IPv6-组播技术基础

IPv6组播技术基础,内容介绍,第1章组播简介第2章组播协议基础第3章组播协议详述第4章组播配置举例,Page1,什么是组播？,三种传输模型Unicast：一对一的传输模型Broadcast：一对所有的传输模型Multicast：一对一组（多）的传输模型所谓“组”，可以理解为有某个共同特征的对象的集合,Page2,什么是IP组播？,传输模型是针对TCPIP或OSI层次模型中的某一层上讲的，下一层或上一层的模型不影响本层的模型。所谓IP组播或者说3层组播，就是指在IP层看来，传输模型为一对多的模式。,Page3,IP组播的特征,IP组播的特点是：相对于单播传输模型，组播解决了在数据头端进行复制带来的压力问题，同时使得从整个网络的角度观察，数据传输是呈点到多点（而非点到点）的状态。这样，使得节点间的流量模型达到最优状态。相对于广播传输模型，组播利用了网络层协议可以跨越链路层节点的特性，避免了全网进行数据广播引起的复杂模型，同时也降低了数据到达不必要节点而产生的冗余流量。另外，internet明确不支持全网广播。思考：这个特点带来的价值如何？,Page4,Page5,IP组播的用户价值,IP组播对于业务的优势主要体现在：减少服务器负载节约带宽，减少冗余的流量可扩展性，增加更多的接收者，并不会增加网络压力因此，IP组播适合的业务应用包括：视频直播、视频会议、证券市场等,劣势?,Page6,组播IPv6地址,IPv6组播的地址范围：FF00:/8,Flags=|0|R|P|T|最高位为保留R：标记是否为内嵌RP的组播地址P：标记是否是基于单播前缀的组播地址T：标记是否是永久分配的组播地址,Page7,组播IPv6地址,Scope：限制组播组的域范围1：本地接口范围（interface-localscope）2：本地链路范围（link-localscope）4：本地管理域范围（admin-localscope）5：站点范围（site-localscope）8：组织范围（organization-localscope）E：全球范围（globalscope）,Groupid：在一个给定的范围内，永久或临时的组播组地址,IPv6组播MAC地址分配,组播IPv6&Mac地址映射MAC的前两个字节以固定的0X3333填充。MAC的后四个字节以目的IPv6组播地址的后四位填充。,128BitIPaddress,00110011,48bitMACaddress,mapping,00110011,Page8,Page9,单播转发模型,1,3,1,2,3,发送到主机3的报文,DestNextHopOIFH3/32R3Eth0.,单播转发表,发送到主机3的报文,基于IP报文的目的地址进行查找转发表,2,Page10,组播转发模型,基于IP报文的源地址、目的地址进行查找转发表,1,2,3,1,2,3,发送到Group1的报文,SGIIFOIFListH1G1Eth1Eth2、Eth3,组播转发表,发送到Group1的报文,加入Group1,加入Group1,发送到Group1的报文,反向路径转发RPF(ReversePathForwarding),用来检查是否应该接收从某个接口来的某个源组的组播数据报文在转发平面，表现为组播转发表中的入接口项该接口由组播路由协议生成，也被组播路由协议用来构建分发树。,接收者R1,接收者R2,组播源S,Eth0,Eth1,Eth0,Eth1,组播转发表,目的下一跳接口S.Eth0,单播路由表,SGIIFOIFListSGEth0,Page11,组播基本概念小结,在TCPIP的分层架构上理解各层的组播IP组播的特征IP组播的地址分配IP组播转发模型RPF在转发平面的概念,Page12,内容介绍,第1章组播简介第2章组播协议基础第3章组播协议详述第4章组播配置举例,Page13,Page14,组播协议要素,组播通信模型组播协议四要素：源发现接收者发现拓扑发现（组播路由器之间的拓扑、网络单播路由信息）分发树生成,组播协议架构,组播协议主机通信协议组播路由协议域间组播协议组播拓扑分离协议,Page15,组播协议概述,组播协议主机通信协议MLD（v1、v2)，用于了解接口所连接的网络是否有主机要接收某个组或者某个(源，组）的数据组播路由协议域间组播协议组播拓扑分离协议,组播网络,查询,报告,MLD,Page16,组播协议概述,主机通信协议组播路由协议掌握网络拓扑，发现组播源，建立起以组播源为根的或者RP为根的分发树PIM:SM,DM,SSM,BidirPIMDVMRP,MOSPF域间组播协议组播拓扑分离协议,组播网络,组播源,Page17,组播协议概述,组播协议主机通信协议组播路由协议域间组播协议BGMP组播拓扑分离协议,MSDP,组播源A,组播源B,组播自治域APIM-SM,组播自治域BPIM-SM,组播源信息,Page18,组播协议概述,组播协议主机通信协议组播路由协议域间组播协议组播拓扑分离协议组播受单播网络拓扑限制。通过提供一套专门供组播进行RPF检查的单播路由，可以实现组播网络与单播网络拓扑的分离，MBGP组播扩展组播静态路由ISIS、OSPF组播拓扑,组播静态路由,组播网络B,组播网络A,组播网络C,组播网络D,组播源A,MBGP,MBGP,接收者,Page19,协议基础小结,通信四要素四类组播协议协议名称和含义，以及主要功能,Page20,内容介绍,第1章组播简介第2章组播协议基础第3章组播协议详述第4章组播配置举例,Page21,主机通信协议MLD,MLDv1,MLDv2,引入快速离开,引入特定源的加入离开机制,Page22,MLDv1,MLDv1主要机制主机发送组离开消息路由器接收到组离开消息，发送特定组查询，如果没有主机响应，删除组成员信息，停止转发组播数据,FF0E:6组加入报告,FF0E:9组加入报告,路由器发送特定组查询,组FF0E:9离开消息,路由器发送特定组FF0E:9的查询,Page23,MLDv2协议(引入特定源组播机制（SourceSpecificMulitcast,SSM),IS_IN(2001:2)forFF0E:6,IS_EX(2001:4)forFF0E:9,AfterQueryInterval(125sec),SSM=SourceSpecificMulticast,IwantpacketsforGroupFF0E:6butonlyfromsource2001:2,IwantpacketsforGroupFF0E:9fromallsourcesExcept2001:4,MLDv2Router维护特定源的状态发送特定源的查询,对组FF0E:6只有从源2001:2的报文被转发对组FF0E:9除了源2001:4以外的所有源的组播数据被转发,Page24,MLDv2消息类型,主机发送给路由器的消息类型(HosttoRouter),路由器发送的查询消息(RoutertoHost),Page25,MLD小结,MLD的作用MLD版本间的差异现实中的MLD,Page26,组播路由协议PIM-SM（SparseMode）,PIM-SM协议机制显式加入（Explicitjoin）模型可以建立以汇聚点(RendezvousPoint,RP)或者源为根的组播分发树（RP-rootedorSource-rootedMulticastDistributionTree)支持从共享树(RPTree,RPT)到源树(最短路径树，ShortestPathTree,SPT)的切换周期性发送加入/剪枝(Join/Prune)消息维护分发树状态需要额外的RP发现机制(静态RP,BSR-RP,Auto-RP等)PIM-SM特点相对于DM协议，协议状态复杂，但需要更少的带宽，更有效率是目前域间组播最好的协议适用于稀疏分布的接收者模型，广泛应用于IPTV,Page27,PIM-SM常用术语,源（Source)发送组播数据的终端主机或者PC接收者(Receiver)接收组播数据的终端主机或者PC指定路由器(DesignatedRouter,DR)在共享网段上选举优先级最高或者IP地址最大的路由器为DR源DR负责将数据从源转发到RP接收者DR复制将数据从RP转发到接收者,或称作最后一跳DR(Last-HopDR)汇聚点（RendezvousPoint,RP）接收者从这里获取源信息，并且是共享树的根RPT从接收者DR到RP逐跳建立起来的，以RP为根的共享树SPT从接收者DR到源DR建立起来的，以源为根的最短路径树,Page28,PIM-SM协议报文类型,Hello报文发现和维护邻居关系加入/剪枝(Join/Prune)报文发送加入/剪枝消息到上游邻居注册(Register)报文DR封装从组播源来的数据并单播给RP注册停止(Registerstop)报文当在RP上没有接收者或者RP已经从源树接收数据时，由RP单播发送给源DR断言(Assert)报文在共享网段上选出唯一的转发者C-RP通告(C-RPAdvertisement)报文候选RP发送其可以服务的组信息单播发送给BSR自举路由器(BootstrapRouter)报文BSR收集网路内的RP信息，并以RP集(RP-Set)的形式扩散到全网,Page29,PIMSM协议主要工作过程,邻居发现及DR选举通过Hello报文维护邻居关系在共享网段上选举优先级最高和IP地址最大的路由器为DR共享树构建接收者DR向到RP的邻居发送(*,G)加入，并逐跳扩散到RP,形成以RP为根的共享树源DR向RP注册活跃的组播源源DR封装组播源发送的数据并单播给RP数据沿RPT转发RP接收到源DR发送的注册报文，解封装注册报文中的数据，并沿共享树转发该数据RPT到SPT切换接收者DR向到源的邻居发送(S,G)加入，并逐跳扩散到源DR,形成以源DR为根的源树RPT剪枝当接收者DR从源树接收到数据后，向共享树发送(S,G)RPT剪枝消息，剪除从共享树上下来的相同源的组播数据RPT及SPT树的状态维护接收者DR向RPT的邻居周期性发送(*,G)加入和(S,G)RPT剪枝，维护(*,G)加入和特定源的RPT剪枝状态接收者DR向SPT的邻居周期性发送(S,G)SPT加入，维护SPT的加入状态,Page30,RPT树建立过程演示,SendIGMPReport,Send(*,G)JointowardsRP,RP,RPcreate(*,G)entryandaddthisoif,SourceDR,Create(*,G)entryandaddoif,Create(*,G)entryandaddoif,Ihaveareceiver,Iwantdatafrom,G,Senddata,UnicastdatatoRP,Create(S,G)entryandcopyoiffrom(*,G),Create(S,G)entryandcopyoiffrom(*,G),Forwarddata,Forwarddata,Create(S,G)entryandcopyoiffrom(*,G),Send(*,G)JointowardsRP,Forwarddata,Registerintf,在本演示中RP被配置了永不切换到源树,Page31,RPT树建立过程总结,路由器通过MLD了解到某个直连网段有接收者加入某个组播组G接收者DR查找到RP的RPF邻居(即到RP的单播下一跳，并且是PIM邻居)，向其发送（*,G)加入(*,G)沿着从接收者DR到RP的路径逐跳扩散,沿途路由器都创建相应的(*,G)项,将接收到加入的报文的接口加入出接口列表(oif-list)，成为RPT树的节点源DR接收到组播源的数据，封装到注册报文，单播发送给RPRP接收到注册报文，解封装里面的组播数据报文，并沿共享树转发,Page32,RPT到SPT树的切换过程演示,RP,SourceDR,Ihaveareceiver,IwantdatafromG,Senddata,UnicastdatatoRP,Forwarddata,Forwarddata,Create(S,G)entryandaddthisoif,Forwarddata,Send(S,G)JointowardsSource,Send(S,G)JointowardsSource,Addthisoifin(S,G)entry,Forwarddata,Forwarddata,Send(S,G,rpt)prunetowardsRP,Send(S,G,rpt)prunetowardsRP,Send(S,G,)RegisterstoptowardsDR,在本演示中RP被配置了永不切换到源树,Page33,RPT到SPT树切换过程总结,共享树并不一定是到源的最优路径当从RPT上的数据超过配置的阈值时，接收者DR发起从RPT到SPT的切换过程接收者DR查找到源的RPF邻居（即到源的单播下一跳，并且是PIM邻居）并向其发送(S,G)加入(S,G)沿着从接收者DR到源DR的路径逐跳扩散，沿途路由器创建(S,G)项，并将接收到(S,G)加入的接口加入到(S,G)项的出接口列表(oif-list),沿途路由器成为SPT树的节点源DR沿SPT树转发数据接收者DR从SPT树上接收到数据，向到RP的RPF邻居发送(S,G)RPT剪枝消息,数据停止从RPT树上转发,Page34,Assert过程,在共享网段上可能存在多个转发者，会造成数据重复复制，起因可能是到源/RP有并行链路或者RPT和SPT经过同一LAN当路由器从一个下游接口接收到数据时，将其到源/RP路由的优先级和Cost放到Assert消息中发送路由器将接收到的Assert消息中的路由优先级和Cost与自己的比较,优先级最高或者Cost最小的被选为AssertWinnerAssertWinner负责将数据转发到LAN.AssertLoser剪枝自己的下游接口,Page35,状态维护,发送给上游邻居的周期性(S,G)SPTJoin,(*,G)Join和(S,G,RPT)Prune周期性Join刷新上游邻居的下游接口加入状态周期性RPTPrune刷新上游邻居的下游接口的RPT剪枝状态数据报文刷新(S,G)项的超时定时器(Expirytimer),当源不活跃时，超时定时器超时，(S,G)项被删除C-RP周期性单播C-RP-Adv通告给BSRBSR在全网周期性组播BSR消息，刷新所有PIM路由器的RP集(RP-Set)信息,Page36,RP学习机制,1：静态RP，全网手工配置2：BSRRP，手工配置部分设备，其他设备通过BSR协议学习3：AutoRP，手工配置部分设备，其他设备通过AutoRP协议学习（思科私有协议）,Page37,BSR-RP机制演示,BSRMsgs,BSRMsgs,BSR,BSRMsgs,BSRMsgs,PIMV2SparseMode,BSRmessagesfloodedhopbyhop,C-RP,C-RP,C-RPAdvertisement,(Unicast),C-RPAdvertisement,(Unicast),FormRPSetSendBSM,BSRMsgs,BSRMsgs,ForwardBSMonallintf,BSRMsgs,Page38,RP的发现机制BSRRP,BSR-RP是PIM-SM协议RP发现与分发的标准协议BSR在全网分发所有的候选RP与对应服务组的信息，所有PIM路由器缓存RP-Set信息，PIM路由器根据V=Hash(G,M,RP)函数，选择Hash值最大的候选RP为RPRP的负载分担，一个组范围（组掩码）内的每个组可以映射到不同的RP（而Auto-RP一个组范围内的每个组只能有一个RP为其服务)能自适应RP的变化,BSRMsgs,BSRMsgs,BSR,BSRMsgs,BSRMsgs,PIMV2SparseMode,BSRmessagesfloodedhopbyhop,C-RP,C-RP,C-RPAdvertisement,(Unicast),C-RPAdvertisement,(Unicast),Page39,IPv6邻居地址解析,J/P报文：Upstreamneighbor必须是link-local地址Hello报文：源IP为link-local地址Global地址封装为secondaddressRPF检查时，将global地址转换成对应的link-local地址路由器记录每个邻居global地址同link-local地址的对应关系RPF检查时，先查询单播路由表，获取global地址通过global地址得到对应邻居的link-local地址不同接口可能获取具有相同link-local地址的邻居，但对应的global地址并不相同，通过global地址进行映射，就不会产生混淆问题。,Page40,EmbeddedRp,背景：由于MSDP不支持IPv6，Pim域之间无法彼此了解源的信息，所以提出了一个新的解决方案EmbeddedRp。EmbeddedRp是将Rp的地址封装在多播组地址在多播地址中设置一个标志位表示嵌入了Rp将Rp地址封装到多播组地址,Page41,EmbeddedRp,背景：由于MSDP不支持IPv6，Pim域之间无法彼此了解源的信息，所以提出了一个新的解决方案EmbeddedRp。EmbeddedRp是将Rp的地址封装在多播组地址在多播地址中设置一个标志位表示嵌入了Rp将Rp地址封装到多播组地址EmbeddedRp使用基于扩展单播前缀的多播地址表示Rp与组的映射关系,Page42,EmbeddedRp,R=1，表示此多播地址是嵌入了Rp的多播地址。如果R=1时P，T必须也设为1RIID表示Rp的接口IDRIID不可以为0plen为前缀的长度Plen不可以为0或大于64groupID是用户自己分配的32位的组播组ID,flgs,Page43,Anycast-RpusingPIM,IPv4可以通过MSDP实现AnycastRp功能，但MSDP不支持IPv6。IPv6通过Anycast-Rp协议（RFC4610）实现AnycastRp功能。选择一组Router组成Anycast-RpSet。Anycast-RpSet中的每个Router都在环回口上配置相同的Rp地址。每个Router都配置一全网唯一的本地地址同Set内的其他路由器交互。Router收到源DR发送的注册报文后，将该报文发送给Set内的其他Router。发送时需要将源地址改为自身的本地地址，目的地址改为对端Router的本地地址。Set内的所有Router都感知到源的存在。,Page44,PIMSM协议小结,RPRPTSPT,Page45,组播路由协议PIM-SSM（SourceSpecificMulticast）,PIM-SSM协议机制主动加入（Explicitjoin）模型，只保留了SM的SPT树只建立源为根的组播分发树（Source-rootedMulticastDistributionTree)需要MLDv2(IGMPv3)主机的支持或者SSMMappingPIM-SSM特点随着Internet的发展，MLDv2(IGMPv3)+PIM-SSM的组网方式越来越普遍有助于实现组播路由协议平面与组播数据转发平面的分离SSM模型相对于ASM(AnycastSourceMulitcast)模型简单，避免了复杂的RPT建立过程,Page46,PIM-SSM协议演示,Create(S,G)entryandaddthisoif,Forwarddata,Forwarddata,Send(S,G)JointowardsSource,IwantdatafromGfromSourceS,AddthisoiftotheS,Gentry,Hostsubscribetochannel(S,G)IGMPv3,Page47,PIMSSM协议小结,MLDv2SPTonly,Page48,内容介绍,第1章组播简介第2章组播协议基础第3章组播协议详述第4章组播配置举例,Page49,组网图,Page50,网络规划,Page51,基本组播配置（一）,配置各接口的IP地址和单播路由协议过程略使能IPv6组播功能，并在各接口上使能IPv6PIM-SM功能#在RouterA上使能IPv6组播功能，并在各接口上使能IPv6PIM-SM功能。RouterB、RouterC和RouterD上的配置过程与RouterA上的配置相似，配置过程略。RouterAmulticastipv6routing-enableRouterAinterfacegigabitethernet1/0/0RouterA-GigabitEthernet2/0/0pimipv6smRouterA-GigabitEthernet2/0/0quitRouterAinterfacepos2/0/0RouterA-Pos2/0/0pimipv6smRouterA-Pos2/0/0quitRouterAinterfacepos3/0/0RouterA-Pos3/0/0pimipv6smRouterA-Pos3/0/0quitRouterAinterfacepos4/0/0RouterA-Pos4/0/0pimipv6smRouterA-Pos4/0/0quit,Page52,基本组播配置（二）,配置C-RP和C-BSR#在RouterD上配置C-RP，并指定C-RP服务的组地址范围。RouterDaclipv6number2001RouterD-acl6-basic-2001rulepermitsourceff3e:164RouterD-acl6-basic-2001quitRouterDpim-ipv6RouterD-pim6c-rp2004:2group-policy2001#在RouterD上配置C-BSR。RouterD-pim6c-bsr2004:2RouterD-pim6quit,Page53,基本组播配置（三）,在RouterA与Internet相连的接口上配置BSR边界RouterAinterfacepos4/0/0RouterA-Pos4/0/0pimipv6bsr-boun