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1、第十一章 组播（讲师用PPT）,中国网通（集团）有限公司 2006年12月25日,中国网通运维人员岗位培训丛书数据专业,内部资料 注意保密,目标,掌握组播的基本原理 掌握IGMP协议、PIM 了解域间组播技术 了解组播在VPN中的应用,11.1,11.2,组播技术基本原理,IGMP协议,3,11.3,PIM,域间组播技术,11.4,目录,11.5,组播在VPN中的应用,11.1.1传播方式的比较:单播、广播、组播,11.1组播技术基本原理,如图所示，网络中存在信息发送者Source，UserA和UserC提出信息需求，网络采用单播方式传输信息。,11.1.1传播方式的比较:单播、广播、组播,1
2、1.1组播技术基本原理,如图所示，网络中存在信息发送者Source、UserA和UserC提出信息需求，网络采用组播方式传输信息。,11.1组播技术基本原理,11.1.2 组播的优点和应用,组播的优点 组播的优势主要在于： 提高效率：降低网络流量、减轻服务器和CPU负荷 优化性能：减少冗余流量、节约网络带宽、降低网络负载。 分布式应用：使多点应用成为可能 组播的应用 组播技术有效地解决了单点发送多点接收的问题，实现了IP网络中点到多点的高效数据传送。利用网络的组播特性可以方便地提供一些新的增值业务，包括在线直播、网络电视、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视/音频会议等互联网的信息服务领域。
3、组播的应用主要体现在以下几方面： 多媒体、流媒体的应用 培训、联合作业场合的通信 数据仓库、金融应用（股票）等 任何“点到多点”的数据发布应用,11.1组播技术基本原理,11.1.3组播模型分类,根据IP组播中源和目的的不同，可以分为三种模型，分别是： ASM（Any-Source Multicast） SFM（Source-Filtered Multicast） SSM（Source-Specific Multicast）,11.1组播技术基本原理,11.1.4组播的框架结构,1组播机制构成,2组播地址 如果采用组播方式传输信息，信息源该将信息发往何处？组播报文目的地址如何选取？这些问题简而
4、言之就是组播寻址。,11.1组播技术基本原理,11.1.4组播的框架结构,3IP组播地址,11.1组播技术基本原理,11.1.4组播的框架结构,4以太网组播地址,5组播协议,11.1组播技术基本原理,11.1.4组播的框架结构,4组播组管理协议,5组播路由协议,组播组管理协议IGMP（Internet Group Management Protocol）在接收者主机和组播路由器之间运行，该协议定义了主机与路由器之间建立和维护组播成员关系的机制。,对于ASM模型，可以将组播路由分为域内和域间两大类。,域内PIM：分为DM（Dense Mode）和SM（Sparse Mode）两种模型,域间：MS
5、DP、MPBGP,11.1组播技术基本原理,11.1.5组播报文的转发机制 在组播模型中，IP报文的目的地址字段为组播组地址，组播源向以此目的地址所标识的主机群组传送信息。因此，转发路径上的路由器为了将组播报文传送到各个方位的接收站点，往往需要将从一个入接口接收到的报文转发到多个出接口。与单播模型相比，组播模型的复杂性就在于此。 多实例组播是指在VPN中应用的组播，典型组网如下图：,11.1,11.2,组播技术基本原理,IGMP协议,3,11.3,PIM,域间组播技术,11.4,目录,11.5,组播在VPN中的应用,11.2 IGMP协议,11.2.1 IGMP概述,IGMP（Internet
6、 Group Management Protocol）作为因特网组管理协议，是TCP/IP协议族中负责IP组播成员管理的协议，它用来在IP主机和与其直接相邻的组播路由器之间建立、维护组播组成员关系。,IGMP协议是IP组播在末端网络上使用的主机对路由器的信令机制，分为两个功能部分：主机侧和路由器侧。,到目前为止，IGMP有三个版本： IGMPv1版本（由RFC1112定义） IGMPv2版本（由RFC2236定义） IGMPv3版本（由RFC3376定义）,11.2 IGMP协议,11.2.2 IGMPv1工作机制,IGMPv1协议主要基于查询和响应机制完成组播组管理。在多路由器共享网段上，由
7、三层路由协议选举出唯一的组播信息转发者（Assert Winner或DR），并作为IGMPv1的查询器，负责该网段的组成员关系查询。,11.2 IGMP协议,11.2.3 IGMPv2新增功能,1查询器选举机制 2离开组机制 3对指定组的查询 4最大响应时间,11.2 IGMP协议,11.2.4 IGMPv3改进功能,IGMPv3在继承IGMPv2的基础上进一步增强了主机的控制能力，支持指定源/组功能：主机在加入某组播组G的同时，能够明确的要求接收或不接收某特定组播源S发出的组播信息。,11.2 IGMP协议,11.2.5 SSM Mapping简介,SSM映射是SSM特性的扩展功能，通过在路
8、由器上配置SSM静态映射信息，为配置了IGMPv1或IGMPv2的主机提供支持SSM的功能服务。,11.2.6 多实例的IGMP,“多实例”适用于VPN中的PE路由器。PE上可以同时支持公网实例和多个VPN实例，并在每个实例中运行独立的组播业务，实例间信息隔离。,11.1,11.2,组播技术基本原理,IGMP协议,3,11.3,PIM,域间组播技术,11.4,目录,11.5,组播在VPN中的应用,11.3 PIM,11.3.1 PIM概述,PIM（Protocol Independent Multicast）称为协议无关组播，表示为IP组播提供路由信息的可以是静态路由、RIP、OSPF、IS-
9、IS、BGP等任何一种单播路由协议。组播路由和单播路由协议无关，只要通过单播路由协议能够产生相应组播路由表项即可。 PIM借助RPF（Reverse Path Forwarding）机制实现组播报文转发。RPF机制利用现存的单播路由信息在网络中构建组播转发树。当一个组播报文到达路由器时，首先进行RPF检查。RPF检查通过，则创建相应组播路由表项，从而进行组播报文转发。RPF检查失败，则将该报文丢弃。 为了描述上的方便，我们把由支持PIM协议的组播路由器所组成的网络称为PIM组播域。 ASM（Any-Source Multicast）模型目前包括PIM-DM和PIM-SM两种模式；SSM（Sou
10、rce-Specific Multicast）模型和ASM模型是完全对等的，能够借助PIM-SM的部分技术来实现。,11.3 PIM,11.3.2 PIM-DM和PIM-SM的比较,PIM-DM（Protocol Independent Multicast Dense Mode）称为协议独立组播密集模式，属于密集模式的组播路由协议，适用于小型网络。在这种网络环境下，组播组的成员相对比较密集。 PIM-DM假设网络中的每个子网都存在至少一个组播组的成员，因此组播数据包被扩散到网络中的所有点，与此伴随着相关资源（带宽和路由器的CPU等）的消耗。 PIM-SM（Protocol Independen
11、t Multicast Sparse Mode）称为协议独立组播稀疏模式，属于稀疏模式的组播路由协议，主要用于组成员分布相对分散、范围较广、大规模的网络。稀疏模式默认所有主机都不需要接收组播包，只向明确需要组播包的主机转发。,11.3 PIM,11.3.3 PIM-DM工作机制,PIM-DM的工作过程可以概括为：邻居发现、扩散、剪枝、嫁接阶段、Assert机制。通常，将构建SPT树的过程称为扩散剪枝过程。,1邻居发现 在PIM-DM网络中，组播路由器需要使用Hello消息来发现邻居，并维护邻居关系。,2扩散 PIM-DM假设网络上的所有主机都准备接收组播数据，当某组播源S开始向组播组G发送数据
12、时，路由器接收到组播报文后，首先根据单播路由表进行RPF检查，如果检查通过则创建一个（S，G）表项，然后将数据向网络上所有下游PIM-DM节点转发，这个过程称为扩散（Flooding）；如果没有通过RPF检查，则将报文丢弃。经过这个过程，PIM-DM组播域内每个路由器上都会创建（S，G）表项。,11.3 PIM,11.3.3 PIM-DM工作机制,3剪枝 剪枝过程最先由叶子路由器发起，如下图所示，没有接收者的路由器（例如和UserA相连的路由器）主动发起剪枝过程。,4嫁接 当被剪枝的下游节点需要恢复到转发状态时，该节点使用Graft嫁接消息通知上游节点。,11.3 PIM,11.3.3 PIM
13、-DM工作机制,5Assert机制 在共享网络（如Ethernet）中会出现相同报文的重复发送。例如LAN网段上包含多台组播路由器A、B、C和D，各自都有到组播源S的接收途径。如下图所示。,11.3 PIM,11.3.4 PIM-DM工作机制,PIM-SM的工作过程主要有：邻居发现、DR选举、RP发现、加入、剪枝、注册、SPT切换。 1邻居发现 在PIM-SM网络中，组播路由器需要使用Hello消息来发现邻居，并维护邻居关系，协商协议参数。,2Assert 在共享网络（如Ethernet）中会出现相同报文的重复发送。例如LAN网段上包含多台组播路由器A、B、C和D，各自都有到组播源S的接收途径
14、。如右图所示。,11.3 PIM,3DR选举 借助Hello消息可以为共享网络（如Ethernet）选举DR（Designated Router），DR将作为本网段中组播信息的唯一转发者。无论是和组播源S连接的网络，还是和接收者连接的网络，只要网络为共享媒介则需要选举DR，接收者侧DR向RP发送Join加入消息；组播源侧DR向RP发送Register注册消息。,11.3.4 PIM-DM工作机制,11.3 PIM,4RP发现 RP是PIM-SM域中的核心路由器，在小型并且简单的网络中，组播信息量少，全网络仅依靠一个RP进行信息转发即可，此时可以在SM域中各路由器上静态指定RP位置。但是更多的情
15、况下，PIM-SM网络规模都很大，通过RP转发的组播信息量巨大，为了缓解RP的负担同时优化共享树的拓扑结构，不同组播组应该对应不同的RP。此时需要在网络中配置自举路由器BSR（BootStrap Router），从而应用自举机制动态选举RP。,11.3.4 PIM-DM工作机制,11.3 PIM,5加入 例如接收者为用户B、D和E。当接收者加入一个组播组G时，通过IGMP报文知会与该主机直接相连的叶子路由器，叶子路由器掌握组播组G的接收者信息，然后朝着RP方向往上游节点发送加入组播组的Join消息。如下图所示。,11.3.4 PIM-DM工作机制,11.3 PIM,6剪枝 剪枝过程最先由叶子路
16、由器发起。如果下游组播组成员全部离开，则向上游节点发Prune剪枝消息，通知上游节点不用再转发数据到该分支。上游节点收到Prune剪枝消息后，就将相应的接口从其组播转发表项（S，G）对应的出接口列表中删除。如果这时下游接口列表为空，则删除该转发表项，同时向其上游发送剪枝消息。,11.3.4 PIM-DM工作机制,7注册（Register） 为了向RP通知组播源S的存在，当组播源S向组播组G发送了一个组播报文时，与组播源S直接相连的路由器接收到该组播报文后，就将该报文封装成Register注册报文，并单播发送给对应的RP。如右图所示。,11.3 PIM,8SPT切换 针对特定的源，PIM-SM通过指定一个利用带宽的SPT阈值可以实现将最后一跳路由器(即接收者侧DR)从RPT切换到SPT。,11.3.4 PIM-DM工作机制,9PIM-SM的BSR管理域的基本概念 通常，一个PIM-SM网络内只有一个BSR，由该BSR负责在整个网络内宣告RP-Set集信息，所有组播组的信息都在
