IP组播技术介绍课件.ppt

1、 一、组播技术概述二、组播的实现技术三、IGMP协议四、组播路由协议五、应用实例“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。”视频服务器视频服务器101010单播单播 Unicastcast视频服务器视频服务器101010组播组播 Multicastcast单播单播(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

2、生大量的数据报拷贝。组播组播(multicast)：“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。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。互联网互联网 视频、音频会议视频、音频会议传统的单播视频、音频会议系

3、统传统的单播视频、音频会议系统 网络电视网络电视将电视节目或其他媒体节目转换为流媒体，在宽将电视节目或其他媒体节目转换为流媒体，在宽带网络上进行播放带网络上进行播放 金融信息（股票行情）发布金融信息（股票行情）发布在全国性的网络上提供各种信息发布服务，由用在全国性的网络上提供各种信息发布服务，由用户选择接收户选择接收 宽带网络交互式游戏宽带网络交互式游戏.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 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

4、络单播路由信息）分发树生成一、组播技术概述二、组播的实现技术三、IGMP协议四、组播路由协议五、应用实例应用程序应用程序/组播地址组播地址主机主机-路由器协议路由器协议 (IGMP)域域间组播协议间组播协议(MSDP;MBGP)域域内组播协议内组播协议(PIM;DVMRP DVMRP)hostsroutersIPIP组播地址后组播地址后2323位位映射到映射到MACMAC地址中地址中3232位位IPIP组播地址组播地址4848位位MACMAC地址（以太网地址（以太网/FDDI/FDDI）此此5 5位地址不作映射，因此位地址不作映射，因此3232个个IPIP组播地址映射成一个组播地址映射成一个M

5、ACMAC地址地址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。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；22

6、4.0.1.0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。D类地址范围类地址范围含义含义224.0.0.0基准地址（保留）基准地址（保留）224.0.0.1所有主机的地址所有主机的地址224.0.0.2所有组播路由器的地址所有组播路由器的地址224.0

7、.0.3不分配不分配224.0.0.4DVMRP路由器路由器224.0.0.5OSPF路由器路由器224.0.0.6OSPF DR224.0.0.7ST路由器路由器224.0.0.8ST主机主机224.0.0.9RIP-2路由器路由器D类地址范围类地址范围含义含义224.0.0.10IGRP路由器路由器224.0.0.11活动代理活动代理224.0.0.12DHCP服务器服务器/中继代理中继代理224.0.0.13所有所有PIM路由器路由器224.0.0.14RSVP封装封装224.0.0.15所有所有CBT路由器路由器224.0.0.18VRRP224.0.0.22所有所有IGMP路由器路由

8、器224.0.0.251所有组播所有组播DNS服务器服务器组播分发树组播分发树(Spanning Tree)(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：有源树有源树和共享树共享树有源树：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）。来源1来源2ABDFCE接收者1接收者2符号表示：(

9、S,G)S=来源G=组共享树：共享树：来自不同源地址，但目的地址相同的组播报文，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。ABD(RP)D(RP)FCE接收者1接收者2符号表示：(*,G)*=所有来源G=组(RP)PIM汇合点 共享树逆向路径检查(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(R

10、P)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RPF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S0/0S0/1S1/0接收者接收者接收者接收者组播数据包组播数据包错误接口到达的组播数据包错误接口到达的组播数据包RPF检查失败，数据包检查失败，数据包从错误接口到达从错误接口到达192.18.0.32数据从S0/1到达，RPF检查失败，路由器丢弃包来自来自192.18.0.32的组播数据的组播数据网段接口192.18.0.0/16S0/0168.0.22.0/24S0/

11、115.15.0.0/16S1/0S0/1S0/0S1/0数据从S0/0到达，RPF检查成功，路由器转发数据包S0/1来自来自192.18.0.32的组播数据的组播数据S0/0S1/0网段网段接口接口192.18.0.0/16S0/0168.0.22.0/24S0/115.15.0.0/16S1/0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:1.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

12、report(请求)报文，交换机便把该端口加入组播转发表中；2.当交换机“窥探”到IGMP Leave(离开)报文时，交换机便把该端口从表中删除；3.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。12345MACMAC转发表转发表MACMAC地址地址端口端口0100-5e0a-0a0a1,2,5组播？没问题，组播？没问题，我已经探取了转发表：我已经探取了转发表：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

13、。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，OIFsS：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来自来自192.18.0.32的组播数据的组播数据组播？S0/1S0/0S1/01、RPF检查、转发一、组播技术概述二、组播的实现技术三、IGMP协议四、组播路由协

14、议五、应用实例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）VerVer：版本。表明：版本。表明IGMPIGMP版本，在版本，在IGMP v1IGMP v1中为中为1 1。TypeType：类型。：类型。IGMPIGMP类型为类型为1 1说明是组播路由器发送的组成员查询消息；说明是组

15、播路由器发送的组成员查询消息；类型为类型为2 2说明是主机发送的组成员报告消息。说明是主机发送的组成员报告消息。UnusedUnused：未使用。发送时被置为：未使用。发送时被置为0 0，接收时忽略此字段。，接收时忽略此字段。Group AddressGroup Address：组播组地址。组地址为：组播组地址。组地址为D D类类IPIP地址。在查询消息中组地址。在查询消息中组地址设置为地址设置为0 0，在报告消息中组地址为要参加的组地址。，在报告消息中组地址为要参加的组地址。0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5

16、6 7 8 9 0 1 TypeType：报文类型。包括成员查询；版本：报文类型。包括成员查询；版本1 1成员报告；版本成员报告；版本2 2成员报告；成员报告；离开消息。离开消息。Max Max RespResp Time Time：最大响应时间。实际中响应时间是配置值范围（：最大响应时间。实际中响应时间是配置值范围（1 12525秒）内的一个随机值。缺省为秒）内的一个随机值。缺省为1010秒。秒。Group AddressGroup Address：组播组地址：在普遍查询中为：组播组地址：在普遍查询中为0.0.0.00.0.0.0；特定组查询；特定组查询和报告消息中为相应的组播地址。和报告消

17、息中为相应的组播地址。0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1Type为为0 x11表示组成员查询消息表示组成员查询消息 0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 Type为为0 x22表示组成员报告消息表示组成员报告消息 0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 0 1 2 30 1 2 3 4

18、5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1Group Record格式格式 主机发送主机发送IGMP ReportIGMP Report消息加入某个组消息加入某个组HostAHostCHostBEthernet我要加入我要加入225.1.1.1225.1.1.1这个组！这个组！路由器周期性地向路由器周期性地向224.0.0.1224.0.0.1发送普遍查询发送普遍查询HostAHostCHostBEthernet我要查询还我要查询还有没有组播有没有组播成员？成员？主机发送特定组主机发送特定组(225.1.1.1)的报告的报告组的其

19、他成员监听到报告后抑制报告发送组的其他成员监听到报告后抑制报告发送HostAHostCHostBEthernet我要离开我要离开225.1.1.1225.1.1.1这个组！这个组！主机向主机向224.0.02发送离开组消息（包含离开的组）发送离开组消息（包含离开的组）路由器向这个组（路由器向这个组（225.1.1.1）发送特定组查询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发送两次特定组查询后没有收到响应报告组组225.1.1.1超时（离开）超时（离开）我要查询该组我要查询该组还有没有组播还有没有组播成员？成员？10.10.0.2/1610.10.0.1/16我的我的IPIP小，当然小

20、，当然我是查询器！我是查询器！查询器选举查询器选举IGMP v1离开方式离开方式指定组查询指定组查询依靠上层路由协议依靠上层路由协议IGMP v2IGMP v3无无无无自己选举自己选举有有无无自己选举自己选举有有有有默默离开默默离开主动发出离开报文主动发出离开报文主动发出离开报文主动发出离开报文指定源、组加入指定源、组加入一、组播技术概述二、组播的实现技术三、IGMP协议四、组播路由协议五、应用实例DVMRPv3（距离矢量组播路由协议）（Internet草案）协议无关组播密集模式（协议无关组播密集模式（PIM-DMPIM-DM）（）（RFC3973RFC3973）协议无关组播稀疏模式（协议无关

21、组播稀疏模式（PIM-SMPIM-SM）（）（RFC 2362RFC 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）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：103PIM路由器组地址为：224.0.0.13PIM协议分为：PIM-DM（协议无关组播-密集模式）PIM-SM（协议无关组播-稀疏模式）SSM（指定源组播）Bidir-PIM（双向-协议无关组播）PIMPIM版

22、本号最新为版本号最新为2 2。PIMPIM报文类型包括：报文类型包括：0=Hello0=Hello（HelloHello消息维护邻居关消息维护邻居关系）系）1=Register1=Register（源向（源向RPRP注册）注册）2=Register-stop2=Register-stop（RPRP到源注册停到源注册停止）止）3=Join3=Join加入加入/Prune/Prune（加入（加入/剪枝）剪枝）4=Bootstrap4=Bootstrap（BSR/RP BSR/RP 集消息）集消息）5=Assert（断言消息选择（断言消息选择DR）6=Graft（DM嫁接）嫁接）7=Graft-Ac

23、k（DM嫁接响应）嫁接响应）8=Candidate-RP-Advertisement（候选（候选RP通告）通告）保留字被设为保留字被设为0，接收时忽略。，接收时忽略。校验字为校验字为16比特。比特。0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 11、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。ServerReceiv

24、erABCJoinJoin2、汇聚点RP（Rendezvous Point）在PIM-SM中，为了创建共享树，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，

25、可以切换到另外一个 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)，然后根据组播组成员关系进行剪枝(Prune)（循

26、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；周期性发送周期性发送HelloHello报文报文发现邻居、建立并维护发现邻居、建立并维护邻居关系邻居关系选举选举DRDR（先比优先级，后比（先比优先级，后比IPIP地址）地址）IPIP地址最地址最大者成为本网段的大者成为本网段的DRDRHello消息消息Hello消息消息接收者接收者1接收者接收者2源源S我这儿不需要，我这儿不需要，别再发给我了！别再发给我了！组播数据流组播数据流剪枝消息剪枝消息网络中的每个路由网络中的每个路由器都创建器都创建(S,G)(S,G)转发转发项项我想要了，发给我

27、想要了，发给我吧！我吧！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RPDR组播数据流组播数据流Hello消息消息IP网网源源S接收者接收者所有的组播流非所有的组播流非要经过我这儿不要经过我这儿不可，知道我重要可，知道我重要了吧！了吧！先比

28、优先级，先比优先级，后比后比IPIP地址地址接收者接收者1接收者接收者2源源SRP接受者到接受者到RP（包括（包括RP）的沿途各路由器接收到的沿途各路由器接收到（*,G）加入消息后，创）加入消息后，创建（建（*,G）转发项，出接）转发项，出接口为接收到加入消息的接口为接收到加入消息的接口，构建口，构建RP到接收者的到接收者的RPT（S,G）注册单播）注册单播组播数据流组播数据流建立（建立（S,G），出接口为空，），出接口为空，并将组播数据封装到单播并将组播数据封装到单播注册报文，然后单播的方注册报文，然后单播的方式发送到式发送到RP收到注册报文后，解封装收到注册报文后，解封装还原组播报文，依据

29、之前还原组播报文，依据之前创建的（创建的（*,G）从相应的出）从相应的出接口转发接口转发RP接收到注册报文后，创建接收到注册报文后，创建（S,G），出接口从（），出接口从（*,G）拷贝，）拷贝，出接口为非空，此时向源方向发出接口为非空，此时向源方向发送（送（S,G）加入）加入消息；消息；RP到组播源端到组播源端DR的沿途各路由的沿途各路由器接收到（器接收到（S,G）加入消息后，）加入消息后，创建（创建（S,G）转发）转发项，构建源到项，构建源到RP的的SPT；此时此时RP通过通过SPT也能收到也能收到通样的组播数据流，于是通样的组播数据流，于是向源向源DR方向发送注册停止方向发送注册停止提示：注册停止在提示：注册停止在RP上没有（上没有（*,G）时也会触发！时也会触发！源源DR收到注册停止后，收到注册停止后，一段时间内不再向一段时间内不再向RP发发送注册送注册源数据流沿源树源数据流沿源树（SPT）流向流向RP从从RP开始，数据流沿开始，数据流沿共享树（共享树（RPT）流向接收者）流向接收者一、组播技术概述二、组播的实现技术三、IGMP协议四、组播路由协议五、应用实例