組播

組播（multicast）

概括：

單播（Unicast）是在一臺源IP主機(jī)和一臺目的IP主機(jī)之間進(jìn)行。
廣播（Broadcast）是在一臺源IP主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)中所有其它的IP主機(jī)之間進(jìn)行
組播（Multicast）是在一臺源IP主機(jī)和多臺（一組）IP主機(jī)之間進(jìn)行，中間的交換機(jī)和路由器根據(jù)接收者的需要，有選擇性地對數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制和轉(zhuǎn)發(fā)。

ASM 全稱為 Any-Source Multicast，譯為任意源組播
SSM 全稱為 Source-Specific Multicast，譯為指定源組播。

私有 IP 地址
A 類 1.0.0.1－126.255.255.254
B 類 128.1.0.1－191.255.255.254
C 類 192.0.1.1－223.255.255.254

224.0.0.1 地址（表示同一網(wǎng)段內(nèi)所有主機(jī)和路由器）
224.0.0.2 地址（本地網(wǎng)段內(nèi)的所有組播路由器）
224.0.0.13 地址（ PIM 路由器）

image.png

組播ip地址：


image.png

組播MAC地址，第一個(gè)字節(jié)的最后一位為1。
單播MAC地址，第一個(gè)字節(jié)的最后一位為0。
組播IP轉(zhuǎn)換為組播MAC地址時(shí)，會(huì)有5個(gè)bit的數(shù)據(jù)丟失，一共32個(gè)ip地址。

image.png

組播基本架構(gòu)：
組播源到路由器：組播源生成組播數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)封裝并發(fā)送給網(wǎng)關(guān)路由器。
路由器到路由器：路由器根據(jù)接收者的分布情況有選擇地對數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制和轉(zhuǎn)發(fā)。
路由器到接收端：路由器收到組播數(shù)據(jù)并發(fā)送給相應(yīng)的接收者。

IGMP：（Internet Group Management Protocol,因特網(wǎng)組管理協(xié)議）

運(yùn)行于主機(jī)與組播路由器之間

IGMPv1 ：主要基于查詢和響應(yīng)機(jī)制來完成組播組的管理。路由器周期（60s）發(fā)送普遍組查詢報(bào)文（224.0.0.1），主機(jī)聽到后發(fā)送Report，加入組播組，主機(jī)離開組播時(shí)不發(fā)送離開報(bào)文，離開后再收到路由器發(fā)送的查詢消息時(shí)不反饋 report 消息，待維護(hù)組成員關(guān)系的定時(shí)器超時(shí)后（130s），路由器會(huì)自動(dòng)刪除該主機(jī)的成員記錄。
IGMPv1主查詢器選舉：依賴于PIM協(xié)議
1.優(yōu)先級：默認(rèn)為1，越大越優(yōu)先
2.ip地址：越大越優(yōu)先
缺點(diǎn)：靜默離開，查詢器依賴于pim DR優(yōu)先級和ip地址

IGMPv2：
1.具有某些報(bào)文抑制機(jī)制，可以減少不必要的 IGMP 重復(fù)報(bào)文，從而節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬資源
2.主機(jī)離開組播組時(shí)，會(huì)主動(dòng)向路由器發(fā)送離開報(bào)文。
3.主查詢器選舉依靠自身ip地址
主機(jī)離開：主機(jī)發(fā)送離開組信息，路由器收到后發(fā)送特定組查詢報(bào)文（224.1.1.1），檢查主機(jī)是否離開，發(fā)送兩次
IGMPv2主查詢器選舉：只比較ip地址，越小越優(yōu)先

IGMPv3：在IGMPv2的基礎(chǔ)上添加指定源、組的功能，能夠選擇特定的組播源。

image.png
multicast routing-enable      開啟路由器組播功能
int g0/0/0 
pim dm 
int g0/0/1 
pim dm 
igmp enable         在接口開啟igmp協(xié)議，連接主機(jī)的接口
igmp version 1 

display igmp interface     查詢igmp接口信息
display igmp group          查詢igmp組信息

IGMP Snooping：在交換機(jī)上配置實(shí)現(xiàn)，解決二層組播泛洪的問題。通過0號端口（CPU）監(jiān)聽路由器發(fā)送的普遍組查詢報(bào)文，建立二層組播轉(zhuǎn)發(fā)表，實(shí)現(xiàn)組播數(shù)據(jù)幀在數(shù)據(jù)鏈路層的轉(zhuǎn)發(fā)和控制。

multicast routing-enable   開啟組播功能
igmp-snooping enable       開啟全局igmp-snooping
vlan 1
igmp-snooping enable     開啟vlan igmp-snooping
display igmp-snooping port-info       查詢二層組播轉(zhuǎn)發(fā)表

PIM

Protocol Independent Multicast 協(xié)議無關(guān)組播。目前常用版本是PIMv2，PIM 報(bào)文封裝在 IP 報(bào)文中
1.協(xié)議號為 103
2.PIMv2 組播地址為224.0.0.13。
3.hello周期30s
4.holdtime 105s

DR選舉：
1.優(yōu)先級，默認(rèn)為1，越大越優(yōu)先
2.ip地址，越大越優(yōu)先

int g0/0/0
pim hello-option dr-priority 10    修改DR優(yōu)先級
pim hello-option holdtime 105      在接口視圖下配置Hello消息超時(shí)時(shí)間值。
pim timer hello 30                 在接口視圖下配置發(fā)送 Hello 消息的時(shí)間間隔。

兩個(gè)常見的組播路由協(xié)議：
PIM-DM （ Protocol Independent Multicast Dense Mode）
PIM-SM （ Protocol Independent Multicast Sparse Mode）
RPF（Reverse Path Forwarding，逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā)）。
組播分發(fā)樹是指從組播源到接收者之間形成的一個(gè)單向無環(huán)數(shù)據(jù)傳輸路徑。組播分發(fā)樹有兩類：SPT和RPT。
PIM-DM：采用“推（Push）模式”轉(zhuǎn)發(fā)組播報(bào)文。
關(guān)鍵任務(wù)：建立SPT（最短路徑樹）
工作機(jī)制：鄰居發(fā)現(xiàn)，擴(kuò)散與剪枝，狀態(tài)刷新（60s），嫁接（graft），斷言（assert）。

display pim neighbor
display pim interface verbose
display pim routing-table

PIM-DM假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的組成員分布非常稠密，每個(gè)網(wǎng)段都可能存在組成員。
缺點(diǎn)：在組播成員分布較為稀疏的網(wǎng)絡(luò)中，組播流量的周期性擴(kuò)散會(huì)給網(wǎng)絡(luò)帶來較大負(fù)擔(dān)。

其設(shè)計(jì)思想是：
首先將組播數(shù)據(jù)報(bào)文擴(kuò)散到各個(gè)網(wǎng)段。然后再裁剪掉不存在組成員的網(wǎng)段。
通過周期性的“擴(kuò)散—剪枝”，構(gòu)建并維護(hù)一棵連接組播源和組成員的單向無環(huán)SPT。
PIM-DM的關(guān)鍵工作機(jī)制包括鄰居發(fā)現(xiàn)、擴(kuò)散與剪枝、狀態(tài)刷新、嫁接和斷言。
在PIM-DM網(wǎng)絡(luò)中，路由器周期性發(fā)送Hello消息來發(fā)現(xiàn)、建立并維護(hù)鄰居關(guān)系。

DR充當(dāng)IGMPv1的查詢器。 接口 DR 優(yōu)先級大的路由器將成為該 MA 網(wǎng)絡(luò)的 DR，在優(yōu)先級相同的情況下，接口IP地址大的路由器將成為DR。

Assert競選規(guī)則如下：
1.到組播源的單播路由協(xié)議優(yōu)先級較小者獲勝。
2.如果優(yōu)先級相同，則到組播源的路由協(xié)議開銷較小者獲勝。
3.如果以上都相同，則連接到接受者M(jìn)A網(wǎng)絡(luò)接口IP地址最大者獲勝。

PIM-SM：使用“拉（Pull）模式”轉(zhuǎn)發(fā)組播報(bào)文。

multicast routing-enable      開啟路由器組播功能
int g0/0/0 
pim sm  

pim
static-rp 3.3.3.3        指定RP匯聚點(diǎn)

display pim rp-info     查詢RP的信息

PIM-SM假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的組成員分布非常稀疏，幾乎所有網(wǎng)段均不存在組成員，直到某網(wǎng)段出現(xiàn)組成員時(shí)，才構(gòu)建組播路由，向該網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)。一般應(yīng)用于組播組成員規(guī)模相對較大、相對稀疏的網(wǎng)絡(luò)。

PIM-SM 的關(guān)鍵機(jī)制：鄰居建立、DR 競選、RP 發(fā)現(xiàn)、RPT 構(gòu)建、組播源注冊、SPT切換、Assert

匯聚點(diǎn)RP（Rendezvous Point）
RP的作用：
1.RP是PIM-SM域中的核心路由器，擔(dān)當(dāng)RPT樹根節(jié)點(diǎn)。
2.共享樹里所有組播流量都要經(jīng)過RP轉(zhuǎn)發(fā)給接收者。

組播接收者側(cè) DR：與組播組成員相連的 DR，負(fù)責(zé)向 RP 發(fā)送（*，G）的 Join加入消息。
組播源側(cè)DR：與組播源相連的DR，負(fù)責(zé)向RP發(fā)送單播的Register消息。

Switchover機(jī)制
從組播源到接收者的路徑不一定是最優(yōu)的，并且 RP 的工作負(fù)擔(dān)非常大。為此，我們可以啟用RPT向SPT進(jìn)行的切換機(jī)制。 通過 RPT 樹到 SPT 樹的切換，PIM-SM 能夠以比 PIM-DM 更精確的方式建立SPT轉(zhuǎn)發(fā)樹。
使用配置命令來禁止切換

pim 
spt-switch-threshold infinity     禁止切換
image.png

PIM-SM 的 RP
作用：負(fù)責(zé)這些組播組的注冊消息的處理、加入消息的處理以及組播數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，RP 是 PIM-SM 網(wǎng)絡(luò)的核心，網(wǎng)絡(luò)中的路由器必須知道 RP 的地址。
特點(diǎn)：
1.一個(gè)PIM-SM 網(wǎng)絡(luò)中可以存在一個(gè)或多個(gè)RP
2.一個(gè)RP 可以對應(yīng)多個(gè)組播組
3.一個(gè)組播組只能對應(yīng)一個(gè)RP

RP 有兩種形式：靜態(tài)RP 和動(dòng)態(tài) RP。

靜態(tài) RP
靜態(tài) RP 是由人工選定的，PIM 網(wǎng)絡(luò)中的所有 PIM 路由器上都需要逐一進(jìn)行配置。通過配置，每臺路由便知道了靜態(tài) RP 的地址。

pim 
static-rp 11.11.11.11      每臺設(shè)備都要配置

動(dòng)態(tài)RP
選舉BSR：BSR 動(dòng)態(tài)映射組播組與RP的關(guān)系
1.選舉過程：C-BSR組播發(fā)送Bootstrap報(bào)文，比較Bootstrap報(bào)文選舉BSR
2.比較參數(shù)：ip地址，越大越優(yōu)先
選舉RP：
1.選舉過程
（1）.C-RP向BSR單播發(fā)送Advertisement報(bào)文
（2）.BSR將信息匯總為RP-Set，封裝在Bootstrap報(bào)文中，發(fā)布給全網(wǎng)的每一臺PIM-SM路由器
（3）.全網(wǎng)PIM-SM路由器根據(jù)Bootstrap報(bào)文包含的信息選舉RP
2.比較參數(shù)：
（1）優(yōu)先級（越小越優(yōu)先，默認(rèn)為0）；
（2）Hash數(shù)值越大越優(yōu)先，（算法參數(shù)：組地址、掩碼長度、C-RP 地址）
（3）ip地址，越大越優(yōu)先

int LoopBack 0 
pim sm 

pim 
c-rp LoopBack 0    環(huán)回端口0參與c-rp選舉
c-rp priority 10         修改c-rp優(yōu)先級
c-bsr LoopBack 0    環(huán)回端口0參與c-bsr選舉
c-bsr priority 10         修改c-bsr優(yōu)先級

display pim rp-info       查詢r(jià)p信息
display pim bsr-info      查詢bsr信息

Anycast：
為了能夠在網(wǎng)絡(luò)中配置多個(gè)RP既能實(shí)現(xiàn)備份功能，又能讓所有RP同時(shí)工作實(shí)現(xiàn)流量負(fù)載功能，Anycast RP是一個(gè)很好的選擇。AnycastRP采用了一種很新穎的思路來實(shí)現(xiàn)多個(gè)RP的負(fù)載與冗余，它通過在組播網(wǎng)絡(luò)中將2個(gè)或者2個(gè)以上的RP配置成相同的RP地址來實(shí)現(xiàn)冗余和備份功能，每個(gè)RP路由器上都創(chuàng)建一個(gè)loopback接口來充當(dāng)RP，并且該接口地址的掩碼必須是/32位的，然后將該地址通過動(dòng)態(tài)路由協(xié)議發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)樗蠷P的這個(gè)loopback接口地址全部是一樣的，所以能夠?qū)崿F(xiàn)冗余功能，當(dāng)其中某一臺RP出現(xiàn)故障后，流量可以很平滑地被轉(zhuǎn)移到另一臺RP上，這都是因?yàn)樗蠷P的地址是同一個(gè)地址。
1.在pim視圖下，所有RP都配置同一個(gè)RP地址
2.用loopback接口充當(dāng)本地地址，掩碼為32位

pim
anycast-rp 1.1.1.1       rp地址
local-address 11.11.11.11    本地地址
peer 6.6.6.6          實(shí)現(xiàn)負(fù)載分擔(dān)鄰居地址

pim
anycast 1.1.1.1       
local-address 6.6.6.6      
peer 11.11.11.11
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