组播路由技术.docx

1、组播路由技术组播路由技术 目 录第1章 简介 1第2章 组播介绍 22.1 IP组播相关术语解释 22.2 IP组播地址 32.2.1 IP组播地址的空间划分 32.2.2 IP 组播地址到MAC 地址的映射 32.3 IP组播特性 42.4 IP组播路由协议 42.4.1 因特网组播管理协议 42.4.2 组播路由协议 52.4.3 IP组播报文转发 62.5 IP组播应用 72.5.1 信息分配 72.5.2 数据广播 7第3章 IGMP协议相关术语解析 8第4章 IGMP协议介绍 94.1 IGMP协议原理 94.2 IGMP版本1 104.2.1 报文格式 104.2.2 查询响应过程

2、 104.2.3 响应报文抑制 114.2.4 主动加入过程 114.2.5 离开组播组过程 114.3 IGMP版本2 114.3.1 与版本1相比的改进 114.3.2 报文格式 114.3.3 查询响应过程 124.3.4 IGMPv2离开组信息 134.4 版本1和版本2的互操作 134.4.1 路由器充当组播主机 134.4.2 路由器是组播路由器 134.5 IGMP版本3 134.5.1 与版本1和2相比的改进 134.5.2 报文格式 144.5.3 查询响应过程 174.5.4 路由器上的IGMP状态信息 174.5.5 IGMP版本3与版本1和2的兼容性 18第5章 PIM

3、-SM协议相关术语解释 19第6章 PIM-SM协议介绍 206.1 PIM-SM在TCP/IP协议栈中的基本层次结构 206.2 PIM-SM协议 206.2.1 DR的选举 226.2.2 BSR(自举路由器)的选择 236.2.3 RP（汇聚点）的选择 236.2.4 PIM SSM简介 24第7章 PIM-DM协议介绍 257.1 PIM-DM协议 257.1.1 邻居建立过程 267.1.2 业务报文扩散和剪枝过程 267.1.3 嫁接过程 267.1.4 声明过程 277.1.5 状态刷新过程 27第8章 DVMRP协议介绍 288.1 DVMRP协议简述 288.2 DVMRP邻

4、居发现 288.3 DVMRP路由建立 298.4 DVMRP扩散剪枝 308.5 DVMRP嫁接 30第9章 MVPN协议介绍 319.1 MVPN协议简述 319.2 组播VRF 329.3 组播隧道 329.4 PE路由器之间的自动发现 339.5 组播报文的封装 349.6 DATA MDT 34第10章 MSDP协议介绍 3610.1 MSDP协议简述 3610.2 MSDP peer对等建立过程 3710.3 Source Active消息发送过程 3710.4 MSDP应用 3710.4.1 域间MSDP 3710.4.2 域内MSDP 39第1章 简介本章主要讲述IP组播的原理

5、和相关的组播协议。IGMP(Internet Group Management Protocol，Internet组管理协议)主要用于主机和路由器之间组成员关系的管理。动态组播路由协议用于维护全网一致的组播路由表。组播公共部分则维护一张根据组播路由表计算得到的组播转发表。当接收到组播业务报文时，路由器查询组播转发表，确定是否转发以及如何转发这些报文。本章主要内容： 组播介绍 IGMP协议相关术语解析 IGMP协议介绍 PIM-SM协议相关术语解析 PIM-SM协议介绍 PIM-DM协议介绍 DVMRP协议介绍 MVPN协议介绍 MSDP协议介绍第2章 组播介绍当信息(包括数据、语音和视频)传送

6、的目的地址是网络中的一组用户时，可以采用多种传送方式。例如，可以采用单播(Unicast)方式，为每个用户单独建立一条数据传送通路；又如采用广播(Broadcast)方式，把信息传送给网络中的所有用户，不管他们是否需要，都会接收到广播来的信息。以上两种方式都浪费了大量宝贵的带宽资源，而且广播方式也不利于信息的安全和保密。IP组播技术有效地解决了这个问题。组播源仅发送一次信息，信息在网络关键节点处被复制和分发，因此信息能被准确高效地传送到每个需要它的用户。简单地说，IP组播是一种保存带宽的技术，它把一个单独的信息流同时传送到多个接收者那里，减少了网络流量。如果网络中有不支持组播的路由器，组播路由

7、器可以采用隧道方式将组播包封装在单播IP包中发送给相邻路由器，相邻的组播路由器再将单播IP头剥掉，然后继续进行组播传输，直至到达目的地。2.1 IP组播相关术语解释ip multicastingIP组播。在RFC 1112和RFC 2236中定义了I P组播概念，即如何向一个主机组发送报文。一个主机组是指共享单独一个IP地址的多个设备。I P组播传送与I P单播相同，都使用“尽力（best-effort）”传输机制发送报文。这意味着对于该组中的所有主机，都不能保证数据包能够正确无误地、按顺序地接收。multicast address组播地址。目前，保留给IP组播的地址空间是D类地址，范围从22

8、4.0.0.0到239.255.255.255。这些地址的高位比特都被定义为“1110”。multicast distribution tree组播分布树。在组播模型中，源主机可以向任一加入组播组的主机传送信息。IP组播业务报文在网络中经过的路径成为组播分布树。它可以分为有源树和共享树两种类型。source tree有源树。树的根是组播信息源，分枝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，因此它也常被称为最短路径树(SPT)。shared tree共享树。不使用信息源作为树根，而是使用位于网络中的某些可选择点作为公用根。此根称为汇聚点(RP)。reverse path f

9、orwarding逆向路径转发。当组播业务包到达路由器时，路由器对报文执行RPF（检查组播包是否在可返回源站点接口上到达）检查。如果检查通过，转发该数据包，否则丢弃该包。multicast cache组播转发缓存。又称为组播路由表项。它包含了组播业务报文的合法输入、输出接口信息，是RPF检查的依据。组播转发缓存由组播路由协议生成并更新。2.2 IP组播地址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。IP组播地址的前四个比特均为“1110”。2.2.1 IP组播地址的空间划分整个IP组播地址的空间是这样划分

10、的：224.0.0.0 到224.0.0.255 地址范围被IANA 预留，地址224.0.0.0 保留不做分配。其他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，不论生存时间字段TTL值是多少，都不会被路由器转发，也就是只能在局域网里传送。224.0.1.0 到238.255.255.255 地址范围作为用户组播地址，在全网范围内有效。组播地址239.0.0.0 到239.255.255.255 地址范围为本地管理组播地址(administratively scoped addresses)，仅在特定的本地范围内有效。2.2.2 IP 组播地址到MAC 地址的映射IAN

11、A 将MAC 地址范围01:00:5E:00:00:00 01:00:5E: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 位如下图所示：图 21 组播地址到MAC地址的映射由于IP 组播地址的后28 位中只有23 位被映射到MAC 地址，这样会有32个IP 组播地址映射到同一MAC 地址上。2.3 IP组播特性在一般的TCP/IP路由中，一个数据包传输的路径是从源地址路由到目的地址，利用Hop-by-Hop的原理在IP网络中传输。然而在IP组播环境中，数据包的目的地址不

12、是一个而是一组，形成组地址。所有的信息接收者都加入到一个组内，并且一旦加入之后，流向该组地址的数据立即开始向接收者传输。组中的所有成员都能接收到该数据包，因此为了接收数据包，必须首先成为组播组的成员，而数据包的发送者并不需要是组中的成员。在组播环境中，数据发送给组中的所有成员，不是组中成员的用户不会收到这些数据。总的来说：IP组播具有如下特性：(1) 对组成员所处的位置和成员的数量没有限制。也就是说：独立的主机可以在任意时间自由地加入或离开组播组；这些成员可以处在Internet的任何地方；一台主机在同一时刻也可以是一个以上组播组的成员。(2) 一台主机可发送数据包到一个组播组，即使该主机不是

13、这个组中的成员。向一个组播组内的所有主机传送组播报文如同单播一样，只需要向组地址发送一份报文即可。(3) 路由器不需要保存所有主机的成员关系，它只需知道物理接口所在的网段上是否已经有主机属于某个组播组；主机需要保存已经加入的各个组播组信息。2.4 IP组播路由协议组播协议包括两个部分：一部分作为IP组播基本信令协议的因特网组播管理协议(IGMP)；另一部分是实现IP组播选路的组播路由协议(例如：DVMRP、PIM-SM、PIM-DM)。2.4.1 因特网组播管理协议IGMP定义了主机与路由器（也适用于路由器与路由器之间）之间组播成员关系的建立和维护机制，是整个IP组播的基础。IGMP通知路由器

14、组成员信息，路由器使用IGMP来获知与路由器相连的子网上是否存在组播组的成员。特定的应用程序能知道是来自哪个数据源的信息发送到了哪个组播组中：如果一个局域网中有一个用户通过IGMP宣布加入某个组播组，则局域网中的组播路由器就将该信息通过组播路由协议进行传播，最终将该局域网作为一个分枝加入组播树。当主机作为某个组的成员开始收到信息后，路由器就会周期性地对该组进行查询，检查组内的成员是否还参与其中，只要还有一个主机仍在参与，路由器就继续转发数据。当局域网中的所有用户退出该组播组后，相关的分枝就从组播树中删掉。 2.4.2 组播路由协议因为组播中的组地址是虚拟的，所以不可能像单播那样，直接从数据源一

15、端路由到特定的目的地址。组播应用程序将数据包发送给一组希望接收数据的接收者(组播地址)，而不是仅仅传送给一个接收者(单播地址)。组播路由协议建立了一个从数据源端到多个接收端的无环数据传输路径。组播路由协议的任务就是构建组播分发树。组播路由器能采用多种方法来建立数据传输的路径，即分发树。根据网络的实际情况，组播路由协议可以分成两大类：密集模式和稀疏模式。(1) 密集模式组播密集模式组播路由协议适用于小型网络。它假设网络中的每个子网都存在至少一个对组播组感兴趣的接收站点。因此，组播数据包被扩散(“推”)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。为了减少这种宝贵网络资源的消耗，密集模式组播路由协议对没有组播数据转发的分枝进行剪枝操作，只保留包含接收站点的分枝。为了使剪掉的分枝中有组播数据转发需求的接收站点可以接收组播数据流，剪掉的分枝可以周期性地恢复成转发状态。为了减少等待剪枝分枝恢复转发状态的延时时间，密集模式组播路由协议使用嫁接机制主动加入组播分布树。这种周期性的扩散和剪枝现象是密集模式协议的特征。一般说来，密集模式下数据包的转发路径是“有源树”以“源”为根、组员为枝叶的一棵树。典型的密集模式组播路