现技术三、IGMP协议四、组播

16、路三、IGMP协议IGMP（Internet Group Management Protocol）因特网组管理协议是主机与路由器之间唯一信令协议；RFC1112规定了IGMP V1（定义了基本的组成员查询和报告过程）RFC2236规定了IGMP V2（增加了组成员快速离开的机制）RFC3376规定了最新的IGMP V3（增加了成员可以指定接收或指定不接收某些组播源的报文等功能）三、IGMP协议IGMP（Internet Group Ma三、IGMP协议IGMP v1报文格式Ver：版本。表明IGMP版本，在IGMP v1中为1。Type：类型。IGMP类型为1说明是组播路由器发送的组成员查询消

17、息；类型为2说明是主机发送的组成员报告消息。Unused：未使用。发送时被置为0，接收时忽略此字段。Group Address：组播组地址。组地址为D类IP地址。在查询消息中组地址设置为0，在报告消息中组地址为要参加的组地址。Unused Checksum Group Address 0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1Ver Type 三、IGMP协议IGMP v1报文格式Ver：版本。表明三、IGMP协议IGMP v2报文格式Type：报文类型。包括成员查询；版本1成员报告；版本2成员报

18、告；离开消息。Max Resp Time：最大响应时间。实际中响应时间是配置值范围（125秒）内的一个随机值。缺省为10秒。Group Address：组播组地址：在普遍查询中为0.0.0.0；特定组查询和报告消息中为相应的组播地址。Type Max Resp Time Checksum Group Address 0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1三、IGMP协议IGMP v2报文格式Type：报文类型三、IGMP协议IGMP v3报文格式Type为0 x11表示组成员查询消息 Type

19、 = 0 x11 Max Resp Code Checksum Group Address 0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1Resv SQRV QQIC Number of Sources (N)Source Address (1)Source Address (2)Source Address (N)三、IGMP协议IGMP v3报文格式Type为0 x11三、IGMP协议IGMP v3报文格式Type为0 x22表示组成员报告消息 Type = 0 x22 Reserved Chec

20、ksum 0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1Group Record (1)Reserved Number of Group Records (M)Group Record (2)Group Record (M)三、IGMP协议IGMP v3报文格式Type为0 x22三、IGMP协议IGMP v3报文格式Record Type Aux Data Len Number of Sources (N) Multicast Address0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

21、1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1Source Address (1)Source Address (2)Source Address (N)Auxiliary DataGroup Record格式 三、IGMP协议IGMP v3报文格式Record Ty三、IGMP协议IGMP中路由器、主机动作 （以IGMPv2为例）主动报告加入组普遍查询响应报告离开组消息指定组查询三、IGMP协议IGMP中路由器、主机动作 （以三、IGMP协议IGMP中路由器、主机动作 （以IGMPv2为例）主机发送IGMP Report消息加入某个组HostAHostCH

22、ostBEthernet我要加入225.1.1.1这个组！三、IGMP协议IGMP中路由器、主机动作 （以三、IGMP协议IGMP中路由器、主机动作 （以IGMPv2为例）路由器周期性地向224.0.0.1发送普遍查询HostAHostCHostBEthernet我要查询还有没有组播成员？主机发送特定组(225.1.1.1)的报告组的其他成员监听到报告后抑制报告发送三、IGMP协议IGMP中路由器、主机动作 （以三、IGMP协议IGMP中路由器、主机动作 （以IGMPv2为例）HostAHostCHostBEthernet我要离开225.1.1.1这个组！主机向224.0.02发送离开组消息（

23、包含离开的组）路由器向这个组（225.1.1.1）发送特定组查询发送两次特定组查询后没有收到响应报告组225.1.1.1超时（离开）我要查询该组还有没有组播成员？三、IGMP协议IGMP中路由器、主机动作 （以三、IGMP协议共享网段中的查询器 （以IGMPv2为例）10.10.0.2/1610.10.0.1/16我的IP小，当然我是查询器！竞选失败停发查询消息路由器失效停发查询消息重新发送查询消息三、IGMP协议共享网段中的查询器 （以IGMP三、IGMP协议IGMP三版本比较查询器选举IGMP v1离开方式指定组查询依靠上层路由协议IGMP v2IGMP v3无无自己选举有无自己选举有有默

24、默离开主动发出离开报文主动发出离开报文指定源、组加入三、IGMP协议IGMP三版本比较查询器选举IGMP v一、组播技术概述二、组播的实现技术三、IGMP协议四、组播路由协议五、应用实例一、组播技术概述二、组播的实现技术三、IGMP协议四、组播路四、组播路由协议DVMRPv3 （距离矢量组播路由协议） （Internet草案）协议无关组播密集模式（PIM-DM）（RFC3973）协议无关组播稀疏模式（PIM-SM）（RFC 2362）开放式组播最短路径优先（MOSPF）（RFC 1584）其它有核树组播路由协议（ CBTv2） （RFC2189）四、组播路由协议DVMRPv3 （距离矢量组播路

25、由协议） （四、组播路由协议协议无关组播PIMPIM（Protocol Independent Multicasting）即协议无关组播独立于单播路由协议，但依赖单播协议发现的路由进行RPF检查，组播协议必须有单播路由协议的支撑UDP端口号：103PIM路由器组地址为：224.0.0.13PIM协议分为：PIM-DM（协议无关组播-密集模式）PIM-SM（协议无关组播-稀疏模式）SSM（指定源组播）Bidir-PIM（双向-协议无关组播）四、组播路由协议协议无关组播PIMPIM（Proto四、组播路由协议PIM报文格式PIM版本号最新为2。PIM报文类型包括：0 = Hello（Hello消息

26、维护邻居关系）1 = Register（源向RP注册）2 = Register-stop（RP到源注册停止）3 = Join加入/Prune（加入/剪枝）4 = Bootstrap（BSR/RP 集消息）5 = Assert（断言消息选择DR）6 = Graft（DM嫁接）7 = Graft-Ack（DM嫁接响应）8 = Candidate-RP-Advertisement（候选RP通告）保留字被设为0，接收时忽略。校验字为16比特。PIM VerChecksumReservedType0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3

27、 4 5 6 7 8 9 0 1四、组播路由协议PIM报文格式PIM版本号最新为2。5 四、组播路由协议PIM中的基本概念DR1、指定路由器(DR)在共享介质的网络上，PIM路由器将通过竞争产生出DR来负责这个网段上的多播协议报文的收发。DR选举是通过Hello报文的交互完成的。DR的选举原则：优先级次序，高优先级获胜；优先级相同，选接口IP地址最大的作为DR。 ServerReceiverABCJoinJoin四、组播路由协议PIM中的基本概念DR1、指定路由器四、组播路由协议PIM中的基本概念RP2、汇聚点RP（Rendezvous Point）在PIM-SM中，为了创建共享树，需要指定一

28、个汇聚点(RP)，作为RPT的根。RP作为共享树的根，并使组播域中的源在其上进行注册，使接收者知道该域中存在那些源和对应的组播组。RP的发现机制有两种：静态指定动态Bootstrap协议自动选举四、组播路由协议PIM中的基本概念RP2、汇聚点RP四、组播路由协议PIM中的基本概念BSR3、自举路由器BSR（ BootStrap Router ）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。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候选RP

29、（C-RP）将声明发送到BSRC-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也是一致的四、组播路由协议PIM中的基本概念BSR3、自举路由四、组播路由协议PIM-DMPIM-DM密集模式支持所有的单播路由协议: 静态路由、RIP、 OSPF、IS-IS、BGP；使用逆向路径转发（RPF）机制；使用PUSH模型，“扩散剪枝”过程，先向网络泛滥(Flood)，然后根

30、据组播组成员关系进行剪枝 (Prune)（循环间隔一般为3分钟）；使用Assert机制来剪枝冗余数据流；适合于小规模的网络；组播用户密集分布的网络；四、组播路由协议PIM-DMPIM-DM密集模式四、组播路由协议PIM-DM邻居发现机制周期性发送Hello报文发现邻居、建立并维护邻居关系选举DR（先比优先级，后比IP地址）IP地址最大者成为本网段的DRHello消息Hello消息四、组播路由协议PIM-DM邻居发现机制周期性发送Hel四、组播路由协议PIM-DM扩散剪枝接收者1接收者2源S我这儿不需要，别再发给我了！组播数据流剪枝消息网络中的每个路由器都创建(S,G)转发项四、组播路由协议PI

31、M-DM扩散剪枝接收者1接收者2源四、组播路由协议PIM-DM嫁接和嫁接应答接收者1接收者2源S我想要了，发给我吧！组播数据流嫁接消息嫁接应答IGMP加入组四、组播路由协议PIM-DM嫁接和嫁接应答接收者1接收者四、组播路由协议PIM-DM状态的维护？接收者1接收者2源S四、组播路由协议PIM-DM状态的维护？接收者1接收者2四、组播路由协议PIM-SMPIM-SM稀疏模式（Sparse-mode）使用PULL模型，“加入剪枝”过程，流量仅仅被发送到需要它的地方；支持共享树和源树；使用“汇聚点”(RP, Rendezvous Point)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上接收者的DR（同PIM-DM中的DR）为接收者加入到共享树 (树根在RP)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四、组播路由协议PIM-SMPIM-SM稀疏模式（Spa四、组播路由协议PIM-SM网络模型RPDRDR组播数据流Hello消息IP网源S接收者所有的组播流非要经过我这儿不可，知道我重要了吧！先比优先级，后比IP地址四、组播路由协议PIM-SM网络模型RPDRDR组播