組播

時間  2019-12-02
標籤 組播 简体版
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組播基礎

組播特色；組播優劣勢；組播應用；組播IP模型分類
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IP組播技術實現了IP網絡中點到多點的高效數據傳送，可以有效地節約網絡帶寬、下降網絡負載，在實時數據傳送、多媒體會議、數據拷貝、遊戲和仿真等諸多方面都有普遍的應用。

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組播的優點：
    提升效率：下降網絡流量、減輕硬件負荷
    優化性能：減小冗餘流量、節約網絡帶寬、下降網絡負載。
    分佈式應用：使多點應用成爲可能
    
組播的劣勢：
    組播是基於UDP的：盡力而爲、沒有擁塞避免機制、報文重複、報文失序

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組播的應用：
    多媒體
    培訓、聯合做業場合的通訊
    數據倉庫、金融應用（股票）
    任何的"單到多"數據發佈應用

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組播IP模型分類
ASM(Any-Source Multicast)任意源組播模型
SFM(Source-Filtered Multicast)過濾源組播模型
SSM(Source-Specific Multicast)特定源組播模型（好用，但考試不受待見，由於容易配置）
組播特色；組播優劣勢；組播應用；組播IP模型分類 
組播IP地址分類；組播MAC；組播IP地址與組播MAC映射
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組播IP地址分類
永久組地址：IANA爲路由協議預留的組播地址，用於標識一組特定的網絡設備（也成保留組播組）
    通常TTL=1；可是華爲的某些路由協議不同，好比華爲rip TTL=14；VRRP RRL=255
    224.0.0.1:全部組播主機；
    224.0.0.2：全部路由器；
    224.0.0.五、224.0.0.6:OSPF；
    224.0.0.9:RIPv2；
    224.0.0.10EIGRP;
臨時組地址：爲組播組臨時分配的IP地址，組成員的數量一旦爲零，即取消。

組播IP地址：一個組播組就是一個IP地址，不表明具體的主機，而是表示一系列系統的集合，主機加入某個組播組即聲明本身接收目的爲某個IP地址的報文
組播IP地址使用D類地址空間，範圍224.0.0.0-239.255.255.255（第一個字節高四位固定爲1110）
    224.0.0.0-224.0.0.255：永久組地址；爲路由協議預留
    224.0.1.0-231.255.255.255；233.0.0.0-238.255.255.255：用戶可用的ASM臨時組地址，全網範圍有效
    232.0.0.0-232.255.255.255：用戶可用的SSM臨時組地址，全網範圍有效
    239.0.0.0-239.255.255.255：用戶可用的ASM臨時組地址。稱爲本地管理組播地址（即私網組播IP）
    
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組播MAC
組播MAC:第一個八位組的第8位=1；（對應的單播MAC，第8位則爲0）
    以太網IP組播MAC前24位固定爲01005e;第25位固定爲0；剩餘23位變化
    
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組播IP地址與組播MAC映射
    IP地址共32位，因爲組播IP使用的D類地址，前4比特位固定爲1110；剩餘28位變化
    而組播MAC有23位變化
    因此每個組播MAC被32個組播IP映射（28-23=5位）
    
    
如何解決32（2的5次方，5是指1110後的5位）個組播IP對應一個組播MAC的問題？
1）設計好組播組上去解決，不要重疊
2）程序開發上解決
組播IP地址分類；組播MAC；組播IP地址與組播MAC映射

IGMP

 

IGMP；IGMP工做機制；IGMP基本配置及命令
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IGMP（Internet Group Management Protocol）做爲因特網組管理協議，是TCP/IP協議族中負責IP組播成員管理的協議，它用來在IP主機和與其直接相鄰的組播路由器之間創建、維護組播組成員關係。
IGMP是用來管理終端用戶的組播的，IGMP配置在終端路由器的接口上。

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IGMP工做機制：
    1.接收者主機向所在的共享網絡報告組成員關係
    2.查詢器週期性地向該共享網段發送組成員查詢信息
    3.接收者主機接收到查詢消息後進行響應以報告組成員關係
    4.網段中的組播路由器依據接收到的響應來刷新組成員的存在信息

IGMPv1定義了基本的組成員查詢和報告過程
IGMPv2在v1的基礎上添加了組成員快速離開的機制
IGMPv3增長的主要功能是成員能夠指定接收or不接收某些組播源的報文（取消成員關係報告抑制機制）

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IGMP基本配置（華爲）
[R2]multicast routing-enable #路由器開啓組播功能
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 10.1.1.2 255.255.255.0 
 pim sm         #請先配置PIM協議，不然IGMP協議不會週期性的執行查詢行爲
 igmp enable    #接口使能IGMP
 igmp version 1 #指定IGMP版本，默認版本2
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[R2]igmp 
[R2-igmp]timer other-querier-present 100 #修改非查詢路由器計時器，默認爲125秒
[R2-GigabitEthernet0/0/1]igmp timer other-querier-present 60#修改非查詢路由器計時器，默認爲125秒

查看IGMP相關信息
[R2]dis igmp interface   #查看路由器接口的IGMP參數
[R2]dis igmp group       #查看組播組地址和組成員的關係（一旦用戶加組便可生成）
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IGMP基本配置（思科）

ip multicast-routing #開啓組播路由功能，思科設備是默認關閉的
interface Ethernet0/1
 ip address 10.1.1.2 255.255.255.0
 ip igmp version 1 //從默認的V2改成V1 
 ip pim dense-mode //3種模式（密集模式、稀疏模式、密集稀疏模式）中的密集模式，（思科設備上，只要端口開啓了pim，就自動具有了查詢功能---開啓IGMPv2）


show ip igmp interface
show ip igmp membership
IGMP；IGMP工做機制；IGMP基本配置及命令

 

IGMPv1；IGMPv1報文；IGMP查詢器選舉；廣泛組查詢及響應過程；新成員加入過程；組成員離開機制
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IGMPv1
兩種報文：廣泛組查詢報文，成員報告報文
    1.廣泛組查詢報文:該IGMP報文的組播IP爲0.0.0.0
    2.成員報告報文：報文中的組播IP地址爲該用戶加入的組播IP地址；同時該IP報文的目的IP也爲該組播IP地址
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    廣泛組查詢及響應過程所使用的報文：廣泛組查詢報文+成員報告報文
    新成員加入過程所使用的報文：成員報告報文
    
IGMPv1小結：
    PC加入：當即發送report，源IP爲12.1.1.2，目的IP爲224.1.1.1，報文中包含的組地址爲224.1.1.1
    -----------------------------
    路由器通用組查詢：週期性60S一次，源IP爲12.1.1.1，目的IP爲224.0.0.1，報文中包含的組地址爲0.0.0.0
        PC收到後啓動0～10秒之間的隨機值的倒計時器
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    PC離組：靜悄悄的離開，路由器發送通用組查詢2次，等待130S後刪除組播轉發項
    
    在V1中，思科和華爲的模擬器報告抑制都無效！

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IGMP查詢器選舉：
    IGMPv1依賴於PIM等上層協議進行選舉，選擇IP地址大的

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廣泛組查詢及響應過程
    1.IGMP查詢器（路由器）發送廣泛組查詢報文至224.0.0.1（週期性，默認60秒）
    2.組播用戶設備收到該查詢報文後，則在本地啓動定時器（定時器與組播IP綁定，0-10秒之間的隨機值）
    3.定時器超時的主機發送針對該組播IP的報告報文。其餘主機收到該組播報文後，如有該組播IP的定時器，則中止。
    4.IGMP查詢器（路由器）收到報告報文後，則由組播路由協議生成（*,G）組播轉發項。網絡中一旦有該組播IP的數據到達路由器，將向該網段轉發。

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新成員加入過程
    PC加入：當即發送report，源IP爲12.1.1.2，目的IP爲224.1.1.1，報文中包含的組地址爲224.1.1.1

1.假設在網段上新接入一個主機PC4，想加入組播組G3，可是偵聽到網段中沒有G3的組播數據。則不等待廣泛組查詢報文的到來，當即發送針對G3的報告報文。
2.路由器收到報告報文後，瞭解到本網段內出現了組播組G3的成員，則生成組播轉發項（*，G3）。網絡中一旦有G3的數據到達路由器，將向該網段轉發。

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組成員離開機制
1.IGMPv1沒有專門定義離開組的報文。當主機離開組播組時，將不會再對廣泛組查詢報文作出迴應。
2.IGMPv1查詢器在必定時間（130秒）內收不到報告報文，則刪除相應的(*,G)組播轉發項
    假設PC4退出組播組G3，當收到廣泛組查詢報文時，PC3再也不發送針對G3的報告報文。因爲網段上不存在組G3的其餘成員，路由器不會收到G3的報告報文，則在必定時間（130秒，即組成員關係超時時間=IGMP廣泛查詢消息發送間隔60S × 健壯係數2 + 最大查詢響應時間10S）後，刪除G2所對應的組播轉發項。、
    
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廣泛組查詢和響應（詳細過程）
組播網絡中R1和R2鏈接主機網段，R1爲查詢器，在主機網段上有PC一、PC二、PC3三個接收者。假設PC1和PC2想要接收發往組播組G1的數據，PC3想要接收發往組播組G2的數據。廣泛組查詢和響應過程以下：
    •    IGMP查詢器（R1）發送廣泛組查詢報文，目的地址是224.0.0.1（表示同一網段內全部主機和路由器）。廣泛組查詢報文是週期性發送的，發送週期能夠經過命令配置，缺省每隔60秒發送一次。
    •    網段內全部主機都接收到該查詢報文，PC1和PC2是組播組G1成員，則在本地啓動定時器Timer-G1。PC3是組播組G2的成員，則在本地啓動定時器Timer-G2。定時器的範圍爲0～10秒之間的隨機值。
    •    第一個定時器超時的主機發送針對該組的報告報文。PC1上的Timer-G1首先超時，向該網段發送目的地址爲G1的報告報文。也想加入組G1的PC2偵聽到此報告報文，則中止定時器Timer-G1，再也不發送針對G1的報告報文。這樣報告報文被抑制，能夠減小網段上的流量。
    •    PC3上的Timer-G2超時，向該網段發送報告報文，目的地址爲G2。
    •    路由器接收到報告報文後，瞭解到本網段內存在組播組G1和G2的成員，則由組播路由協議生成（*，G1）和（*，G2）組播轉發項，「*」表明任意組播源。網絡中一旦有組播組G1和G2的數據到達路由器，將向該網段轉發。
IGMPv1；IGMPv1報文；IGMP查詢器選舉；廣泛組查詢及響應過程；新成員加入過程；組成員離開機制

 

IGMPv2；IGMPv2報文；IGMPv2查詢器選舉；IGMPv2離開組機制
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IGMPv2報文
    1.廣泛組查詢報文：添加了最大響應時間（Max Response Time）字段（通用組查詢和特定組查詢中都有此字段）。此字段取值能夠配置，用於控制成員的響應速度。
    2.成員報告報文
    3.特定組查詢報文（Group-Specific Query）：查詢器向共享網段內指定組播組發送的查詢報文，用於查詢該組播組是否存在成員。（離開組機制中使用該報文）
    4.成員離開報文（Leave）：成員離開組播組時主動向路由器發送的報文，用於宣告本身離開了某個組播組。
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    廣泛組查詢及響應過程所使用的報文：廣泛組查詢報文+成員報告報文（與IGMPv1基本相同）
    新成員加入過程所使用的報文：成員報告報文（與IGMPv1基本相同）
    組成員離開機制所使用報文:成員離開報文+特定組查詢報文（該2種報文新增）

IGMPv2小結：
    PC加入：當即發送report，源IP爲12.1.1.2，目的IP爲224.1.1.1，報文中包含的組地址爲224.1.1.1
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    路由器通用組查詢：週期性60S一次，源IP爲12.1.1.1，目的IP爲224.0.0.1，報文中包含的組地址爲0.0.0.0，報文中包含的最大響應時間爲10S
        PC收到後啓動0～10秒之間的隨機值的倒計時器
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    PC離組：當即發送leave消息，源IP爲12.1.1.2，目的IP爲224.0.0.2，報文中包含的組地址爲224.1.1.1
        路由器收到leave消息後，發送特定組查詢2次，1S一次，源IP爲12.1.1.1，目的IP爲224.1.1.1，報文中包含的組地址爲224.1.1.1，報文中包含的最大響應時間爲1S
        等待2S後刪除組播轉發項
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    查詢器的超時時間爲125秒

    通用組查詢：最大響應時間爲10S
    特定組查詢（針對用戶離開的組）：最大響應時間爲1S
    
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IGMPv2查詢器選舉
l    IGMPv2使用獨立的查詢器選舉機制，當共享網段上存在多個組播路由器時，IP地址最小的路由器成爲查詢器。
    選舉過程：
        1.全部IGMPv2路由器在初始時都認爲本身是查詢器，向本地網段內的全部主機和路由器發送廣泛組查詢報文。
        2.其餘路由器在收到該報文後，將報文的源IP地址與本身的接口地址做比較。
            經過比較，IP地址最小的路由器將成爲查詢器，其餘路由器成爲非查詢器（Non-Querier）。
        3.全部非查詢器上都會啓動一個定時器（即其餘查詢器存在時間定時器Other Querier Present Timer，其餘IGMP查詢器的存活時間 ＝ 健壯係數2 × IGMP廣泛查詢消息發送間隔60S +（1/2）× 最大查詢響應時間10S。當健壯係數、IGMP廣泛查詢消息發送間隔和最大查詢響應時間都取缺省值時，其餘IGMP查詢器的存活時間的值爲125秒。）。在該定時器超時前，若是收到了來自查詢器的查詢報文，則重置該定時器；不然，就認爲原查詢器失效，併發起新的查詢器選舉過程。

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離開組機制：
l    在IGMPv2中，主機PC3想離開組播組G2時，若是PC3是上一次迴應查詢的組成員，則過程以下：
        1.PC3向本地網段內的全部組播路由器（目的地址爲224.0.0.2）發送針對組G2的離開報文。
        2.查詢器收到離開報文，會發送針對組G2的特定組查詢報文。發送間隔和發送次數能夠配置。缺省每隔1秒發送一次，一共發送兩次。同時啓動組成員關係定時器Timer-Membership（2S）=發送間隔1S  x  發送次數2次。（特定組查詢報文的目的IP爲該組播IP，報文中包含的組播信息也爲該組播IP；RFC規定離組報文的目的IP爲224.0.0.2，但華爲的實現爲特定組。。）
        3.網段內不存在其餘組G2的成員，則路由器不會收到針對組G2的報告報文，會在Timer-Membership超時後（2S後），刪除（*，G）表項中對應的下游接口。組G2的數據再到達路由器時，將不會再向該網段轉發。
        若是網段內還有組G2的其餘成員，則這些成員在收到特定組查詢報文後，會在該報文中指定的最大響應時間（1S）內發送針對組G2的報告報文。路由器繼續維護該組成員關係。
IGMPv2；IGMPv2報文；IGMPv2查詢器選舉；IGMPv2離開組機制

 還剩下IGMPv3的待總結網絡

PIM

 

組播實驗配置

 

 

二層組播

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