组播学习笔记

组播学习笔记
一、基础知识
1、组播的概念：
使用组播的好处：
一个源可以利用组播向多个目标发送数据（如：IGP的无类路由协议使用的组播）
使用组播可以节省带宽和设备的cost
…………
组播的缺点：
组播是基于UDP发送的。

（数据层面）
2、RTP（real-time transport protocol）：实时传输协议，因为组播是基于UDP的，其传输是无序的，
为了解决接受数据时有序的，就需要对数据的实时传输。

3、由于是基于UDP的所以他的传输和UDP一样都是尽力的传输。

没有拥塞避免机制。

因为是无序传输，
需要利用RTP来解决。

在冗余拓扑中，可能让接受者收到多个一样的报文，可以通过PIM来解决。

4、组播应用的类型，
a、1对多
b、多对多（视频会议）
c、多对1
5、组播的专用名词。

First-hop：第一跳路由器 Last-hop：最后一跳路由器
IGMP：典型的个人ＰＣ和路由器之间沟通的协议。

6、
P
I
M
：
协
议
无
关
的
组
播
，
即
和
运
行
的IGP没有关系。

7、ip地址的分类回顾：A类：0~127 B类：128~191 C类：192~223 D类：224~239
其中D类是组播地址，不能被配置在设备的接口上。

在A类地址中127是被保留的特色地址，也就是我们常用的本地环回地址。

8、组播地址不能被当做源地址，只能被当做目标地址。

9、组播地址的细分：
A、保留的本地链路地址：224.0.0.0~224.0.0.255
B、公网组播地址：224.0.1.0~238.255.255.255
保留的公网组播地址
SSM（source specific multicast）指定源的组播（在CCSP中会涉及）这种协议时PIM的高级协议（232.0.0.0~232.255.255.255）
GLOP地址（233.0.0.0~233.255.255.255）就是申请一个BGP的AS号会送一段组播地址，这段地址就是GLOP地址。

这个地址是可以根据AS号来算出来的，如下所示：
如果AS：64521，那么所得组播地址是？？
1、将64521转化成十六进制的数FC09
2、将FC09从中间断开得到FC 09
3、将FC和09 分别转化成两个十进制的数得到252 9
4、分别将这两个数字放在GLOP地址的第二位和第三位。

就得到基于本ＡＳ的地址
：232.252.9.0/24
C、私有的组播地址：239.0.0.0~239.255.255.255
10、典型的私有地址的使用：
224.0.0.1——发向所有的主机和路由器
224.0.0.2——发向所有的路由器
224.0.0.5——OSPF向所有路由器发送路由信息使用的组播地址。

224.0.0.6——OSPF中MA网络，发向DR使用的组播地址
224.0.0.9——RIPv2
224.0.0.10——EIGRP
224.0.0.13——PIM发送hello包的组播地址
二、IGMP协议
1、IGMP的定义：（ internet group management protocol） internet组管理协议，本协议有三个
版本V1、V2、V3、这里我们重点学
习V2。

IGMP是封装在IP包里面的，
这里IGMP的ＩＰ协议号是２。

IGMPv1的数据包模型：
2、IGMPv1：他有两种报文；
（1）、查询包，由最后一跳路由器发送，查询有哪些组员（每60秒发一次，发送的组播地址是：224.0.0.2）查询报文的目标地址和组地址
Ｄ：224.0.0.2 group：0.0.0.0
（2）、report包，由主机发送，说明加入了某个组。

他的目标地址和组地址分别是：D：224.1.1.1 G：224.1.1.1 如左所示：其目标和组地址都一样，这是因为通过路由器向
下发送查询报文，主机收到该报文后，会向路由器发送report报文来回复，而发送的report
的报文由本地主机运行的应用程序而决定加入什么样的组，故而确定了组地址。

而用本地的
组地址作为发送report包的目的地址。

则是有两方面的优点：使用组地址作为report报文
的目标地址，可以将报文发给网关路由器和加入同一个组的PC，这时，所有的PC都会以这
个地址来发report报文，而相同的报文会被抑制掉，从而只发一个相同的report报文给网
关路由器。

（3）离组消息：在180S内发送三次查询包，如果一直没有收到该组的report回复报文，则意味这该组自动解散。

最后一跳路由器清除该组相关表项。

（缺点是在180s内还在转发组播消
息）
3、IGMPv2：版本2相对于版本1的常规查询和report新增了2中报文。

其解决了版本1在180s内仍
然转发组播消息的问题。

IGMPv2的四种报文
1、常规查询，和版本1一样；
2、report报文和版本1一样。

3、group-specific query 指定组的查询。

4、leave group massage 离组消息。

在最后一跳路由器冗余的情况下会出现查询者的选举，既在这样的一个网络下会出现querier的选举，其选择的原则是选取IP
地址小的设备作为查询者。

由
于发送查询的时候使用的目
标地址是224.0.0.1（路由器
和PC都接收）所以在查询的
过程中就会选出来查询者。

（在版本 1 中也存在这样的
选路，而在版本1 中则使用的
是PIM来选择DR选出的DR就充当了查询者）当查询者down了之后，非查询者在120S之内没有收到查询者的查询，那么非查询者就会充当查询者。

4、IGMPv2的报文格式：（右图）
5、离组报文，其发送离组消息的
目标地址是：224.0.0.1.
group 地址是：就是原有的
group地址
6、当查询者收到了这个ＰＣ的离
组报文后，路由器就会发送一
个指定组的查询报文。

发送指
定组的查询报文后，路由器会
等待２ｓ，如果没有收到这个
组的report报文，那么路由
器就会删除这个组的所有表
项。

到目前为止，离组完成。

如果PC收到指定查询，那么
PC就会马上发送一个report的报文。

7、在路由器上面启用组播路由协议：全局下#ip mlticast-routing
在接口下运行PIM协议：# ip pim sparse-mode
查看谁是查询者以及相关信息：show ip igmp interface
Debug ip igmp 可以详细的看看离组的过程。

查看组员信息：show ip igmp groups.在查看的同时，思科路由器会自动加入一个组：224.0.1.40
三、二层的组播地址
1、mac地址：mac地址是一个48位。

其前24位是需要申请的，简称是OUI .后24位是厂家自己任
意指定的。

2、理论上组播地址有2的28次方个组播地址。

因为前四位是固定的。

3、在一个需要运行组播的网络中，当数据进行封装的时候，在IP报文前面会封装以太网包头，在
分装以太网包头的时候，需要有源和目标mac地址。

当然，封装的时候源mac地址就是该报文出去的以太网口的mac地址，那么目标mac地址就需要和运行的组播地址进行换算了，其换算的方法是：首先，这个目标mac地址的前25为是确定的，既：01-00-5e-0（0是固定的）后面的23为是自己分配的。

其次，将本组的组播地址转换成二进制，取后23位直接放在前面的25位后面，这就得到了我们需要的目的mac地址。

那么着就意味着我们有32个组播地址对应了一个组播数据包的目标mac地址。

就有可能有32个组播地址映射到了一个mac地址。

4、当一个交换机接受到一个组播地址或者广播地址的数据包时，就会向所有属于同一个vlan的接
口泛红这个数据，但是在在实际工程中为了减少不必要的组播泛红到其他的链路上去，这时就有了IGMP snooping 协议和思科私有的cisco group management protocol （CGMP）协议。

5、IGMP snooping：他是一个业界标准，其只需要在交换机上面做就可以解决问题。

原理：默认的一台交换机只可以将包拆到mac地址就可以转发了，但是IGMP snooping之后就可以将包拆到三层的iip地址。

当PC加入一个组之后会发送report 报文，而且目标ip地址和组ip地址是一样的，如果这个交换机启用的IGMP snooping 功能，他就会把这个报文截获下来，这时，就会将截获来的报文的组地址和接口就会有一个映射表。

当交换机接受来的组播报文，就只会向有映射的接口发送。

而不会向所有本vlan的接口发送。

全局下：#iip igmp snooping vlan 1 针对vlan1 开启snooping 。

不加vlan的话就是针对所有的vlan都开启snooping。

查看交换机上IGMP snooping 表项：#show ip igmp snooping group
6、CGMP：需要交换机和路由器的一个协同工作。

（思科私有的）
原理： PC向路由器发送report报文，当交换机和路由器都启用了CGMP功能后，report报文会直接透传交换机发送给路由器。

而路由器会截获report报文的目标mac地址和源mac地址作为GDA （group destination address 组的目标地址）和USA（unicast source address单播的源mac 地址）封装成CGMP报文，再将CGMP报文发送给交换机，交换机就有了这个表项。

既一个PC 的mac地址和一个组播mac地址的映射表项。

当交换机收到一个224.1.1.1 的组播数据，数据转发时的目标mac地址就变成GDA了，交换机收到这个数据包之后就会向和GDP mac地址映射表项的USA mac地址的接口区转发。

开启交换机cgmp 全局#cgmp；开启路由器cgmp 接口下#ip cgmp（运行多播协议和PIM）
四、组播路由协议——PIM（协议无关的组播协议）
单播路由协议和组播路由协议的区别：单播路由是决定数据时从哪（走哪）出去的一种协议；
而组播路由协议则是决定数据时从哪个接口进来的一种协议（既防止接受重复报文；既路由器接收一个组播报文只可能有一个接口）
1、RPF(reverse path forwarding )反向路径转发，把路由器的包的进入接口称之为RPF接口，一
个路由器只有一个RPF接口。

2、RPF校验：如右图所示：当路由器接收到一个源地址为
151.10.3.21的组播数据的时，路由器会做RPF校验，这
时，路由器会找自己的单播路由表，来查找源151.10.3.21
的路由，在右图所示的例子中，查找的结果是从s1口出
去的，而组播数据时从s0口进来的，这是RPF校验失败。

3、当最后一跳路由后面有负载均衡的链路时，这时候选举
RPF接口的办法是，在ＲＰＦ校验的时候：１、优选与到
达源地址路由条目的最短路由管理距离（多个路由协议）
的接口；２、如果以上是一样的，那就选择最小metric
的哪条链路的接口；3、如果若果metric值一样，那就选
择较大的IP地址的那个接口作为RPF接口。

4、当我们需要基于组来做组播的负载分担的时候，可以写
一条组播的静态路由来干扰个别流量的的走向。

全局下#ip mroute 1.1.1.1 255.255.255.255 +入接口（其中1.1.1.1 255.255.255.255是发送组播数据的源地址。

入接口就是本地路由器上的组播数据进入的接口）组播的静态路由的AD是0
5、组播中的两棵树
A、source –rooted：源树（SPT）
原理：当一个网络中有多个组播数据源的时候，每个源会在这个网络中生成一棵树，这时就会在本地产生一个表项（组播路由表）他会标识出这个组播数据流量是从哪个接口进
来的，要从哪个接口出去。

运SPT的缺点是：占用路由器的cost。

优点是：源到达接
受者是最优的。

B、shared trees：共享树（RPT）
原理：当有多个组播数据源的时候，在网络中指定一个RP路由器，这时，所有的组播数据流量都发向RP设备，然后，网络中以RP为源树，来形成一棵树，这个模型是一个分段模
型，在RP以前还是源树，在RP以后就是共享树了。

6、PIM的两种模式。

1、sparse mode：稀疏模式
2、dense mode：密集模式；（有组播流量才能够形成树形结构）所谓的密集模式就是接受者非常
多。

使用的模式是push模式，使用的树是spt树，其运行原理：当源路由器有组播数据流量向下发的时候，第一跳路由器会将流量发向所有的最后一跳路由器，一旦组播流量泛洪完成后，每台设备上就会产生一个表项（S,G），如果有的最后一跳设备上面没有接受者，那么就会发送一个pruning 包，当源树的根收到pruning包之后就会修剪掉没有接受者的设备的组播表项。

到了这个时候，组播流量就只向有接受者的最后一跳设备发送，在这个过程完成后，每三分钟会泛洪一次组播流量，也会在进行一次修剪。

如此，循环这个过程。

（如果，网络在接受者比较多，那么这种模式就比较好。

）
3、PIM的工作原理：当两台设备的接口都运行PIM的sparse或者dense模式，就开始建立邻
居，发hello包，发送的组播地址：224.0.0.13，30s发送一次，hold时间是105s ，（在IGMPv1中选举查询者就是在这个过程中进行的，选举规则是：先比接口优先级，再比接口的ＩＰ地址较高）
４、当邻居建立成功后，可以使用命令＃show ip pim neighbor 查看。

这时会看到这个表有三个状态属性，如下图所示：
Dense mode 的配置：
首先，在设备上面需要配置的设备上面启IGP路由，为了防止RPF校验失败；
其次，开启设备的组播路由功能，全局下#ip multicast-routing
最后，在所有转发组播流量的接口下配置PIM模式#ip pim dense-mode
（在ping组播地址的时候，要是没有回包，很有可能是接受者的最后一跳路由器没有回去的
路由）
5、在PIM中修改接口的优先级#ip pim dr-priority+优先级
6、查看组播路由表：#show ip mroute，在查看组播路由器的路由表的时候后面的flags位的字
母分别表示：D---表示运行的是dense模式；S——表示运行的是sparse模式；T——表示SPT
位置位了，表示组播数据已经从形成好的源树开始转发。

7、组播中的通用规则：
A、当组播运行的时候，其路由表中产生一个（S,G）就会自动产生一个（*，G）；但是在dense
模式下（*,G）不做组播数据转发
8、sparse 模式：稀疏模式，其使用了pull模式来转发组播流量，其用到了SPT树和RPT树。

这种模式只要有了接受者就会形成树形结构。

原理：（右图为例）在运行sparse模式之前，在
网络中选取一个RP，当接受者加入一个组之后，
连接接受者的的最后一跳设备会向RP发出一个
（*，G）的join包，此时，RP到达最后一跳路由
器，这棵树（RPT）就形成了，——让RP知道有
接受者。

在这个过程中从RP路由器到最后一跳路
由器都会形成一个（*，G）的表项；当第一跳路
由器接收到组播流量的时候，会向RP用单播发送
一个register报文（S,G），register报文里面
IP包头之后封装的是PIM信息，——目的是查看
RP上面有无该组的组员。

这时，有两种情况，如
果有的话，那么就直接把这个register包解封装，就按照正常的组播流量向下走；然后，RP
会向第一跳路由器发送一个join信息（S,G），——因为所有的组播流量都封装在一个单播数
据包中，最终需要通过组播路由表来转发，当第一跳路由器收到后——形成spt树。

组播流量
就会通过spt发个RP，再通过RPT发给接收者。

这时，第一跳路由器仍在向RP发送单播register
报文，为了抑制这种现象，RP就会向第一跳路由器就会以单播的形式向第一跳路由器发送一
个（S,G）register stop报文，来禁止第一跳路由器单播发送register（S,G）报文。

如
果在第一跳路由器发送register报文的时候，RP路由器上没有接收者的信息，那么ＲＰ就会
直接向第一跳路由器发送register stop 报文，将组播流量在第一跳设备上面丢掉。

9、在运行sparse模式的时候，设备会自动运行switchover，当最后一跳路由器在从RP接收到组
播流量的时候，最后一跳路由器就会向源发送一个(S,G)join的报文，这时就自己切换到最短路
径了，切换的筏值是看组播的速率0kbps，当组播流量的速率大于0kbps就会向SPT转换。

（默认切换）要使得不切换需要在最后一跳路由器上面配置：#ip pim spt-threshold infinity
配置：和dense 模式的配置一样，只不过命令行不一样；RP的配置：
1、静态配置（一般使用环回口，要通告进IGP）在设备的全局下配置：#ip pim rp-address
+RP设备的地址（在组播运行的所有的设备上面都要配置）
2、动态RP，auto-RP（cisco私有）{ C-RP –候选RP：可以有多个设备来申请成为RP；
MA映射代理：决定这些候选RP谁来当RP}原理：当运行了C-RP的设备会周期性的向224.0.1.39发送消息，而这个消息只有MA能识别，选择IP地址最大的来做RP，选好ＲＰ之后，MＡ设备会向224.0.1..40发送谁是RP。

（注：在一个网络中要有多个C-RP和MA备份）
1、先将模式调整为：sparse-dense mode
2、C-RP和MA所指的环回口要通告进入IGP
配置：在借口下：#ip pim sparse-dense mode（修改模式）
#ip pim send-rp-announce loopback 0 scope 8（配置C-Rp）
# ip pim send-rp-discovery loopback 0 scope 8（配置MA）（现在运
用的环回口要运行PIM，因为这个环回口要发送组播流量）查看选举结果：#show ip pim rp mapping
（动态选出来的RP优于静态的RP）
10、DR在sparse模式下的作用是负载发送join包和register消息。

A、如果运行的是IGMPv1，DR充当了查询者的作用
B、DR在dense模式中没有作用。

C、DR在sparse模式下的作用是负责发送join包和register消息；当在源端出现MA网络，那
么选举出来的DR，就向RP发送register报文，当在最后一跳路由器出现冗余，那么选举出的DR就向RP发送join报文。