組播協(xié)議原理與應(yīng)用

組播協(xié)議原理與應(yīng)用1第1頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月前言

本PPT主要介紹了組播協(xié)議原理和實際應(yīng)用，適用于對組播協(xié)議有一定了解的工程師和網(wǎng)絡(luò)維護人員。2第2頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，您可以掌握如下知識點：組播路由協(xié)議組播在實際工程中的應(yīng)用3第3頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月提綱組播路由協(xié)議組播在實際工程中的應(yīng)用4第4頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月提綱組播路由協(xié)議組播在實際工程中的應(yīng)用5第5頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議為什么需要組播路由協(xié)議?需要接收224.5.5.5的組播數(shù)據(jù)發(fā)送著224.5.5.5的組播數(shù)據(jù)從哪里能夠得到224.5.5.5的組播數(shù)據(jù)如何能夠?qū)?24.5.5.5的組播數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中有需求的地方發(fā)送224.5.5.5的MembershipReport需要一種機制,可以讓組播數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸有接收需求的地方6第6頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議組播路由協(xié)議分類分為域內(nèi)組播路由協(xié)議及域間組播路由協(xié)議域內(nèi)的組播路由協(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PIM-DM,PIM-SM,DVMRP等協(xié)議.我們在園區(qū)網(wǎng)中經(jīng)常使用的域內(nèi)組播路由協(xié)議為PIM-DM和PIM-SM.7第7頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā)ip:192.168.1.1發(fā)送著224.5.5.5的組播數(shù)據(jù)兩個接口都收到了目的地址為224.5.5.5,源地址為192.168.1.1的組播報文查找單播路由表,去往192.168.1.0/24的下一跳接口是S1,于是丟棄從S2收到的組播報文.R1R2R3S1S2重復(fù)的組播數(shù)據(jù)流8第8頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議PIMPIM(ProtocolIndependentMulticasting)獨立于單播協(xié)議,使用任意單播路由協(xié)議進行RPF檢查.與其他的路由協(xié)議不同，PIM不在路由器之間發(fā)送和接收路由更新信息。UDP端口號：103PIM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）PIM-SM（協(xié)議無關(guān)組播-稀疏模式）9第9頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議剪枝與嫁接當(dāng)組播路由器的某個接口RPF檢查失敗時,該路由器會從這個接口發(fā)出一個剪接報文,以通知鄰居路由器不要再向它發(fā)送組播數(shù)據(jù).發(fā)送著224.5.5.5的組播數(shù)據(jù)R1R2R3S1S2RPF檢查失敗所連接的子網(wǎng)內(nèi)沒有接收的需求發(fā)送著224.5.5.5的組播數(shù)據(jù)剪枝消息剪枝消息10第10頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議剪枝與嫁接嫁接報文正好與剪枝報文相反,它是用來通知上游路由器將組播報文轉(zhuǎn)發(fā)給自己.發(fā)送著224.5.5.5的組播數(shù)據(jù)R1R2R3S1S2S1接口down掉所連接的子網(wǎng)內(nèi)無接收的需求發(fā)送著224.5.5.5的組播數(shù)據(jù)嫁接消息所連接的子網(wǎng)內(nèi)有接收的需求嫁接消息11第11頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議PIM-DMPIM-DM用于指導(dǎo)路由器如何將組播數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)接薪M播接收需求的地方.PIM-DM使用推（push）模式將組播數(shù)據(jù)包擴散（flood）到網(wǎng)絡(luò)的每個角落。這種推模式是一種使用蠻力將數(shù)據(jù)包傳送到接收者的方法。如果網(wǎng)絡(luò)中的每個子網(wǎng)都有接收者，那么這種方法是高效的。12第12頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議PIM-DM工作過程擴散并剪枝組播源所連接的子網(wǎng)內(nèi)無接收的需求所連接的子網(wǎng)內(nèi)有接收的需求所連接的子網(wǎng)內(nèi)有接收的需求R1R2R3R5R4R6剪枝置為修剪狀態(tài)pruneds1s2剪枝從兩個接口都收到了組播報文,在S2上做RPF檢查失敗.13第13頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議PIM-DM工作過程嫁接組播源所連接的子網(wǎng)內(nèi)無接收的需求R1R2R3R5R4R6s1s2所連接的子網(wǎng)內(nèi)有接收的需求嫁接14第14頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議PIM-DM工作過程剪枝組播源所連接的子網(wǎng)內(nèi)有接收的需求R1R2R3R5R4R6s1s2所連接的子網(wǎng)內(nèi)有接收的需求所連接的子網(wǎng)內(nèi)有接收的需求所連接的子網(wǎng)內(nèi)無接收的需求確認(rèn)所連接子網(wǎng)內(nèi)沒有接收需求,但還有R6需要從這里接收數(shù)據(jù),因此將不發(fā)送剪枝信息給R2所連接的子網(wǎng)內(nèi)無接收的需求確認(rèn)所連接子網(wǎng)內(nèi)沒有接收需求,因此發(fā)送剪枝信息給R3,同時將相應(yīng)端口置為修剪狀態(tài)收到R5的剪枝消息,將響應(yīng)接口修剪,并確認(rèn)其他接口都沒有接收需求,因此發(fā)送剪枝消息給R1,并將相應(yīng)的接口修剪剪枝剪枝收到R3的剪枝消息,將相應(yīng)的接口修剪15第15頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議SPTPIM-DM采用擴散與剪接的方式來構(gòu)建組播路由表.PIM-DM形成的組播路由表呈現(xiàn)一種樹型結(jié)構(gòu)我們通常稱這種樹型結(jié)構(gòu)為SPT(ShortestPathTree)最短路徑樹組播源R1R2R3R5R4R6R1R2R3R4R6R5組播源16第16頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議SPTSPT是以組播源為根構(gòu)造的從根到所有接收者路徑都最短的分布樹。優(yōu)勢:最短路徑保證轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)時延最小劣勢:路由器必須為每個組播源維護路徑信息,開銷過大.在組播設(shè)計時,如果選用PIM-DM(SPT),那么組播源的數(shù)量、帶寬情況、有組播接收需求的子網(wǎng)分布情況都應(yīng)該成為設(shè)計者考慮的各種因素.17第17頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議組播路由器的組播轉(zhuǎn)發(fā)表項是怎么樣的呢？單播：目的地址->下一跳目的地址下一跳192.168.0.0/241.1.1.1110.112.119.0/242.2.2.24.4.0.0/163.3.3.3組播：組地址->下一跳？在R4上會出現(xiàn)一個組地址有兩個下一跳？組播源R1R2R3R5R4R618第18頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議組播轉(zhuǎn)發(fā)表項的形式組播轉(zhuǎn)發(fā)表項可以簡單地理解為{S，G，入口，出口集合},S代表組播源地址，G代表組播組地址，入口代表離組播源最近的接口（RPF檢查通過的接口）,出口集合代表經(jīng)過PIM協(xié)議計算后沒有被修剪掉的所有接口集合。R1R2R3R4E0E0E0S1S2S2S1E0E1S1S2S，G，E0，{S1,S2}S，G，S1，{E0}S，G，S1，{E0}S，G，E0，{E1}19第19頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議PIM-SMPIM-SM用于指導(dǎo)路由器如何將組播數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)接薪M播接收需求的地方。PIM-SM使用一種拉（pull）模式來傳送組播數(shù)據(jù)包。只有包含活動接收者，并且接收者直接發(fā)送數(shù)據(jù)接收請求的網(wǎng)段才會收到數(shù)據(jù)。20第20頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議PIM-SM工作過程PIM-SM與PIM-DM不同，采用的是一種共享樹的機制。PIM-SM引入了一個非常重要的概念，RP（RendezousPoint），匯聚點。RP的作用：所有的組播源在發(fā)送組播數(shù)據(jù)時，與組播源相連的第一跳路由器都會把組播數(shù)據(jù)發(fā)送給RP，然后再由RP把組播數(shù)據(jù)發(fā)送給有接收需求的路由器，依次類推。21第21頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議PIM-SM工作過程組播源到RPR2R1R3R4R5RP組播源檢測到組播報文，查找組播組G對應(yīng)的RP的IP地址組播組G將收到的組播報文封裝在單播報文中，目的地址為RP的IP地址根據(jù)單播路由表，將注冊報文發(fā)給RP注冊報文22第22頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議PIM-SM工作過程RP在收到單播注冊報文后會做哪些動作呢？當(dāng)RP上沒有存在關(guān)于（*，G）的轉(zhuǎn)發(fā)表項，它將向R6返回一個注冊暫停報文，以通知R6不要再將組播報文封裝在單播報文中發(fā)送，并且也不會建立到組播源的SPTR2R1R3R4R5RP注冊報文注冊報文注冊暫停組播源R6組播組G注冊暫停23第23頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議PIM-SM工作過程RP在收到單播注冊報文后會做哪些動作呢？當(dāng)RP上存在（*，G）的轉(zhuǎn)發(fā)表項，RP將解封裝單播報文，并將組播報文從(*，G)的轉(zhuǎn)發(fā)表項的出口集合中發(fā)送出去。向R6發(fā)送PIM保留信息，以終止R6繼續(xù)發(fā)送單播注冊報文。同時RP還會向源的方向發(fā)送一條（S,G）的加入消息，形成與組播源之間的SPT，按照這個SPT從組播源接收組播數(shù)據(jù)。R2R1R3R4R5RP組播源注冊報文注冊報文加入信息R6組播組G保留信息保留信息加入信息24第24頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議PIM-SM工作過程接收者到RPR2R1R3R4R5RP組播源組播組G接收者創(chuàng)建(*,G)的轉(zhuǎn)發(fā)表項，并將收到MembershipReport的接口加到出口集合中,向RP方向發(fā)出加入報文創(chuàng)建(*,G)的轉(zhuǎn)發(fā)表項，并將收到(*,G)加入報文的接口加到出口集合中,將組播組G的數(shù)據(jù)從出口集合中發(fā)送出去組播組G創(chuàng)建(*,G)的轉(zhuǎn)發(fā)表項,將收到(*,G)加入報文的接口加到出口集合中,向RP方向發(fā)送加入(*,G)報文25第25頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議PIM-SM工作過程完整的PIM-SM過程R2R1R3R4R5RP組播組G接收者創(chuàng)建(*,G)的轉(zhuǎn)發(fā)表項，并將收到MembershipReport的接口加到出口集合中,向RP方向發(fā)出加入(*,G)報文創(chuàng)建(*,G)的轉(zhuǎn)發(fā)表項，并將收到加入報文的接口加到出口集合中,將組播組G的數(shù)據(jù)從出口集合中發(fā)送出去,如果沒有組播組G的數(shù)據(jù),需等待組播源的注冊.組播組G組播源R6組播組G注冊報文保留信息加入信息保留信息注冊報文加入信息注冊暫停注冊暫停檢測到組播報文，查找組播組G對應(yīng)的RP的IP地址將收到的組播報文封裝在單播報文中，目的地址為RP的IP地址根據(jù)單播路由表，將注冊報文發(fā)給RP不存在關(guān)于(*,G)的表項存在(*,G)的表項,向組播源方向發(fā)送注冊保留信息,并向組播源發(fā)送加入消息創(chuàng)建(*,G)的轉(zhuǎn)發(fā)表項,將收到(*,G)加入報文的接口加到出口集合中,向RP方向發(fā)送加入(*,G)報文26第26頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議PIM-SM工作過程剪枝R2R1R3R4R5RP接收者組播源R6組播組G組播組G組播組G不想接收GLeave將收到leave報文的接口從(*,G)的轉(zhuǎn)發(fā)表項中的出口集合中刪除,發(fā)現(xiàn)(*,G)的轉(zhuǎn)發(fā)表項中的出口集合為空,于是向RP方向發(fā)送一個剪枝消息,將自己從共享樹上修剪剪枝消息剪枝消息將收到剪枝消息的接口從(*,G)中刪除,發(fā)現(xiàn)(*,G)的轉(zhuǎn)發(fā)表項中的出口集合為空.向G的組播源發(fā)送剪枝消息.剪枝消息剪枝消息將收到剪枝的接口從(*,G)的轉(zhuǎn)發(fā)表項中的出口集合中刪除,發(fā)現(xiàn)(*,G)的轉(zhuǎn)發(fā)表項中的出口集合為空,于是向RP方向發(fā)送一個剪枝消息,將自己從共享樹上修剪27第27頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議PIM-SM工作過程剪枝R2R1R3R4R5RP接收者組播源R6組播組G組播組G組播組G不想接收GLeave將收到leave報文的接口從(*,G)的轉(zhuǎn)發(fā)表項中的出口集合中刪除,發(fā)現(xiàn)(*,G)的轉(zhuǎn)發(fā)表項中的出口集合為空,于是向RP方向發(fā)送一個剪枝消息,將自己從共享樹上修剪剪枝消息接收者將收到剪枝消息的接口從(*,G)的轉(zhuǎn)發(fā)表項中的出口集合中刪除,發(fā)現(xiàn)(*,G)的轉(zhuǎn)發(fā)表項中的出口集合不為空，于是不向RP方向發(fā)送剪枝消息28第28頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議共享樹PIM-SM形成的組播轉(zhuǎn)發(fā)表通常被成為共享樹結(jié)構(gòu).共享樹的根為RP,RP與組播源形成一個獨立的SPT,網(wǎng)絡(luò)中的所有組播組接收者都以RP為樹根,接收各自的組播數(shù)據(jù),形成一棵共享樹.RPG組播源S…RP到G組播源S的SPTG接收者1G組播接收者1-n都以RP為根G接收者n不同的組播組可以對應(yīng)不同的RP29第29頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議共享樹共享樹的優(yōu)勢和劣勢:優(yōu)勢:每個路由器上需要保存的狀態(tài)數(shù)最少.劣勢:每個組播接收者到組播源的路徑可能不是最優(yōu)的.在組播設(shè)計時,如果選擇PIM-SM作為組播路由協(xié)議的話,那么RP的性能以及位置將成為重要的考慮因素.30第30頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議共享樹到SPT的切換設(shè)定一個閥值,當(dāng)接收到的組播流量超過這個閥值時,路由器會向源發(fā)送一個(S,G)的加入消息,以便要加入這個源的SPT中.R2R1R3R4R5RP接收者組播源R6組播組G組播組G組播組G接收到的組播流量超過設(shè)定的閥值,向G的源S發(fā)送(S,G)的加入消息以建立SPTR4檢測到SPT和共享樹在此分離,于是向RP方向發(fā)送剪枝消息,將自己從共享樹中修剪掉,創(chuàng)建(S,G)轉(zhuǎn)發(fā)表項,向組播源方向發(fā)送加入消息剪枝消息將收到剪枝消息的接口從(*,G)的出口集合中刪除掉31第31頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議RP的產(chǎn)生通過靜態(tài)指定必須在所有的路由器上明確指定RP的地址容易存在單點故障,一旦配置的RP失效,組播將不可用BSR動態(tài)學(xué)習(xí)32第32頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播路由協(xié)議BSR:BootStrapRouterBSR是RP的管理者，由BSR來收集和發(fā)布整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的RP信息。多個候選BSR（CandidateBootstrapRouter，C-BSR）通過自舉報文（BootstrapMessage）選舉產(chǎn)生唯一公認(rèn)的BSR。BSR周期性的向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送BSR信息,以便所有候選RP知道BSR的存在所有侯選RP將自己的信息單播給BSR.BSR定期發(fā)送包含所有候選RP信息的bootstrap報文給所有路由器.所有的路由器根據(jù)相同的HASH算法在本地算出一個RP.33第33頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月提綱組播路由協(xié)議組播在實際工程中的應(yīng)用34第34頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播在實際工程中的應(yīng)用園區(qū)網(wǎng)組播設(shè)計原則:如果需要接收組播的子網(wǎng)很多,分布密集,并且園區(qū)網(wǎng)帶寬資源充足,那么采取的組播路由協(xié)議多為PIM-DM,反之可考慮PIM-SM二層組播設(shè)計多采用IGMPSnoopingSVGL模式35第35頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播在實際工程中的應(yīng)用組播設(shè)計示例SW1SW2SW3SW4312vlan10vlan20212211vlan100PIM-DM應(yīng)用范圍IGMPSnooping應(yīng)用范圍36第36頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播在實際工程中的應(yīng)用組播設(shè)計示例SW3312vlan10vlan201.配置IGMPSnoopingSVGL2.配置路由連接口3.修改上聯(lián)Trunk口的nativevlanipigmpprofile1denyipigmpsnoopingsvglvlan10ipigmpsnoopingsvglprofile1ipigmpsnoopingsvglipigmpsnoopingvlan10mrouterinterfacefastEthernet0/3interfacefastEthernet0/3switchportmodetrunkswitchporttrunknativevlan1037第37頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播在實際工程中的應(yīng)用組播設(shè)計示例SW1SW222111.修改下聯(lián)Trunk口的nativevlan2.在SVGL指定VLAN的三層網(wǎng)關(guān)上啟用PIM3.在與SW2互連的三層接口上起用PIMinterfaceFastEthernet0/2switchportmodetrunkswitchporttrunknativevlan10interfaceVlan10ipaddress192.168.10.1255.255.255.0ippiminterfaceFastEthernet0/1noswitchportipaddress1.1.1.1255.255.255.252ippim4.開啟組播路由功能ipmulticast-routing38第38頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月組播在實際工程中的應(yīng)用組播設(shè)計示例SW1SW222111.修改下聯(lián)Trunk口的nativevlan2.在SVGL指定VLAN的三層網(wǎng)關(guān)上啟用PIMinterfaceFastEthernet0/2switchportmodetru