Page0,修訂記錄,本頁不打印,組播協議及組網介紹,Page2,前言,IPTV端到端應用和其他基于IP的業務相比，從協議的角度主要是增加了對組播協議的要求組播協議相對已經廣泛應用的單播協議存在很多不同，是IPTV項目實施和維護的難點,Page3,關于本課程,本課程主要內容：常用組播協議原理的介紹（PIMSM、IGMP、IGMP-Proxy、IGMP-Snooping）典型的組網的分析,Page4,培訓目標,學完本課程后，您應該能掌握：PIMSM網絡的基本原理規劃主要考慮因素IGMP的交互過程IGMP-ProxyIGMP-Snooping的基本場景,Page5,目錄,IPTVE2E解決方案中所使用的組播特性簡介組播基礎組播分發樹IGMP原理IGMP-ProxyIGMP-Snooping介紹PIM,Page6,AllocateIPbasedonOption60/61/82,NPE,IPCore,HOME,Service,Access,BackboneCORE,POP,Aggregation,BRAS,Metro-E,PC,SIPPhone,STB,ONU,Splitter,OLT,IPTVCentralnode,IPTVEdgenode,GPON/Fiber,IPTVMedia/Upgrade,IPTVSignal,IPTVMulticast,IPTVMedia,IPTVSignal,EPE,S93,ObtainIPusingDHCPInsertOption60InsertOption61IGMP,InsertOption82Igmpproxy/snooping.,DHCPServer,NPE,BRAS,SR,DSLAMMSAN,PC,SIPPhone,STB,HG,RJ11,DHCPRelay.,IPTVE2E解決方案常用組播特性簡介,IgmpsnoopingMPLSLDP/TEBFDForx,IGMPsnooping,PIMSM/SSMMPLSLDP/TEL3VPN.,OSPFVRRPIGMPPIMIGMPSnoopingLACPEth-Trunk,HRPVRRP,各層次的組播特性是IPTV方案常見的難點可以承載單播的網絡不一定能承載組播,Page7,目錄,IPTVE2E解決方案中所使用的組播特性簡介組播基礎組播分發樹IGMP原理IGMP-ProxyIGMP-Snooping介紹PIM,組播原理-組播基本概念,Page8,10,組播概念：網絡中點到多點的通信形式，通過報文復制完成網絡中點到多點的高效數據傳送。減少不必要的報文傳輸，把報文復制盡可能的放在離接收者最近的網絡節點來完成。,組播原理-為什么需要組播VS單播,Page9,提高效率:控制網絡流量，減輕服務器和CPU負荷優化性能:減少冗余流量分布式應用:使多節點應用成為可能,組播原理-為什么需要組播VS廣播,Page10,廣播不能跨網段，網段內所有設備都能收到廣播（帶寬浪費）,網段內所有設備都會處理廣播，有需要的設備處理組播，網絡設備按需進行組播轉發,討論：你覺得哪些應用可以使用組播？,多媒體流媒體遠程培訓視頻/音頻會議網絡游戲金融應用（股票）任何的“單到多”數據發布應用,Page11,使用D類IP地址地址范圍224.0.0.0239.255.255.255,？判斷組播報文的目的地址必須為組播地址，源地址為單播地址。（對？錯？）,組播原理-組播編址,Page12,組播原理-組播地址分類,Page13,組播原理-組播地址分類,永久組地址：IANA為路由協議預留的組播地址，用于標識一組特定的網絡設備（也稱為保留組播組）。永久組地址保持不變，組成員的數量可以是任意的，甚至可以為零。臨時組地址：為用戶組播組臨時分配的IP地址，組成員的數量一旦為零，即取消。保留的本地組播組地址/永久組地址224.0.0.0224.0.0.255報文的TTL=1,Page14,組播原理-組播地址分類,全局范圍地址（GloballyScopedAddresses）224.0.1.0238.255.255.255用來在組織之間以及跨越互連網進行數據傳遞特例：SSM(SourceSpecificMulticast)地址段232.0.0.0-232.0.0.255默認情況下，預留給SSM(指定信源組播)使用。SSM是PIMSM協議的擴展，目前使用范圍不廣。GLOP地址段RFC3180233.0.0.0-233.0.0.255保留給已經獲得公有自治系統號的組織使用，具體方法是將某AS號碼寫成十六進制，分成兩個字節，然后再放到233.0.0.0/8的第二，三字節中，這樣每個全局AS內就有255個保留的組播地址。例如對于AS62010F23AF2.3A242.58233.242.58.0/24因此在全球范圍內233.242.58.0/24預留給自治系統62010使用,Page15,組播原理-組播地址分類,管理范圍地址（AdministrativelyScopedAddresses）RFC2365239.0.0.0239.255.255.255Site-localscope:239.253.0.0/16Organization-localscope:239.192.0.0/14私有地址空間類似于RFC1918的單播地址不能用于Internet全局傳輸用于有限范圍內的組播傳輸,Page16,組播原理-組播MAC,Page17,組播原理-組播MAC,相同的組播MAC地址(FDDI和以太網),注意存在32IP-1MAC地址重疊,Page18,目錄,IPTVE2E解決方案中所使用的組播特性簡介組播基礎組播分發樹IGMP原理IGMP-ProxyIGMP-Snooping介紹PIM,Page19,根據IP組播中對源選擇方式的不同，可以分為三種模型：ASM（Any-SourceMulticast）簡單地說，ASM模型就是任意源組播模型。在該模型中，任意發送者都可以成為組播源，向某組播組地址發送信息。眾多接收者通過加入由該地址標識的組播組，從而接收到發往該組播組的所有信息。SFM（Source-FilteredMulticast）SFM模型繼承了ASM模型，從發送者角度來看，組播組成員關系完全相同。同時，SFM在功能上對ASM進行了擴展：上層軟件對接收到的組播報文的源地址進行檢查，允許或禁止來自某些組播源的報文通過。最終，接收者只能接收到來自部分組播源的數據。從接收者角度來看，只有部分組播源是有效的，組播源經過了篩選。SSM（Source-SpecificMulticast）SSM模型和ASM模型的根本區別是接收者已經通過其他手段預先知道了組播源的具體位置。SSM使用和ASM不同的組播地址范圍，直接在接收者和其指定的組播源之間建立專用的組播轉發路徑。,組播分發樹-組播模型,Page20,組播分發樹,源樹/最短路徑樹（基于源的分發樹）SPT,Page21,組播分發樹,共享分發樹RPT,Page22,組播分發樹,源樹（最短路徑樹）(SxG)表項對設備內存占用較多，路徑最優，延遲最小路由器必須為每個源維護路徑信息共享樹O(*,G)表項對設備內存占用較少，但路徑不是最優的，引入額外的延遲RP在網絡中的位置是難點,不同分發樹的特征,Page23,組播分發樹-基本原則,組播路由和單播路由是相反的:單播路由關心數據報文要到哪里去。組播路由關心數據報文從哪里來。組播路由使用“逆向路徑轉發”機制(RPF,ReversePathForwarding)來判斷數據是否可以被轉發。何謂RPF?路由器收到組播數據報文后，只有確認這個數據報文是從自己到源（？）的出接口上收到的才進行轉發，否則丟棄報文。RPF檢查在單播路由表中查找到組播報文源地址的路由如果該源地址路由的出接口就是組播報文的入接口，RPF成功；否則RPF失敗，數據被丟棄。,Page24,組播分發樹-RPF失敗,Page25,組播分發樹-RPF成功,Page26,組播分發樹-協議分類,組播協議兩大類用戶管理協議IGMP、MLD等協議，用于組播分發樹末端用于主機側組播組成員的關系管理與維護，如用戶加入、離開。組播路由協議PIM、MSDP等協議，用于組播分發樹內部用于組播源到組播組成員間數據傳輸路徑的發現和建立,Page27,目錄,IPTVE2E解決方案中所使用的組播特性簡介組播基礎組播分發樹IGMP原理IGMP-ProxyIGMP-Snooping介紹PIM,Page28,IGMP,IGMP的三個標準：RFC1112IGMP版本1Windows95支持RFC2236IGMP版本2（是目前的標準）Windows98后的版本及大多數UNIX系統RFC3376IGMP版本3（兼容V2、V1）WindowsXP/linux版本支持IGMP的三個版本都適用于ASM模型。IGMPv3可以直接應用于SSM模型，而IGMPv1和IGMPv2則需要SSM-Mapping技術的支持。,組播組管理協議IGMPInternetGroupManagementProtocol，在接收者主機和組播路由器之間運行，定義主機與路由器之間建立和維護組播成員關系的機制。,Page29,IGMP發展歷程,IGMPv1(RFC1112),IGMPv2,IGMPv3,引入快速離開(FastLeave)目前廣泛應用的標準RFC2236,支持SSM(sourcespecificjoinandleaves)RFC3376,版本都是后向兼容的，目前使用最廣泛為IGMPv2,規范IGMPV3forSSMRFC4604,Page30,IGMP,IGMPv1成員身份查詢(Membershipquery)成員身份報告(Membershipreport)IGMPv2成員身份查詢(Membershipquery)(通用查詢、特定組查詢)版本1的成員身份報告(Version1membershipreport)版本2的成員身份報告(Version2membershipreport)離開組(LeaveGroup)IGMPv3版本3的成員身份查詢(Version3Membershipquery)版本3的成員身份報告(Version3membershipreport),Page31,IGMPv1,普遍組查詢：目的地址為224.0.0.1組地址為全“0”成員報告消息：目的地址為主機要加入的組播組地址組地址為主機要加入的組播組地址。,Page32,IGMP加入,H1,H2,加入一個組,主機向路由器發送加入組的IGMP報告報文,Page33,IGMP報文抑制,通用查詢報文,維護這個組,路由器周期性地向所有主機(224.0.0.1)發送通用查詢報文,某個主機發送單個組播組的報告報文,組的其他成員監聽到此報告報文后抑制本機該組報告報文的發送,Page34,IGMPV1不支持離開報告,H1,H3,H2,離開組播組(IGMPv1),主機“默不作聲”地離開某個組（不發報告了）,路由器缺省發送2個通用組查詢報文（標準間隔為125s）,路由器一直沒有收到這個組的IGMP報告,路由器上該組播組表項超時（離開）（2*通用查詢間隔+最大響應時間=260s）,X,Page35,IGMPv2,特定組查詢：目的地址為被查詢的組播組地址組地址為被查詢的組播組地址離開消息：目的地址字段為224.0.0.2組地址為主機要離開的組播組地址。,Page36,IGMPv2提供離開報告,主機向224.0.0.2發送離開組消息（包含離開的組）,H1,H3,路由器向這個組（224.1.1.1）發送特定組查詢（最大響應時間為1s，如果沒有響應會再發送一次）,3秒鐘內沒有收到該組的報告（2*特定查詢間隔+特定查詢最大響應時間）,組224.1.1.1超時，路由器刪除該組對應的表項,H2,離開組播組(IGMPv2),如果沒有特性查詢會怎么樣？,Page37,IGMPv3,允許主機指定接收/拒絕從某些組播源發送的組播數據成員報告目的地址更新為：224.0.0.22一個IGMPReport包含多個Record，提高交互效率無報告抑制功能獨立的查詢和報告消息,Page38,IGMPv3,IGMPv3Query消息格式,IGMPv3Report消息格式,Page39,IGMPv3(引入SSM),IS_IN(1.1.1.1)for232.1.1.1,IS_EX(2.2.2.2)for229.9.9.9,AfterQueryInterval(60sec),SSM=SourceSpecificMulticast,我只想接收源1.1.1.1發往232.1.1.1的組播數據,我想接收除了2.2.2.2外其它源發往229.9.9.9的組播數據,IGMPv3Router可以維護組特定源的狀態能發送針對特定源的查詢報文,對于組232.1.1.1僅由源1.1.1.1發送的組播數據被轉發到此LAN對于組229.9.9.9packetsfromallthesourcesexcept2.2.2.2isforwardedintheLAN.,Page40,IGMPv3消息報文,Page41,IGMP查詢者選舉,只有Querier路由器在該廣播網絡上發送igmpquery消息,IGMP查詢者選舉：IP地址小的獲勝,Page42,目錄,IPTVE2E解決方案中所使用的組播特性簡介組播基礎組播分發樹IGMP原理IGMP-ProxyIGMP-Snooping介紹PIM,Page43,IGMPSnooping如何工作,交換機收到IGMP通用查詢報文后向所有其它端口轉發并記錄連接組播路由器的端口,交換機識別收到的IGMP報文并僅向連接組播路由器的端口轉發收到的IGMPReport（報告）報文；同時記錄收到IGMPReport報文的端口及對應的組播組（即建立二層組播轉發表）,Switch,路由器定期發送通用查詢,Port1,Port2,Port3,Port4,Port5,Host2發送IGMPreports加入組225.1.1.1,Host5發送IGMPreports加入組225.1.1.1,IGMPSnooping如何工作,IGMP-Snooping優點：按需轉發節省主機端口帶寬；降低組播復制數量；,Switch,路由器定期發送通用查詢,Port1,Port2,Port3,Port4,Port5,Host2發送IGMPreports加入組225.1.1.1,Host5發送IGMPreports加入組225.1.1.1,思考：IGMP-Snooping情況下Host之間IGMP報文還有抑制嗎？,Page45,IGMPSnooping形成的表項,Page46,二層組播igmp-snooping,對于未使能igmp-snooping時，由于不知道哪些端口下存在接收者，因此交換機向VLAN內的所有端口（除入端口外）轉發該播數據報文，此VLAN內的組播組成員和非組播組成員都能收到組播數據報文。IGMP-Snooping是實現組播轉發樹上最后一跳路由器到接收者之間二層網絡上的組播數據按需分發的協議，如下圖所示：,Page47,二層組播igmp-proxy,和igmpSnooping類似，其實現的原理是igmpproxy設備的主機接口（又稱為上行接口）指向樹的根節點，即上聯到組播路由器。在這個接口上，igmpproxy設備運行主機功能，不運行igmp。當接收到igmp查詢包時，igmpproxy設備在主機端口發送igmp成員報告，當成員數據庫發生改變時，主動發送離開或者加入組播的數據包到相連的路由器。主機接口還要根據成員數據庫，轉發接收到組播包。路由器接口（又稱為下行接口）背離根節點，下聯用戶主機。在此端口運行igmp協議，進行下聯用戶的組成員登記查詢刪除工作，維護成員數據庫。實現接收成員報告，建立和修改一個成員表；發送查詢包，查詢主機是否離開曾經加入的組；依據登記的組播成員的數據庫向上行和下行轉發接收到的組播數據包。igmpproxy與igmpSnooping實現功能相同但機理相異：igmpsnooping只是通過偵聽igmp的消息來獲取有關信息，而igmpproxy則攔截了終端用戶的igmp請求并進行相關處理后，再將它轉發給上層路由器。,Page48,目錄,IPTVE2E解決方案中所使用的組播特性簡介組播基礎組播分發樹IGMP原理IGMP-ProxyIGMP-Snooping介紹PIM,Page49,PIM-組播路由協議種類,對于ASM模型，可以將組播路由分為域內和域間兩大類。對于SSM模型，沒有域內和域間的劃分。由于接收者預先知道組播源的具體位置，因此可以借助PIMSM的部分功能直接創建組播傳輸路徑。目前，主要有4個域內組播路由協議:DVMRPv3(草案)DVMRPv1(RFC1075)已經廢止。MOSPF(RFC1584)PIM-DM(Internet草案)PIM-SMV2(RFC2362)目前最常用的協議其他(CBT,OCBT,QOSMIC,SM,等等),Page50,PIM,PIM密集模式（Dense-mode）使用“推”（Push）模型（先給你，可以不要）組播數據整網絡的泛洪（Flood）下游不想接收的話則剪枝（Prune）泛濫、剪枝、泛濫、剪枝周而復始(通常3分鐘一次)PIM稀疏模式（Sparse-mode）使用“拉”（Pull）模型（你要才給你）組播數據只發送到有需要的地方有顯式的加入（Join）過程,協議號:103使用的組播組地址：224.0.0.13,Page51,PIM-DM,協議無關組播（ProtocolIndependentMulticast）支持所有的單播路由協議:靜態路由、RIP、IGRP、IS-IS、BGP、OSPF，單播路由是什么都沒關系。數據觸發建立組播狀態表項無需定期發送Join/Prune消息維持狀態表項只建立源樹；工作機制較簡單使用周期性泛洪、剪枝機制先向網絡泛濫(Flood)，然后根據組播組成員關系進行剪枝(Prune)使用斷言（Assert）機制來剪枝冗余數據流適合于.帶寬充裕、組播用戶較密集的網絡小規模的網絡,Page52,PIMDM工作過程,Senddata,Forwarddata,Forwarddata,Forwarddata,Forwarddata,Iwantdatafrom,G,Forwarddata,Send(S,G)prune,Send(S,G)prune,Removedownstream.,Send(S,G)prune,Ihavenoreceiver,Ihavenoreceiver,Olistnull.GotoPrunedstate.Removedownstream,Removedownstream,Forwarddata,Iwantdatafrom,G,Send(S,G)Graft,Send(S,G)Graft-ACK,Adddownstream.GotoForwardstateinupstream,Send(S,G)Graft,Send(S,G)Graft-ACK,Adddownstream.,Forwarddata,Page53,PIM-DM,對于小型網絡來說非常有效優勢:易于配置基礎配置只有兩條命令實現機制簡單（泛濫剪枝）潛在問題.泛濫剪枝過程不夠高效復雜的Assert機制控制和數據平面混合導致網絡內部的所有路由器上都有(S,G)可能會導致非確定性的拓撲行為不支持共享樹,Page54,PIMSM基本流程,鄰居發現共享樹/RPT建立源注冊RPT到SPT的切換剪枝共享樹狀態維護,Page55,PIM-SM共享樹的形成,接收者,RP,(*,G)僅在共享樹沿途建立,Page56,PIM-SM單播注冊,接收者,RP,共享樹,(S,G)僅在源樹沿途建立,Page57,PIM-SM注冊停止,接收者,RP,共享樹,RP向第一跳路由器發送注冊停止（Register-Stop）消息，停止注冊過程,數據流從組播源通過源樹到達RP,Page58,PIM-SM轉發開始,接收者,RP,共享樹,組播數據沿源樹（SPT）流向RP,從RP開始，數據流沿共享樹（RPT）流向接收者,Page59,RPT,SendIGMPReport,Send(*,G)JointowardsRP,RP,RPcreate(*,G)entryandaddthisoif,源DR,Create(*,G)entryandaddoif,Create(*,G)entryandaddoif,Ihaveareceiver,Iwantdatafrom,G,Senddata,通過單播注冊報文發送組播數據到RP,Create(S,G)entryandcopyoiffrom(*,G),Create(S,G)entryandcopyoiffrom(*,G),Forwarddata,Forwarddata,Create(S,G)entryandcopyoiffrom(*,G),Send(*,G)JointowardsRP,Forwarddata,Register接口,Page60,RPT到SPT切換,RP,源DR,Ihaveareceiver,IwantdatafromG,Senddata,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,此例中RP配置為永遠不向SPT切換,接收者DR,Ihavenoreceiver,空單播注冊報文,通過單播注冊報文發送組播數據到RP,Page61,PIM-SMRP設置,靜態配置，需要在所有組播路由器上配置動態RP通過設置候選RP（C-RP）實現C-RP消息單播至BSR從BSR消息中獲得BSR地址C-RP通告報文周期性發送(缺省60秒)C-RP通告消息包括:服務組范圍(缺省=224.0.0.0/4)C-RP地址優先級等參數,Page62,PIM-SM,BSR即“BootStrapRouter”，自舉路由器負責在PIM-SM網絡啟動后，收集網絡內的RP信息，為每個組選舉出RP，然后將RP集/RP-set（即組-RP映射數據庫）發布到整個PIM-SM網絡。一個網絡內部只有一個BSR可以配置多個候選BSR(C-BSR)BSR作用候選RP（C-RP）將通告消息發送給BSRBSR周期性地向所有路由器發送BSR消息所有的路由器使用收到的RP集來確定對應每個組播組的RP,Page63,PIM-SM,BSR作用接收C-RP通告消息接收并存儲所有C-RP消息生成BSR消息向所有的PIM-Routers(224.0.0.13)組以組播方式發送(TTL=1)向所有接口發送，一跳一跳地傳播開去。每60秒鐘或者發現有RP信息變化時發送BSR消息包括:BSR的“組-RP”映射激活BSR地址,Page64,PIM-SM,支持共享樹和源樹假設沒有主機需要接收組播數據，除非它們明確地發出了請求使用“匯聚點”(RP,RendezvousPoint)發送者和接收者在RP處進行匯聚發送者/源的第一跳路由器(DR)把發送者注冊到RP上（報個到，掛個號）接收者的DR（直連網絡上的負責人）為接收者加入到共享樹(樹根為RP)適合于大規模的企業網絡是任何網絡的優選方案，不管其規模和成員密集程度和MBGP、MSDP共同結合使用可以完成跨域的組播,Page65,PIM協議中的斷言機制,E0,進入路由器的組播數據報文(RPF檢查都成功),E0,S0,S0,計算distance和metric值，誰到源（？）的路由最優誰獲勝如果distance和metric相等，IP地址大的獲勝(Winner)，輸的(Loser)就停止轉發(剪枝接口),Page66,指定路由器（DR）,當一個多接入網絡（如以太網）中有多個PIM路由器時，通過選擇DR來唯一的指定一個路由器負責組播報文的處理同一個多接入網絡中，只有一個路由器被選為DRDR的選舉規則：比較DR優先級（高者優先，可配置）比較接口IP地址（大者優先）,Page67,PIMDM與PIMSM對比,前提：47個組播節點，5個節目源情況下,Page68,PIMSSM特定源組播,SSM的優點：消除了當多個組播源使用