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课程提纲 组播技术简介MPLSVPN技术简介服务质量保证 QoS 技术简介 课程提纲 组播的基本概念组播地址IGMP IGMPSnooping协议PIM SM协议MBGP MSDP协议 单播 广播与组播 单播 服务器 组播 广播 主机 10 10 1 0 24 单播流量 UnicastTraffic 1 5Mbx100 150Mb 1 5Mbx100 150Mb 1 5Mbx100 150Mb Receiver1 Receiver100 1 5Mbx100 150Mb VideoServer 单播传送为每一个客户端发送一份数据包的拷贝 广播流量 BroadcastTraffic 我根本不希望接收这个视频流 但是我的CPU仍然需要处理这1 5MB的数据 1 5Mb 1 5Mb 1 5Mb 1 5Mb 1 5Mb 1 5Mb 1 5Mb VideoServer 不希望接收业务的主机也必须处理广播流 组播流量 MulticastTraffic 1 5Mb 1 5Mb 1 5Mb 1 5Mb 1 5Mb 1 5Mb VideoServer 组播服务器使用一个特殊的组播地址为多个客户端发送单独一份数据流 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较少的资源需求 网络带宽和主机处理资源要求小基本可保证同步传输可拓展新的应用实现 组播技术的特点 缺点组播应用基于UDP尽最大努力交付无拥塞控制数据包的无序交付安全性 有关概念 组播源 信息的发送者称为 组播源 Source 组播组成员 所有的接收者都是 组播组成员 Receiver 组播组 由所有接收者构成一个 组播组 组播组 不受地域的限制 组播路由器 可以提供组播路由功能的路由器称为 组播路由器 组播路由器不仅提供组播路由功能 也提供组播组成员的管理功能 组播源不一定属于组播组 也就是说其本身不一定是组播数据的接收者 可以同时有多个组播源向同一个组播组发送数据 组播体系结构 组播的体系包括以下四个部分 1 寻址机制 借助组播地址 解决组播信息向哪里发送的问题 2 主机注册 组成员管理 允许接收者主机动态加入和离开某组播组 实现对组播成员的管理 3 组播路由 构建组播报文分发树 即组播数据在网络中的树型转发路径 并通过该分发树将报文从组播源传输到接收者 4 组播应用 组播源与接收者必须安装支持视频会议等组播应用的软件 TCP IP协议栈必须支持组播信息的发送和接收 组播体系结构 主机注册 组成员管理 组成员关系协议包括IGMP 互连网组管理协议 IGMPv1 v2 v3二层组播抑制IGMPSnooping CGMP GMRP RGMP HMVR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 DVMRP MOSPF PIM DM PIM SM CBT 前三个为密集模式 后两个为稀疏模式域间 目前比较成熟的是MBGP MSDP PIM SM 课程提纲 组播的基本概念组播地址IGMP IGMPSnooping协议PIM SM协议MBGP MSDP协议 组播地址 组播数据包的目的地址是特殊的IP地址 称之为IP组播地址 组地址 IP组播地址在网络层解决了如何寻址的问题 但通信最终还要依赖于数据链路层地址 在数据链路层有专门的MAC地址用于组播 组播地址 所有的组播地址都是D类IP地址 224 0 0 0 239 255 255 255知名的D类IP地址 IP地址到MAC地址的映射 通过特定规则 将其转换成特有的预留MAC地址 01 00 5e 00 00 00 01 00 5e ff ff ff 课程提纲 组播的基本概念组播地址IGMP IGMPSnooping协议PIM SM协议MBGP MSDP协议 IGMP 因特网组管理协议 IGMP InternetGroupManagementProtocol 协议是主机与路由器之间的信令协议 定义网络上谁将接收组播业务路由器通过IGMP周期性地查询组播组成员的状况支持两种具体结构的消息结构 查询消息和报告消息IGMP可以使一个主机加入或离开一个组播组主机发送IGMPReport加入一个组播组IGMPv1 主机离开组播组不需要发送任何报告IGMPv2 主机离开组播组需要发送 leave 报告 指定组查询IGMPv3 增加了指定源 组加入功能IGMP报文通过IP数据报进行传输 其IP协议号为2 IGMP有固定的报文长度 8个字节 没有可选数据 IGMP三个版本的比较 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 报告抑制过程 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他成员被抑制不再发送报告 IGMPv2报文格式 Type 类型 0 x11 MembershipQuery0 x16 Version2MembershipReport0 x17 LeaveGroup0 x12 Version1MembershipReportMaxResponseTime 最大响应时间 只在成员查询 0 x11 消息中有意义 指出在发出一个响应报告之前的最大允许时间 以1 10秒为单位 在其它消息中 发送者将该字段设置为0 接收者忽略 GroupAddress 组地址 在成员查询时 如果进行普遍查询 将该字段设置为0 其它情况设置为组地址 无Snooping功能交换机转发组播数据报 交换机如果没有snoop 则组播报文像广播报文一样转发 浪费 我根本不希望接收这个视频流 但是我的CPU仍然需要处理这1 5MB的数据 Receiver Receiver NotaReceiver NotaReceiver 1 5Mb 1 5Mb 1 5Mb 1 5Mb 1 5Mb 二层交换机IGMPSnooping功能实现 1 5Mb 1 5Mb 1 5Mb Receiver Receiver NotaReceiver NotaReceiver IGMPSnooping建立和维护组 CPU 1 2 3 4 5 IGMP报告 IGMP查询 MAC地址 转发表 端口 01 00 5E 135 接收者 接收者 课程提纲 组播的基本概念组播地址IGMP IGMPSnooping协议PIM SM协议MBGP MSDP协议 域内组播路由协议概述 组播路由协议运行在组播路由器之间 用于建立和维护组播路由 组播路由建立了从一个数据源端到多个接收端的无环的数据传输路径 即组播分发树结构 DVMRP 距离矢量组播路由协议 DistanceVectorMulticastRoutingProtocol PIM 协议无关组播 Protocol IndependentMulticast MOSPF 组播开放式最短路径优先 MultiOSPF CBT 基于核心的树 Core BasedTrees SSM 指定信源组播 Source SpecificMulticast 协议无关组播 PIM PIM ProtocolIndependentMulticasting 不依赖于某种具体的IP路由选择协议 仅仅是利用单播路由表来实现RPF检查功能 因此 它能工作在任何可以产生单播路由表的IP路由协议上 包括静态路由 值得强调的是 协议无关并不是指不需要单播路由协议 相反 组播协议必须有单播路由协议的支撑 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 密集模式和稀疏模式 密集模式 DenseMode 通常用于组播成员较为集中 且数量较多 如网络中的大部分用户接收组播 并且有足够带宽的网络环境 比如公司或园区的局域网 因此 DM路由协议默认路由器的几乎每一个接口都有组成员正在接收组播信息 使用采用扩散 剪枝的机制维护组播分发树 组播流量传播到网络中所有的组播路由器 稀疏模式 SparseMode 通常用于组播成员较少 在网络中稀疏分布 网络也没有充足带宽的情况 如广域网环境 在这种环境里将不再适宜采用密集模式协议 因为这将增加路由器的负担和导致网络拥塞 因此 SM路由协议采用选择性地建立和维护分发树的方式 由空树开始 仅当成员显式地请求加入分发树时才做出修改 PIM DM和PIM SM有两个本质的不同点 1 DM不会周期性地发送加入 join 消息 只会明确地触发剪除 prune 和嫁接 graft 消息 2 DM没有集合点 RendezvousPoint RP PIM SM定义了RP 所有的接收者在RP注册 组播业务由RP转发给接收者 RP是一棵共享组播分发树的根 PIM SM 稀疏模式 PIM SM的设计目标保留由接收者初始化组播组成员身份的传统IP组播服务模型 在该模型中 源只是简单地将数据包放在第一跳路由器上 为了接收组播数据 接收者必须要主动通知路由器 保留主机模型不变 PIM SM是一个路由器到路由器的协议 主机不需要升级 但必须在网络中的路由器中启动PIM SM协议 同时支持共享树和源分发树 对于共享树 PIM SM使用汇集点 RP 作为共享树的根 所有组播源将它们的组播数据发送到RP 然后RP通过共享树 将数据包转发给组的所有成员 源分发树则直接将源与接收者相连 每个源均有独立的树 从单播路由表角度看 源分发树可看作是最短路径树 PIM SM可以单独使用任何一种类型的树 也可以同时使用二者 保持独立于特定的单播路由协议 使用软状态机制 以适应不断变化的网络拓扑和动态组播组 软状态 是指除非经过刷新 否则路由器中的状态信息都是短期的 经过一定时间以后就会过期 PIM SM报文格式 PIM消息封装在IP报文中传送 协议号为103 报文格式如图所示 03478151631PIM版本 PIM版本号是2 类型 0 HELLO 1 注册 2 注册 停止 3 加入 剪枝 4 自举 5 断言 6 嫁接 仅用于PIM DM 7 嫁接 应答 仅用于PIM DM 8 备选RP PIM版本 类型 保留 校验和 2020 3 19 31 可编辑 PIM SM工作机制 邻居发现RP发现建立组播分发树组播源注册组播转发RPT向SPT切换 PIM SM邻居发现 PIM路由器周期性的发送HELLO消息 用以发现邻接的PIM路由器 HELLO消息被组播到所有PIM路由器 224 0 0 13 HELLO消息中的保持时间字段 HOLDTIME 向邻居指示本路由器的有效时间 HELLO消息还可以用于选举广播网络 以太网 或多路访问网络 FR 的指定路由器 DR RP发现机制为了使PIM SM正常地工作 在PIM SM域内的所有路由器必须知道RP地址 RP发现机制有两种 一种是静态方法 即RP地址静态地配置于每一台路由器中 一种是标准的自举协议来动态宣告RP消息 军综网采用标准的自举协议 运行自举协议 必须设置候选自举路由器 CandidatebootstraprouerC BSR 和候选会聚点 CandidateRendezvousPointC RP BSR通过自举消息向整个多播域宣告C RP的组地址以及它的优先级 由收到的路由器自己选出RP BSR边界BSR自举 bootstrap 消息沿任何方向都不能通过此边界 PIM域边界有效地将网络分成了多个区域 每个区域都使用不同的RP RP发现机制 组播分发树 distributiontree 在传送组播分组时 指定路由器需要构造一棵连接所有组播组成员的树 根据这棵树 路由器得出转发分组的一条唯一路径 这棵树就称为分发树 由于成员可以动态的加入和退出 分发树也必须动态更新 根据构造方法的不同 分发树分为源分发树 SourceDistributionTree 和共享分发树 SharedDistributionTree 源分发树以组播源为根节点构造的到所有组播组成员的生成树 通常也称为最短路径树 SPT 每个组播源有一个树 共享分发树也称为RP树 RPT RendezvousPointTree 它的构造方法是以RP 称为集合点或中心点 为根节点 由此节点生成包含所有组成员的树 使用共享分发树时 组播源需要首先把组播包发送给集合点路由器 再由这个路由器转发给其他的组成员 每个组播组只有一个树 而不管有多少个源 PIM SM同时支持共享树和源分发树 组播分发树模型 源1192 18 0 32 接收者 接收者 接收者 源1192 18 0 32 接收者 RP 接收者 接收者 这就是SPT 组播数据流 源2192 19 0 32 源2192 19 0 32 组播源注册 单播注册消息 组播数据流 组播源注册机制解决组播源数据如何发送给RP的问题 当组播源的第一跳router收到组播数据后 将整个IP包封装到注册消息中 并以单播的方式将注册消息发向RP RP收到注册消息后 取出里面的组播数据包 再通过组播的方式向接收者转发 组播转发 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 而是进行RPF检查来决定是否转发或丢弃收到的组播包RPF检查的目的是避免环路RPF检查的过程如下 路由器检查到达组播包的源地址 如果组播包是在可返回源地址的接口上到达的 则RPF检查成功 组播包被转发如果RPF检查失败 丢弃组播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 192 18 0 32 RP 进一步观察 RPF检查失败 S1 S0 S2 来自192 18 0 32的组播数据 网段 接口 192 18 0 0 16 168 0 253 0 24 S1 S0 15 15 0 0 16 S2 数据从S0到达 RPF检查失败 路由器丢弃包 进一步观察 RPF检查成功 S1 S0 S2 来自192 18 0 32的组播数据 网段 接口 192 18 0 0 16 168 0 253 0 24 S1 S0 15 15 0 0 16 S2 数据从S1到达 RPF检查成功 路由器转发数据包 组播加入与转发 源192 18 0 32 接收者 组播数据流 RP 加入消息 IGMP加入 1 2 3 4 单播注册消息 剪枝 源192 18 0 32 接收者 组播数据流 RP 剪枝消息 IGMP离开 停止发送组播数据流 状态维护 源192 18 0 32 接收者 RP 接收者 接收者 接收者 加入消息 源192 18 0 32 接收者 RP 接收者 单播注册消息 组播数据流 接收者 接收者 接收者 最短路径树切换 源192 18 0 32 接收者 RP 接收者 单播注册消息 组播数据流 接收者 接收者 接收者 停发组播数据流 SPT加入 RPT剪枝 最短路径树切换 课程提纲 组播的基本概念组播地址IGMP IGMPSnooping协议PIM SM协议MBGP MSDP协议 域间组播路由协议概述 MBGP 多协议BGP Multi protocolBGP MBGP是对域间路由协议BGP的扩展 MBGP不代替任何组播路由协议 同时也不用来交换任何组播路由信息及建立任何一种组播转发树 MBGP仅仅交换单播路由前缀 可以用来进行组播的RPF检查 MSDP 组播信源发现协议 MulticastSourceDiscoveryProtocol MSDP描述了多个PIM SM域互连的机制 MSDP允许不同域的RP共享组播源信息 MSDP要求域内组播协议必须是PIM SM MBGP介绍 MBGP Multi protocolBGP 多协议BGP 由RFC2858定义 由于网络中的一些路由器可能只支持单播不支持组播 也可能按照策略构建不同于单播的路径 组播的网络拓扑和单播拓扑可能不同 为了构造域间组播路由树 除了要知道单播路由信息外 还要知道组播网络拓扑 MBGP通过对域间路由协议BGP的扩展 可以携带组播路由信息 从而实现构造组播网络拓扑 MBGP介绍 续1 可以携带不同类型的路由信息IPV4单播IPV4组播IPV6单播不公告组播状态信息仍然需要PIM去建立组播分布树具有与BGPv4相同的路径选择规则AS Path LocalPref MED 在UPDATE报文中定义了两个新的路径属性MP REACH NLRI 多协议可达 MP UNREACH NLRI 多协议不可达 这两个属性被用于交换不同地址的可达信息 并在BGP更新消息中传送 它们都是可选非过渡属性 即不支持MBGP的路由器可以忽略这两个属性里的信息 不转