组播路由培训胶片-

IP组播路由协议培训IPMulticastingRoutingProtocolTraining王伯剑IP路由协议高级系列培训——组播路由1培训内容组播介绍组播基础IGMP协议组播路由协议2组播介绍单播(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。3组播介绍组播与单播4组播介绍组播技术的优点增强的效率：控制网络流量，减少服务器和CPU负载优化的性能：消除流量冗余分布式应用：使多点传输成为可能

5组播介绍组播应用基于UDP!!!组播技术的缺点最佳努力交付没有拥塞避免重复数据包的生成数据包的无序交付6组播介绍端到端协议：组播会话协议

可靠组播传输协议

组播安全协议IP/TV服务器IP/TV请求者组播路由协议

IPMulticast-MPLS

IPMulticast-ATM组播地址的管理和分配接入侧协议：IGMP二层组播协议组播隧道技术7组播介绍组播应用音频与视频网多媒体会议数据分发游戏和仿真如：Netmeeting、whiteboard以及Cisco的IPTV等等8组播介绍发展现状IP组播技术90年代初就出现，但是直到现在它的能力才被充分的认识。最近几年MBone获得了快速的发展，但是其规模还不大。作为新技术，IP组播本身还有很多的问题。在Internet的所有成员都使用IP组播之前，还有很长的路要走。9培训内容组播介绍组播基础IGMP协议组播路由协议10组播基础组播地址IP组播地址 224.0.0.0—239.255.255.255 D类地址空间第一个字节的高比特位序=“1110”保留组播地址 224.0.0.0—224.0.0.255 TTL=1 例子224.0.0.1 子网中的全主机224.0.0.2 子网中的全路由器224.0.0.4 DVMRP路由器224.0.0.5 OSPF路由器224.0.0.13 PIM路由器11组播基础用于管理权限的组播地址

239.0.0.0—239.255.255.255专用地址空间类似RFC1918单播地址不用于全球Internet流量用于限制组播传输流量的限制相同的地址可以在不同组播传输的不同位置使用例子站点—本地范围：239.253.0.0/16

机构—本地范围：239.192.0.0/14想象成IP单播的预留地址：10.0.0.0/812组播基础组播MAC地址IP组播MAC地址映射(FDDI和Ethernet)23位25位48位28位32位1110239.255.0.101–00-5e-7f-00-015位丢失13组播基础组播MAC地址IP组播MAC地址映射(FDDI和Ethernet)当心32:1地址重叠32个组播IP地址224.1.1.1224.129.1.1225.1.1.1225.129.1.1..238.1.1.1238.129.1.1239.1.1.1239.129.1.11个组播MAC地址0x0100.5e01.010114组播基础组播分布树单播模型：数据包通过网络沿单一的路径从源主机向目的主机传递组播模型：数据包向任一被组播组地址表示的主机传递；数据包在网络中的传播路径可以用一棵树来描述－－组播分布树组播分布树有两种形式：有源树和共享树15组播基础有源树：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（ShortestPathTree）。最短路径或来源分布树来源1来源2ABDFCE接收者1接收者2符号表示：(S,G)S=来源G=组16组播基础最短路径或来源分布树来源1来源2ABDFCE接收者1接收者2符号表示：(S,G)S=来源G=组17组播基础共享树：同有源树以信息源作根不同，共享树使用放在网络的某些可选择的点的单独的公用树根。这个根常被叫做汇合点RP（rendezvousPoint）共享分布树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18组播基础共享分布树来源1来源2ABD(RP)FCE接收者1接收者2符号表示：(*,G)*=所有来源G=组(RP)PIM汇合点共享树来源树19组播基础组播分布树的特征：有源树：以数据源作为组播分布树的根，对应每个源存在一棵分布树共享树：以网络中的RP作为组播分布树的根，对应每个RP存在一棵树20组播基础单播模型中，转发是基于数据包的目的地址组播模型中，转发的依据是反向路径转发（RPF）组播路由协议的路由项实际应该是转发项，包括：数据源、组地址、入接口以及出接口列表组播转发21组播基础反向路径转发(RPF--ReversePathForwarding)

组播转发组播包的转发不是基于IP包的目的地址的，而是用RPF检查作为决定是否转发和丢弃输入信息包的主要机制。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22组播基础例子：RPF检查组播转发RPF检查失败数据包到达错误接口！来源1组播流151.10.3.2123组播基础进一步观察：RPF检查失败组播转发RPF检查失败!来自151.10.3.21的组播数据包单播路由表NetworkInterface151.10.0.0/16S1198.14.32.0/24S0204.1.16.0/24E0数据包到达错误的接口！丢弃数据包！S0S1E0S224组播基础进一步观察：RPF检查成功组播转发RPF检查成功!来自151.10.3.21的组播数据包单播路由表NetworkInterface151.10.0.0/16S1198.14.32.0/24S0204.1.16.0/24E0数据包到达正确的接口！转发出所有的出接口（沿着分布树）S0S1E0S225组播基础用来穿越不支持组播的网络将组播报文封装在单播报文中（IP-IN-IP）缺点在于需要手工配置组播隧道26培训内容组播介绍组播基础IGMP协议组播路由协议27IGMP协议IGMP协议——因特网组管理协议主机通过IGMP协议将组成员关系报告路由器路由器通过IGMP协议了解直连主机加入组的情况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IGMPV3特殊组播组地址：224.0.0.1和224.0.0.228IGMP协议IGMP协议——组加入加入一个组H1H2H3报告224.1.1.1主机发送IGMP报告，加入组29IGMP协议IGMP协议——定期查询路由器向224.0.0.1发送定期查询每个子网报告每个组的一个成员其他成员抑制报告维护一个组H1H2H3查询报告224.1.1.1抑制224.1.1.1抑制224.1.1.130IGMP协议IGMP协议——组离开（V1）主机安静地离开组路由器发送3个总体查询（60秒）没有收到组的IGMP报告组超时（最糟糕的情况延时=3分钟）离开一个组（IGMPV1）H1H2H3总体查询31IGMP协议IGMP协议——组离开（V2）主机向224.0.0.2发送离开消息路由器向224.1.1.1发送特定组查询大约3秒没有收到IGMP报告组224.1.1.1超时离开一个组（IGMPV2）H1H2H3224.1.1.1离开到224.0.0.2组特定查询224.1.1.132IGMP协议IGMP协议——报文格式IP协议号为2TTL值为1TYPEMaxRepTimeCheckSumGroupAddress0x11路由器发出的组成员查询关系0x12主机发出的版本1的成员加入报告0x16主机发出的版本2的成员加入报告0x17主机发出的组成员离开报告TYPE33IGMP协议IGMP协议——各版本比较34IGMP协议IGMP协议——版本3示意H1希望从S=1.1.1.1，而不是S=2.2.2.2处接收流量使用IGMPV3，可以加入指定源的组中Source=1.1.11Group=224.1.1.1Source=2.2.2.2Group=224.1.1.1R1R2R3H1组224.1.1.1的成员IGMPV3:Join1.1.1.1,224.1.11Leave2.2.2.2,224.1.1.135IGMP协议IGMP协议——路由器上的配置1、启动组播应用RTA（config）#ipmulticast-routing2、模拟主机行为——加入一个组RTA（config-ethernet0）#ipigmpjoin-group224.1.1.13、指定IGMP版本号RTA（config-ethernet0）#ipigmpversion14、显示IGMP接口信息RTA#showipigmpinterfaceethernet036培训内容组播介绍组播基础IGMP协议组播路由协议37组播路由协议协议概述域内组播路由协议DVMRPV#（距离矢量组播路由协议（InternetDraft）PIM-DM（InternetDraft）PIM-SM（RFC2362）MOSPF（RFC1584）其他（CBT，OCBT等）域间组播路由协议38组播路由协议类型密集模式（Dense-mode）使用“PUSH”模型流量在整个网络中溢流在不需要的地方进行剪枝Flood和Prune行为（一般3分钟）例如：DVMRP、PIM-DM稀疏模式（Sparse-mode）使用“PULL”模型流量仅仅被发送到需要它的地方显示/主动的加入例如：PIM-SM39组播路由协议DVMRP（距离矢量路由协议）密集模式协议，包括组播路由和单播路由的实现基于距离矢量类似RIP（周期性交换路由更新）Infinity=32路由更新包括掩码使用单播路由进行RPF检查通过毒性逆转，建立上下游邻居关系使用Flood和Prune操作组播分支的周期性剪枝和嫁接DVMRP报文封装在IP层，利用了IGMP的协议号40DVMRP邻居发现机制——周期性发送Probe报文DVMRP的组播地址：224.0.0.4171.68.37.1171.68.37.21.发送搜索相邻点列表：NULL2.接收对端的搜索3.发送搜索相邻点列表：171.68.37.14.发送搜索相邻点列表：171.68.37.241DVMRP截断广播树的建立针对每个源都有对应的截断广播树路由更新报文的周期性交换毒性逆转——建立上下游的依赖关系上下游的确定是依赖于特定的源网络42DVMRP毒性逆转发送给上游路由器，路由器根据“父接点”接收到该源的流量

m到源网络的路由metric是“N”N针对此源网络的截断广播树来源网ABCDEXY截断广播树使用到源网络的最好DVMRP的Metric建立低的IP地址获胜(IPaddressofD<C B<A）11222331353534333343DVMRPB和C都有通向网络X的路径为了避免重复，只有一个路由器成为网络X的“指定转发器”（DesignatedRouter）拥有最佳度量的路由器被选为“指定转发器”最低的IP地址作为最后的判决条件本例中，C为最佳（因为C的IP地址小于B）网络XABC2211选举DR(DesignatedRouter)转发到多路访问网络44DVMRP(S，G)组播传输数据流扩散——剪枝（FloodandPrune）：初始阶段截断广播树基于DVMRP路径度量2接收者1（组G）来源SABCDEXY1(S,G)组播数据包沿截断广播树的初始溢流45DVMRP扩散——剪枝（FloodandPrune）：剪枝阶段截断广播树基于DVMRP路径度量(S，G)组播传输数据流接收者1（组G）来源SABCDEXY1路由器C是一个叶子节点，因此它发送“(S,G)Prune”消息路由器B修剪接口Prune46DVMRP扩散——剪枝（FloodandPrune）：剪枝阶段截断广播树基于DVMRP路径度量(S，G)组播传输数据流路由器X和Y也是叶子节点，因此它们发送“(S,G)Prune”消息CD接收者1（组G）来源SABEXY1PrunePrune47DVMRP扩散——剪枝（FloodandPrune）：剪枝阶段(S，G)组播传输数据流截断广播树基于DVMRP路径度量现在路由器E是叶子节点，因此它发送“(S,G)Prune”消息路由器D修剪接口ACEXY接收者1（组G）来源SBDPrune48DVMRP扩散——剪枝（FloodandPrune）：剪枝阶段(S，G)组播传输数据流截断广播树基于DVMRP路径度量最终修剪状态ACEXY接收者1（组G）来源SBD49DVMRP嫁接（Graft）(S，G)组播传输数据流截断广播树基于DVMRP路径度量接收者2加入组G，路由器Y发送“Graft(S,G)”消息 ACEXY接收者1（组G）来源SBDGraft接收者2（组G）50DVMRP嫁接应答（Graft-ACK）截断广播树基于DVMRP路径度量(S，G)组播传输数据流路由器E响应一个“Graft-ACK”,发送自己的“Graft(S,G)消息”

ACEXY接收者1（组G）来源SBDGraft接收者2（组G）Graft-ACK51DVMRP嫁接应答（Graft-ACK）截断广播树基于DVMRP路径度量(S，G)组播传输数据流路由器D响应一个“Graft-ACK”,开始转发（S,G）数据包AE接收者2（组G）CXY接收者1（组G）来源SBDGraft-ACK52DVMRPDVMRP隧道(Tunnel)DVMRP路由器DVMRP路由器单播路由器DVMRP隧道172.16.1.0/2410.1.1.0/24.1.2.1.2目的10.1.1.2源172.16.1.1协议4组播报文53DVMRP路由器上的配置1、启动组播进程RTA（config）#ipmulticast-routing2、在接口上启动DVMRPRTA（config-if-ethernet0）#ipdvmrp3、配置DVMRP隧道RTA（config-if-ethernet0）#ipdvmrptunnel*.*.*.*4、修改DVMRP单播路由的metricRTA（config-if-ethernet0）#ipdvmrpmetricin54DVMRPDVMRP的局限性广泛应用在MBONE（正逐步停止使用）上巨大的扩展问题缓慢汇合——RIP类似的行为大量组播传输路由状态信息被存储在路由器中——（S,G）不支持共享树最大跳跃数〈32不适合大规模应用网络由于Flood和Prune行为由于其低劣的可伸缩性55PIM-DMPIM密集模式PIM（protocolindependenetMulticasting）独立于单播协议的实现（使用任意单播路由），依赖单播协议进行RPF检查扩散-剪枝方式建立组播分布树（类似于DVMRP）通过Assert机制修剪冗余的数据流适合于高速网络或者是组播接收点分布密集的网络协议号：103PIM的组地址为：224.0.0.1356PIM-DM邻居发现机制周期性发送Hello报文——建立邻居关系选举DR——当IGMPv1用于接口时，选举查询器171.68.37.2PIM-DMRouter2PIM查询报文PIM查询报文171.68.37.1PIM-DMRouter1IP地址最高者成为本网段的DR57PIM-DM扩散——剪枝过程（FloodandPrune）：初始阶段初始溢流来源1组播流(S,G)在网络中的每个路由器上创建状态58PIM-DM扩散——剪枝过程（FloodandPrune）：剪枝阶段修剪不需要的流量来源1组播流修剪消息59PIM-DM扩散——剪枝过程（FloodandPrune）：剪枝结果修剪后的结果组播流来源1Flood&Prune过程每3分钟重复1次!!!(S,G)状态存在网络中的每个路由器上60PIM-DM扩散——剪枝过程（FloodandPrune）：剪枝否决在多路访问网络中存在ReceiverE0E0E0E1E1RTBRTARTC1.Prune3.JoinS0S1(S,G)Packets2.在我决定要剪枝掉intE0之前，我要等3秒钟，看是否有其他人需要接收(S.G)61PIM-DM嫁接和嫁接应答（GraftandGraft-ACK）ReceiverE0E0E0E1E1RTBRTARTC2.PIMGraftS0S1(S,G)Packets1.IGMPJoin3.PIMGraft-ACK62PIM-DMAssert机制——选举指定转发器（DF）E0S0S0E0进入的组播数据包（成功的RPF检查）

1Assert<distance,metric>Assert<distance,metric>路由器在它们的“offlist”中接收到一个接口上的数据包!!只有一个路由器应当继续发送，以避免重复的数据包路由器发送“PIMAssert”消息比较距离（优先级）和尺度拥有最佳来源路径的路由器获胜如果度量和距离相等，那么最高的IP地址获胜失败的路由器终止发送（修剪接口）63PIM-DM路由器上的配置启动组播进程RTA(config)#ipmulticast-routing在接口上启动PIM-DMRTA(config-if-ethernet0)#ippimdense-mode64PIM-DMPIM-Dm的局限性对小型网络有效优点易于配置——两个命令简单的Flood和Prune机制潜在的问题不足的Flood和Prune行为复杂的Assert机制每个路由器都要维护(S，G)状态不支持共享树65PIM-SMPIM稀疏模式（Sparse-mode）PIM协议支持共享树（RP）通过显式的加入建立组播分布树会合点（RP）的发现和配置适用于接收点比较分散的网络一些机制与DM相同邻居发现机制选举DR的目的与DM有所不同Assert机制66PIM-SM共享树的建立通过周期性的发送加入（Join）和剪枝（Prune）报文来维持共享树共享树的根是RP加入/剪枝报文是目的地址：224.0.0.13的组播报文加入/剪枝报文中的目的地址字段是RP的地址加入/剪枝报文是针对（RP，组地址）对而言加入过程的启动是由DR来完成（DR的用处！！）67PIM-SM显式加入模型接收者RP(*,G)加入共享树仅沿着共享树创建（*,G）状态网络中所有PIM路由器都了解RP68PIM-SM源注册机制（Register）来源接收者RP流量流共享树仅沿着来源树创建（*,G）状态来源树(S,G)注册(S,G)加入单播69PIM-SM源注册停止来源接收者RP流量流共享树（S,G）流量通过来源树开始到达RP来源树(S,G)注册(S,G)注册停止单播单播RP将Register-stop发回第一跳路由器终止注册过程70PIM-SM组播转发树的建立实际上是一棵SPT树加上一棵RP树来源接收者RP流量流共享树来源流量自然地沿着SPT流向RP来源树流量从RP沿着共享树流向接收者71PIM-SM最短路径树切换由DR启动加快组播数据流的接收来源接收者RP流量流共享树上一跳路由器加入来源树来源树新增的（S,G）状态沿着来源树的新部分创建(S，G)加入72PIM-SM最短路径树切换——过程来源接收者RP流量流共享树流量开始沿着来源树的新分支流动来源树新增的（S,G）状态沿着来源树创建，以修剪（S，G）流量(S，G)

RP位剪枝73PIM-SM最短路径树切换——完成缺省行为是检测到组播源之后立刻切换到SPT树来源接收者RP流量流共享树来源树（S,G）流量流现在仅通过来源树的单一分支流向接收者74PIM-SMRP的静态配置硬编码的RP地址使用时，必须在每一台路由器上配置所有的路由器必须拥有相同的RP地址RP一般不可能故障恢复命令ippimrp-address<IPaddress>[group-list<acl>][override]组列表规定组的范围缺省：Range=224.0.0.4/4关键字“override”表示覆盖“Auto-RP”信息缺省：Auto-RP学到的信息优先75PIM-SM自动RP（Auto-RP）所有路由器自动学习RP地址除了在“候选RP”和“映射代理”上之外利用组播分布信息使用两个特殊的IANA分配的组Cisco-RP-Announce:224.0.1.39 接收候选RP的声明Cisco-RP-Discovery:224.0.1.40 接收自动RP映射消息典型的密集模式被用于这些组允许配置备份RP能够与Admin-Scoping配套使用76PIM-SM自动RP机制AEDCBFGRP映射代理C-RPC-RP组播到224.0.1.39的候选RP声明组播到224.0.1.40的RP映射声明77PIM-SM自举机制发现RP（Bootstrap）——BSR选择单一引导路由器（BSR）可以配置多个候选BSR（C-BSR）如果目前选择的BSR发生故障，则提供备份C-RP向BSR发送C-RP宣布C-RP宣布通过单点传送发送BSR将所有C-RP宣布存储在“RP-set”中BSR定期向所有路由器发送BSR消息BSR消息含有BSR的整个RP-set和IP地址消息在整个网络逐跳跃地从BSR溢流所有路由器从RP-set选择RP所有路由器使用相同的选择算法：选择相同的RPBSR不能与管理辖区配套使用78PIM-SM自举机制发现RP（Bootstrap）——C-RP候选RP通过全局配置命令配置ippimrp-candidate<intfc>[group-listacl]向BSR单点传送PIMv2C-RP消息从BSR消息学习BSR的IP地址发送每一个rp-announce-interval（缺省：60秒）C-RP消息含有：组范围（缺省=224.0.0.0/4）候选人的RP地址保持时间=3*<rp-a