组播Multicast 1 overview

session 1 Multicast组播概念

一、优点：

1、带宽：unicast需要服务器发多份数据给相同多个的客户端

                        Multicast只需要服务器发一份数据到一个组地址就行，组中多个客户端在监听，由网络设备发给相同的组的客户端，减少带宽。

2、延迟：unicast发送给多个用户时，后发送的会比先发送的有延迟

                Multicast发送给多个用户时，没有延迟。因为是向组中发送一份数据报文，故不存在先手顺序无延迟

缺点：只能基于udp，不属于端到端连接，没法使用tcp

 

二、内容

1、组播地址只能做目标地址

2、组播成员：接收组播流量的一组设备（沿途路由器只负责传递组播流量，可以不用加入组播组）

3、不支持组播的设备可以将流量以单播（复制多分）和广播的形式转发

 

三、组播地址

       组播组可以是永久的也可以是临时的。组播组地址中，有一部分由官方分配的，称为永久组播组。永久组播组保持不变的是它的ip地址，组中的成员构成可以发生变化。永久组播组中成员的数量都可以是任意的，甚至可以为零。那些没有保留下来供永久组播组使用的ip组播地址，可以被临时组播组利用。
1、224.0.0.0～224.0.0.255为预留的组播地址（永久组地址），地址224.0.0.0保留不做分配，其它地址供路由协议使用；

1、224.0.0.0~224.0.0.255

224.0.0.1 所有支持组播的设备都在该组中

224.0.0.2 组中的所有路由器使用的地址

224.0.0.5/6 ospf协议的更新信息组

224.0.0.13   PIMv2路由器协议使用地址

224.0.0.22   IGMPv3协议使用的地址
2、224.0.1.0～224.0.1.255是公用组播地址，可以用于Internet；
3、224.0.2.0～238.255.255.255为用户可用的组播地址（临时组地址），全网范围内有效；
4、239.0.0.0～239.255.255.255为本地管理组播地址，仅在特定的本地范围内有效。（组播中的私有地址）

5、233.0.0.0 ~ 233.255.255.255 全球可路由的组播地址BGP组播

 

四、组播ip与MAC地址的映射关系

组播ip与MAC的换算，举例：

一、组播ip：239.255.0.1

MAC地址：01-00-5E-7E-00-01

换算方法：组播ip地址都是/8的前缀，所以前8bit不用管固定的，也就是239，后面24bit是对应的MAC地址的。在48bitMAC地址中，前24bit是分配给厂家的也是固定的，也就是01-00-5E，后面24bit对应的是ip的24bit，但是第25bit是固定的0（特殊原因），所以只有23bit来对应ip的23bit，那么换算成2进制就是：

ip：                          239. 11111111.00000000.00000001

mac：01-00-5e- 01111111.00000000.00000001     （ip的后23bit个可用做mac，前面25bit固定）

换算下来mac是：01-00-5e-7F-00-01                         二进制换成16进制（8421原则），其中红色的就是固定为0的，不考虑，后面的23bit用于组播ip和mac的换算， 01111111=7F，00000000=00，00000001=01

同理，在换算一个组播地址：

二、ip：224.254.1.2

             mac：01-00-5e-xx-xx-xx

换算结果为：224.254.1.2 对应 01-00-5e-7e-01-02

 

session 2 组播协议IGMPv2

IGMPv2用于组播成员与组播网关使用的组播通信协议，组播和ospf协议一样都是以接口为范围的。

组播网关配置：
R1(config)#ip multicast-routing                                          开启组播功能

R1(config-if)#ip pim dense-mode                                   使用PIM协议，共享模式无需RP       

R1#show ip igmp interface s0/0                                         可以查看IGMP协议状况
Serial0/0 is up, line protocol is up
   Internet protocol processing disabled
   IGMP is enabled on interface
   Current IGMP host version is 2
   Current IGMP router version is 2
   IGMP query interval is 60 seconds
   IGMP querier timeout is 120 seconds
   IGMP max query response time is 10 seconds
   Last member query count is 2
   Last member query response interval is 1000 ms
   Inbound IGMP access group is not set
   IGMP activity: 0 joins, 0 leaves
   Multicast routing is enabled on interface
   Multicast TTL threshold is 0
   IGMP querying router is 0.0.0.0 (this system)
   No multicast groups joined by this system
R1#
R1(config-if)#ip igmp join-group 224.1.1.1                                        将接口加入组224.1.1.1

R1#show ip igmp groups  224.1.1.1                                                                  查看当前组中有哪些终端
IGMP Connected Group Membership
Group Address       Interface                               Uptime       Expires     Last Reporter     Group Accounted
224.1.1.1               Serial0/0                               00:01:26   stopped     0.0.0.0               
R1#

 

  一、IGMP的抑制机制

IGMP的原理：

1、首先由组播网关设备每60秒发起一起query查询，IGMP的query查询报由网关发起，询问哪些成员需要加入组，初始源ip是网关接口ip，目的是组播组ip，IGMP头部中的组成员地址是0.0.0.0初始填充。

2、监听组播地址的终端接收组播网关的query查询，若要加入组，就会对网关产生回应report报文，并同时生成一个抑制计时器。

3、抑制（cancel report）：计时器由终端生成且时间随机（每个终端的初始倒计时间都不一样），当某个终端的计时器到达0秒时候触发report响应抑制后，它会向同一个组中的其他终端成员发送抑制，让他们不要再发送report响应给组播网关设备了（因为自己已经先人一步发送了report响应给网关设备了，自己已经代表了其他监听该组地址的终端了，这样有限的减少了带宽的资源占用）等到网关设备过了60s再次发送query查询的时候，抑制会再次启动，再次由抑制计时器先到0的终端向组中的其他终端发起抑制

可以使用debug ip igmp查看每个组成员之间的report响应和cancel report响应抑制

4、IGMPv2离组

终端发起离组消息，网关收到后发送一次（cisco是2次）查询信息（在终端所在的组内，那个组的发送离开消息就向哪个组发送查询），在1s内（cisco是2s）没有收到终端回应，那么就认为该终端已经离组。

离组也有抑制，与加入组一样原理。

实验案例：

上图中R1是组播路由器，负责转发组播流量，而R2与R3扮演PC机较色，使用PIM动态组播路由协议以及IGMPv2协议来演示：

R1组播路由器的配置

R1#show run | include ip multicast
ip multicast-routing                                                                             开启组播路由功能
R1#

R1#show run interface f0/0
Building configuration...

Current configuration : 112 bytes
!
interface FastEthernet0/0
  ip address 10.1.1.1 255.255.255.0
  ip pim dense-mode                                                                               组播路由器启用pim协议，共享模式。R1并没有加入组中
  duplex auto
  speed auto
end

R1#

R1#show ip igmp groups 224.1.1.1                               查看224.1.1.1组中的成员
IGMP Connected Group Membership
Group Address       Interface                               Uptime       Expires      Last Reporter     Group Accounted
224.1.1.1               FastEthernet0/0                   00:08:54   00:02:26    10.1.1.3             
R1#

红色中看到组中最后一次发送 Reporter响应的是10.1.1.3即R3，因为R3的抑制计时器比R2快，后面可以看到

R2模拟客户端加入组的配置

R2#show run interface f0/0
Building configuration...

Current configuration : 142 bytes
!
interface FastEthernet0/0
  ip address 10.1.1.2 255.255.255.0
  no ip route-cache
  ip igmp join-group 224.1.1.1                                                   R2的接口模拟PC加入组224.1.1.1
  duplex auto
  speed auto
end

R2#

R3模拟客户端加入组的配置

R3#show run interface f0/0
Building configuration...

Current configuration : 142 bytes
!
interface FastEthernet0/0
  ip address 10.1.1.3 255.255.255.0
  no ip route-cache
  ip igmp join-group 224.1.1.1                                                   R3的接口模拟PC加入组224.1.1.1
  duplex auto
  speed auto
end

R3#

 

R1#show ip igmp interface f0/0
FastEthernet0/0 is up, line protocol is up
   Internet address is 10.1.1.1/24
   IGMP is enabled on interface
    Current IGMP host version is 2                                                        组播协议PIMv2
    Current IGMP router version is 2
    IGMP query interval is 60 seconds                                                   组播路由器发起查询的间隔为60s一次
   IGMP querier timeout is 120 seconds
   IGMP max query response time is 10 seconds
   Last member query count is 2
   Last member query response interval is 1000 ms
   Inbound IGMP access group is not set
   IGMP activity: 4 joins, 2 leaves
   Multicast routing is enabled on interface
   Multicast TTL threshold is 0
    Multicast designated router (DR) is 10.1.1.1 (this system)                PIM中组播DR路由器是10.1.1.1
    IGMP querying router is 10.1.1.1 (this system)                                  发送query的路由器是10.1.1.1
   Multicast groups joined by this system (number of users):
           224.0.1.40(1)
R1#

 

在R1、R2、R3开启debug ip igmp查看igmpv2的抑制机制（v3中没有）

R1#
*Mar   1 00:45:03.471: IGMP(0): Send v2 general Query on FastEthernet0/0         

发送查询
*Mar   1 00:45:09.063: IGMP(0): Received v2 Report on FastEthernet0/0 from 10.1.1.2 for 224.1.1.1

从10.1.1.2收到了report响应，10.1.1.3被10.1.1.2抑制了所以没有发送响应
*Mar   1 00:45:09.067: IGMP(0): Received Group record for group 224.1.1.1, mode 2 from 10.1.1.2 for 0 sources
*Mar   1 00:45:09.067: IGMP(0): Updating EXCLUDE group timer for 224.1.1.1
*Mar   1 00:45:09.067: IGMP(0): MRT Add/Update FastEthernet0/0 for (*,224.1.1.1) by 0
R1#u all
All possible debugging has been turned off
R1#

R2#
*Mar   1 00:45:03.479: IGMP(0): Received v2 Query on FastEthernet0/0 from 10.1.1.1

 收到R1发送的query查询
*Mar   1 00:45:03.479: IGMP(0): Set report delay time to 4.6 seconds for 224.1.1.1 on FastEthernet0/0

R2的report响应抑制计时器被随机设置为4.6s
R2#
*Mar   1 00:45:09.039: IGMP(0): Send v2 Report for 224.1.1.1 on FastEthernet0/0

因为R2的抑制计时器为4.6秒，小于R3的9.0s，所以R2向R3发送抑制，并自己发送了report给组播路由器R1，减少不必要的report在网络中传输
R2#

 

R3#
*Mar   1 00:45:03.499: IGMP(0): Received v2 Query on FastEthernet0/0 from 10.1.1.1

 收到R1发送的query查询
*Mar   1 00:45:03.499: IGMP(0): Set report delay time to 9.0 seconds for 224.1.1.1 on FastEthernet0/0
R3的report响应抑制计时器被随机设置为4.6s
*Mar  1 00:45:09.079: IGMP(0): Received v2 Report on FastEthernet0/0 from 10.1.1.2 for 224.1.1.1
*Mar  1 00:45:09.079: IGMP(0): Received Group record for group 224.1.1.1, mode 2 from 10.1.1.2 for 0 sources
*Mar  1 00:45:09.079: IGMP(0): Cancel report for 224.1.1.1 on FastEthernet0/0

三条红色的收到信息是R3收到R2的report响应抑制信息，因为R2的抑制计时器时间为4.6s＜自己的9.0s，所以R3不在向组播路由器R1发送report响应信息，这里没有看到R3向R1发送report响应信息
R3#

 

session 3 IGMPv3

一、IGMPv3使用组地址：224.0.0.22

在IGMPv3中没有抑制，集合switch的spooning也不需要抑制，由交换机处理，不会让网络中产生大量的repoer响应报文。

IGMPv3中比v2中多了源参数可选，可以指定只report响应某个源组播路由器发来的query查询信息

配置IGMPv3相关：

R1(config)#interface s0/0
R1(config-if)#ip igmp version 3

R1(config-if)#ip igmp join-group 224.1.1.1                                                                  加入组224.1.1.1，源随意，下面是对比命令
R1(config-if)#ip igmp join-group 224.1.1.1 source 10.1.1.1                只接受源为10.1.1.1的组播报文

不限定源的话，会在一个query查询报文中包括多个组（同时查询多个组）

 

修改igmp中的参数

R1(config-if)#ip igmp ?
    access-group                IGMP group access group                                              限制组范围
   explicit-tracking                     Enable/Disable IGMP explicit-tracking
   helper-address                           IGMP helper address
   immediate-leave                         Leave groups immediately without sending last
                                                           member query, use for one host network only
    join-group                  IGMP join multicast group                                                模拟加入组
   last-member-query-count         IGMP last member query count
   last-member-query-interval   IGMP last member query interval
   limit                                             IGMP limit
   mroute-proxy                               Mroute to IGMP proxy
   proxy-service                             Enable IGMP mroute proxy service
   querier-timeout                         IGMP previous querier timeout
    query-interval              IGMP host query interval                                             修改查询时间间隔，默认60s
    query-max-response-time     IGMP max query response value                      修改最大report响应时间
   static-group                               IGMP static multicast group                                                                                 静态组
   unidirectional-link                 IGMP unidirectional link multicast routing
   v3lite                                           Enable/disable IGMPv3 Lite
    version                     IGMP version                                                                    版本