基于华三网络学习笔记（理论）
组播概述
组播用于实现点到多点的传输。
- 效率高，分布式应用，多点传输
- 数据源仅发送一份数据包，链路仅传输一份数据包，只有组播组中接受者能收到数据包
- 尽最大努力交付
- 无拥塞控制
- 数据报重复
- 数据包无序交付
组播需求问题与相关技术：
- 如何标识接受者—–组播地址机制
- 接受者动态加入或离开组播组—–组成员关系管理
- 组播报文如何在网络中转发—-组播报文转发过程
- 组播报文转发路径（组播转发树）构建—–组播路由协议
组播地址：
组播地址范围：224.0.0.0---239.255.255.255
- 本地协议预留组播地址：
224.0.0.0---224.0.0.255，属于局部范围，不会被路由器转发 - 用户组播地址：
224.0.1.0---238.255.255.255，用户可用组播地址，全网有效232.0.0.0/8为 SSM 组地址，其余属于 ASM 组 - 本地管理组地址：
239.0.0.0---239.255.255.255，特定本地范围有效，属于 ASM 组 - 组播 MAC 地址：以太网：
01-00-5e-xx-xx-xx
组播地址映射：
组播 MAC 地址中高 24 位固定为0x01005E，第 25 位为 0，低 23 位来自组播 IP 地址的低 23 位。
组播 IP 地址的高 4 位为1110，标识组播，而低 28 位只有 23 位被映射到组播 MAC 地址，即有 5 位的丢失，一共会有2^5即 32 个 IP 地址公用一个组播 MAC，也就是可能会接受所在组播组外的其他组播数据。
举例：
组播IP地址为：224.231.123.14 |
组播组管理协议
常用的组播组管理协议为 IGMP（Internet Group Management Protocol 因特网组管理协议）。
主机通过 IGMP 通知路由器加入或离开某个组播组，路由器通过 IGMP 周期查询组播组成员是否处于活动状态，收集成员关系并维护
IGMP 有三个版本：
- IGMPv1：定义了基本的组成员查询和报告过程
- IGMPv2：添加了组成员快速离开机制
- IGMPv3：添加了成员可指定接受或拒绝组播源的报文，支持 SSM 模型
IGMPv2
IGMP 报文：
Type：IGMP 报文类型，包含Membership Query、Report、Leave GroupMax Reps Time：最大响应时间，只有Membership Query使用该字段checksum：校验和Group Address：组地址。不同报文填的不同。普遍查询填 0，特定组查询填指定组播组地址，报告报文和离开报文填组播组地址
IGMPv2 原理：
- 当同一网段中有多个 IGMP 路由器时，通过查询器选举机制（最小接口 IP）选出唯一查询器。
- 查询器周期发送普遍查询消息
General Query，目的地址224.0.0.1，TTL为 1，进行组成员关系查询。主机收到后发送报告消息Report响应。也有称为Membership Report，但本篇统一为Report - 主机若要加入组播组，可直接向查询器发送
Report，离开组播组时，直接发送Leave，目的地址为224.0.0.2，通告所有组播路由器。查询器收到Leave后，会发送特定组查询消息Group-Specific Query确定该组所有成员是否都离开。 - 若是加入，查询器则会查看组播转发表项，若不存在就添加，表项为
(组播源IP地址,组播组IP)，若为*表示任意源。组播转发表项还包含：组播指定报文的入接口、出接口等
案例完整流程：
IGMP Snooping：解决二层组播。原因：组播数据在二层以广播发送
主机发往 IGMP 查询器的报告消息经过交换机时，交换机会监听并将组播 MAC 和端口做映射，建立表项。当交换机收到组播数据时，就按表项转发，也就只向组成员发送了
IGMPv3 概述： 1.可对源过滤 2.新的报文类型与格式 3.报告报文的组播地址为 224.0.0.22 4.取消成员报告抑制机制
IGMPv3 主机为接口上每个组播组维护一个表项（组地址，过滤模式，源列表）
过滤模式：INCLUDE：只接收来自源列表的组播源的数据包
EXCLUDE：只接收不在源列表的组播源的数据包
三种状态：当前状态，过滤模式改变状态，源列表改变状态。对应三种记录
当主机接口维护的组状态变化时，会主动发送组记录类型为过滤模型变化或源列表变化的报告报文。当接收到查询报文时，会响应记录类型为当前状态的报告报文
组播分发树模型：是组播数据的转发数据，分为最短路径树(S,G)和共享树(*,G)
组播转发机制：逆向路径转发
组播路由协议：域内：DVMRP（基于路径矢量协议）、MOSPF（基于 OSPF）、PIM 域间：MSDP、MBGP
域内协议：基于 SPT：PIM DM、DVMRP、MOSPF 基于 RPT：PIM SM
组播模型：ASM 任意信源组播：接收端只选择加入组播组，不能选择组播源
SSM 指定信源组播：接收端可以指定组播源
组播分发树：由组播路由协议建立的无环传输路径
SPT 最短路径树：组播源到接受者的最短路径。要为每个组播源建一棵最短路径树
缺点：路由器必须为每个组播源保存路由信息
RPT 共享树：以某个路由器作为树根，该路由器称为汇聚点 RP，以 RP 为树根建立到每个接收者的最短路径树。所有组播源和接收者都使用这棵树收发报文。组播源先向 RP 发数据，再由 RP 发送到所有接收者。
优点：路由器保留的路由信息很少
缺点：数据报文先要经过 RP，再到达接收者，对 RP 的可靠性和性能要求高
组播报文转发机制
RPF 逆向路径转发
原因：组播报文是发送给一组接收者的，路由器收到组播报文后，必须根据报文的源地址确定正确的入接口和下游方向，然后向下游方向转发。该过程就是 RPF。
目的：确保组播数据沿正确路径传输，避免出现环路
检查过程：在单播路由表上查找组播源（分发树为 SPT）或 RP（分发树为 RPT）对应的 RPF 接口，若数据包是在 RPF 端口接收到的，则 RPF 检查成功，转发数据包。否则检查失败，直接丢弃
PIM 协议无关组播：与单播路由无关，但仍然依靠单播路由表进行组播路由。使用 RPF 转发报文。分为两种模式：PIM-DM（密集模式），PIM-SM（稀疏模式）
PIM-DM：用于小型网络中接收者较多且密集的情况，采用“推”方式将流量泛洪。
邻居发现：路由器周期发送 PIM Hello 消息，发现其他 PIM 路由器，建立邻居关系，判断叶子网络，选举 DR（若运行的是 IGMPv1，通过 Hello 选举，其他版本就不需要选举 DR）。
扩散-剪枝：将组播数据扩散到每个节点，每个节点创建(S,G)表项（包含出接口（除 RPF 接口外所有连接 PIM-DM 邻居或组播组成员的接口）与入接口列表），若节点没有该组播组成员，就向上游发送 Prune 剪枝消息，若共享网段有路由器上有接收者，就向上游发送 Join 消息，覆盖其他路由器发送的 Prune。 扩散-剪枝过程周期进行。最终形成 SPT。
Prune 消息发送情况：1.若路由器(S,G)表中出接口表为空 2.路由器从非 RPF 接口收到组播报文，会触发断言 Assert 机制，断言失败一方会向成功一方发送 Prune 消息。
断言 Assert：若同一网段有多个组播路由器，相同报文可能会被重复发送，通过断言选取网段唯一转发组播数据的路由器。
过程：路由器在重复接收到报文的接口上发送 Assert 消息，包含 S，G，单播路由的优先级，开销 Metric。先比较路由优先级（高的胜），再比较开销（小的胜），再比较本地接口 IP 地址（大的胜）。当一台路由器上游接口故障时，该路由器将 Metric 值设为无穷大并广播 Assert，引发新一轮断言，保证流量不会长时间中断。
状态刷新机制：与组播源直连的路由器发送 State Refresh，其他路由器收到后重置剪枝超时定时器，并向所有连接 PIM-DM 邻居的路由器发送该消息，对于处于转发的接口，消息中剪枝位为 0，处于剪枝的接口，剪枝位为 1。周期发送该消息可使剪枝状态的接口维持状态，减少不必要的扩散。
嫁接：当被剪枝的节点上出现接收者时，节点会主动向上游发送嫁接 Graft 消息，上游收到后回复 Graft Ack 消息确认，节点从剪枝状态变为转发状态。两个消息都是单播发送。
PIM-SM：用于中大型网络中，组播组成员相对分散，范围较广，采用“拉”方式。核心任务是构造维护 RPT，选出 RP 作为共享树的根。
过程：组播源侧 DR 向 RP 注册，将注册报文单播发给 RP，该报文到达 RP 后触发建立 SPT，组播源把数据沿 SPT 发给 RP，再由 RP 沿 RPT 发给接收者
ASM 模型：任意源模型。任何发送者都可作为组播源向组播组发数据，接收者无法预先知道组播源位置，但可以在任意时间加入离开组播组
SSM 模型：指定信源组播模型。接收端能指定组播源。SSM 模型无需 RP，无需构建 RPT，无需组播源注册过程。