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IP组播技术,内容,为什么组播? 组播编址技术 主机-路由器通告协议- - - - IGMP 组播分发树- - - -SPT 组播转发- - - -RPF 组播路由协议- - - -PIM 组播配置命令 组播配置示例,单播 vs 组播,服务器,路由器,单播方式,服务器,路由器,组播方式,组播的优势,例如: 收听电台广播流 所有的客户端都接收相同的8 Kbps电台广播,提高效率: 控制网络流量，减轻服务器和CPU负荷 优化性能: 减少冗余流量 分布式应用: 使多节点应用成为可能,0,0.2,0.4,0.6,0.8,流量,Mbps,1,20,40,60,80,100,客户端数量,组播,单播,适合于组播的应用,多媒体 流媒体 培训、联合作业场合的通信 视频/音频会议 数据仓库 金融应用（股票） 任何的“单到多”数据发布应用,内容,为什么组播? 组播编址技术 主机-路由器通告协议- IGMP 组播分发树-SPT 组播转发-RPF 组播路由协议-PIM 组播配置命令 组播配置示例,组播编址,一个组播组就是一个IP地址，不表示具体的主机，而是表示一系列系统的集合，主机加入某个组播组 即 声明自己接收某个IP地址的报文。 IP组播组地址 224.0.0.0239.255.255.255 “D”类地址空间 第一个字节的高四位 = “1110” 保留的本地组播组地址 224.0.0.0224.0.0.255 发送报文时 TTL = 1 例如: 224.0.0.1 子网的所有系统 224.0.0.2 子网的所有路由器 224.0.0.4 DVMRP路由器 224.0.0.5 OSPF路由器 224.0.0.6 OSPF指定路由器 224.0.0.13 PIMv2路由器,组播编址,全局范围地址（Globally Scoped Addresses） 224.0.1.0238.255.255.255 用来在组织之间以及跨越互连网进行数据传递 其中232.0.0.0-232.0.0.255范围给SSM(指定信源组播)使用，SSM是PIM协议的扩展，在一对多的组播网络环境中提供了一种有效的数据传输机制。 233.0.0.0-233.0.0.255范围给已经获得自治系统编号的组织的组播使用，具体方法是将某AS号码写成十六进制，分成两个字节，然后再放到233.0.0.0/8的第二，三字节中，这样每个全局AS内就有255个保留的组播地址。 例如对于AS 62010F23AF2.3A242.58233.242.58.0/24 如此在全球范围内233.242.58.0/24预留给自治系统62010使用,组播编址,管理范围地址（Administratively Scoped Addresses） 239.0.0.0239.255.255.255 私有地址空间 类似于RFC1918的单播地址 不能用于Internet全局传输 用于有限范围内的组播传输,组播编址,32 Bits,28 Bits,25 Bits,23 Bits,48 Bits,01-00-5e-7f-00-01,1110,5 Bits Lost,IP组播 MAC地址映射 (FDDI和以太网),239.255.0.1,组播编址,224.1.1.1 224.129.1.1 225.1.1.1 225.129.1.1 . . . 238.1.1.1 238.129.1.1 239.1.1.1 239.129.1.1,0x0100.5E01.0101,相同的组播MAC地址 (FDDI和以太网),32 - IP组播地址,注意存在32 IP - 1 MAC地址重叠,IP组播 MAC地址映射 (FDDI和以太网),内容,为什么组播? 组播编址技术 主机-路由器通告协议- - - - IGMP 组播分发树- - - -SPT 组播转发- - - -RPF 组播路由协议- - - -PIM,IGMP,IGMP的三个标准 RFC 1112 - IGMP版本1 Windows 95支持 RFC 2236 - IGMP版本2（是目前的标准） Windows98后的版本及大多数UNIX系统 IGMP版本3目前仍然是一个草案（draft） draft-ietf-idmr-igmp-v3-03.txt,主机如何告诉路由器组播组成员关系 路由器向直连的所有主机询问组播组成员关系 - 通过IGMP协议：Internet组管理协议,IGMP,IGMPv1 成员身份查询(Membership query) 成员身份报告(Membership report) IGMPv2 成员身份查询(Membership query) 版本1的成员身份报告(Version 1 membership report) 版本2的成员身份报告(Version 2 membership report) 离开组(Leave Group) IGMPv3 版本3的成员身份查询(Version 3 Membership query) 版本3的成员身份报告(Version 3 membership report),IGMP,H1,H2,加入一个组,主机向路由器发送加入组的IGMP报文,IGMP,维护这个组,路由器周期性地向224.1.1.1发送查询,主机发送单个组的报告,组的其他成员监听到报告后抑制报告发送,IGMP,H1,H3,H2,离开组播组(IGMPv1),主机“默不作声”地离开组（不发报告了）,路由器发送3个普遍组查询(间隔60秒),路由器没有收到这个组的IGMP报告,组播组超时（离开） (最大可能延迟= 3分钟),IGMP,主机向224.0.0.2发送离开组消息（包含离开的组）,H1,H3,路由器向这个组（224.1.1.1）发送特定组查询,3秒钟内没有收到该组的报告,组224.1.1.1超时（离开）,H2,离开组播组(IGMPv2),IGMP,IGMPv3: draft-ietf-idmr-igmp-v3-?.txt 其应用仍然在测试阶段 允许主机指定接收某些网络发送的某些组播组， 相比以前的版本，增加了主机的控制能力，不仅可以指定组播组，还能指定组播的源。,内容,为什么组播? 组播编址技术 主机-路由器通告协议- - - - IGMP 组播分发树- - - -SPT 组播转发- - - -RPF 组播路由协议- - - -PIM 组播配置命令 组播配置示例,组播分发树,最短路径树（基于源的分发树）,接收者 R1,B,E,A,D,F,源 S1,组播路由项 (S, G), iif, oiflist S 源地址 G 组地址 iif 入接口 oiifs 出接口列表,C,接收者 R2,源 S2,组播分发树,接收者 R1,B,E,A,D,F,源 S1,C,接收者 R2,源 S2,最短路径树（基于源的分发树）,组播路由项 (S, G), iif, oiflist S 源地址 G 组地址 iif 入接口 oiifs 出接口列表,组播分发树,共享分发树,接收者 R1,B,E,A,D,F,C,接收者 R2,(RP) PIM汇聚点,(RP),组播路由项 (*, G), iif, oiflist * 任何源地址 G 组地址 iif 入接口 oiifs 出接口列表,组播分发树,共享分发树,接收者 R1,B,E,A,F,C,接收者 R2,(RP) PIM汇聚点,共享树,D,(RP),组播路由项 (*, G), iif, oiflist * 任何源地址 G 组地址 iif 入接口 oiifs 出接口列表,组播分发树,源树（最短路径树） 占用内存较多O(S x G)，但路径最优，延迟最小 路由器必须为每个源维护路径信息 共享树 占用内存较少O(G)，路径不是最优的，引入额外的延迟 实现时，设计者必须考虑RP在网络中的位置,不同分发树的特征,内容,为什么组播? 组播编址技术 主机-路由器通告协议- - - - IGMP 组播分发树- - - -SPT 组播转发- - - -RPF 组播路由协议- - - -PIM 组播配置命令 组播配置示例,组播转发,组播路由和单播路由是相反的: 单播路由关心数据报文要到哪里去。 组播路由关心数据报文从哪里来。 组播路由使用 “反向路径转发”机制(RPF, Reverse Path Forwarding) 何谓RPF? 路由器收到组播数据报文后，只有确认这个数据报文是从自己到源的出接口上到来的，才进行转发，否则丢弃报文。 RPF检查 在单播路由表中查找到组播报文源地址的路由 如果该源地址路由的出接口就是组播报文的入接口，RPF成功 否则RPF失败,组播转发,源 151.10.3.21,举例: RPF检查,组播报文,RPF检查失败 报文从错误接口到来!,组播转发,RPF检查失败!,单 播 路 由 表 网络 接口 151.10.0.0/16 S1 198.14.32.0/24 S0 204.1.16.0/24 E0,查看单播路由表: RPF检查失败,E0,S1,S0,S2,S1,组播转发,查看单播路由表: RPF检查成功,RPF检查成功!,单 播 路 由 表 网络 接口 151.10.0.0/16 S1 198.14.32.0/24 S0 204.1.16.0/24 E0,E0,S1,S0,S2,S1,然后才开始向所有出接口 (即分发树的下游)转发,内容,为什么组播? 组播编址技术 主机-路由器通告协议- - - - IGMP 组播分发树- - - -SPT 组播转发- - - -RPF 组播路由协议- - - -PIM 组播配置命令 组播配置示例,组播路由协议,密集模式（Dense-mode） 使用“推”（Push）模型（先给你，可以不要） 组播数据整网络的泛滥（Flood） 下游不想接收的话则剪枝（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（你要了，才给你） 组播数据只发送到有需要的地方 有显式的加入（Join）过程,组播路由协议,目前，主要有4个组播路由协议: DVMRPv3 (草案) DVMRPv1 (RFC 1075)已经废止。 MOSPF (RFC 1584) PIM-DM (Internet草案) PIM-SM V2 (RFC 2362) 其他(CBT, OCBT, QOSMIC, SM, 等等),DVMRP v3,距离矢量组播路由协议-一个较为古老，具有实验性质的协议，现已经不常使用。 密集模式协议 基于距离矢量 类似于RIP 最大32跳 DVMRP依赖自己找回来的单播路由: 进行RPF检查 创建“截断广播树”(TBT, 一种组播分发树型结构) 使用特殊的“毒性逆转”机制 使用泛滥和剪枝机制 组播数据开始时沿TBT向下泛滥 当下游不需要该数据时对TBT枝杈进行剪枝 剪枝每过一定时间超时，重新沿枝杈进行泛滥,MOSPF,对OSPF单播路由协议的扩展 OSPF: 路由器使用链路状态通告来获取整个网络的可用链路信息 MOSPF: 在OSPF链路状态通告中包含组播信息，以此构建组播分发树(每个路由器都维护整个网络的最新拓扑信息) 组成员关系LSA（链路状态通告）向OSPF路由域整网泛滥，这样MOSPF路由器就可以计算出接口列表 使用狄杰克斯特拉算法（Dijkstra algorithm）来计算最短路径树 为每个 (SNet, G) 对都需要单独的计算 与单播路由协议相关，仅在OSPF网络内运行 可伸缩性不好 每个组播(SNet, G)对都需要使用Dijkstra算法进行计算！ 不支持共享树,PIM-DM,协议无关组播（Protocol Independent Multicast） 支持所有的单播路由协议: 静态路由、RIP、IGRP、IS-IS、BGP、OSPF，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,PIM-DM,组播源,初始泛滥,接收者,网络中的每个路由器 都创建(S, G)!,PIM-DM 泛滥与剪枝:,PIM-DM,组播源,剪枝不需要的数据流,接收者,PIM-DM 泛滥与剪枝:,PIM-DM,剪枝之后，看.,组播源,接收者,泛滥和剪枝过程每3分钟 重复一次!,网络中的每个路由器 中仍然保留(S, G)!,PIM-DM 泛滥与剪枝:,PIM-DM,E0,进入路由器的组播数据报文 (RPF检查都成功),E0,S0,S0,计算distance和 metric值 谁到源的路由最优谁获胜 如果distance和 metric相等，IP地址大的获胜 输的就停止转发 (剪枝接口),Assert机制：,PIM-DM,对于小型网络来说非常有效 优势: 易于配置-总共只有两条命令 实现机制简单（泛滥剪枝） 潜在问题. 泛滥剪枝过程不够高效 复杂的Assert机制 控制和数据平面混合 导致网络内部的所有路由器上都有(S, G) 可能会导致非确定性的拓扑行为 不支持共享树,PIM-SM,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, 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（报个到，挂个号） 接收者的DR（直连网络上的负责人）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。（蛮夸张的哦:-)，不过现如今PIM-SM倒真是横扫一切）,PIM-SM,接收者,RP,(*, G) 仅在共享树 沿途建立,接收者加入树:,PIM-SM,接收者,RP,共享树,(S, G)仅在源树 沿途建立,发送者注册:,PIM-SM,接收者,RP,共享树,RP向第一跳路由器发送注册停止（Register-Stop）消息，停止注册过程,数据流从组播源通过 源树到达RP,发送者注册:,PIM-SM,接收者,RP,共享树,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,发送者注册:,PIM-SM,C-RP 通过全局命令配置 ip pim rp-candidate interface-name group-list acl C-RP消息单播至BSR 从BSR消息中获得BSR地址 C-RP通告周期发送 (缺省60秒) C-RP通告消息包括: 服务组范围(缺省 = 224.0.0.0/4) C-RP地址 Holdtime = 3 x ,PIM-SM,BSR即“BootStrap Router”，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BSR Down掉，可以切换到另外一个 候选RP（C-RP）将声明发送到BSR C-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,PIM-SM,BSR 接收C-RP通告消息 接收并存储所有C-RP消息 生成BSR消息 向所有的PIM-Routers (224.0.0.13)组以组播方式发送 ( TTL = 1) 向所有接口发送，一跳一跳地传播开去。 每60秒钟或者发现有RP信息变化时发送 BSR消息包括: BSR的“组-RP”映射 激活BSR地址,PIM-SM,PIM-SM网络,C-RP,C-RP,D,E,G,A,B,C,BSR,PIM-SM,对于稀疏和密集应用都很高效 优势: 数据流仅沿“加入”的分支向下发送 可以根据流量等条件动态地切换到源树 与具体的单播路由协议无关，愿谁谁 域间组播路由的基础 和MBGP、MSDP共同结合使用可以完成跨域的组播,内容,为什么组播? 组播编址技术 主机-路由器通告协议- - - - IGMP 组播分发树- - - -SPT 组播转发- - - -RPF 组播路由协议- - - -PIM 组播配置命令 组播配置示例,组播配置命令,multicast routing-enable 启动组播 multicast minimum-ttl ttl-value 配置组播转发报文的最小TTL值 multicast packet-boundary acl-number 配置组播转发边界 display multicast routing-table 查看组播路由表信息 display multicast rpf-info source-address 查看RPF路由信息 debugging multicast forwarding 打开组播报文转发调试信息开关 mtracert source-address last-hop-address group-address (从本跳路由器开始，按照到组播源的RPF规则，逐跳反向跟踪到直连组播源的第一跳路由器),基本配置与查看命令:,组播配置命令,igmp enable 在当前接口上使能IGMP igmp host-join group-address 配置路由器成为组成员 igmp group-limit limit 配置接口上加入IGMP组的数量限制 display igmp group显示IGMP组播组成员信息 display igmp interface显示接口的IGMP配置和运行信息 debugging igmp all | event | host | packet | timer -打开IGMP调试信息开关,IGMP相关的配置:,组播配置命令,multicast routing-enable 启动组播 igmp enable 在当前接口上使能IGMP Pim 进入PIM视图,配置与PIM相关的全局参数 pim dm 接口上启动PIM-DM协议,PIM-DM配置:,组播配置命令,multicast routing-enable 启动组播 igmp enable 在当前接口上使能IGMP Pim 进入PIM视图,配置与PIM相关的全局参数 pim sm 接口上启动PIM-SM协议 pim bsr-boundary 配置PIM-SM域边界 c-bsr interface-type interface-number hash-mask-len priority -配置候选BSR c-rp interface-type interface-number group-policy acl-number priority priority-value 配置候选RP static-rp rp-address acl-number 配置静态RP,内容,为什么组播? 组播编址技术 主机-路由器通告协议- - - - IGMP 组播分发树- - - -SPT 组播转发- - - -RPF 组播路由协议- - - -PIM 组播配置命令 组播配置示例,组播配置示例,Multicast Source作为组播源，PC 1和PC 2是该组播组的两个接收成员。,PIM-DM示例:,Multicast source,Router A,Router B,Router C,PC1,PC 2,E 2/0/0,E 2/0/0,E 2/0/0,P 1/0/0,P 1/0/0,P 1/0/0,P 1/1/0,组播配置示例,1、A,B,C路由器全局下启动组播: system-view Router multicast routing-enable 2、所有接口上启动PIM-DM Router interface pos 1/1/0 Router-Pos1/1/0 pim dm Router-Pos1/1/0 quit Router interface ethernet 2/0/0 Router-Ethernet2/0/0 pim dm 3、在 router B ,router C 的 E/2/0/0上启动IGMP Router interface ethernet 2/0/0 Router-Ethernet2/0/0 igmp enable,组播配置示例,PC1,PC 2,Router A,Router B,Router C,Router D,P 4/0/0,P 1/0/0,P 1/0/0,P 1