第08章 二层组播技术

第8章 二层组播技术本章着重介绍二层组播公共部分、二层静态组播、IGMP Snooping、IGMP Proxying和MVR等二层组播相关技术，及其应用。

本章主要内容：z二层组播公共部分z二层静态组播及其应用z IGMP Snooping及其应用z IGMP Proxying及其应用z MVR及其应用8.1二层组播公共部分本节主要讲述二层组播公共部分的原理。

本节主要内容：z相关术语解析z介绍8.1.1相关术语解析1.二层组播综合表：该表是综合了静态配置和动态学习获得的二层组播信息表项的集合。

在每个表项中包含了VLAN、组播MAC地址和综合了静态配置和动态学习获得的输出端口列表。

2.二层组播转发表：该表和二层组播综合表类似。

只是在每个表项中包含的输出端口列表是相应二层组播综合表的输出端口通过VLAN过滤和汇聚组转换为成员端口之后形成的，该表项用于确定二层组播的转发端口列表。

8.1.2介绍二层组播公共部分是连接底层芯片和二层组播应用的中间层，它的主要作用是综合二层组播应用(例如二层静态组播配置的和IGMP SNOOPING等动态二层组播应用学习到的)形成二层组播转发表，并且将这些表项下发到底层芯片中，从而形成硬件转发表。

8.1.2.1表项维护二层组播公共部分，主要是综合静态配置和动态学习的二层组播信息，然后形成二层组播综合表。

在形成组播综合表的过程中，将以静态配置优先的方式进行综合处理。

例如，如果静态配置某个端口上禁止转发某个二层组播组(以二元组[VLAN, MAC]表示)时，那么即使在此端口上动态二层组播学习到该二层组播组的成员，该端口仍然不会成为一个输出端口，也不会进行该二层组播包的复制和转发。

二层组播公共部分在二层组播综合表的基础上，通过VLAN过滤(就是将不属于转发表指定VLAN 的端口从输出端口中去除)和将汇聚组输出端口转换成汇聚组成员端口列表的方式将输出端口列表进行增加或者删除操作形成转发端口列表，从而建立二层组播转发表。

该表用于二层组播的转发。

最终，将此转发表写入到硬件转发表。

8.1.2.2二层组播转发当设备从某个端口收到一个二层组播包，首先在硬件转发表中进行查找。

如果没有找到硬件转发表项，该报文在报文到达的VLAN进行泛洪(除去报文到达的端口)。

如果没有找到硬件转发表项，且配置了丢弃未知组播，那么该报文被丢弃。

如果找到了对应的硬件表项，那么在硬件表项指定的所有输出端口上(除去报文到达的端口)进行该组播包的复制和转发。

二层组播转发的查找依据就是VLAN和组播MAC确定的二元组，转发端口列表是需要复制和转发二层组播包的端口集合。

8.2二层静态组播及其应用本节主要讲述二层静态组播的原理和应用。

本节主要内容：z相关术语解析z介绍z典型应用8.2.1相关术语解析1.二层静态组播表：二层静态组播维护的一张表，该表中的每个表项是由静态配置产生的二层静态组播信息，包括：VLAN、组播MAC、成员端口列表和禁止端口列表。

8.2.2介绍二层静态组播可以通过静态配置方式生成二层组播相关信息，需要指定VLAN、组播MAC、成员端口列表和禁止端口列表。

该二层静态组播表项将通过二层组播公共部分生成二层组播公共部分的相关表项，最终下发到硬件转发表。

8.2.2.1成员端口列表如果某个端口属于二层静态组播表项的成员端口列表，那么收到对应的二层组播包后，将在该端口上进行复制和转发。

8.2.2.2禁止端口列表如果某个端口属于二层静态组播表项的禁止端口列表，那么收到对应的二层组播包后，在该端口将不会进行复制和转发。

根据二层组播公共部分的静态配置优先策略，即使在此端口上动态二层组播学习到了接收成员，也不会进行二层组播包的复制和转发。

8.2.3 典型应用Video ServerPC 1PC 2PC 3switch图8-1 二层静态组播应用示例如图所示，视频服务器和交换机连接起来。

视频服务器发送组播视频节目。

接收者PC1、PC2和PC3也和交换机连接起来。

和视频服务器、接收PC 相连的端口配置属于同一VLAN 。

首先根据VLAN 和组播MAC 创建二层静态组播表项，然后配置PC1所连端口为成员端口；配置PC2所连端口为禁止端口；PC3所连端口不做二层静态组播的有关配置。

PC1可以接收到视频节目。

PC2和PC3都不会接收到视频节目。

8.3 IGMP Snooping 及其应用本节主要讲述IGMP Snooping 的基本原理。

本节主要内容： z 相关术语解析 z 介绍8.3.1相关术语解析1．IGMP：Internet Group Management Protocol （Internet组管理协议），用于维护主机向路由器或者交换机通告的组播组成员资格协议，有V1、V2和V3版本。

2．IGMP Snooping：Internet Group Management Protocol Snooping（互联网组管理协议窥探）的简称。

3．动态路由器端口：指交换机中接收到IGMP查询报文或三层组播协议报文（如PIM hello）的端口。

4．动态成员端口：指交换机中收到IGMP成员关系报告报文的端口。

5．IP组播二层转发：使用VLAN、组播源IP地址(对于(*,G)，该地址使用0.0.0.0，这和交换芯片实现相关)和组播目的地址进行二层组播业务转发。

8.3.2介绍IGMP协议实现主机和路由器之间组播成员资格的建立与维护。

IGMP协议运行于主机和与之直接相连的组播路由器之间。

一方面，主机通过IGMP协议通知组播路由器希望加入并接收某个特定组播组（或者指定组播源）的信息；另一方面，路由器通过IGMP协议周期性地查询本地网段内是否有组成员处于活动状态，即该网段是否仍有某个组播组的组成员，完成本地网段内组成员信息的收集与维护。

组播路由器只关心本地网段内是否有某个组播组的成员，而不关心在网段内成员具体数目。

只要存在一个组成员，路由器都会将指定组播组(或者指定组播源)的业务数据转发到该网段中。

IGMP目前有三个版本：IGMP V1、V2和V3。

最常用的版本是IGMP V2。

IGMP V1在RFC 1112中定义，主要描述了通用查询和成员资格报告过程。

IGMPv2在RFC 2236中定义，主要在IGMP V1的基础上增加了组成员快速离开机制。

IGMPv3在RFC 3376中定义，主要在IGMP V2的基础上增加了源过滤的功能，可以指定仅接收某些组播源主机发送的指定组播组业务，也可以指定接收除了某些组播源的其他所有组播源主机发送的指定组播组业务。

IGMP Snooping即Internet Group Management Protocol Snooping（互联网组管理协议窥探）的简称，主要用于不支持IGMP协议的交换机减小组播报文的传播范围，避免将组播报文传播到不需要该组播报文的网段，它通过探听并分析IGMP报文，在本地形成并维护组播MAC或IP地址和组播接收端口以及VLAN之间的映射关系，并根据这样的映射关系来转发组播流。

如下图所示，当二层设备没有运行IGMP Snooping 时，组播数据在VLAN 内泛洪（flooding ），组播流转发给该VLAN 内所有端口；当设备上运行IGMP Snooping 后，已知组播组的数据不会在VLAN 内泛洪，而是转发给指定的组播成员端口。

Router ASwitch AHost CVlan 10ReceiverSourceHost AVlan 10ReceiverHost BVlan 10multicast packets Router ASwitch AIGMP SnoopingHost CVlan 10ReceiverSourceHost AVlan 10ReceiverHost BVlan 10Vlan 10multicast packets图8-2使用IGMP Snooping 前后的对比图8.3.2.1 侦听IGMP 报文建立组播信息IGMP Snooping 通过侦听IGMP 报文来获取组播的信息, 建立相关表项。

收到查询报文的端口即为路由器端口，收到成员关系报告报文的端口即为组播成员端口，交换机将本设备上所有成员端口都记录在IGMP Snooping 的组播转发表中，该组播转发表的内容主要包含组播组MAC 或IP 地址，VLAN 和端口列表。

8.3.2.2 转发侦听到的IGMP 报文IGMP Snooping 将报文Trap 上CPU 后，还需要将报文根据具体情况转发出去。

对于收到的查询报文，需要转发到该VLAN 内其它端口，对于收到的成员关系报告报文，需要转发到路由器端口（如果应用报告抑制，对于V1和V2则并不是所有报告报文都会转发到路由器端口）。

8.3.2.3动态端口老化定时器老化定时器只针对动态端口，老化定时器超时后，该端口将从相关表项中删除。

在收到IGMP 普遍组查询报文时，交换机将其通过VLAN 内除接收端口以外的其它所有端口转发出去，并对该报文的接收端口做如下处理：1 如果在路由器端口列表中已包含该动态路由器端口，则重置其老化定时器。

2 如果在路由器端口列表中尚未包含该动态路由器端口，则将其添加到路由器端口列表中，并启动其老化定时器。

在收到IGMP 成员关系报告报文时，交换机将其通过VLAN 内的所有路由器端口转发出去，从该报文中解析出主机要加入的组播组地址，并对该报文的接收端口做如下处理：1 如果不存在该组播组所对应的转发表项，则创建转发表项，将该端口作为动态成员端口添加到出端口列表中，并启动其老化定时器；2 如果已存在该组播组所对应的转发表项，但其出端口列表中不包含该端口，则将该端口作为动态成员端口添加到出端口列表中，并启动其老化定时器；3 如果存在该组播组所对应的转发表项，并且端口列表中包含该端口，则重启其老化定时器。

8.3.2.4IP组播二层转发通常的二层组播转发是使用VLAN和MAC地址来进行的。

参见二层组播公共部分的二层组播转发小节叙述。

对于IGMP SNOOPING协议形成的表项，还有一种可行的转发模式，就是IP组播二层转发。

具体来说就是形成(VLAN，*，G)和(VLAN，S，G)的转发表项，表项中指定成员端口列表。

这个表项中的VLAN 是组播包所属的VLAN，*表示匹配所有组播源IP地址，S表示组播源IP地址，G表示组播目的地址。

当使用IP组播二层转发，且某个组播包到达某个端口时，首先查找是否存在(VLAN，S，G)表项。

如果存在，按照此表项指定的所有成员端口进行组播包的复制和转发，结束转发处理。

否则，查找是否存在(VLAN，*，G)表项。

如果存在，按照此表项指定的所有成员端口进行组播包的复制和转发，结束转发处理。