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壤野费
4 years ago
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1 目录目录... 1 简介 DM 简介 DM 工作机制 SM 简介 SM 工作机制 SM 管理域机制介绍 SSM 模型在中的实现多实例的 i

2 简介是 Protocol Independent Multicast( 协议无关组播 ) 的简称, 表示可以利用静态路由或者任意单播路由协议 ( 包括 RIP OSPF IS-IS BGP 等 ) 所生成的单播路由表为提供路由组播路由与所采用的单播路由协议无关, 只要能够通过单播路由协议产生相应的组播路由表项即可借助 RPF(Reverse Path Forwarding, 逆向路径转发 ) 机制实现对组播报文的转发当组播报文到达本地设备时, 首先对其进行 RPF 检查 : 若 RPF 检查通过, 则创建相应的组播路由表项, 从而进行组播报文的转发 ; 若 RPF 检查失败, 则丢弃该报文根据实现机制的不同, 分为以下两种模式 : -DM(Protocol Independent Multicast-Dense Mode, 协议无关组播密集模式 ) -SM(Protocol Independent Multicast-Sparse Mode, 协议无关组播稀疏模式 ) 为了描述的方便, 本文中把由支持协议的组播路由器所组成的网络简称为域 -DM 简介 -DM 属于密集模式的组播路由协议, 使用推 (Push) 模式传送组播数据, 通常适用于组播组成员相对比较密集的小型网络 -DM 的基本原理如下 : -DM 假设网络中的每个子网都存在至少一个组播组成员, 因此组播数据将被扩散 (Flooding) 到网络中的所有节点然后,-DM 对没有组播数据转发的分支进行剪枝 (Prune), 只保留包含接收者的分支这种扩散剪枝现象周期性地发生, 被剪枝的分支也可以周期性地恢复成转发状态当被剪枝分支的节点上出现了组播组的成员时, 为了减少该节点恢复成转发状态所需的时间,-DM 使用嫁接 (Graft) 机制主动恢复其对组播数据的转发 1

3 一般说来, 密集模式下数据包的转发路径是有源树 (Source Tree, 即以组播源为根组播组成员为枝叶的一棵转发树 ) 由于有源树使用的是从组播源到接收者的最短路径, 因此也称为最短路径树 (Shortest Path Tree,SPT) -DM 工作机制 1. 邻居发现在域中, 路由器通过周期性地的向所有路由器 ( ) 以组播方式发送 Hello 报文 ( 以下简称 Hello 报文 ), 以发现邻居, 维护各路由器之间的邻居关系, 从而构建和维护 SPT 路由器每个运行了协议的接口都会周期性地发送 Hello 报文, 从而了解与该接口相关的邻居信息 2. 构建 SPT 构建 SPT 的过程也就是扩散剪枝的过程 : (1) 在 -DM 域中, 组播源 S 向组播组 G 发送组播报文时, 首先对组播报文进行扩散 : 路由器对该报文的 RPF 检查通过后, 便创建一个 (S,G) 表项, 并将该报文向网络中的所有下游节点转发经过扩散,-DM 域内的每个路由器上都会创建 (S,G) 表项 (2) 然后对那些下游没有接收者的节点进行剪枝 : 由没有接收者的下游节点向上游节点发剪枝报文 (Prune Message), 以通知上游节点将相应的接口从其组播转发表项 (S,G) 所对应的出接口列表中删除, 并不再转发该组播组的报文至该节点 (S,G) 表项包括组播源的地址 S 组播组的地址 G 出接口列表和入接口等路由器上收到组播数据的接口称为上游, 转发组播数据的接口称为下游剪枝过程最先由叶子路由器发起, 如图 1 所示, 没有接收者 (Receiver) 的路由器 ( 如与 Host A 直连的路由器 ) 主动发起剪枝, 并一直持续到 -DM 域中只剩下必要的分支, 这些分支共同构成了 SPT 2

4 图 1 -DM 中构建 SPT 示意图扩散剪枝的过程是周期性发生的各个被剪枝的节点提供超时机制, 当剪枝超时后便重新开始这一过程剪枝在 -SM 中有着相似的应用 3. 嫁接当被剪枝的节点上出现了组播组的成员时, 为了减少该节点恢复成转发状态所需的时间,-DM 使用嫁接机制主动恢复其对组播数据的转发, 过程如下 : (1) 需要恢复接收组播数据的节点向其上游节点发送嫁接报文 (Graft Message) 以申请重新加入到 SPT 中 ; (2) 当上游节点收到该报文后恢复该下游节点的转发状态, 并向其回应一个嫁接应答报文 (Graft-Ack Message) 以进行确认 ; (3) 如果发送嫁接报文的下游节点没有收到来自其上游节点的嫁接应答报文, 将重新发送嫁接报文直到被确认为止 4. 断言在一个网段内如果存在多台组播路由器, 则相同的组播报文可能会被重复发送到该网段为了避免出现这种情况, 就需要通过断言 (Assert) 机制来选定唯一的组播数据转发者 3

5 图 2 Assert 机制示意图如图 2 所示, 当 Router A 和 Router B 从上游节点收到 (S,G) 组播报文后, 都会向本地网段转发该报文, 于是处于下游的节点 Router C 就会收到两份相同的组播报文, Router A 和 Router B 也会从各自的本地接口收到对方转发来的该组播报文此时, Router A 和 Router B 会通过本地接口向所有路由器 ( ) 以组播方式发送断言报文 (Assert Message), 该报文中携带有以下信息 : 组播源地址 S 组播组地址 G 到组播源的单播路由的优先级和度量值通过一定的规则对这些参数进行比较后,Router A 和 Router B 中的获胜者将成为 (S,G) 组播报文在本网段的转发者, 比较规则如下 : (1) 到组播源的单播路由的优先级较高者获胜 ; (2) 如果到组播源的单播路由的优先级相等, 那么到组播源的度量值较小者获胜 ; (3) 如果到组播源的度量值也相等, 则本地接口 IP 地址较大者获胜 -SM 简介 -DM 使用以扩散剪枝方式构建的 SPT 来传送组播数据尽管 SPT 的路径最短, 但是其建立的过程效率较低, 并不适合大中型网络 -SM 属于稀疏模式的组播路由协议, 使用拉 (Pull) 模式传送组播数据, 通常适用于组播组成员分布相对分散范围较广的大中型网络 -SM 的基本原理如下 : -SM 假设所有主机都不需要接收组播数据, 只向明确提出需要组播数据的主机转发 -SM 实现组播转发的核心任务就是构造并维护 RPT (Rendezvous Point Tree, 共享树或汇集树 ),RPT 选择域中某台路由器作为公用的根节点 RP(Rendezvous Point, 汇集点 ), 组播数据通过 RP 沿着 RPT 转发给接收者 ; 连接接收者的路由器向某组播组对应的 RP 发送加入报文 (Join Message), 该报文被逐跳送达 RP, 所经过的路径就形成了 RPT 的分支 ; 4

6 组播源如果要向某组播组发送组播数据, 首先由与组播源侧 DR(Designated Router, 指定路由器 ) 负责向 RP 进行注册, 把注册报文 (Register Message) 通过单播方式发送给 RP, 该报文到达 RP 后触发建立 SPT 之后组播源把组播数据沿着 SPT 发向 RP, 当组播数据到达 RP 后, 被复制并沿着 RPT 发送给接收者复制仅发生在分发树的分支处, 这个过程能够自动重复直到数据包最终到达接收者 -SM 工作机制 1. 邻居发现 -SM 使用与 -DM 类似的邻居发现机制, 具体请参见邻居发现一节 2. DR 选举借助 Hello 报文还可以为共享网络 ( 如 Ethernet) 选举 DR,DR 将作为该共享网络中组播数据的唯一转发者无论是与组播源相连的网络, 还是与接收者相连的网络, 都需要选举 DR 接收者侧的 DR 负责向 RP 发送加入报文 ; 组播源侧的 DR 负责向 RP 发送注册报文各路由器之间通过比较 Hello 报文中所携带的优先级和 IP 地址, 可以为多路由器网段选举 DR 选举出的 DR 对于 -SM 有实际的意义 ; 而对于 -DM 来说, 其本身其实并不需要 DR, 但如果 -DM 域中的共享网络上运行了 IGMPv1, 则需要选举出 DR 来充当共享网络上的 IGMPv1 查询器在充当 DR 的设备上必须使能 IGMP, 否则连接在该 DR 上的接收者将不能通过该 DR 加入组播组 5

7 Ethernet DR Ethernet Receiver DR RP Source Receiver Hello message Register message Join message 图 3 DR 选举示意图如图 3 所示,DR 的选举过程如下 : (1) 共享网络上的各路由器相互之间发送 Hello 报文 ( 携带有竞选 DR 优先级的参数 ), 拥有最高优先级的路由器将成为 DR; (2) 如果优先级相同, 或者网络中至少有一台路由器不支持在 Hello 报文中携带竞选 DR 优先级的参数, 则根据各路由器的 IP 地址大小来竞选 DR,IP 地址最大的路由器将成为 DR 当 DR 出现故障时, 其余路由器在超时后仍没有收到来自 DR 的 Hello 报文, 则会触发新的 DR 选举过程 3. RP 发现 RP 是 -SM 域中的核心设备在结构简单的小型网络中, 组播信息量少, 整个网络仅依靠一个 RP 进行组播信息的转发即可, 此时可以在 -SM 域中的各路由器上静态指定 RP 的位置 ; 但是在更多的情况下,-SM 域的规模都很大, 通过 RP 转发的组播信息量巨大为了缓解 RP 的负担并优化 RPT 的拓扑结构, 可以在 -SM 域中配置多个 C-RP(Candidate-RP, 候选 RP), 通过自举机制来动态选举 RP, 使不同的 RP 服务于不同的组播组, 此时需要配置 BSR(BootStrap Router, 自举路由器 ) BSR 是 -SM 域的管理核心, 一个 -SM 域内只能有一个 BSR, 但可以配置多个 C-BSR(Candidate-BSR, 候选 BSR) 这样, 一旦 BSR 发生故障, 其余 C-BSR 能够通过自动选举产生新的 BSR, 从而确保业务免受中断一个 RP 可以同时服务于多个组播组, 但一个组播组只能唯一对应一个 RP 一台设备可以同时充当 C-RP 和 C-BSR 6

8 如图 4 所示,BSR 负责收集网络中由 C-RP 发来的宣告报文 (Advertisement Message), 该报文中携带有 C-RP 的地址和优先级以及其服务的组范围,BSR 将这些信息汇总为 RP-Set(RP 集, 即组播组与 RP 的映射关系数据库 ), 封装在自举报文 (Bootstrap Message) 中并发布到整个 -SM 域 -SM BSR C-RP C-RP C-BSR C-RP Bootstrap message Advertisement message 图 4 RP 与 BSR 信息交互示意图网络中的各路由器将依据 RP-Set 提供的信息, 使用相同的规则从众多 C-RP 中为特定组播组选择其对应的 RP, 具体规则如下 : (1) 首先比较 C-RP 的优先级, 优先级较高者获胜 (2) 若优先级相同, 则使用哈希 (Hash) 函数计算哈希值, 该值较大者获胜 (3) 若优先级和哈希值都相同, 则 C-RP 地址较大者获胜哈希函数的表达式为 :Value (G, M, C i ) = ( * ( ( * (G & M) ) XOR C i ) ) mod 2 31, 其中各符号的含义如表 1 所示表 1 哈希函数中各符号含义符号含义 Value G M C i & XOR mod 哈希值组的地址哈希掩码长度 (Hash Mask Length) C-RP 的 IP 地址逻辑运算符, 表示与运算逻辑运算符, 表示异或运算算术运算符, 表示整除取余 7

9 4. 构建 RPT 图 5 -SM 中构建 RPT 示意图如图 5 所示,RPT 的构建过程如下 : (1) 当接收者加入一个组播组 G 时, 先通过 IGMP 报文通知与其直连的 DR; (2) DR 掌握了组播组 G 的接收者的信息后, 向该组所对应的 RP 方向逐跳发送加入报文 ; (3) 从 DR 到 RP 所经过的路由器就形成了 RPT 的分支, 这些路由器都在其转发表中生成了 (*,G) 表项, 这里的 * 表示来自任意组播源 RPT 以 RP 为根, 以 DR 为叶子当发往组播组 G 的组播数据流经 RP 时, 数据就会沿着已建立好的 RPT 到达 DR, 进而到达接收者当某接收者对组播组 G 的信息不再感兴趣时, 与其直连的 DR 会逆着 RPT 向该组的 RP 方向逐跳发送剪枝报文 ; 上游节点收到该报文后在其出接口列表中删除与下游节点相连的接口, 并检查自己是否拥有该组播组的接收者, 如果没有则继续向其上游转发该剪枝报文 5. 组播源注册组播源注册的目的是向 RP 通知组播源的存在 8

10 图 6 组播源注册示意图如图 6 所示, 组播源向 RP 注册的过程如下 : (1) 当组播源 S 向组播组 G 发送了一个组播报文时, 与组播源直连的 DR 在收到该报文后, 就将其封装成注册报文, 并通过单播方式发送给相应的 RP; (2) 当 RP 收到该报文后, 一方面解封装注册报文并将封装在其中的组播报文沿着 RPT 转发给接收者, 另一方面向组播源逐跳发送 (S,G) 加入报文这样, 从 RP 到组播源所经过的路由器就形成了 SPT 的分支, 这些路由器都在其转发表中生成了 (S,G) 表项 SPT 以组播源为根, 以 RP 为叶子 (3) 组播源发出的组播数据沿着已建立好的 SPT 到达 RP, 然后由 RP 把组播数据沿着 RPT 向接收者进行转发当 RP 收到沿着 SPT 转发来的组播数据后, 通过单播方式向与组播源直连的 DR 发送注册停止报文 (Register-Stop Message), 组播源注册过程结束 6. RPT 向 SPT 切换当接收者侧的 DR 发现从 RP 发往组播组 G 的组播数据速率超过了一定的阈值时, 将由其发起从 RPT 向 SPT 的切换, 过程如下 : (1) 首先, 接收者侧 DR 向组播源 S 逐跳发送 (S,G) 加入报文, 并最终送达组播源侧 DR, 沿途经过的所有路由器在其转发表中都生成了 (S,G) 表项, 从而建立了 SPT 分支 ; (2) 随后, 接收者侧 DR 向 RP 逐跳发送包含 RP 位的剪枝报文,RP 收到该报文后会向组播源方向继续发送剪枝报文 ( 假设此时只有这一个接收者 ), 从而最终实现从 RPT 向 SPT 的切换 9

11 从 RPT 切换到 SPT 后, 组播数据将直接从组播源发送到接收者通过由 RPT 向 SPT 的切换,-SM 能够以比 -DM 更经济的方式建立 SPT 7. 断言 -SM 使用与 -DM 类似的断言机制, 具体请参见断言一节 -SM 管理域机制介绍 1. -SM 域两种机制的划分一般情况下, 在一个 -SM 域内只能有一个 BSR, 并由该 BSR 负责在整个 -SM 域内宣告 RP-Set 信息, 所有组播组的信息都在此 BSR 管理的网络范围内进行转发, 我们称之为非管理域机制考虑到管理的精细化, 可以将整个 -SM 域划分为一个 Global 域 (Global-scope Zone) 和多个管理域 (Admin-scope Zone), 一方面可以有效分担单一 BSR 的管理压力, 另一方面可以使用私有组地址为特定区域提供专门的服务相应地, 我们称之为管理域机制管理域与组播组相对应, 针对不同组播组划分相应的管理域管理域的边界由 ZBR (Zone Border Router, 区域边界路由器 ) 构成, 每个管理域各维护一个 BSR, 为特定范围的组播组服务, 属于此范围的组播协议报文 ( 如断言报文 BSR 自举报文等 ) 无法通过管理域边界不同管理域所服务的组播组范围可以重叠, 该组播组只在本管理域内有效, 相当于私有组地址不属于任何管理域的组播组则一律属于 Global 域的服务范围,Global 域中维护一个 BSR, 为剩余的所有组播组服务 2. 管理域与 Global 域的关系每个管理域和 Global 域都有独立的 C-RP 和 BSR 设备, 这些设备仅在其所属域有效, 也就是说 BSR 机制与 RP 选举在各管理域之间是隔离的 ; 每个管理域都有自己的边界, 各管理域所服务组播组范围内的组播信息不能进出该边界为了更清晰地理解管理域和 Global 域, 可以从以下两个角度进行考虑 : (1) 地域空间角度管理域是针对特定组播组的逻辑管理区域, 各管理域在地域上必须相互独立, 如图 7 所示 10

12 图 7 地域空间上管理域与 Global 域的关系在地域空间上, 各管理域之间相互隔离, 即同一路由器不能从属于多个管理域换句话说, 各管理域所包含的路由器互不相同而 Global 域则包含了 -SM 域内的所有路由器 (2) 组地址范围角度每个管理域为特定的组播组提供服务, 这些组播组地址之间通常没有交集, 但是也可能存在相互交叉和重叠关系图 8 组地址范围上管理域与 Global 域的关系如图 8 所示, 管理域 1 与管理域 2 所对应的组地址范围无交集, 而管理域 3 的组地址是管理域 1 组地址的子集 ;Global 域所对应的组地址范围是除各管理域组地址外的其它所有组地址, 即 G G1 G2 也就是说,Global 域和所有管理域之间就组地址范围来说是互补关系 11

13 SSM 模型在中的实现 SSM(Source-Specific Multicast, 指定信源组播 ) 模型和 ASM(Any-Source Multicast, 任意信源组播 ) 模型是两个完全对等的模型目前,ASM 模型包括 -DM 和 -SM 两种模式,SSM 模型能够借助 -SM 的部分技术来实现 SSM 模型为指定源组播提供了解决方案, 通过 IGMPv3 来维护主机与路由器之间的关系在实际应用中, 通常采用 -SM 模式的一部分技术来实现 SSM 模型由于接收者已经通过其它渠道 ( 如广告咨询等 ) 知道了组播源的具体位置, 因此在 SSM 模型中无需 RP, 无需构建 RPT, 无需组播源注册过程, 也无需通过 MSDP(Multicast Source Discovery Protocol, 组播源发现协议 ) 来发现其它域内的组播源与 ASM 模型相比,SSM 模型仅需要 IGMPv3 和 -SM 部分子集的支持 1. 邻居发现 -SSM 使用与 -SM 完全相同的邻居发现机制, 具体请参见邻居发现一节 2. DR 选举 -SSM 使用与 -SM 完全相同的 DR 选举机制, 具体请参见 DR 选举一节 3. 构建 SPT 构建为 -SM 服务的 RPT, 还是构建为 -SSM 服务的 SPT, 关键在于接收者准备加入的组播组是否属于 SSM 组地址范围 (IANA 保留的 SSM 组地址范围为 /8) 图 9 -SSM 中构建 SPT 示意图 12

14 如图 9 所示,Host B 和 Host C 为组播信息的接收者 (Receiver), 由其借助 IGMPv3 的报告报文向 DR 报告自己对来自组播源 S 发往组播组 G 的信息感兴趣收到该报告报文的 DR 先判断该报文中的组地址是否在 SSM 组地址范围内 : 如果在 SSM 组地址范围内, 则构建 -SSM, 并向组播源 S 逐跳发送通道 (Channel) 的订阅报文 (Subscribe Message) 沿途所有路由器上都创建 (S,G) 表项, 从而在网络内构建了一棵以组播源 S 为根以接收者为叶子的 SPT, 该 SPT 就是 -SSM 中的传输通道 ; 如果不在 SSM 组地址范围内, 则仍旧按照 -SM 的流程进行后续处理, 此时 DR 需要向 RP 发送 (*,G) 加入报文, 同时需要进行组播源的注册在 -SSM 中, 借助通道的概念表示组播组, 借助订阅报文的概念表示加入报文多实例的在多实例应用中, 组播路由器需要针对不同的 VPN 实例分别维护邻居表组播路由表 BSR 信息和 RP-Set 信息, 并保持多个 VPN 实例间上述信息的相互独立当组播路由器收到组播数据报文时, 需要区分出该数据报文所属的 VPN 实例, 并根据该 VPN 实例对应的组播路由表将其转发, 或创建与该 VPN 实例的相关的组播路由表项 13

34-PIM

34-PIM 目录 1 PIM... 1-1 1.1 概述... 1-1 1.1.1 PIM-DM 简介...1-1 1.1.2 PIM-DM 工作机制...1-1 1.1.3 PIM-SM 简介...1-4 1.1.4 PIM-SM 工作机制...1-5 1.1.5 SSM 模型在 PIM 中的实现... 1-10 1.1.6 协议规范...1-11 1.2 配置 PIM... 1-12 1.2.1 配置准备...1-12

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