组播协议原理与应用

组播协议原理与应用1第1页，课件共43页，创作于2023年2月前言

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第2页，课件共43页，创作于2023年2月课程目标通过本课程的学习，您可以掌握如下知识点：组播路由协议组播在实际工程中的应用3第3页，课件共43页，创作于2023年2月提纲组播路由协议组播在实际工程中的应用4第4页，课件共43页，创作于2023年2月提纲组播路由协议组播在实际工程中的应用5第5页，课件共43页，创作于2023年2月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6第6页，课件共43页，创作于2023年2月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PIM-DM,PIM-SM,DVMRP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.7第7页，课件共43页，创作于2023年2月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8第8页，课件共43页，创作于2023年2月组播路由协议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）9第9页，课件共43页，创作于2023年2月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10第10页，课件共43页，创作于2023年2月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11第11页，课件共43页，创作于2023年2月组播路由协议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。12第12页，课件共43页，创作于2023年2月组播路由协议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.13第13页，课件共43页，创作于2023年2月组播路由协议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14第14页，课件共43页，创作于2023年2月组播路由协议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15第15页，课件共43页，创作于2023年2月组播路由协议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16第16页，课件共43页，创作于2023年2月组播路由协议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.17第17页，课件共43页，创作于2023年2月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R1R2R3R5R4R618第18页，课件共43页，创作于2023年2月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}19第19页，课件共43页，创作于2023年2月组播路由协议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。20第20页，课件共43页，创作于2023年2月组播路由协议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，依次类推。21第21页，课件共43页，创作于2023年2月组播路由协议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22第22页，课件共43页，创作于2023年2月组播路由协议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23第23页，课件共43页，创作于2023年2月组播路由协议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24第24页，课件共43页，创作于2023年2月组播路由协议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25第25页，课件共43页，创作于2023年2月组播路由协议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26第26页，课件共43页，创作于2023年2月组播路由协议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27第27页，课件共43页，创作于2023年2月组播路由协议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28第28页，课件共43页，创作于2023年2月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RP29第29页，课件共43页，创作于2023年2月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.30第30页，课件共43页，创作于2023年2月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31第31页，课件共43页，创作于2023年2月组播路由协议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32第32页，课件共43页，创作于2023年2月组播路由协议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.33第33页，课件共43页，创作于2023年2月提纲组播路由协议组播在实际工程中的应用34第34页，课件共43页，创作于2023年2月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IGMPSnoopingSVGL模式35第35页，课件共43页，创作于2023年2月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36第36页，课件共43页，创作于2023年2月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nativevlanipigmpprofile1denyipigmpsnoopingsvglvlan10ipigmpsnoopingsvglprofile1ipigmpsnoopingsvglipigmpsnoopingvlan10mrouterinterfacefastEthernet0/3interfacefastEthernet0/3switchportmodetrunkswitchporttrunknativevlan1037第37页，课件共43页，创作于2023年2月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-routing38第38页，课件共43页，创作于2023年2月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PIMinterfaceFastEthernet0/2switchportmodetru