IP组播技术介绍PPT

1、,IP组播技术介绍,1,2020/7/3,2,2020/7/3,一、组播技术概述,“试想一下，在一个点点对等的Internet上， 假设你用自家的MIC录下的每一句话， 可以被瞬间传递到世界上每个希望接听的用户，这是一件多么奇妙和激动人心的事。 而做到这一切并不需要你拥有强大的服务器，而仅仅一台普通联网PC。”,组播,3,2020/7/3,一、组播技术概述,4,2020/7/3,一、组播技术概述,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(multica

2、st)：“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。,5,2020/7/3,一、组播技术概述,IP组播是介于单播和广播之间的一种分组传送形式，它既不指定明确的接收者，也不是将数据分发给网络上的所有主机。 发送者不关心接收者所处的位置，只要将数据发送到约定的目的地址，剩下的工作就交给网络去完成。这样做的好处在于，发送者只产生一份数据，而不用为每个接收者分别复制一份，而且发送者不必维护接收者的信息。 网络中的路由器设备必须收集接收者的信息，并按照正确的路径实现组播报文的转发和复制。,6,2020/7/3,一、组播技术概述组播的应用,7,2020/

3、7/3,一、组播技术概述组播的特点,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 缺点 组播应用基于UDP 尽最大努力交付 无拥塞控制 数据包重复 数据包的无序交付,8,2020/7/3,一、组播技术概述组播的通信模型,组播四要素： 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,9,2020/7/3,10,2020/7/3,二、组播的实现技术组播体系结构,应用程序/组播地址,主机-路由器协议 (IGMP),域间组播协议(MSDP;MBGP),域内组播协议(PIM; DVMRP),11,2020

4、/7/3,二、组播的实现技术组播MAC地址,IANA将MAC地址范围01:00:5E:00:00:0001:00:5E:7F:FF:FF分配给组播使用； 这就要求将28位的IP组播地址空间映射到23位的组播MAC地址空间中，具体的映射方法是将组播地址中的低23位放入MAC地址的低23位。,12,2020/7/3,二、组播的实现技术组播地址,IP组播地址用于标识一个IP组播组。IANA把D类地址空间分配给组播使用，范围从224.0.0.0到239.255.255.255。,224.0.0.0到224.0.0.255被IANA预留，地址224.0.0.0保留不做分配，其它地址供路由协议及拓扑查找和

5、维护协议使用。该范围内的地址属于局部范畴，不论TTL为多少，都不会被路由器转发； 224.0.1.0到238.255.255.255为用户可用的组播地址，在全网范围内有效。其中232.0.0.0/8为SSM组地址，而其余则属于ASM组地址； 239.0.0.0到239.255.255.255为本地管理组播地址，仅在特定的本地范围内有效，也属于ASM组地址。使用本地管理组地址可以灵活定义组播域的范围，以实现不同组播域之间的地址隔离，从而有助于在不同组播域内重复使用相同组播地址而不会引起冲突。,13,2020/7/3,二、组播的实现技术常用的组播保留地址,14,2020/7/3,二、组播的实现技术

6、树的概念,组播分发树(Spanning Tree)：IP组播数据由源产生后向接收者传递的路径。因为可能存在一组接收者，组播报文每经过一个路由器都可能向着多个方向产生副本，所以这个传递路径就像一个不断生长的树，不断形成分叉。,组播分发树有两种形式： 有源树和共享树,15,2020/7/3,二、组播的实现技术树的概念,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（Shortest Path Tree）。,16,2020/7/3,二、组播的实现技术树的概念,共享树： 来自不同源地址，但目的地址相同的组播

7、报文，在网络中使用同一个分发树转发。这样一个共享树的树根被称为汇聚点RP （Rendezvous Point）或者核心(Core)，相应的树称为RPT或CBT。,17,2020/7/3,二、组播的实现技术逆向路径检查,逆向路径检查(Reversed Path Fordwarding Check)： 组播转发采用一种特殊机制：组播包的转发不是基于IP包的目的地址的，而是用RPF检查决定是否转发和丢弃输入信息包。（对于SPT转发是按照源地址查找；对于RPT转发，使用汇聚点(RP)地址进行查找。 ） 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RP

8、F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,18,2020/7/3,二、组播的实现技术逆向路径检查,S0/0,S0/1,S1/0,接收者,接收者,组播数据包,错误接口到达的组播数据包,RPF检查失败，数据包 从错误接口到达,192.18.0.32,19,2020/7/3,二、组播的实现技术,进一步观察：RPF检查失败,数据从S0/1到达，RPF检查失败，路由器丢弃包,S1/0,来自192.18.0.32的组播数据,S0/1,S0/0,S1/0,20,2020/7/3,二、组播的实现技术逆向路径检查,进一步观察：RPF检查成功,数据

9、从S0/0到达，RPF检查成功，路由器转发数据包,S0/1,S1/0,来自192.18.0.32的组播数据,S0/0,S1/0,21,2020/7/3,二、组播的实现技术二层组播技术snooping,在二层(Layer2)设备下，组播帧是作为广播转发的，这样容易造成组播流风暴，浪费网络带宽，这明显是与组播的思想相驳的。 Snooping的作用便是解决这个问题的，它的工作过程如下: 交换机“窥探”用户主机与路由器之间的交互报文,跟踪组信息及申请的端口。当交换机“窥探”到主机朝路由器发出的IGMP report(请求)报文，交换机便把该端口加入组播转发表中； 当交换机“窥探”到IGMP Leave

10、(离开)报文时，交换机便把该端口从表中删除； 路由器会定时发IGMP Query报文，在收到IGMP Query报文后，如果在一定的时间段内没有收到主机的IGMP Report报文,便把该端口从表中删除。,22,2020/7/3,二、组播的实现技术snooping,1,2,3,4,5,组播？没问题，我已经探取了转发表：,23,2020/7/3,二、组播的实现技术组播转发表,组播转发表： 与单播路由表类似由很多条目(Item)构成，用于记录组播分发树在每个路由器上的状态，指导组播数据的转发。与单播不同的是，因为转发决策复杂，组播转发表项包括比单播更多的信息，比如：入口，出接口表，状态，定时器，上

11、游地址等。RPT和SPT会产生不同的转发表项，不同的源也会产生不同的SPT表项。,组播转发表一般是一个四元组： S，G，IIF，OIFs S： 源IP地址 G： 组IP地址 IIF： 入接口 OIFs： 出接口列表 组播路由一般有三种格式： （*， *， RP） 只匹配RP （*， G） 匹配Group IP （S， G） 同时匹配Source IP和Group IP,24,2020/7/3,二、组播的实现技术组播转发表,S1/0,来自192.18.0.32的组播数据,组播？,S0/1,S0/0,S1/0,1、RPF检查、转发,25,2020/7/3,26,2020/7/3,三、IGMP协议,

12、IGMP（Internet Group Management Protocol）因特网组管理协议是主机与路由器之间唯一信令协议； RFC1112规定了IGMP V1（定义了基本的组成员查询和报告过程） RFC2236规定了IGMP V2（增加了组成员快速离开的机制） RFC3376规定了最新的IGMP V3（增加了成员可以指定接收或指定不接收某些组播源的报文等功能）,27,2020/7/3,三、IGMP协议IGMP v1报文格式,Ver：版本。表明IGMP版本，在IGMP v1中为1。 Type：类型。IGMP类型为1说明是组播路由器发送的组成员查询消息；类型为2说明是主机发送的组成员报告消息

13、。 Unused：未使用。发送时被置为0，接收时忽略此字段。 Group Address：组播组地址。组地址为D类IP地址。在查询消息中组地址设置为0，在报告消息中组地址为要参加的组地址。,28,2020/7/3,三、IGMP协议IGMP v2报文格式,Type：报文类型。包括成员查询；版本1成员报告；版本2成员报告；离开消息。 Max Resp Time：最大响应时间。实际中响应时间是配置值范围（125秒）内的一个随机值。缺省为10秒。 Group Address：组播组地址：在普遍查询中为0.0.0.0；特定组查询和报告消息中为相应的组播地址。,29,2020/7/3,三、IGMP协议IG

14、MP v3报文格式,Type为0 x11表示组成员查询消息,30,2020/7/3,三、IGMP协议IGMP v3报文格式,Type为0 x22表示组成员报告消息,31,2020/7/3,三、IGMP协议IGMP v3报文格式,Group Record格式,32,2020/7/3,三、IGMP协议IGMP中路由器、主机动作 （以IGMPv2为例）,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,33,2020/7/3,三、IGMP协议IGMP中路由器、主机动作 （以IGMPv2为例）,主机发送IGMP Report消息加入某个组,HostA,HostC,HostB,Ethernet

15、,我要加入 225.1.1.1 这个组！,34,2020/7/3,三、IGMP协议IGMP中路由器、主机动作 （以IGMPv2为例）,路由器周期性地向224.0.0.1发送普遍查询,HostA,HostC,HostB,Ethernet,我要查询还 有没有组播 成员？,主机发送特定组(225.1.1.1)的报告,组的其他成员监听到报告后抑制报告发送,35,2020/7/3,三、IGMP协议IGMP中路由器、主机动作 （以IGMPv2为例）,HostA,HostC,HostB,Ethernet,我要离开 225.1.1.1 这个组！,主机向224.0.02发送离开组消息（包含离开的组）,路由器向这

16、个组（225.1.1.1）发送特定组查询,发送两次特定组查询后没有收到响应报告,组225.1.1.1超时（离开）,我要查询该组 还有没有组播 成员？,36,2020/7/3,三、IGMP协议共享网段中的查询器 （以IGMPv2为例）,10.10.0.2/16,10.10.0.1/16,我的IP小，当然 我是查询器！,竞选失败停发查询消息,路由器失效停发查询消息,重新发送查询消息,37,2020/7/3,三、IGMP协议IGMP三版本比较,38,2020/7/3,39,2020/7/3,四、组播路由协议,DVMRPv3 （距离矢量组播路由协议） （Internet草案） 协议无关组播密集模式（P

17、IM-DM）（RFC3973） 协议无关组播稀疏模式（PIM-SM）（RFC 2362） 开放式组播最短路径优先（MOSPF）（RFC 1584） 其它有核树组播路由协议（ CBTv2） （RFC2189）,40,2020/7/3,四、组播路由协议协议无关组播PIM,PIM（Protocol Independent Multicasting）即协议无关组播 独立于单播路由协议，但依赖单播协议发现的路由进行RPF检查，组播协议必须有单播路由协议的支撑 UDP端口号：103 PIM路由器组地址为：224.0.0.13 PIM协议分为： PIM-DM（协议无关组播-密集模式） PIM-SM（协议无关

18、组播-稀疏模式） SSM（指定源组播） Bidir-PIM（双向-协议无关组播）,41,2020/7/3,四、组播路由协议PIM报文格式,PIM版本号最新为2。 PIM报文类型包括： 0 = Hello（Hello消息维护邻居关系） 1 = Register（源向RP注册） 2 = Register-stop（RP到源注册停止） 3 = Join加入/Prune（加入/剪枝） 4 = Bootstrap（BSR/RP 集消息）,5 = Assert（断言消息选择DR） 6 = Graft（DM嫁接） 7 = Graft-Ack（DM嫁接响应） 8 = Candidate-RP-Advertis

19、ement（候选RP通告） 保留字被设为0，接收时忽略。 校验字为16比特。,42,2020/7/3,四、组播路由协议PIM中的基本概念DR,1、指定路由器(DR) 在共享介质的网络上，PIM路由器将通过竞争产生出DR来负责这个网段上的多播协议报文的收发。 DR选举是通过Hello报文的交互完成的。 DR的选举原则： 优先级次序，高优先级获胜； 优先级相同，选接口IP地址最大的作为DR。,Server,Receiver,A,B,C,Join,Join,43,2020/7/3,四、组播路由协议PIM中的基本概念RP,2、汇聚点RP（Rendezvous Point） 在PIM-SM中，为了创建共

20、享树，需要指定一个汇聚点(RP)，作为RPT的根。 RP作为共享树的根，并使组播域中的源在其上进行注册，使接收者知道该域中存在那些源和对应的组播组。 RP的发现机制有两种： 静态指定 动态Bootstrap协议自动选举,44,2020/7/3,四、组播路由协议PIM中的基本概念BSR,3、自举路由器BSR（ BootStrap Router ） 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

21、 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,45,2020/7/3,四、组播路由协议PIM-DM,PIM-DM密集模式 支持所有的单播路由协议: 静态路由、RIP、 OSPF、IS-IS、BGP； 使用逆向路径转发（RPF）机制； 使用PUSH模型，“扩散剪枝”过程，先向网络泛滥(Flood)，

22、然后根据组播组成员关系进行剪枝 (Prune)（循环间隔一般为3分钟）； 使用Assert机制来剪枝冗余数据流； 适合于 小规模的网络； 组播用户密集分布的网络；,46,2020/7/3,四、组播路由协议PIM-DM,邻居发现机制,周期性发送Hello报文发现邻居、建立并维护邻居关系 选举DR（先比优先级，后比IP地址）IP地址最大者成为本网段的DR,Hello消息,Hello消息,47,2020/7/3,四、组播路由协议PIM-DM,扩散剪枝,接收者1,接收者2,源S,我这儿不需要，别再发给我了！,组播数据流,剪枝消息,网络中的每个路由器都创建(S,G)转发项,48,2020/7/3,四、组

23、播路由协议PIM-DM,嫁接和嫁接应答,接收者1,接收者2,源S,我想要了，发给我吧！,组播数据流,嫁接消息,嫁接应答,IGMP加入组,49,2020/7/3,四、组播路由协议PIM-DM,状态的维护？,接收者1,接收者2,源S,50,2020/7/3,四、组播路由协议PIM-SM,PIM-SM稀疏模式（Sparse-mode） 使用PULL模型，“加入剪枝”过程，流量仅仅被发送到需要它的地方； 支持共享树和源树； 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 接收者的DR（同PIM-DM中的DR）为接收者

24、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,51,2020/7/3,四、组播路由协议PIM-SM,网络模型,RP,DR,DR,组播数据流,Hello消息,IP网,源S,接收者,所有的组播流非要经过我这儿不可，知道我重要了吧！,先比优先级，后比IP地址,52,2020/7/3,四、组播路由协议PIM-SM,共享树加入,接收者1,接收者2,IGMP加入,源S,组播共享树,RP,（*,G）加入,接受者到RP（包括RP）的沿途各路由器接收到（*,G）加入消息后，创建（*,G）转发项，出接口为接收到加入消息的接口，构建RP到接收者的RPT,53,2020/7/3,四、组播路由协议PIM-SM,注册/注册停止和源树加