网络设计-组播

第一节组播概述第二节组播实现技术介绍第三节IGMP协议第四节PIM-DM协议第五节PIM-SM协议目录单播、广播与组播单播服务器组播广播主机10.10.1.0/24单播与组播实现点对多点传输比较单播组播多媒体会议互联网多媒体终端数据分发互联网远程主机文件服务器实时数据组播互联网多媒体主机服务器足球比赛演唱会炒股游戏互联网玩家玩家玩家玩家玩家组播技术的特点优点增强效率，控制网络流量，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第一节组播概述第二节组播实现技术介绍第三节IGMP协议第四节PIM-DM协议第五节PIM-SM协议目录组播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(互联网组管理协议)。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。域内的组播协议又分为密集模式与稀疏模式。域内组播路由协议主要使用PIM-SM，PIM-DM，DVMRP协议。组播地址组播IP地址：组播地址范围224.0.0.0－239.255.255.255保留组播地址224.0.0.0－224.0.0.255224.0.1.0－224.0.1.255本地管理组地址239.0.0.0－239.255.255.255用户组播地址224.0.2.0－238.255.255.255组播MAC地址：以太网：01-00-5e-xx-xx-xx常用的保留组播地址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224.0.0.6OSPFDR224.0.0.7ST路由器224.0.0.8ST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224.0.0.16指定SBM224.0.0.17所有SBMS224.0.0.18VRRP…………IP地址到MAC地址的映射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地址端主机系统对组播的处理MediaAccessControl，端主机系统根据目的MAC来判断是否处理接收到以太网帧；端主机系统在数据链路层维护一张接收列表，包含：单播地址：如00-e0-fc-00-00-06，第一字节最低位为0广播地址：48位全1ff-ff-ff-ff-ff-ff接收列表中可能还包含：组播地址：如01-00-5e-0a-0a-0a，第一字节最低位为1接收列表：00e0.fc00.0006ffff.ffff.ffff目的MAC为01-00-5e-0a-0a-0a的数据帧我能处理吗？无组播功能交换机转发组播数据报组播？？二层交换机组播功能实现12345MAC地址端口0100-5e00-00032,5转发表组播的三层转发逆向路径转发(RPF--ReversePathForwarding)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接收者例子：RPF检查源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进一步观察：RPF检查失败S0/1S0/0S1/0来自192.18.0.32的组播数据网段接口192.18.0.0/16168.0.253.0/24S0/1S0/015.15.0.0/16S1/0数据从S0/0到达，RPF检查失败，路由器丢弃包进一步观察：RPF检查成功S0/1S0/0S1/0来自192.18.0.32的组播数据网段接口192.18.0.0/16168.0.253.0/24S0/1S0/015.15.0.0/16S1/0数据从S1到达，RPF检查成功，路由器转发数据包组播树－源树接收者1接收者2S1的组播数据流源S1源S2组播转发项：（S，G，Upstreaminterface，{Downstreaminterfacelist}）S源地址G组地址Upstreaminterface入接口Downstreaminterfacelist出接口列表S1的组播源树组播树－源树接收者1接收者2源S1源S2S2的组播数据流组播转发项：（S，G，Upstreaminterface，{Downstreaminterfacelist}）S源地址G组地址Upstreaminterface入接口Downstreaminterfacelist出接口列表S2的组播源树组播树－共享树接收者1接收者2S1的组播数据流源S1源S2组播共享树RPPIM汇聚点组播转发项：（*，G，Upstreaminterface，{Downstreaminterfacelist}）*任何源地址G组地址Upstreaminterface入接口Downstreaminterfacelist出接口列表S2的组播数据流组播源树组播源树不同组播树的特征组播源树（最短路径树）对应每个源存在一颗组播树，占用内存较多，但路径最优，延迟最小

组播共享树对应每个RP存在一颗组播树，占用内存较少，路径不是最优的，引入额外的延迟第一节组播概述第二节组播实现技术介绍第三节IGMP协议第四节PIM-DM协议第五节PIM-SM协议目录IGMP——因特网组管理协议IGMP（InternetGroupManagementProtocol）协议是主机与路由器之间唯一信令协议RFC1112规定了IGMPV1（支持windows95）RFC2236规定了IGMPV2（支持windows和大多数Unix最新的服务包）Draft-ietf-idmr-igmp-v3-03.txt规定了最新的IGMPV3IGMPv1报文格式Ver：版本。表明IGMP版本，在IGMPv1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。GroupAddress：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

GroupAddress

012301234567890123456789012345678901Ver

Type

IGMPv2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成员报告；离开消息。MaxRespTime：最大响应时间。实际中响应时间是配置值范围（1～25秒）内的一个随机值。缺省为10秒。GroupAddress：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

MaxRespTime

Checksum

GroupAddress

012301234567890123456789012345678901IGMPv3报文格式Type=0x11

MaxRespCode

Checksum

GroupAddress

012301234567890123456789012345678901Resv

SQRV

QQIC

NumberofSources(N)SourceAddress(1)SourceAddress(2)SourceAddress(N)Type为0x11表示组成员查询消息

IGMPv3报文格式Type为0x22表示组成员报告消息

Type=0x22

Reserved

Checksum

012301234567890123456789012345678901GroupRecord(1)Reserved

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

AuxDataLen

NumberofSources(N)

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

IGMP中路由器、主机动作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IGMP中路由器、主机动作主机发送IGMPReport消息加入某个组HostAHostCHostBEthernet我要加入225.1.1.1这个组！！IGMP中路由器、主机动作路由器周期性地向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IGMP中路由器、主机动作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（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？IGMP中共享网段路由器动作查询消息查询消息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10.10.0.1/1610.10.0.3/16报告抑制过程查询消息10.10.0.1/16响应报告响应报告响应报告响应报告路由器定期发送查询子网中每个组只有一个成员发送响应报告其它成员被抑制不再发送报告IGMPv2报文格式以字节为单位类型最大响应时间校验和组播组地址0123IGMP三版本比较查询器选举IGMPV1离开方式指定组查询指定源、组加入依靠上层路由协议IGMPV2IGMPV3无无自己选举有无自己选举有有默默离开主动发出离开报文主动发出离开报文版本1与版本2兼容处理版本1主机版本2主机版本1路由器版本2路由器版本1主机版本2主机版本1路由器版本2路由器版本1主机报告抑制版本2主机版本2主机被版本1主机报告抑制路由器按版本1方式工作版本2帧格式兼容版本1帧格式版本2路由器强制配为版本1方式版本2路由器强制配为版本1方式版本2帧格式兼容版本1帧格式路由器按版本1方式工作至版本1定时器超时IGMP窃听建立和维护组CPU012345IGMP报告IGMP查询MAC地址转发表端口0100－5e00－00030135IGMPSpoofingCPU02345IGMPReportIGMPQueryMAC地址转发表端口0100－5e00－0003035IGMP的高级应用－IGMPProxyMRAMRBEth0/0Eth0/1Eth0/033.33.33.133.33.33.222.22.22.1外部网络末梢网络普遍组/特定组查询消息IGMP加入/离开消息配置命令交换机上的配置：启动组播应用[H3C]multicastrouting-enable模拟主机行为——加入一个组[H3C-Vlan-interface10]igmphost-join225.0.0.1portEthernet0/1指定IGMP版本号

[H3C-Vlan-interface10]igmpversion1显示IGMP接口信息[H3C]displayigmpinterface第一节组播概述第二节组播实现技术介绍第三节IGMP协议第四节PIM-DM协议第五节PIM-SM协议目录组播路由协议的类型密集模式（Dense-mode）使用“推”（Push）模型组播数据整网络的泛滥（Flood）下游不想接收则剪枝（Prune）泛滥、剪枝、泛滥、剪枝…周而复始(通常3分钟折腾一次)稀疏模式（Sparse-mode）使用“拉”（Pull）模型组播数据只发送到有需要的地方有显式的加入（Join）过程我先给你，你可以不要啊！你要了，我才给你！组播路由协议概述DVMRP（距离矢量组播路由协议（InternetDraft））协议无关组播－密集模式（PIM-DM）（InternetDraft）协议无关组播－稀疏模式（PIM-SM）（RFC2362）开放式组播最短路径优先（MOSPF）（RFC1584）其它（有核树组播路由协议＜CBTv2＞<RFC2189>等）协议无关组播－PIMPIM（ProtocolIndependentMulticasting）独立于单播协议（使用任意单播路由），依赖单播协议进行RPF检查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）PIM-DM概述协议无关组播（ProtocolIndependentMulticast）支持所有的单播路由协议:静态路由、RIP、OSPF、IS-IS、BGP，总之了，单播路由是什么都没关系。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适合于……小规模的网络组播用户密集分布的网络PIM-DM转发源192.18.0.32接收者组播数据流PIM-DM剪枝源192.18.0.32接收者组播数据流剪枝消息停发组播数据流123PIM-DM嫁接和嫁接应答源192.18.0.32接收者组播数据流嫁接消息IGMP加入组嫁接应答123剪枝否决（override）MR1MR2源S组播剪枝消息MR3加入消息怎么办，要剪掉我的以太网口吗？？别急，我下面还有成员呢，别剪掉！！PIM-DM状态维护源192.18.0.32接收者组播数据流断言（assert）机制组播数据流10.10.0.1/1610.10.0.3/16断言消息源S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DR当IGMP是版本v1时，DR还作IGMP查询器Hello消息Hello消息PIM-DM配置命令三层交换机上的配置启动组播进程[H3C]multicastrouting-enable

在接口上启动PIM-DM[H3C-VLAN-interface10]pimdm

PIM-DM配置案例VideoServer接入层骨干网全网PIM-DMMultimediaPCPIM-DM配置案例配置VLAN虚接口PIM-DM协议是应用层协议，运行在三层接口上。启动组播路由协议[H3C]multicastrouting-enable

在每个VLAN虚接口上配置PIM-DM[H3C-VLAN-interface10]pimdm第一节组播概述第二节组播实现技术介绍第三节IGMP协议第四节PIM-DM协议第五节PIM-SM协议目录PIM-SM概述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,RendezvousPoint)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这个RP很重要的哩！！DR的选举和转发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地址共享树加入接收者1接收者2IGMP加入源S组播共享树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，创建（*,G）转发项，出接口为接收到加入消息的接口，构建RP到接收者的RPT注册/注册停止和源树加入接收者1接收者2源SRPDR（S,G）注册－单播组播数据流建立（S,G），出接口为空，并将组播数据封装到单播注册报文，然后单播的方式发送到RP收到注册报文后，解封装还原组播报文，依据之前创建的（*,G）从相应的出接口转发注册/注册停止和源树加入接收者1接收者2源SRPDR（S,G）注册－单播组播数据流RP接收到注册报文后，创建（S,G），出接口从（*,G）拷贝，出接口为非空，此时向源方向发送（S,G）加入消息，构建源到RP的SPT（S,G）加入思考：如果RP没有（*,G），也会在第一次从源DR接收到注册时，创建(S,G)?组播源树注册/注册停止和源树加入接收者1接收者2源SRPDR（S,G）注册－单播组播数据流注册停止组播源树提示：注册停止在RP上没有（*,G）时也会触发！！此时RP通过SPT也能收到通样的组播数据流，于是向源DR方向发送注册停止注册/注册停止和源树加入接收者1接收者2源SRPDR组播数据流源DR收到注册停止后，一段时间内不再向RP发送注册注册停止组播源树问题：为什么源DR收到注册停止后是一段时间内不发注册，而不是永远呢?注册/注册停止和源树加入接收者1接收者2源SRPDR（S,G）注册－单播组播数据流RP到组播源端DR的沿途各路由器接收到（S,G）加入消息后，创建（S,G）转发项（S,G）加入注册停止组播源树问题：RP第一次从源DR接收到注册时，会创建(S,G)，为什么?源树和共享树接收者1接收者2源SRP组播共享树组播源树组播数据流源数据流沿源树（SPT）流向RP从RP开始，数据流沿共享树（RPT）流向接收者状态的维护接收者1接收者2源SIGMP加入接受者以IGMP报告响应每隔60s一次的查询报文，从而触发（*,G）加入消息，周期也为60秒，因此该（*，G）转发项一般每隔60秒刷新一次（*,G）加入RPDR状态的维护接收者1接收者2源SIGMP离开剪枝消息当最后的接收者退出组播组后，DR上删除该组播组，并触发（*,G）剪枝消息，到RP沿途的路由器接收到剪枝消息后，删除（*,G）中相关的接口，如果是最后的接口，则删除（*,G）转发项RPDR状态的维护接收者1接收者2源S剪枝消息一旦RP的（*,G）出接口为空，则向源DR方向发送（S,G）剪枝消息，源DR接收到剪枝消息后暂时不再转发组播数据流RPDR状态的维护接收者1接收者2源S（S,G）注册加入消息RPDR咦，这么长时间才来告诉我要加入啊，(S,G)都老化删除了，我找不到源啊？IGMP加入我又想接收刚才离开组播组的组播数据流了！状态的维护接收者1接收者2源S（S,G）注册加入消息RPDR（S,G）因没有组播数据流的刷新而老化删除，此时在RP接收到该组的加入消息就找不到组播源了。因此一般每隔60s，源DR再次会发送注册消息给RP，刷新RP的(S,G），防止被老化删除提示：对“RP上的（S,G）是如何建立和维护“的理解是非常重要的！！共享树向源树切换接收者1接收者2源SRP组播共享树组播源树DR（S,G）加入组播数据流达到一定的阈值后，触发DR向组播源的方向发送(S,G)加入消息新建立的(S,G)构成了SPT树的新分支共享树向源树切换接收者1源SRPDR接收者2组播共享树组播源树RP-bit（S,G）剪枝（S,G）剪枝从非指向源RPF的邻居接收到组播数据流，则向RP发送

(S,G)剪枝消息问题：RP上游的路由器为什么不再向源DR发送剪枝消息了?DRRP收到剪枝后，如果（S,G）下游接口列表为空，则触发剪枝SPT共享树向源树切换接收者1源SRPDR接收者2组播共享树组播源树此时组播数据流沿着唯一的SPT分支流向需要的接收者DRSM和DM中SPT的差别PIM-DM中，组播数据流采用主动扩散机制来构建SPT树PIM-SM中，采用主机显式加入机制构建SPT树虽然构建的树相同，但显然PIM-SM中SPT树更节省带宽，只有需要的主机才主动加入SPT。这也是目前PIM-SM占主流地位的原因。

RP的指定RP是PIM-SM路由协议的核心角色，RP选择的合理与否，决定了PIMSM网络的运行效率。具体方法有两种：在源DR和边缘路由器以及组播将要经过的所有路由器上手工指定RP的IP地址启动BootStrap

协议自动选举BSR概述BSR即“BootStrapRouter”，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。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BSRDown掉，可以切换到另外一个候选RP（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BSR工作机制BSRBSRC-RPAdvertismentC-BSRC-RPC-RPBSR消息一跳一跳向外扩散候选BSR（C-BSR）在一个PIM域中，需要配置一个或多个候选BSR，候选BSR之间通过自动选举，产生自举路由器BSR（BootstrapRouter），BSR负责收集并发布RP信息。Loopback1：10.1.1.1/32①在loopback1上启动PIM-SM，指定loopback1为C-BSR②以自己为BSR，发送自举报文，BSR地址＝10.1.1.1③收到其他路由器的自举报文，比较优先级和IP地址，优先级相同的情况下，较大的IP地址被认为是更好的。交换机上的配置启动组播进程