組播成員和組播路由

1、組播和組播路由(2007-03-09 15:08:38) 組播體系結(jié)構(gòu)組播協(xié)議分為主機(jī)-路由器之間的組成員關(guān)系協(xié)議和路由器-路由器之間的組播路由協(xié)議。組成員關(guān)系協(xié)議包括IGMP(互連網(wǎng)組管理協(xié)議)。組播路由協(xié)議分為域內(nèi)組播路由協(xié)議及域間組播路由協(xié)議。域內(nèi)的組播協(xié)議又分為密集模式與稀疏模式。域內(nèi)組播路由協(xié)議主要使用PIM-SM，PIM-DM，DVMRP協(xié)議-組播路由協(xié)議分類按照單播路由一樣，組播路由也分為域內(nèi)和域間兩大類-域內(nèi)組播路由協(xié)議通過發(fā)現(xiàn)組播源并構(gòu)建組播分發(fā)樹，將信息傳遞到接收者DVMRP、MOSPF、PIM-DM和PIM-SM-域間組播路由協(xié)議需要一種機(jī)制能發(fā)現(xiàn)其他組播域內(nèi)的組播源解決

2、：MSDP（組播路由發(fā)現(xiàn)協(xié)議）組播路由信息如何在自治系統(tǒng)之間傳遞解決：MBGP（多協(xié)議邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議，MPGP在組播里面并不傳播任何組播狀態(tài)信息，也不建立任何的組播樹，它在組播里的作用就是可以把單播的路由前綴信息分發(fā)到不同的自治字段從而讓組播可以跨字段完成逆向路徑擴(kuò)散算法檢查（RPF CHECK）。 把MBGP用在組播場合時，MBGP的M被理解為組播，而不是多協(xié)議）-組播MAC地址：以太網(wǎng)：   01-00-5e-xx-xx-xx-IP地址到MAC地址的映射存在當(dāng)?shù)?層IP地址映射成第2層MAC地址時導(dǎo)致32:1的地址重復(fù)問題。-組播轉(zhuǎn)發(fā)逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā)(RPF- Reverse

3、 Path  Forwarding),避免路由環(huán)路組播包的轉(zhuǎn)發(fā)不是基于IP包的目的地址的，而是用RPF檢查決定是否轉(zhuǎn)發(fā)和丟棄輸入信息包RPF檢查的過程如下：路由器檢查到達(dá)組播包的源地址，如果信息包是在可返回源站點的接口上到達(dá)，則RPF檢查成功，信息包被轉(zhuǎn)發(fā)如果RPF檢查失敗，丟棄信息包對組播包源地址的檢查是通過查詢單播路由表來實現(xiàn)的-IGMP因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP中路由器、主機(jī)動作:主動報告加入組,普遍查詢,響應(yīng)報告,離開組消息,指定組查詢-IGMP的用途IGMP協(xié)議是主機(jī)跟路由器之間的控制協(xié)議主機(jī)通過IGMP協(xié)議向組播路由器報告自己想加入的組路由器通過IGMP協(xié)議查詢網(wǎng)段上是否還

4、有特定組的成員-IGMP V1查詢與響應(yīng)過程IGMP查詢器周期性地向共享網(wǎng)段內(nèi)所有主機(jī)以組播方式（目的地址為224.0.0.1）發(fā)送普遍組Query查詢消息；在IGMPv1版本中，查詢器的選擇由組播路由協(xié)議決定；網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有主機(jī)都接收到該查詢消息，只要某主機(jī)（如PC1、PC2和PC3）對任意組播組G感興趣，則以組播方式發(fā)送Report報告（其中攜帶組播組G的地址），來宣告自己將加入該組播組，假設(shè)PC2首先發(fā)送此報告；網(wǎng)絡(luò)中所有主機(jī)和路由器都接收到該Report報告，并獲知組播組G地址信息，此時網(wǎng)絡(luò)中其它也打算加入該組播組G的主機(jī)PC1和PC3將不再發(fā)送針對相同組播組的Report報告，即報告被抑

5、制；經(jīng)過查詢/響應(yīng)過程后，IGMP路由器了解到本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存在組播組G對應(yīng)的接收者，生成（*，G）組播轉(zhuǎn)發(fā)項并依次作為組播信息的轉(zhuǎn)發(fā)依據(jù)；組播源發(fā)出的數(shù)據(jù)經(jīng)過組播路由到達(dá)IGMP路由器，如果IGMP路由器所連接的網(wǎng)絡(luò)中有接收者，組播數(shù)據(jù)則轉(zhuǎn)發(fā)到該網(wǎng)段，接收者主機(jī)獲得該數(shù)據(jù)。-報告抑制過程路由器定期發(fā)送查詢子網(wǎng)中每個組只有一個成員發(fā)送響應(yīng)報告,當(dāng)主機(jī)收到查詢消息并不立即發(fā)送響應(yīng)報告，而是啟動定時器，延時一個隨機(jī)長短的時間才發(fā)送響應(yīng)報告。其它成員被抑制不再發(fā)送報告-IGMP V2查詢器選擇過程路由器啟動，主動發(fā)出到所有組播系統(tǒng)組（224.0.0.1）的IGMPv2常規(guī)查詢信息。收到常規(guī)查詢信息的路由器

6、，會把此信息的源IP地址和接收口的IP地址作比較，擁有最低IP地址的路由器被選舉為IGMP查詢路由器。非查詢路由器啟動一個查詢計時器，周期檢查IGMP查詢路由器的狀態(tài)，默認(rèn)為250秒-IGMP SnoopingIGMP Snooping運(yùn)行在鏈路層，是運(yùn)行在二層以太網(wǎng)交換機(jī)上的組播約束機(jī)制，用于管理和控制組播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā);當(dāng)二層以太網(wǎng)交換機(jī)收到主機(jī)和路由器之間傳遞的IGMP報文時，IGMP Snooping分析IGMP報文所帶的信息 ： -當(dāng)監(jiān)聽到主機(jī)發(fā)出的IGMP主機(jī)報告報文時，交換機(jī)就將該主機(jī)加入到相應(yīng)的組播MAC地址表中 -當(dāng)監(jiān)聽到主機(jī)發(fā)出的IGMP離開報文時，交換機(jī)就將

7、刪除與該主機(jī)對應(yīng)的組播MAC地址表中通過不斷地監(jiān)聽IGMP報文，交換機(jī)就可以在二層建立和維護(hù)組播MAC地址表，交換機(jī)就可以根據(jù)組播MAC地址表轉(zhuǎn)發(fā)從路由器下發(fā)的組播報文-IGMP三個版本的比較IGMPv3不僅支持IGMPv1版本的普遍組查詢，支持IGMPv2版本的特定組查詢，而且支持IGMPv3版本的指定源/組查詢-組播分發(fā)樹組播分發(fā)樹的兩個基本類型：源樹共享樹源樹是指以組播源作為樹根，由組播源到用戶間的最短路徑構(gòu)成，也稱為最短路徑樹（shortest path tree，SPT）。對于一個組播組，組播路由器要為任何一個向該組發(fā)送報文的組播源建立一棵樹。共享樹以網(wǎng)絡(luò)上某特定節(jié)點為公用根，該節(jié)點

8、到所有接收者的最短路徑結(jié)合起來構(gòu)成共享樹。使用共享樹時，對應(yīng)一個組播組，網(wǎng)絡(luò)中只有一棵樹。所有的組播源和接收者都使用這棵樹來收發(fā)報文，組播源先向樹根（RP rendezvous point 集合點、約會點）發(fā)送數(shù)據(jù)報文，報文從RP向下轉(zhuǎn)發(fā)到所有的接收者。RPF檢查根據(jù)樹的種類進(jìn)行：使用共享樹進(jìn)行數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)發(fā)時，使用RP地址作為檢測地址。使用源路徑樹進(jìn)行數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)發(fā)時，使用組播源地址作為檢測地址。-協(xié)議無關(guān)組播PIMPIM（Protocol Independent Multicasting）獨立于單播協(xié)議（使用任意單播路由），依賴單播協(xié)議進(jìn)行RPF檢查UDP端口號：103，PIM協(xié)議報文基于UD

9、P協(xié)議。PIM路由器組地址為：224.0.0.13PIM協(xié)議分為：PIM_DM（協(xié)議無關(guān)組播_密集模式）使用SPT，對規(guī)模較小的局域網(wǎng)非常有效PIM_SM（協(xié)議無關(guān)組播_稀疏模式sparse）使用RP，適合大規(guī)模企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，對于稀疏和密集應(yīng)用都很高效，和MBGP、MSDP共同結(jié)合使用可以完成跨域的組播-PIM-DM剪枝如果路由器所有出接口上都沒有接收者，它將清空轉(zhuǎn)發(fā)項的出接口列表，并向其RPF上游發(fā)送剪枝消息，以使組播數(shù)據(jù)不再流向本路由器。但是這種狀況只能維持一段時間，在經(jīng)過一段時間后，上游路由器重新將該出口添加到轉(zhuǎn)發(fā)項出接口列表中，組播數(shù)據(jù)又能流向先前被剪枝的下游路由器，然后，下游路由器再發(fā)起

10、剪枝，周而復(fù)始，這個過程稱為擴(kuò)散-剪枝。-PIM-DM嫁接和嫁接應(yīng)答當(dāng)路由器需要接受組播數(shù)據(jù)時，不用等待下一個擴(kuò)散-剪枝周期，而是發(fā)送嫁接消息，要求自己添加到出接口列表中。-斷言（assert）機(jī)制當(dāng)共享網(wǎng)段上，有多個路由器向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送組播數(shù)據(jù)包時，共享網(wǎng)段上將收到重復(fù)的數(shù)據(jù)包，怎么辦？斷言機(jī)制解決這個問題。-鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制周期性發(fā)送Hello報文發(fā)現(xiàn)鄰居、建立并維護(hù)鄰居關(guān)系選舉DR借助Hello消息可以為共享網(wǎng)絡(luò)（如Ethernet）選舉DR，（先比優(yōu)先級，后比IP地址）IP地址最大者成為本網(wǎng)段的DR當(dāng)IGMP是版本v1時，DR還作IGMP查詢器-RP在PIM-SM組播網(wǎng)絡(luò)里，擔(dān)當(dāng)共享樹的樹根

11、的節(jié)點被稱為RP-RP的作用共享樹里所有組播流都通過RP轉(zhuǎn)發(fā)到接收者RP可以負(fù)責(zé)幾個或者所有組播組的轉(zhuǎn)發(fā)，所以網(wǎng)絡(luò)中可以有一個到多個RP （負(fù)責(zé)不同的組播組）-如何發(fā)現(xiàn)RP在DR和葉子路由器以及組播數(shù)據(jù)流將要經(jīng)過的所有路由器上手工指定RP的IP地址啟動BootStrap 協(xié)議，利用自舉機(jī)制來動態(tài)選舉RP-RP的選擇RP是PIM-SM域中的核心路由器，在小型并且簡單的網(wǎng)絡(luò)中，組播信息量少，全網(wǎng)絡(luò)僅依靠一個RP進(jìn)行信息轉(zhuǎn)發(fā)即可，此時可以在SM域中各路由器上靜態(tài)指定RP位置。但是更多的情況下，PIM-SM網(wǎng)絡(luò)規(guī)模都很大，通過RP轉(zhuǎn)發(fā)的組播信息量巨大，為了緩解RP的負(fù)擔(dān)同時優(yōu)化共享樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不同組

12、播組應(yīng)該對應(yīng)不同的RP，此時就需要自舉機(jī)制來動態(tài)選舉RP，此時需要配置自舉路由器BSR（BootStrap Router）。-BSRBSR是PIM-SM網(wǎng)絡(luò)里的管理核心，負(fù)責(zé)收集網(wǎng)絡(luò)中Candidate-RP（C-RP，報考RP）發(fā)來的Advertisement宣告信息，然后將為每個組播組選擇部分C-RP信息以組成RP-Set集（即組播組和RP的映射數(shù)據(jù)庫），并發(fā)布到整個PIM-SM網(wǎng)絡(luò)，從而網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有路由器（包括DR）都會知道RP的位置。一個網(wǎng)絡(luò)（或某管理域）內(nèi)部只能選舉出一個BSR，但可以配置多個Candidate-BSR（C-BSR）。這樣，一旦BSR發(fā)生故障后，其余C-BSR能夠通過

13、自動選舉產(chǎn)生新的BSR，從而確保業(yè)務(wù)免受中斷。同樣，一個PIM-SM域內(nèi)也可以配置多個C-RP，由BSR機(jī)制計算出和每個組播組對應(yīng)的RP。-PIM-SM轉(zhuǎn)發(fā)與加入路由器收到組播報時，然后創(chuàng)建轉(zhuǎn)發(fā)項，轉(zhuǎn)發(fā)項的入接口是根據(jù)單播路由指向源（實際的數(shù)據(jù)源或RP），但是出接口為空（PIM-SM先是假設(shè)網(wǎng)絡(luò)上沒有要接受組播的主機(jī)）。有主機(jī)想加入組的時候，主機(jī)向DR發(fā)送IGMP加入，DR接收到IGMP加入后，就在該組轉(zhuǎn)發(fā)項出接口列表中添加接收到IGMP加入的接口。如果DR出接口列表從空變成非空，則向其RP發(fā)送加入消息，沿途所有路由器就會將收到加入消息的接口添加到處接口列表中，如果沿途路由器的轉(zhuǎn)發(fā)表項從空變成非空，則路由器也向RP轉(zhuǎn)發(fā)該加入消息。如果路由器轉(zhuǎn)發(fā)項不為空，則路由器只是在出接口列表中添加收到消息的接口。-PIM-SM剪枝當(dāng)主機(jī)不再希望收到組播數(shù)據(jù)的時候，主機(jī)就向DR發(fā)送IGMP離開消息，DR收到IGMP離開消息后就將接收到該消息的接口從出接口列表中刪除，如果出接口列表從非空變?yōu)榭?，DR將向RP發(fā)送剪枝消息，上游路由器收到剪枝消息后，也將受到該消息的接口從出接口列表中刪除，當(dāng)其出接口從非空變?yōu)榭諘r，上游路由也向RP發(fā)送剪枝消息。（剪枝的過程和加入的過程正好相反，剪枝的時候，消息從主機(jī)一直到RP，加入的時候消息從RP到主機(jī)，判斷路由器是否向RP發(fā)送加入或剪枝消息的依據(jù)是路由器的出接口列表