组播协议原理与应用课件

锐捷网络技术培训系列课程-（中级）组播协议原理与应用技术培训中心

高志岩1锐捷网络技术培训系列课程-（中级）组播协议原理与应用1前言

本PPT主要介绍了组播协议原理和实际应用，适用于对组播协议有一定了解的工程师和网络维护人员。2前言2课程目标通过本课程的学习，您可以掌握如下知识点：组播相关概念IGMP以及IGMPSnooping工作原理组播路由协议组播在实际工程中的应用3课程目标通过本课程的学习，您可以掌握如下知识点：3提纲组播综述IGMP工作原理IGMPSnooping工作原理组播路由协议组播在实际工程中的应用4提纲组播综述4组播综述组播定义:与广播和单播的区别服务器主机单播广播组播5组播综述组播定义:与广播和单播的区别服务器主机单播广播组播5组播综述为什么需要组播?随着数据通讯技术的不断发展，传统的数据通讯业务已不能满足人们对信息的需求。视频点播，网络电视，视频会议等点到多点业务已经被广泛的应用起来。解决点到多点的通信,可以通过单播和组播方式来实现.6组播综述为什么需要组播?6组播综述单播方式与组播方式的对比单播方式组播方式7组播综述单播方式与组播方式的对比单播方式组播方式7组播综述组播的优势:单播可以通过建立多个点对点的连接来达到点对多点的传输。这种方式将在源点(服务器)与各个接收点建立连接，从服务器开始，就将有多份数据流分别流向分散的接收点。这种方式将加重服务器的负荷，增大对服务器性能的要求；同时还在网络中造成大流量，从而增加网络的负载，导致网络拥塞。组播则不然，发送方仅发一份数据包，此后数据包只是在需要复制分发的地方才会被复制分发，每一个网段中都将保持只有一份数据流。这样就可以减轻服务器的负担，节省网络带宽。8组播综述组播的优势:8组播综述组播组件组播源：以组播地址为目的地址发送报文组播接收者：能接受组播数据同一个组中可能有多个组播成员，具有相同的组播地址组成员可以动态加入或者离开组组播设备：能支持组播数据分发的网络设备运行组播协议9组播综述组播组件9组播综述组播协议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(Internet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.域内组播路由协议主要有PIM-DM,PIM-SM等协议.10组播综述组播协议体系结构10组播综述组播IP地址:组播地址范围224.0.0.0-239.255.255.255保留组播地址224.0.0.0-224.0.0.255本地管理组播地址239.0.0.0-239.255.255.255用户组播地址224.0.1.0-238.255.255.255组播MAC地址:以太网:01-00-5e-xx-xx-xx11组播综述组播IP地址:11组播综述常见保留组播IP地址地址含义224.0.0.1Allhost224.0.0.2Allrouter224.0.0.4AllDVMRProuter224.0.0.5AllOSPFrouter224.0.0.6AllOSPFDR(DesignatedRouter)224.0.0.9AllRIPv2router224.0.0.10AllEIGRProuter224.0.1.1NTP224.0.0.13AllPIMrouter224.0.0.18VRRP12组播综述常见保留组播IP地址地址含义224.0.0.1All组播综述IP地址到MAC地址的映射例如,组播IP地址224.10.10.10就映射为组播MAC地址01-00-5e-0a-0a-0a11100000000100000000010111100IP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13组播综述IP地址到MAC地址的映射1110000000010提纲组播综述IGMP工作原理IGMPSnooping工作原理组播路由协议组播在实际工程中的应用14提纲组播综述14IGMP工作原理为什么需要IGMP?组播服务器与需要接收组播信息的主机在同一个子网内服务器主机只要主机开启了组播流接收程序,都可以收到组播数据主机15IGMP工作原理为什么需要IGMP?服务器主机只要主机开启了IGMP工作原理为什么需要IGMP?组播服务器与需要接收组播信息的主机不在同一个子网内服务器主机主机路由器收到服务器发送的组播报文,将其隔离在服务器所在的子网内需要接收组播数据的主机无法接收到组播数据需要一种机制,能够让路由器将组播数据转发到有接收需求的主机所在的子网16IGMP工作原理为什么需要IGMP?服务器主机主机路由器收到IGMP工作原理IGMP定义IGMP:Internet组管理协议用于主机与路由器之间交互信息的一种协议主机动态加入/离开组路由器组成员关系的维护所有要加入组播组的主机和所有连接到有组播主机的子网中的路由器都必须使用IGMPIGMP消息不能被路由器转发，只能限制在本地网段内部。IGMP的TTL参数永远是1，保证了IGMP的使用范围。IGMP的版本目前有V1/V2/V3三种。17IGMP工作原理IGMP定义17IGMP工作原理IGMP报文分类(以IGMPv2为例):主机使用的IGMP报文:MembershipReportLeaveGroup路由器使用的IGMP报文:GeneralQueryGroup-SpecificQuery18IGMP工作原理IGMP报文分类(以IGMPv2为例):18IGMP工作原理MembershipReportMembershipReport用于指示一台主机希望加入一个组播组当主机首次加入到一个组时，它会主动向组发送MembershipReport。MembershipReport还用来响应本地路由器发出的GeneralQuery和Group-SpecificQuery消息MembershipReport组播数据主机主机GeneralQueryGengralQueryGeneralQueryMembershipReport19IGMP工作原理MembershipReportMembeIGMP工作原理LeaveGroup当主机退出一个组时，它用LeaveGroup消息通知本地的路由器。这个消息包含有退出的组的地址，但与MembershipReport消息不同的是，Leavegroup消息是发向“子网中的所有路由器”地址224.0.0.2的,而MembershipReport是发向想要加入的组播组地址。主机主机不再需要接收组播数据LeaveGroup停止向该子网转发组播数据20IGMP工作原理LeaveGroup主机主机不再需要接收组IGMP工作原理GeneralQuery路由器通过GeneralQuery消息向与其连接的所有子网进行轮询来发现是否有组员存在，并在子网中没有组员时检测到这一情况GeneralQuery消息被发向“子网中的所有主机”224.0.0.1这个地址，而且不涉及任何一个具体组播组.主机主机如果一台组播路由器在3次查询的时间间隔里没有收到一个特定子网的MembershipReport消息，那么这个路由器将宣布这个子网中没有组员,不再向这个子网发送组播数据。GeneralGuery没有响应没有响应一定时间内仍无人响应,则不再像该子网转发组播数据21IGMP工作原理GeneralQuery主机主机如果一台组IGMP工作原理Group-SpecificQuery路由器的Group-SpecificQuery消息是根据主机发出的LeaveGroup消息而发出的，当路由器收到LeaveGroup消息时，必须判断子网中是否仍有组员存在。目的地址为该发出LeaveGroup的主机所在组的组地址。不需要接收组播数据LeaveGroupGroup-SpecificQuery还需要接收Membershipreport仍然向该子网发送组播数据22IGMP工作原理Group-SpecificQuery不需IGMP工作原理报告抑制MembershipReport想加入224.5.5.5也想加入224.5.5.5收到了关于224.5.5.5的Report,知道子网中还有主机希望加入224.5.5.5于是抑制了关于224.5.5.5的MembershipReport的发送23IGMP工作原理报告抑制MembershipReport也IGMP工作原理报告抑制GeneralGueryMembershipReport还需要接收224.5.5.5组播数据还需要接收224.5.5.5组播数据收到了关于224.5.5.5的report抑制了224.5.5.5的MembershipReport的发送24IGMP工作原理报告抑制GeneralGueryMembeIGMP工作原理查询路由器选举当子网中有多个路由器时，选举查询者的规则就十分简单：有较小的IP地址的路由器成为查询者。所有子网中现有的路由器在收到新路由器的GeneralQuery消息后，就检查源地址。如果它的IP地址的值更小，则会继续发送查询。当新的路由器收到其中一个查询，并发现这台路由器有较小的IP地址时，它就变成非查询者。非查询者将旁听整个IGMP过程。所有非查询路由器启动一个查询计时器，无论何时只要收到来自IGMP的GeneralQuery消息，计时器被复位。默认的计时器持续时间是查询间隔的两倍。如果查询计时器满，就认为IGMP查询有问题，选择查询者过程重新开始。25IGMP工作原理查询路由器选举25IGMP工作原理IGMPv3简介在IGMPv3中主要增加了Group-and-Source-SpecificQuery,它能允许一个组不仅用组地址进行识别，而且也能被源地址识别。当一个组有多个源时，IGMPv3路由器可以根据组员的请求对源进行过滤。26IGMP工作原理IGMPv3简介26IGMP配置路由器接口启用了pim就激活了IGMPRouter(config–if）#ippimdense-mode/sparsemode缺省为版本2如果下联设备不支持igmp，则手工加入特定的组Router(config–if）#

ipigmpjoin-group组地址限制主机只能加入特定的组Access-listacl号permitX.X.X.XRouter(config–if）#IPigmpaccess-groupacl号查看直连子网中组成员信息Showipigmpgroups/interfacedetails27IGMP配置路由器接口启用了pim就激活了IGMP27提纲组播综述IGMP工作原理IGMPSnooping工作原理组播路由协议组播在实际工程中的应用28提纲组播综述28IGMPSnooping工作原理为什么需要IGMPSnooping?发送224.5.5.5的MembershipReport开始向该子网发送224.5.5.5的组播数据并不需要接收224.5.5.5的组播数据需要接收224.5.5.5的组播数据需要一个机制,让二层交换机只把组播数据转发给需要接收组播的主机.浪费了带宽29IGMPSnooping工作原理为什么需要IGMPSnoIGMPSnooping工作原理IGMPSnooping的作用:IGMPSnooping能使二层交换机将组播数据只朝需要接收的用户所在的端口转发，从而不会影响到其它的用户。发送224.5.5.5的MembershipReport开始向该子网发送224.5.5.5的组播数据并不需要接收224.5.5.5的组播数据需要接收224.5.5.5的组播数据30IGMPSnooping工作原理IGMPSnoopingIGMPSnooping工作原理IGMPSnooping的工作过程:发送224.5.5.5的MembershipReport开始向该子网发送224.5.5.5的组播数据需要接收224.5.5.5的组播数据根据收到的224.5.5.5的MembershipReport,生成组播MAC地址表.MAC端口01-00-5e-05-05-05131IGMPSnooping工作原理IGMPSnoopingIGMPSnooping工作原理IGMPSnooping的工作过程:MAC端口发送224.5.5.5的LeaveGroup向该子网发送224.5.5.5的组播数据不需要接收224.5.5.5的组播数据01-00-5e-05-05-051停止向该子网发送224.5.5.5的组播数据32IGMPSnooping工作原理IGMPSnoopingIGMPSnooping工作原理消息报告抑制问题如果主机收到了其他主机发出的MembershipReport后,就抑制了自己的MembershipReport的发送,这样的话就会造成交换机的组播MAC地址表里不会出现关于该主机所在的端口的转发信息.在开启IGMPSnooping之后,交换机的CPU在收到MembershipReport时,不会将Report报文转发到其他接口,这样其他主机就无法收到其他主机发出的MembershipReport报文,不会产生消息报告抑制现象,从而保证交换机组播MAC地址表的完整.MembershipReport抑制了MembershipReport的发送无法将相应端口添加到组播MAC表中33IGMPSnooping工作原理消息报告抑制问题MembeIGMPSnooping工作原理取消消息抑制报告带来的问题如果存在组播路由器,但是由于IGMPSnooping抑制了消息报告,那么MembershipReport报文将无法发送到组播路由器,因此组播路由器将无法将组播数据发送到相应的子网.解决办法:采用路由连接口,设置与路由器相连的端口为路由连接口需要接收224.5.5.5的组播数据发送224.5.5.5的MembershipReport34IGMPSnooping工作原理取消消息抑制报告带来的问题IGMPSnooping工作原理IGMPSnooping工作模式:IVGL:在该模式下,各VLAN间的组播流是相互独立的.主机只能朝与自己处于同一个VLAN的路由连接口请求组播.SVGL:在该模式下,主机可以跨VLAN申请组播流.指定一个MulticastVLAN,在该VLAN收到的组播数据流可以向其他VLAN的主机转发.Vlan10Vlan20vlan10的路由连接口35IGMPSnooping工作原理IGMPSnoopingIGMPSnooping配置配置IVGL模式Ruijie(config)#ipigmpsnoopingivgl配置路由口（可选）ruijie(config)#ipigmpsnoopingvlanvlan号mrouterinterface接口号配置静态成员口（可选）Ruijie(config)#ipigmpsnoopingvlanvlan-idstatic组播地址interface接口号配置快速离开机制（可选）Ruijie(config)#ipigmpsnoopingfast–leaveenalbe查看转发表Ruijie#showipigmpsnoopinggda-table查看路由口Ruijie#showipigmpsnoopingmrouter36IGMPSnooping配置配置IVGL模式36提纲组播综述IGMP工作原理IGMPSnooping工作原理组播路由协议组播在实际工程中的应用37提纲组播综述37组播路由协议为什么需要组播路由协议?需要接收224.5.5.5的组播数据发送着224.5.5.5的组播数据从哪里能够得到224.5.5.5的组播数据如何能够将224.5.5.5的组播数据发送到网络中有需求的地方发送224.5.5.5的MembershipReport需要一种机制,可以让组播数据在网络中传输有接收需求的地方38组播路由协议为什么需要组播路由协议?需要接收224.5.5.组播路由协议组播路由协议分类分为域内组播路由协议及域间组播路由协议域内的组播路由协议又分为密集模式与稀疏模式.域内组播路由协议主要有PIM-DM,PIM-SM等协议.我们在园区网中经常使用的域内组播路由协议为PIM-DM和PIM-SM.39组播路由协议组播路由协议分类39组播路由协议逆向路径转发ip:192.168.1.1发送着224.5.5.5的组播数据两个接口都收到了目的地址为224.5.5.5,源地址为192.168.1.1的组播报文查找单播路由表,去往192.168.1.0/24的下一跳接口是S1,于是丢弃从S2收到的组播报文.R1R2R3S1S2重复的组播数据流40组播路由协议逆向路径转发ip:192.168.1.1发送着2组播路由协议PIMPIM(ProtocolIndependentMulticasting)独立于单播协议,使用任意单播路由协议进行RPF检查.与其他的路由协议不同，PIM不在路由器之间发送和接收路由更新信息。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）41组播路由协议PIM41组播路由协议剪枝与嫁接当组播路由器的某个接口RPF检查失败时,该路由器会从这个接口发出一个剪接报文,以通知邻居路由器不要再向它发送组播数据.发送着224.5.5.5的组播数据R1R2R3S1S2RPF检查失败所连接的子网内没有接收的需求发送着224.5.5.5的组播数据剪枝消息剪枝消息42组播路由协议剪枝与嫁接发送着224.5.5.5的组播数据R1组播路由协议剪枝与嫁接嫁接报文正好与剪枝报文相反,它是用来通知上游路由器将组播报文转发给自己.发送着224.5.5.5的组播数据R1R2R3S1S2S1接口down掉所连接的子网内无接收的需求发送着224.5.5.5的组播数据嫁接消息所连接的子网内有接收的需求嫁接消息43组播路由协议剪枝与嫁接发送着224.5.5.5的组播数据R1组播路由协议PIM-DMPIM-DM用于指导路由器如何将组播数据在网络中传输到有组播接收需求的地方.PIM-DM使用推（push）模式将组播数据包扩散（flood）到网络的每个角落。这种推模式是一种使用蛮力将数据包传送到接收者的方法。如果网络中的每个子网都有接收者，那么这种方法是高效的。44组播路由协议PIM-DM44组播路由协议PIM-DM工作过程扩散并剪枝组播源所连接的子网内无接收的需求所连接的子网内有接收的需求所连接的子网内有接收的需求R1R2R3R5R4R6剪枝置为修剪状态pruneds1s2剪枝从两个接口都收到了组播报文,在S2上做RPF检查失败.45组播路由协议PIM-DM工作过程组播源所连接的子网内无接收的组播路由协议PIM-DM工作过程嫁接组播源所连接的子网内无接收的需求R1R2R3R5R4R6s1s2所连接的子网内有接收的需求嫁接46组播路由协议PIM-DM工作过程组播源所连接的子网内无接收的组播路由协议PIM-DM工作过程剪枝组播源所连接的子网内有接收的需求R1R2R3R5R4R6s1s2所连接的子网内有接收的需求所连接的子网内有接收的需求所连接的子网内无接收的需求确认所连接子网内没有接收需求,但还有R6需要从这里接收数据,因此将不发送剪枝信息给R2所连接的子网内无接收的需求确认所连接子网内没有接收需求,因此发送剪枝信息给R3,同时将相应端口置为修剪状态收到R5的剪枝消息,将响应接口修剪,并确认其他接口都没有接收需求,因此发送剪枝消息给R1,并将相应的接口修剪剪枝剪枝收到R3的剪枝消息,将相应的接口修剪47组播路由协议PIM-DM工作过程组播源所连接的子网内有接收的组播路由协议SPTPIM-DM采用扩散与剪接的方式来构建组播路由表.PIM-DM形成的组播路由表呈现一种树型结构我们通常称这种树型结构为SPT(ShortestPathTree)最短路径树组播源R1R2R3R5R4R6R1R2R3R4R6R5组播源48组播路由协议SPT组播源R1R2R3R5R4R6R1R2R3组播路由协议SPTSPT是以组播源为根构造的从根到所有接收者路径都最短的分布树。优势:最短路径保证转发组播数据的网络时延最小劣势:路由器必须为每个组播源维护路径信息,开销过大.在组播设计时,如果选用PIM-DM(SPT),那么组播源的数量、带宽情况、有组播接收需求的子网分布情况都应该成为设计者考虑的各种因素.49组播路由协议SPT49组播路由协议组播路由器的组播转发表项是怎么样的呢？单播：目的地址->下一跳目的地址下一跳192.168.0.0/241.1.1.1110.112.119.0/242.2.2.24.4.0.0/163.3.3.3组播：组地址->下一跳？在R4上会出现一个组地址有两个下一跳？组播源R1R2R3R5R4R650组播路由协议组播路由器的组播转发表项是怎么样的呢？组播源R1组播路由协议组播转发表项的形式组播转发表项可以简单地理解为{S，G，入口，出口集合},S代表组播源地址，G代表组播组地址，入口代表离组播源最近的接口（RPF检查通过的接口）,出口集合代表经过PIM协议计算后没有被修剪掉的所有接口集合。R1R2R3R4E0E0E0S1S2S2S1E0E1S1S2S，G，E0，{S1,S2}S，G，S1，{E0}S，G，S1，{E0}S，G，E0，{E1}51组播路由协议组播转发表项的形式R1R2R3R4E0E0E0SPIMDM配置启动组播路由Ruijie(config)#ipmulticast-routing在各个接口上启动PIM-DMRuijie(config-if)#ippimdense-mode查看组播路由表Showipmroute查看PIM-DM邻居Showipdense-modeneighbor52PIMDM配置启动组播路由52组播路由协议PIM-SMPIM-SM用于指导路由器如何将组播数据在网络中传输到有组播接收需求的地方。PIM-SM使用一种拉（pull）模式来传送组播数据包。只有包含活动接收者，并且接收者直接发送数据接收请求的网段才会收到数据。53组播路由协议PIM-SM53组播路由协议PIM-SM工作过程PIM-SM与PIM-DM不同，采用的是一种共享树的机制。PIM-SM引入了一个非常重要的概念，RP（RendezousPoint），汇聚点。RP的作用：所有的组播源在发送组播数据时，与组播源相连的第一跳路由器都会把组播数据发送给RP，然后再由RP把组播数据发送给有接收需求的路由器。54组播路由协议PIM-SM工作过程54组播路由协议PIM-SM工作过程组播源到RPR2R1R3R4R5RP组播源检测到组播报文，查找组播组G对应的RP的IP地址组播组G将收到的组播报文封装在单播报文中，目的地址为RP的IP地址根据单播路由表，将注册报文发给RP注册报文55组播路由协议PIM-SM工作过程R2R1R3R4R5RP组播组播路由协议PIM-SM工作过程RP在收到单播注册报文后会做哪些动作呢？当RP上没有存在关于（*，G）的转发表项，它将向R6返回一个注册暂停报文，以通知R6不要再将组播报文封装在单播报文中发送，并且也不会建立到组播源的SPTR2R1R3R4R5RP注册报文注册报文注册暂停组播源R6组播组G注册暂停56组播路由协议PIM-SM工作过程R2R1R3R4R5RP注册组播路由协议PIM-SM工作过程RP在收到单播注册报文后会做哪些动作呢？当RP上存在（*，G）的转发表项，RP将解封装单播报文，并将组播报文从(*，G)的转发表项的出口集合中发送出去。向R6发送PIM保留信息，以终止R6继续发送单播注册报文。同时RP还会向源的方向发送一条（S,G）的加入消息，形成与组播源之间的SPT，按照这个SPT从组播源接收组播数据。R2R1R3R4R5RP组播源注册报文注册报文加入信息R6组播组G保留信息保留信息加入信息57组播路由协议PIM-SM工作过程R2R1R3R4R5RP组播组播路由协议PIM-SM工作过程接收者到RPR2R1R3R4R5RP组播源组播组G接收者创建(*,G)的转发表项，并将收到MembershipReport的接口加到出口集合中,向RP方向发出加入报文创建(*,G)的转发表项，并将收到(*,G)加入报文的接口加到出口集合中,将组播组G的数据从出口集合中发送出去组播组G创建(*,G)的转发表项,将收到(*,G)加入报文的接口加到出口集合中,向RP方向发送加入(*,G)报文58组播路由协议PIM-SM工作过程R2R1R3R4R5RP组播组播路由协议PIM-SM工作过程完整的PIM-SM过程R2R1R3R4R5RP组播组G接收者创建(*,G)的转发表项，并将收到MembershipReport的接口加到出口集合中,向RP方向发出加入(*,G)报文创建(*,G)的转发表项，并将收到加入报文的接口加到出口集合中,将组播组G的数据从出口集合中发送出去,如果没有组播组G的数据,需等待组播源的注册.组播组G组播源R6组播组G注册报文保留信息加入信息保留信息注册报文加入信息注册暂停注册暂停检测到组播报文，查找组播组G对应的RP的IP地址将收到的组播报文封装在单播报文中，目的地址为RP的IP地址根据单播路由表，将注册报文发给RP不存在关于(*,G)的表项存在(*,G)的表项,向组播源方向发送注册保留信息,并向组播源发送加入消息创建(*,G)的转发表项,将收到(*,G)加入报文的接口加到出口集合中,向RP方向发送加入(*,G)报文59组播路由协议PIM-SM工作过程R2R1R3R4R5RP组播组播路由协议PIM-SM工作过程剪枝R2R1R3R4R5RP接收者组播源R6组播组G组播组G组播组G不想接收GLeave将收到leave报文的接口从(*,G)的转发表项中的出口集合中删除,发现(*,G)的转发表项中的出口集合为空,于是向RP方向发送一个剪枝消息,将自己从共享树上修剪剪枝消息剪枝消息将收到剪枝消息的接口从(*,G)中删除,发现(*,G)的转发表项中的出口集合为空.向G的组播源发送剪枝消息.剪枝消息剪枝消息将收到剪枝的接口从(*,G)的转发表项中的出口集合中删除,发现(*,G)的转发表项中的出口集合为空,于是向RP方向发送一个剪枝消息,将自己从共享树上修剪60组播路由协议PIM-SM工作过程R2R1R3R4R5RP接收组播路由协议PIM-SM工作过程剪枝R2R1R3R4R5RP接收者组播源R6组播组G组播组G组播组G不想接收GLeave将收到leave报文的接口从(*,G)的转发表项中的出口集合中删除,发现(*,G)的转发表项中的出口集合为空,于是向RP方向发送一个剪枝消息,将自己从共享树上修剪剪枝消息接收者将收到剪枝消息的接口从(*,G)的转发表项中的出口集合中删除,发现(*,G)的转发表项中的出口集合不为空，于是不向RP方向发送剪枝消息61组播路由协议PIM-SM工作过程R2R1R3R4R5RP接收组播路由协议共享树PIM-SM形成的组播转发表通常被成为共享树结构.共享树的根为RP,RP与组播源形成一个独立的SPT,网络中的所有组播组接收者都以RP为树根,接收各自的组播数据,形成一棵共享树.RPG组播源S…RP到G组播源S的SPTG接收者1G组播接收者1-n都以RP为根G接收者n不同的组播组可以对应不同的RP62组播路由协议共享树RPG组播源S…RP到G组播源S的SPTG组播路由协议共享树共享树的优势和劣势:优势:每个路由器上需要保存的状态数最少.劣势:每个组播接收者到组播源的路径可能不是最优的.在组播设计时,如果选择PIM-SM作为组播路由协议的话,那么RP的性能以及位置将成为重要的考虑因素.63组播路由协议共享树63组播路由协议共享树到SPT的切换设定一个阀值,当接收到的组播流量超过这个阀值时,路由器会向源发送一个(S,G)的加入消息,以便要加入这个源的SPT中.R2R1R3R4R5RP接收者组播源R6组播组G组播组G组播组G接收到的组播流量超过设定的阀值,向G的源S发送(S,G)的加入消息以建立SPTR4检测到SPT和共享树在此分离,于是向RP方向发送剪枝消息,将自己从共享树中修剪掉,创建(S,G)转发表项,向组播源方向发送加入消息剪枝消息将收到剪枝消息的接口从(*,G)的出口集合中删除掉64组播路由协议共享树到SPT的切换R2R1R3R4R5RP接收组播路由协议RP的产生通过静态指定必须在所有的路由器上明确指定RP的地址容易存在单点故障,一旦配置的RP失效,组播将不可用BSR动态学习65组播路由协议RP的产生65组播路由协议BSR:BootStrapRouterBSR是RP的管理者，由BSR来收集和发布整个网络内的RP信息。多个候选BSR（CandidateBootstrapRouter，C-BSR）通过自举报文（BootstrapMessage）选举产生唯一公认的BSR。BSR周期性的向网络发送BSR信息,以便所有候选RP知道BSR的存在所有侯选RP将自己的信息单播给BSR.BSR定期发送包含所有候选RP信息的bootstrap报文给所有路由器.所有的路由器根据相同的HASH算法在本地算出一个RP.66组播路由协议BSR:BootStrapRouter66PIMSM配置启动组播路由Ruijie(config)#ipmulticast-routing在各个接口上启动PIM-SMRuijie(config-if)#ippimsparse-mode配置静态RPRuijie(config)#ippimrp-addressrp-address查看组播路由表Showipmroute查看PIM-DM邻居Showipsparse-modeneighbor67PIMSM配置启动组播路由67提纲组播综述IGMP工作原理IGMPSnooping工作原理组播路由协议组播在实际工程中的应用68提纲组播综述68组播在实际工程中的应用园区网组播设计原则:如果需要接收组播的子网很多,分布密集,并且园区网带宽资源充足,那么采取的组播路由协议多为PIM-DM,反之可考虑PIM-SM二层组播设计多采用IGMPSnoopingIVGL模式69组播在实际工程中的应用园区网组播设计原则:69组播在实际工程中的应用组播设计示例SW1SW2SW3SW4312vlan10vlan20212211vlan100PIM-DM应用范围IGMPSnooping应用范围70组播在实际工程中的应用组播设计示例SW1SW2SW3SW43组播在实际工程中的应用组播设计示例SW3312vlan10vlan201.配置IGMPSnoopingSVGL2.配置路由连接口3.修改上联Trunk口的nativevlanipigmpprofile1denyipigmpsnoopingsvglvlan10ipigmpsnoopingsvglprofile1ipigmpsnoopingsvglipigmpsnoopingvlan10mrouterinterfacefastEthernet0/3interfacefastEthernet0/3switchportmodetrunkswitchporttrunknativevlan1071组播在实际工程中的应用组播设计示例SW3312vlan10组播在实际工程中的应用组播设计示例SW1SW222111.修改下联Trunk口的nativevlan2.在SVGL指定VLAN的三层网关上启用PIM3.在与SW2互连的三层接口上起用PIMinterfaceFastEthernet0/2switchportmodetrunkswitchporttrunknativevlan10interfaceVlan10ipaddress192.168.10.1255.255.255.0ippiminterfaceFastEthernet0/1noswitchportipaddress1.1.1.1255.255.255.252ippim4.开启组播路由功能ipmulticast-routing72组播在实际工程中的应用组播设计示例SW1SW222111.修组播在实际工程中的应用组播设计示例SW1SW222111.修改下联Trunk口的nativevlan2.在SVGL指定VLAN的三层网关上启用PIMinterfaceFastEthernet0/2switchportmodetrunkswitchporttrunknativevlan100interfaceVlan100ipaddress192.168.100.1255.255.255.0ippiminterfaceFastEthernet0/1noswitchportipaddress1.1.1.2255.255.255.252ippimipmulticast-routing4.开启组播路由功能3.在与SW2互连的三层接口上起用PIM73组播在实际工程中的应用组播设计示例SW1SW222111.修组播在实际工程中的应用组播设计示例SW421vlan1001.配置IGMPSnoopingSVGL2.配置路由连接口3.修改上联Trunk口的nativevlanipigmpprofile1denyipigmpsnoopingsvglvlan100ipigmpsnoopingsvglprofile1ipigmpsnoopingsvglipigmpsnoopingvlan100mrouterinterfacefastEthernet0/2interfacefastEthernet0/2switchportmodetrunkswitchporttrunknativevlan10074组播在实际工程中的应用组播设计示例SW421vlan100组播在实际工程中的应用组播设计示例SW1SW2SW3SW4312vlan10vlan20212211vlan10075组播在实际工程中的应用组播设计示例SW1SW2SW3SW43回顾组播综述IGMP工作原理IGMPSnooping工作原理组播路由协议组播在实际工程中的应用76回顾组播综述76谢谢大家！77谢谢大家！77锐捷网络技术培训系列课程-（中级）组播协议原理与应用技术培训中心

高志岩78锐捷网络技术培训系列课程-（中级）组播协议原理与应用1前言

本PPT主要介绍了组播协议原理和实际应用，适用于对组播协议有一定了解的工程师和网络维护人员。79前言2课程目标通过本课程的学习，您可以掌握如下知识点：组播相关概念IGMP以及IGMPSnooping工作原理组播路由协议组播在实际工程中的应用80课程目标通过本课程的学习，您可以掌握如下知识点：3提纲组播综述IGMP工作原理IGMPSnooping工作原理组播路由协议组播在实际工程中的应用81提纲组播综述4组播综述组播定义:与广播和单播的区别服务器主机单播广播组播82组播综述组播定义:与广播和单播的区别服务器主机单播广播组播5组播综述为什么需要组播?随着数据通讯技术的不断发展，传统的数据通讯业务已不能满足人们对信息的需求。视频点播，网络电视，视频会议等点到多点业务已经被广泛的应用起来。解决点到多点的通信,可以通过单播和组播方式来实现.83组播综述为什么需要组播?6组播综述单播方式与组播方式的对比单播方式组播方式84组播综述单播方式与组播方式的对比单播方式组播方式7组播综述组播的优势:单播可以通过建立多个点对点的连接来达到点对多点的传输。这种方式将在源点(服务器)与各个接收点建立连接，从服务器开始，就将有多份数据流分别流向分散的接收点。这种方式将加重服务器的负荷，增大对服务器性能的要求；同时还在网络中造成大流量，从而增加网络的负载，导致网络拥塞。组播则不然，发送方仅发一份数据包，此后数据包只是在需要复制分发的地方才会被复制分发，每一个网段中都将保持只有一份数据流。这样就可以减轻服务器的负担，节省网络带宽。85组播综述组播的优势:8组播综述组播组件组播源：以组播地址为目的地址发送报文组播接收者：能接受组播数据同一个组中可能有多个组播成员，具有相同的组播地址组成员可以动态加入或者离开组组播设备：能支持组播数据分发的网络设备运行组播协议86组播综述组播组件9组播综述组播协议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(Internet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.域内组播路由协议主要有PIM-DM,PIM-SM等协议.87组播综述组播协议体系结构10组播综述组播IP地址:组播地址范围224.0.0.0-239.255.255.255保留组播地址224.0.0.0-224.0.0.255本地管理组播地址239.0.0.0-239.255.255.255用户组播地址224.0.1.0-238.255.255.255组播MAC地址:以太网:01-00-5e-xx-xx-xx88组播综述组播IP地址:11组播综述常见保留组播IP地址地址含义224.0.0.1Allhost224.0.0.2Allrouter224.0.0.4AllDVMRProuter224.0.0.5AllOSPFrouter224.0.0.6AllOSPFDR(DesignatedRouter)224.0.0.9AllRIPv2router224.0.0.10AllEIGRProuter224.0.1.1NTP224.0.0.13AllPIMrouter224.0.0.18VRRP89组播综述常见保留组播IP地址地址含义224.0.0.1All组播综述IP地址到MAC地址的映射例如,组播IP地址224.10.10.10就映射为组播MAC地址01-00-5e-0a-0a-0a11100000000100000000010111100IP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90组播综述IP地址到MAC地址的映射1110000000010提纲组播综述IGMP工作原理IGMPSnooping工作原理组播路由协议组播在实际工程中的应用91提纲组播综述14IGMP工作原理为什么需要IGMP?组播服务器与需要接收组播信息的主机在同一个子网内服务器主机只要主机开启了组播流接收程序,都可以收到组播数据主机92IGMP工作原理为什么需要IGMP?服务器主机只要主机开启了IGMP工作原理为什么需要IGMP?组播服务器与需要接收组播信息的主机不在同一个子网内服务器主机主机路由器收到服务器发送的组播报文,将其隔离在服务器所在的子网内需要接收组播数据的主机无法接收到组播数据需要一种机制,能够让路由器将组播数据转发到有接收需求的主机所在的子网93IGMP工作原理为什么需要IGMP?服务器主机主机路由器收到IGMP工作原理IGMP定义IGMP:Internet组管理协议用于主机与路由器之间交互信息的一种协议主机动态加入/离开组路由器组成员关系的维护所有要加入组播组的主机和所有连接到有组播主机的子网中的路由器都必须使用IGMPIGMP消息不能被路由器转发，只能限制在本地网段内部。IGMP的TTL参数永远是1，保证了IGMP的使用范围。IGMP的版本目前有V1/V2/V3三种。94IGMP工作原理IGMP定义17IGMP工作原理IGMP报文分类(以IGMPv2为例):主机使用的IGMP报文:MembershipReportLeaveGroup路由器使用的IGMP报文:GeneralQueryGroup-SpecificQuery95IGMP工作原理IGMP报文分类(以IGMPv2为例):18IGMP工作原理MembershipReportMembershipReport用于指示一台主机希望加入一个组播组当主机首次加入到一个组时，它会主动向组发送MembershipReport。MembershipReport还用来响应本地路由器发出的GeneralQuery和Group-SpecificQuery消息MembershipReport组播数据主机主机GeneralQueryGengralQueryGeneralQueryMembershipReport96IGMP工作原理MembershipReportMembeIGMP工作原理LeaveGroup当主机退出一个组时，它用LeaveGroup消息通知本地的路由器。这个消息包含有退出的组的地址，但与MembershipReport消息不同的是，Leavegroup消息是发向“子网中的所有路由器”地址224.0.0.2的,而MembershipReport是发向想要加入的组播组地址。主机主机不再需要接收组播数据LeaveGroup停止向该子网转发组播数据97IGMP工作原理LeaveGroup主机主机不再需要接收组IGMP工作原理GeneralQuery路由器通过GeneralQuery消息向与其连接的所有子网进行轮询来发现是否有组员存在，并在子网中没有组员时检测到这一情况GeneralQuery消息被发向“子网中的所有主机”224.0.0.1这个地址，而且不涉及任何一个具体组播组.主机主机如果一台组播路由器在3次查询的时间间隔里没有收到一个特定子网的MembershipReport消息，那么这个路由器将宣布这个子网中没有组员,不再向这个子网发送组播数据。GeneralGuery没有响应没有响应一定时间内仍无人响应,则不再像该子网转发组播数据98IGMP工作原理GeneralQuery主机主机如果一台组IGMP工作原理Group-SpecificQuery路由器的Group-SpecificQuery消息是根据主机发出的LeaveGroup消息而发出的，当路由器收到LeaveGroup消息时，必须判断子网中是否仍有组员存在。目的地址为该发出LeaveGroup的主机所在组的组地址。不需要接收组播数据LeaveGroupGroup-SpecificQuery还需要接收Membershipreport仍然向该子网发送组播数据99IGMP工作原理Group-SpecificQuery不需IGMP工作原理报告抑制MembershipReport想加入224.5.5.5也想加入224.5.5.5收到了关于224.5.5.5的Report,知道子网中还有主机希望加入224.5.5.5于是抑制了关于224.5.5.5的MembershipReport的发送100IGMP工作原理报告抑制MembershipReport也IGMP工作原理报告抑制GeneralGueryMembershipReport还需要接收224.5.5.5组播数据还需要接收224.5.5.5组播数据收到了关于224.5.5.5的report抑制了224.5.5.5的MembershipReport的发送101IGMP工作原理报告抑制GeneralGueryMembeIGMP工作原理查询路由器选举当子网中有多个路由器时，选举查询者的规则就十分简单：有较小的IP地址的路由器成为查询者。所有子网中现有的路由器在收到新路由器的GeneralQuery消息后，就检查源地址。如果它的IP地址的值更小，则会继续发送查询。当新的路由器收到其中一个查询，并发现这台路由器有较小的IP地址时，它就变成非查询者。非查询者将旁听整个IGMP过程。所有非查询路由器启动一个查询计时器，无论何时只要收到来自IGMP的GeneralQuery消息，计时器被复位。默认的计时器持续时间是查询间隔的两倍。如果查询计时器满，就认为IGMP查询有问题，选择查询者过程重新开始。102IGMP工作原理查询路由器选举25IGMP工作原理IGMPv3简介在IGMPv3中主要增加了Group-and-Source-SpecificQuery,它能允许一个组不仅用组地址进行识别，而且也能被源地址识别。当一个组有多个源时，IGMPv3路由器可以根据组员的请求对源进行过滤。103IGMP工作原理IGMPv3简介26IGMP配置路由器接口启用了pim就激活了IGMPRouter(config–if）#ippimdense-mode/sparsemode缺省为版本2如果下联设备不支持igmp，则手工加入特定的组Router(config–if）#

ipigmpjoin-group组地址限制主机只能加入特定的组Access-listacl号permitX.X.X.XRouter(config–if）#IPigmpaccess-groupacl号查看直连子网中组成员信息Showipigmpgroups/interfacedetails104IGMP配置路由器接口启用了pim就激活了IGMP27提纲组播综述IGMP工作原理IGMPSnooping工作原理组播路由协议组播在实际工程中的应用105提纲组播综述28IGMPSnooping工作原理为什么需要IGMPSnooping?发送224.5.5.5的MembershipReport开始向该子网发送224.5.5.5的组播数据并不需要接收224.5.5.5的组播数据需要接收224.5.5.5的组播数据需要一个机制,让二层交换机只把组播数据转发给需要接收组播的主机.浪费了带宽106IGMPSnooping工作原理为什么需要IGMPSnoIGMPSnooping工作原理IGMPSnooping的作用:IGMPSnooping能使二层交换机将组播数据只朝需要接收的用户所在的端口转发，从而不会影响到其它的用户。发送224.5.5.5的MembershipReport开始向该子网发送224.5.5.5的组播数据并不需要接收224.5.5.5的组播数据需要接收224.5.5.5的组播数据107IGMPSnooping工作原理IGMPSnoopingIGMPSnooping工作原理IGMPSnooping的工作过程:发送224.5.5.5的MembershipReport开始向该子网发送224.5.5.5的组播数据需要接收224.5.5.5的组播数据根据收到的224.5.5.5的MembershipReport,生成组播MAC地址表.MAC端口01-00-5e-05-05-051108IGMPSnooping工作原理IGMPSnoopingIGMPSnooping工作原理IGMPSnooping的工作过程:MAC端口发送224.5.5.5的LeaveGroup向该子网发送224.5.5.5的组播数据不需要接收224.5.5.5的组播数据01-00-5e-05-05-051停止向该子网发送224.5.5.5的组播数据109IGMPSnooping工作原理IGMPSnoopingIGMPSnooping工作原理消息报告抑制问题如果主机收到了其他主机发出的MembershipReport后,就抑制了自己的MembershipReport的发送,这样的话就会造成交换机的组播MAC地址表里不会出现关于该主机所在的端口的转发信息.在开启IGMPSnooping之后,交换机的CPU在收到MembershipReport时,不会将Report报文转发到其他接口,这样其他主机就无法收到其他主机发出的MembershipReport报文,不会产生消息报告抑制现象,从而保证交换机组播MAC地址表的完整.MembershipReport抑制了MembershipReport的发送无法将相应端口添加到组播MAC表中110IGMPSnooping工作原理消息报告抑制问题MembeIGMPSnooping工作原理取消消息抑制报告带来的问题如果存在组播路由器,但是由于IGMPSnooping抑制了消息报告,那么MembershipReport报文将无法发送到组播路由器,因此组播路由器将无法将组播数据发送到相应的子网.解决办法:采用路由连接口,设置与路由器相连的端口为路由连接口需要接收224.5.5.5的组播数据发送224.5.5.5的MembershipReport111IGMPSnooping工作原理取消消息抑制报告带来的问题IGMPSnooping工作原理IGMPSnooping工作模式:IVGL:在该模式下,各VLAN间的组播流是相互独立的.主机只能朝与自己处于同一个VLAN的路由连接口请求组播.SVGL:在该模式下,主机可以跨VLAN申请组播流.指定一个MulticastVLAN,在该VLAN收到的组播数据流可以向其他VLAN的主机转发.Vlan10Vlan20vlan10的路由连接口112IGMPSnooping工作原理IGMPSnoopingIGMPSnooping配置配置IVGL模式Ruijie(config)#ipigmpsnoopingivgl配置路由口（可选）ruijie(config)#ipigmpsnoopingvlanvlan号mrouterinterface接口号配置静态成员口（可选）Ruijie(config)#ipigmpsnoopingvlanvlan-idstatic组播地址interface接口号配置快速离开机制（可选）Ruijie(config)#ipigmpsnoopingfast–leaveenalbe查看转发表Ruijie#showipigmpsnoopinggda-table查看路由口Ruijie#showipigmpsnoopingmrouter113IGMPSnooping配置配置IVGL模式36提纲组播综述IGMP工作原理IGMPSnooping工作原理组播路由协议组播在实际工程中的应用114提纲组播综述37组播路由协议为什么需要组播路由协议?需要接收224.5.5.5的组播数据发送着224.5.5.5的组播数据从哪里能够得到224.5.5.5的组播数据如何能够将224.5.5.5的组播数据发送到网络中有需求的地方发送224.5.5.5的MembershipReport需要一种机制,可以让组播数据在网络中传输有接收需求的地方115组播路由协议为什么需要组播路由协议?需要接收224.5.5.组播路由协议组播路由协议分类分为域内组播路由协议及域间组播路由协议域内的组播路由协议又分为密集模式与稀疏模式.域内组播路由协议主要有PIM-DM,PIM-SM等协议.我们在园区网中经常使用的域内组播路由协议为PIM-DM和PIM-SM.116组播路由协议组播路由协议分类39组播路由协议逆向路径转发ip:192.168.1.1发送着224.5.5.5的组播数据两个接口都收到了目的地址为224.5.5.5,源地址为192.168.1.1的组播报文查找单播路由表,去往192.168.1.0/24的下一跳接口是S1,于是丢弃从S2收到的组播报文.R1R2R3S1S2重复的组播数据流117组播路由协议逆向路径转发ip:192.168.1.1发送着2组播路由协议PIMPIM(ProtocolIndependentMulticasting)独立于单播协议,使用任意单播路由协议进行RPF检查.与其他的路由协议不同，PIM不在路由器之间发送和接收路由更新信息。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）118组播路由协议PIM41组播路由协议剪枝与嫁接当组播路由器的某个接口RPF检查失败时,该路由器会从这个接口发出一个剪接报文,以通知邻居路由器不要再向它发送组播数据.发送着224.5.5.5的组播数据R1R2R3S1S2RPF检查失败所连接的子网内没有接收的需求发送着224.5.5.5的组播数据剪枝消息剪枝消息119组播路由协议剪枝与嫁接发送着224.5.5.5的组播数据R1组播路由协议剪枝与嫁接嫁接报文正好与剪枝报文相反,它是用来通知上游路由器将组播报文转发给自己.发送着224.5.5.5的组播数据R1R2R3S1S2S1接口down掉所连接的子网内无接收的需求发送着224.5.5.5的组播数据嫁接消息所连接的子网内有接收的需求嫁接消息120组播路由协议剪枝与嫁接发送着224.5.5.5的组播数据R1组播路由协议PIM-DMPIM-DM用于指导路由器如何将组播数据在网络中传输到有组播接收需求的地方.PIM-DM使用推（push）模式将组播数据包扩散（flood）到网络的每个角落。这种推模式是一种使用蛮力将数据包传送到接收者的方法。如果网络中的每个子网都有接收者，那么这种方法是高效的。121组播路由协议PIM-DM44组播路由协议PIM-DM工作过程扩散并剪枝组播源所连接的子网内无接收的需求所连接的子网内有接收的需求所连接的子网内有接收的需求R1R2R3R5R4R6剪枝置为修剪状态pruneds1s2剪枝从两个接口都收到了组播报文,在S2上做RPF检查失败.122组播路由协议PIM-DM工作过程组播源所连接的子网内无接收的组播路由协议PIM-DM工作过程嫁接组播源所连接的子网内无接收的需求R1R2R3R5R4R6s1s2所连接的子网内有接收的需求嫁接123组播路由协议PIM-DM工作过程组播源所连接的子网内无接收的组播路由协议PIM-DM工作过程剪枝组播源所连接的子网内有接收的需求R1R2R3R5R4R6s1s2所连接的子网内有接收的需求所连接的子网内有接收的需求所连接的子网内无接收的需求确认所连接子网内没有接收需求,但还有R6需要从这里接收数据,因此将不发送剪枝信息给R2所连接的子网内无接收的需求确认所连接子网内没有接收需求,因此发送剪枝信息给R3,同时将相应端口置为修剪状态收到R5的剪枝消息,将响应接口修剪,并确认其他接口都没有接收需求,因此发送剪枝消息给R1,并将相应的接口修剪剪枝剪枝收到R3的剪枝消息,将相应的接口修剪124组播路由协议PIM-DM工作过程组播源所连接的子网内有接收的组播路由协议SPTPIM-DM采用扩散与剪接的方式来构建组播路由表.PIM-DM形成的组播路由表呈现一种树型结构我们通常称这种树型结构为SPT(ShortestPathTree)最短路径树组播源R1R2R3R5R4R6R1R2R3R4R6R5组播源125组播路由协议SPT组播源R1R2R3R5R4R6R1R2R3组播路由协议SPTSPT是以组播源为根构造的从根到所有接收者路径都最短的分布树。优势:最短路径保证转发组播数据的网络时延最小劣势:路由器必须为每个组播源维护路径信息,开销过大.在组播设计时,如果选用PIM-DM(SPT),那么组播源的数量、带宽情况、有组播接收需求的子网分布情况都应该成为设计者考虑的各种因素.126组播路由协议SPT49组播路由协议组播路由器的组播转发表项是怎么样的呢？单播：目的地址->下一跳目的地址下一跳192.168.0.0/241.1.1.1110.112.119.0/242.2.2.24.4.0.0/163.3.3.3组播：组地址->下一跳？在R4上会出现一个组地址有两个下一跳？组播源R1R2R3R5R4R6127组播路由协议组播路由器的组播转发表项是怎么样的呢？组播源R1组播路由协议组播转发表项的形式组播转发表项可以简单地理解为{S，G，入口，出口集合},S代表组播源地址，G代表组播组地址，入口代表离组播源最近的接口（RPF检查通过的接口）,出口集合代表经过PIM协议计算后没有被修剪掉的所有接口集合。R1R2R3R4E0E0E0S1S2S2S1E0E1S1S2S，G，E0，{S1,S2}S，G，S1，{E0}S，G，S1，{E0}S，G，E0，{E1}