Как найти мультикаст в сети - Сайт, где вы сможете решить свои вопросы

Наш умозрительный провайдер linkmeup взрослеет и обрастает по-тихоньку всеми услугами обычных операторов связи. Теперь мы доросли до IPTV.
Отсюда вытекает необходимость настройки мультикастовой маршрутизации и в первую очередь понимание того, что вообще такое мультикаст.
Это первое отклонение от привычных нам принципов работы IP-сетей. Всё-таки парадигма многоадресной рассылки в корне отличается от тёплого лампового юникаста.
Можно даже сказать, это в некоторой степени бросает вызов гибкости вашего разума в понимании новых подходов.

В этой статье сосредоточимся на следующем:

Общее понимание Multicast
Протокол IGMP
Протокол PIM
>>>PIM Dense Mode
>>>Pim Sparse Mode
>>>SPT Switchover — переключение RPT-SPT
>>>DR, Assert, Forwarder
>>>Автоматический выбор RP
>>>SSM
>>>BIDIR PIM
Мультикаст на канальном уровне
>>>IGMP-Snooping
>>>MVR

Традиционный видеоурок:

На заре моего становления, как инженера, тема мультикаста меня неимоверно пугала, и я связываю это с психотравмой моего первого опыта с ним.
«Так, Марат, срочно, до полудня нужно пробросить видеопоток до нашего нового здания в центре города — провайдер отдаст его нам тут на втором этаже» — услышал я одним чудесным утром. Всё, что я тогда знал о мультикасте, так это то, что отправитель один, получателей много, ну и, кажется, протокол IGMP там как-то задействован.

В итоге до полудня мы пытались всё это дело запустить — я пробросил самый обычный VLAN от точки входа до точки выхода. Но сигнал был нестабильным — картинка замерзала, разваливалась, прерывалась. Я в панике пытался разобраться, что вообще можно сделать с IGMP, тыркался, тыркался, включал мультикаст роутинг, IGMP-snooping, проверял по тысяче раз задержки и потери — ничего не помогало. А потом вдруг всё заработало. Само собой, стабильно, безотказно.

Это послужило мне прививкой против мультикаста, и долгое время я не проявлял к нему никакого интереса.

Уже гораздо позже я пришёл в к следующему правилу:

И теперь с высоты оттраблшученных кейсов я понимаю, что там не могло быть никаких проблем с настройкой сетевой части — глючило конечное оборудование.

Сохраняйте спокойствие и доверьтесь мне. После этой статьи такие вещи вас пугать не будут.

Общее понимание Multicast

Как известно, существуют следующие типы трафика:
Unicast — одноадресная рассылка — один отправитель, один получатель. (Пример: запрос HTTP-странички у WEB-сервера).
Broadcast — широковещательная рассылка — один отправитель, получатели — все устройства в широковещательном сегменте. (Пример: ARP-запрос).
Multicast — многоадресная рассылка — один отправитель, много получателей. (Пример: IPTV).
Anycast — одноадресная рассылка ближайшему узлу — один отправитель, вообще получателей много, но фактически данные отправляются только одному. (Пример: Anycast DNS).

Раз уж мы решили поговорить о мультикасте, то, пожалуй, начнём этот параграф с вопроса, где и как он используется.

Первое, что приходит на ум, — это телевидение (IPTV) — один сервер-источник отправляет трафик, который хочет получать сразу много клиентов. Это и определяет сам термин — multicast — многоадресное вещание. То есть, если уже известный вам Broadcast означает вещание всем, мультикаст означает вещание определённой группе.

Второе применение — это, например, репликация операционной системы на множество компьютеров разом. Это подразумевает загрузку больших объёмов данных с одного сервера.

Возможные сценарии: аудио и видеоконференции (один говорит — все слушают), электронная коммерция, аукционы, биржи. Но это в теории, а на практике редко тут всё-таки используется мультикаст.

Ещё одно применение — это служебные сообщения протоколов. Например, OSPF в своём широковещательном домене рассылает свои сообщения на адреса 224.0.0.5 и 224.0.0.6. И обрабатывать их будут только те узлы, на которых запущен OSPF.

Сформулируем два основных принципа мультикастовой рассылки:

Отправитель посылает только одну копию трафика, независимо от количества получателей.
Трафик получают только те, кто действительно заинтересован в нём.

В данной статье для практики мы возьмём IPTV, как наиболее наглядный пример.

Пример I

Начнём с самого простого случая:

На сервере-источнике настроено вещание в группу 224.2.2.4 — это означает, что сервер отправляет трафик на IP-адрес 224.2.2.4. На клиенте видеоплеер настроен принимать поток группы 224.2.2.4.

При этом, заметьте, клиент и сервер не обязательно должны иметь адреса из одной подсети и пинговать друг друга — достаточно, чтобы они были в одном широковещательном домене.

Мультикастовый поток просто льётся с сервера, а клиент его просто принимает. Вы можете попробовать это прямо у себя на рабочем месте, соединив патчкордом два компьютера и запустив, например, VLC.

Надо заметить, что в мультикасте нет никакой сигнализации от источника, мол, «Здрасьте, я Источник, не надо немного мультикаста?».
Сервер-источник просто начинает вещать в свой интерфейс мультикастовые пакеты. В нашем примере они напрямую попадают клиенту и тот, собственно, сразу же их и принимает.
Если на этом линке отловить пакеты, то вы увидите, что мультикастовый трафик — это ни что иное, как море UDP-пакетов.

Мультикаст не привязан к какому-то конкретному протоколу. По сути, всё, что его определяет — адреса. Однако, если говорить о его применении, то в абсолютном большинстве случаев используется именно UDP. Это легко объясняется тем, что обычно с помощью многоадресной рассылки передаются данные, которые нужны здесь и сейчас. Например, видео. Если кусочек кадра потеряется, и отправитель будет пытаться его послать повторно, как это происходит в TCP, то, скорее всего, этот кусочек опоздает, и где его тогда показывать? Поезд ушёл. Ровно то же самое со звуком.
Соответственно не нужно и устанавливать соединение, поэтому TCP здесь ни к чему.

Чем же так разительно отличается мультикаст от юникаста? Думаю, у вас есть уже предположение. И вы, наверняка, правы.

В обычной ситуации у нас 1 получатель и 1 отправитель — у каждого из них один уникальный IP-адрес. Отправитель точно знает, куда надо слать пакет и ставит этот адрес в заголовок IP. Каждый промежуточный узел благодаря своей таблице маршрутизации точно знает, куда переслать пакет. Юникастовый трафик между двумя узлами беспрепятственно проходит сквозь сеть. Но проблема в том, что в обычном пакете указывается только один IP-адрес получателя.
Что делать, если у одного и того же трафика несколько получателей? В принципе можно расширить одноадресный подход и на такую ситуацию — отправлять каждому клиенту свой экземпляр пакета. Клиенты не заметят разницы — хоть он один, хоть их тысяча, но разница будет отчётливо различима на ваших каналах передачи данных.

Предположим у нас идёт передача одного SD-канала с мультикаст-сервера. Пусть, он использует 2 Мб/с. Всего таких каналов 30, а смотрит каждый канал по 20 человек одновременно. Итого получается 2 Мб/с * 30 каналов * 20 человек = 1200 Мб/с или 1,2 Гб/с только на телевидение в случае одноадресной рассылки. А есть ведь ещё HD каналы, где можно смело умножать эту цифру на 2. И где тут место для торрентов?

Вот почему в IPv4 был заложен блок адресов класса D: 224.0.0.0/4 (224.0.0.0-239.255.255.255). Адреса этого диапазона определяют мультикастовую группу. Один адрес — это одна группа, обычно она обозначается буквой «G».
То есть, говоря, что клиент подключен к группе 224.2.2.4, мы имеем ввиду, что он получает мультикастовый трафик с адресом назначения 224.2.2.4.

Пример II

Добавим в схему коммутатор и ещё несколько клиентов:

Мультикастовый сервер по-прежнему вещает для группы 224.2.2.4. На коммутаторе все 4 порта должны быть в одном VLAN. Трафик приходит на коммутатор и по умолчанию рассылается во все порты одного VLAN’а. Значит все клиенты получают этот трафик. На них на всех в видеопроигрывателе так же указан групповой адрес 224.2.2.4.
Собственно, все эти устройства становятся членами данной мультикастовой группы. Членство в ней динамическое: кто угодно, в любой момент может войти и выйти из неё.

В данной ситуации трафик будут получать даже те, кто этого в общем-то и не хотел, то есть на нём не запущен ни плеер, ни что бы то ни было другое. Но только, если он в том же VLAN’е. Позже мы разберёмся, как с этим бороться.

Обратите внимание, что в данном случае от сервера-источника приходит только одна копия трафика на коммутатор, а не по отдельной копии на каждого клиента. И в нашем примере с SD каналами загрузка порта между источником и коммутатором будет не 1,2 Гб/с, а всего 60 Мб/с (2Мб/с * 30 каналов).

Собственно говоря, весь этот огромный диапазон (224.0.0.0-239.255.255.255) можно использовать.
Ну, почти весь — первые адреса (диапазон 224.0.0.0/23) всё-таки зарезервированы под известные протоколы.

Список зарезервированных IP-адресов

Диапазон 224.0.0.0/24 зарезервирован под link-local коммуникации. Мультикастовые пакеты с такими адресами назначения не могут выходить за пределы одного широковещательного сегмента.
Диапазон 224.0.1.0/24 зарезервирован под протоколы, которым необходимо передавать мультикаст по всей сети, то есть проходить через маршрутизаторы.

Вот, собственно, самые базисные вещи касательно мультикаста.
Мы рассмотрели простую ситуацию, когда источник и получатель находятся в одном сегменте сети. Трафик, полученный коммутатором, просто рассылается им во все порты — никакой магии.

Но пока совсем непонятно, как трафик от сервера достигает клиентов, когда между ними огромная провайдерская сеть линкмиап? Да и откуда, собственно, будет известно, кто клиент? Мы же не можем вручную прописать маршруты, просто потому что не знаем, где могут оказаться клиенты. Не ответят на этот вопрос и обычные протоколы маршрутизации. Так мы приходим к пониманию, что доставка мультикаст — это нечто совершенно новое для нас.

Вообще, чтобы доставить мультикаст от источника до получателя на данный момент существует много протоколов — IGMP/MLD, PIM, MSDP, MBGP, MOSPF, DVMRP.
Мы остановимся на двух из них, которые используются в настоящее время: PIM и IGMP.
С помощью IGMP конечные получатели-клиенты сообщают ближайшим маршрутизаторам о том, что хотят получать трафик. А PIM строит путь движения мультикастового трафика от источника до получателей через маршрутизаторы.

IGMP

Снова вернёмся к дампу. Видите вот этот верхний пакет, после которого полился мультикастовый поток?

Это сообщение протокола IGMP, которое отправил клиент, когда мы на нём нажали Play. Именно так он сообщает о том, что хочет получать трафик для группы 224.2.2.4.
IGMP — Internet Group Management Protocol — это сетевой протокол взаимодействия клиентов мультикастового трафика и ближайшего к ним маршрутизатора.

В IPv6 используется MLD (Multicast Listener Discovery) вместо IGMP. Принцип работы у них абсолютно одинаковый, поэтому далее везде вы смело можете менять IGMP на MLD, а IP на IPv6.

Как же именно работает IGMP?
Пожалуй, начать нужно с того, что версий у протокола сейчас три: IGMPv1, IGMPv2, IGMPv3. Наиболее используемая — вторая, первая уже практически забыта, поэтому про неё говорить не будем, третья очень похожа на вторую.

Акцентируемся пока на второй, как на самой показательной, и рассмотрим все события от подключения клиента к группе до его выхода из неё.
Клиент будет также запрашивать группу 224.2.2.4 через проигрыватель VLC.

Роль IGMP очень проста: если клиентов нет — передавать мультикастовый трафик в сегмент не надо. Если появился клиент, он уведомляет маршрутизаторы с помощью IGMP о том, что хочет получать трафик.

Для того, чтобы понять, как всё происходит, возьмём такую сеть:

Предположим, что маршрутизатор уже настроен на получение и обработку мультикастового трафика.

1. Как только мы запустили приложение на клиенте и задали группу 224.2.2.4, в сеть будет отправлен пакет IGMP Membership Report — узел «рапортует» о том, что хочет получать трафик этой группы.

В IGMPv2 Report отправляется на адрес желаемой группы, и параллельно он же указывается в самом пакете. Данные сообщения должны жить только в пределах своего сегмента и не пересылаться никуда маршрутизаторами, поэтому и TTL у них 1.

Часто в литературе вы можете встретить упоминание о IGMP Join. Не пугайтесь — это альтернативное название для IGMP Membership Report.

2. Маршрутизатор получает IGMP-Report и, понимая, что за данным интерфейсом теперь есть клиенты, заносит информацию в свои таблицы

Это вывод информации по IGMP. Первая группа запрошена клиентом. Третья и четвёртая — это служебные группы протокола SSDP, встроенного в Windows. Вторая — специальная группа, которая всегда присутствует на маршрутизаторах Cisco — она используется для протокола Auto-RP, который по умолчанию активирован на маршрутизаторах.
Интерфейс FE0/0 становится нисходящим для трафика группы 224.2.2.4 — в него нужно будет отправлять полученный трафик.

Наряду с обычной юникастовой таблицей маршрутизации существует ещё и мультикастовая:

О наличии клиентов говорит первая запись (*, 224.2.2.4). А запись (172.16.0.5, 224.2.2.4) означает, что маршрутизатор знает об источнике мультикастового потока для этой группы.
Из вывода видно, что трафик для группы 224.2.2.4 приходит через FE0/1, а передавать его надо на порт FE0/0.
Интерфейсы, в которые нужно передавать трафик, входят в список нисходящих интерфейсов — OIL — Outbound Interface List.
Более подробно вывод команды show ip mroute мы разберём позже.

Выше на дампе вы видите, что как только клиент отправил IGMP-Report, сразу после него полетели UDP — это видеопоток.

3. Клиент начал получать трафик. Теперь маршрутизатор должен иногда проверять, что получатели до сих пор у него есть, чтобы зазря не вещать, если вдруг клиентов не осталось. Для этого он периодически отправляет во все свои нисходящие интерфейсы запрос IGMP Query.

*Дамп отфильтрован по IGMP*.

По умолчанию это происходит каждые 60 секунд. TTL таких пакетов тоже равен 1. Они отправляются на адрес 224.0.0.1 — все узлы в этом сегменте — без указания конкретной группы. Такие сообщений Query называются General Query — общие. Таким образом маршрутизатор спрашивает: «Ребят, а кто и что ещё хочет получать?».

Получив IGMP General Query, любой хост, который слушает любую группу, должен отправить IGMP Report, как он это делал при подключении. В Report, естественно, должен быть указан адрес интересующей его группы.

*Дамп отфильтрован по IGMP*.

Если в ответ на Query на маршрутизатор пришёл хотя бы один Report для группы, значит есть ещё клиенты, он продолжает вещать в тот интерфейс, откуда пришёл этот Report, трафик этой самой группы.
Если на 3 подряд Query не было с интерфейса ответа для какой-то группы, маршрутизатор удаляет этот интерфейс из своей таблицы мультикастовой маршрутизации для данной группы — перестаёт туда посылать трафик.

По своей инициативе клиент обычно посылает Report только при подключении, потом — просто отвечает на Query от маршрутизатора.

Интересная деталь в поведении клиента: получив Query, он не торопится сразу же ответить Report’ом. Узел берёт тайм-аут длиной от 0 до Max Response Time, который указан в пришедшем Query:

При отладке или в дампе, кстати, можно видеть, что между получением различных Report может пройти несколько секунд.
Сделано это для того, чтобы сотни клиентов все скопом не наводнили сеть своими пакетам Report, получив General Query. Более того, только один клиент обычно отправляет Report.
Дело в том, что Report отсылается на адрес группы, а следовательно доходит и до всех клиентов. Получив Report от другого клиента для этой же группы, узел не будет отправлять свой. Логика простая: маршрутизатор и так уже получил этот самый Report и знает, что клиенты есть, больше ему не надо.
Этот механизм называется Report Suppression.

Далее в статье мы расскажем о том, почему этот механизм на деле очень редко реально работает.

4. Так продолжается веками, пока клиент не захочет выйти из группы (например, выключит плеер/телевизор). В этом случае он отправляет IGMP Leave на адрес группы.

Маршрутизатор получает его и по идее должен отключить. Но он ведь не может отключить одного конкретного клиента — маршрутизатор их не различает — у него просто есть нисходящий интерфейс. А за интерфейсом может быть несколько клиентов. То есть, если маршрутизатор удалит этот интерфейс из своего списка OIL (Outgoing Interface List) для этой группы, видео выключится у всех.
Но и не удалять его совсем тоже нельзя — вдруг это был последний клиент — зачем тогда впустую вещать?

Если вы посмотрите в дамп, то увидите, что после получения Leave маршрутизатор ещё некоторое время продолжает слать поток. Дело в том, что маршрутизатор в ответ на Leave высылает IGMP Query на адрес группы, для которой этот Leave пришёл в тот интерфейс, откуда он пришёл. Такой пакет называется Group Specific Query. На него отвечают только те клиенты, которые подключены к данной конкретной группе.

Если маршрутизатор получил ответный Report для группы, он продолжает вещать в интерфейс, если не получил — удаляет по истечении таймера.

Всего после получения Leave отправляется два Group Specific Query — один обязательный, второй контрольный.

*Дамп отфильтрован по IGMP*.

Далее маршрутизатор останавливает поток.

Querier

Рассмотрим чуть более сложный случай:

В клиентский сегмент подключено два (или больше) маршрутизатора, которые могут вещать трафик. Если ничего не сделать, мультикастовый трафик будет дублироваться — оба маршрутизатора ведь будут получать Report от клиентов. Во избежание этого существует механизм выбора Querier — опрашивателя. Тот кто победит, будет посылать Query, мониторить Report и реагировать на Leave, ну и, соответственно, он будет отправлять и трафик в сегмент. Проигравший же будет только слушать Report и держать руку на пульсе.

Выборы происходят довольно просто и интуитивно понятно.
Рассмотрим ситуацию с момента включения маршрутизаторов R1 и R2.
1) Активировали IGMP на интерфейсах.
2) Сначала по умолчанию каждый из них считает себя Querier.
3) Каждый отправляет IGMP General Query в сеть. Главная цель — узнать, есть ли клиенты, а параллельно — заявить другим маршрутизаторам в сегменте, если они есть, о своём желании участвовать в выборах.
4) General Query получают все устройства в сегменте, в том числе и другие IGMP-маршрутизаторы.
5) Получив такое сообщение от соседа, каждый маршрутизатор оценивает, кто достойнее.
6) Побеждает маршрутизатор с меньшим IP (указан в поле Source IP пакета IGMP Query). Он становится Querier, все другие — Non-Querier.
7) Non-Querier запускает таймер, который обнуляется каждый раз, как приходит Query с меньшим IP-адресом. Если до истечения таймера (больше 100 секунд: 105-107) маршрутизатор не получит Query с меньшим адресом, он объявляет себя Querier и берёт на себя все соответствующие функции.
8) Если Querier получает Query с меньшим адресом, он складывает с себя эти обязанности. Querier’ом становится другой маршрутизатор, у которого IP меньше.

Тот редкий случай, когда меряются, у кого меньше.

Выборы Querier очень важная процедура в мультикасте, но некоторые коварные производители, не придерживающиеся RFC, могут вставить крепкую палку в колёса. Я сейчас говорю о IGMP Query с адресом источника 0.0.0.0, которые могут генерироваться коммутатором. Такие сообщения не должны участвовать в выборе Querier, но надо быть готовыми ко всему. Вот пример весьма сложной долгоиграющей проблемы.

Ещё пара слов о других версиях IGMP

Версия 1 отличается по сути только тем, что в ней нет сообщения Leave. Если клиент не хочет больше получать трафик данной группы, он просто перестаёт посылать Report в ответ на Query. Когда не останется ни одного клиента, маршрутизатор по таймауту перестанет слать трафик.
Кроме того, не поддерживаются выборы Querier. За избежание дублирования трафика отвечает вышестоящий протокол, например, PIM, о котором мы будем говорить далее.

Версия 3 поддерживает всё то, что поддерживает IGMPv2, но есть и ряд изменений. Во-первых, Report отправляется уже не на адрес группы, а на мультикастовый служебный адрес 224.0.0.22. А адрес запрашиваемой группы указан только внутри пакета. Делается это для упрощения работы IGMP Snooping, о котором мы поговорим дальше.

Во-вторых, что более важно, IGMPv3 стал поддерживать SSM в чистом виде. Это так называемый Source Specific Multicast. В этом случае клиент может не просто запросить группу, но также указать список источников, от которых он хотел бы получать трафик или наоборот не хотел бы. В IGMPv2 клиент просто запрашивает и получает трафик группы, не заботясь об источнике.

IGMPv3

Итак, IGMP предназначен для взаимодействия клиентов и маршрутизатора. Поэтому, возвращаясь к Примеру II, где нет маршрутизатора, мы можем авторитетно заявить — IGMP там — не более, чем формальность. Маршрутизатора нет, и клиенту не у кого запрашивать мультикастовый поток. А заработает видео по той простой причине, что поток и так льётся от коммутатора — надо только подхватить его.

Напомним, что IGMP не работает для IPv6. Там существует протокол MLD.

Повторим ещё раз

*Дамп отфильтрован по IGMP*.

1. Первым делом маршрутизатор отправил свой IGMP General Query после включения IGMP на его интерфейсе, чтобы узнать, есть ли получатели и заявить о своём желании быть Querier. На тот момент никого не было в этой группе.
2. Далее появился клиент, который захотел получать трафик группы 224.2.2.4 и он отправил свой IGMP Report. После этого пошёл трафик на него, но он отфильтрован из дампа.
3. Потом маршрутизатор решил зачем-то проверить — а нет ли ещё клиентов и отправил IGMP General Query ещё раз, на который клиент вынужден ответить (4).
5. Периодически (раз в минуту) маршрутизатор проверяет, что получатели по-прежнему есть, с помощью IGMP General Query, а узел подтверждает это с помощью IGMP Report.
6. Потом он передумал и отказался от группы, отправив IGMP Leave.
7. Маршрутизатор получил Leave и, желая убедиться, что больше никаких других получателей нет, посылает IGMP Group Specific Query… дважды. И по истечении таймера перестаёт передавать трафик сюда.
8. Однако передавать IGMP Query в сеть он по-прежнему продолжает. Например, на тот случай, если вы плеер не отключали, а просто где-то со связью проблемы. Потом связь восстанавливается, но клиент-то Report не посылает сам по себе. А вот на Query отвечает. Таким образом поток может восстановиться без участия человека.

И ещё раз

IGMP — протокол, с помощью которого маршрутизатор узнаёт о наличии получателей мультикастового трафика и об их отключении.
IGMP Report — посылается клиентом при подключении и в ответ на IGMP Query. Означает, что клиент хочет получать трафик конкретной группы.
IGMP General Query — посылается маршрутизатором периодически, чтобы проверить какие группы сейчас нужны. В качестве адреса получателя указывается 224.0.0.1.
IGMP Group Sepcific Query — посылается маршрутизатором в ответ на сообщение Leave, чтобы узнать есть ли другие получатели в этой группе. В качестве адреса получателя указывается адрес мультикастовой группы.
IGMP Leave — посылается клиентом, когда тот хочет покинуть группу.
Querier — если в одном широковещательном сегменте несколько маршрутизаторов, который могут вещать, среди них выбирается один главный — Querier. Он и будет периодически рассылать Query и передавать трафик.

Подробное описание всех терминов IGMP.

PIM

Итак, мы разобрались, как клиенты сообщают ближайшему маршрутизатору о своих намерениях. Теперь неплохо было бы передать трафик от источника получателю через большую сеть.

Если вдуматься, то мы стоим перед довольной сложной проблемой — источник только вещает на группу, он ничего не знает о том, где находятся получатели и сколько их.
Получатели и ближайшие к ним маршрутизаторы знают только, что им нужен трафик конкретной группы, но понятия не имеют, где находится источник и какой у него адрес.
Как в такой ситуации доставить трафик?

Существует несколько протоколов маршрутизации мультикастового трафика: DVMRP, MOSPF, CBT — все они по-разному решают такую задачу. Но стандартом де факто стал PIM — Protocol Independent Multicast.
Другие подходы настолько нежизнеспособны, что порой даже их разработчики практически признают это. Вот, например, выдержка из RFC по протоколу CBT:
CBT version 2 is not, and was not, intended to be backwards compatible with version 1; we do not expect this to cause extensive compatibility problems because we do not believe CBT is at all widely deployed at this stage.

PIM имеет две версии, которые можно даже назвать двумя различными протоколами в принципе, уж сильно они разные:

PIM Dense Mode (DM)
PIM Sparse Mode (SM)

Independent он потому, что не привязан к какому-то конкретному протоколу маршрутизации юникастового трафика, и позже вы увидите почему.

PIM Dense Mode

PIM DM пытается решить проблему доставки мультиакста в лоб. Он заведомо предполагает, что получатели есть везде, во всех уголках сети. Поэтому изначально он наводняет всю сеть мультикастовым трафиком, то есть рассылает его во все порты, кроме того, откуда он пришёл. Если потом оказывается, что где-то он не нужен, то эта ветка «отрезается» с помощью специального сообщения PIM Prune — трафик туда больше не отправляется.

Но через некоторое время в эту же ветку маршрутизатор снова пытается отправить мультикаст — вдруг там появились получатели. Если не появились, ветка снова отрезается на определённый период. Если клиент на маршрутизаторе появился в промежутке между этими двумя событиями, отправляется сообщение Graft — маршрутизатор запрашивает отрезанную ветку обратно, чтобы не ждать, пока ему что-то перепадёт.
Как видите, здесь не стоит вопрос определения пути к получателям — трафик достигнет их просто потому, что он везде.
После «обрезания» ненужных ветвей остаётся дерево, вдоль которого передаётся мультикастовый трафик. Это дерево называется SPT — Shortest Path Tree.

Оно лишено петель и использует кратчайший путь от получателя до источника. По сути оно очень похоже на Spanning Tree в STP, где корнем является источник.

SPT — это конкретный вид дерева — дерево кратчайшего пути. А вообще любое мультикастовое дерево называется MDT — Multicast Distribution Tree.

Предполагается, что PIM DM должен использоваться в сетях с высокой плотностью мультикастовых клиентов, что и объясняет его название (Dense). Но реальность такова, что эта ситуация — скорее, исключение, и зачастую PIM DM нецелесообразен.

Что нам действительно важно сейчас — это механизм избежания петель.
Представим такую сеть:

RPF

Один источник, один получатель и простейшая IP-сеть между ними. На всех маршрутизаторах запущен PIM DM.

Что произошло бы, если бы не было специального механизма избежания петель?
Источник отправляет мультикастовый трафик. R1 его получает и в соответствии с принципами PIM DM отправляет во все интерфейсы, кроме того, откуда он пришёл — то есть на R2 и R3.

R2 поступает точно так же, то есть отправляет трафик в сторону R3. R3 не может определить, что это тот же самый трафик, который он уже получил от R1, поэтому пересылает его во все свои интерфейсы. R1 получит копию трафика от R3 и так далее. Вот она — петля.

Что же предлагает PIM в такой ситуации? RPF — Reverse Path Forwarding. Это главный принцип передачи мультикастового трафика в PIM (любого вида: и DM и SM) — трафик от источника должен приходить по кратчайшему пути.
То есть для каждого полученного мультикастового пакета производится проверка на основе таблицы маршрутизации, оттуда ли он пришёл.

1) Маршрутизатор смотрит на адрес источника мультикастового пакета.
2) Проверяет таблицу маршрутизации, через какой интерфейс доступен адрес источника.
3) Проверяет интерфейс, через который пришёл мультикастовый пакет.
4) Если интерфейсы совпадают — всё отлично, мультикастовый пакет пропускается, если же данные приходят с другого интерфейса — они будут отброшены.
В нашем примере R3 знает, что кратчайший путь до источника лежит через R1 (статический или динамический маршрут). Поэтому мультикастовые пакеты, пришедшие от R1, проходят проверку и принимаются R3, а те, что пришли от R2, отбрасываются.

Такая проверка называется RPF-Check и благодаря ей даже в более сложных сетях петли в MDT не возникнут.
Этот механизм важен нам, потому что он актуален и в PIM-SM и работает там точно также.
Как видите, PIM опирается на таблицу юникастовой маршрутизации, но, во-первых, сам не маршрутизирует трафик, во-вторых, ему не важно, кто и как наполнял таблицу.

Останавливаться здесь и подробно рассматривать работу PIM DM мы не будем — это устаревший протокол с массой недостатков (ну, как RIP).

Однако PIM DM может применяться в некоторых случаях. Например, в совсем небольших сетях, где поток мультикаста небольшой.

PIM DM

PIM Sparse Mode

Совершенно другой подход применяет PIM SM. Несмотря на название (разреженный режим), он с успехом может применяться в любой сети с эффективностью как минимум не хуже, чем у PIM DM.
Здесь отказались от идеи безусловного наводнения мультикастом сети. Заинтересованные узлы самостоятельно запрашивают подключение к дереву с помощью сообщений PIM Join.
Если маршрутизатор не посылал Join, то и трафик ему отправляться не будет.

Для того, чтобы понять, как работает PIM, начнём с уже знакомой нам простой сети с одним PIM-маршрутизатором:

Из настроек на R1 надо включить возможность маршрутизации мультикаста, PIM SM на двух интерфейсах (в сторону источника и в сторону клиента) и IGMP в сторону клиента. Помимо прочих базовых настроек, конечно (IP, IGP).

С этого момента вы можете расчехлить GNS и собирать лабораторию. Достаточно подробно о том, как собрать стенд для мультикаста я рассказал в этой статье.

	R1(config)#ip multicast-routing
	R1(config)#int fa0/0
	R1(config-if)#ip pim sparse-mode
	R1(config-if)#int fa1/0
	R1(config-if)#ip pim sparse-mode

Cisco тут как обычно отличается своим особенным подходом: при активации PIM на интерфейсе, автоматически активируется и IGMP. На всех интерфейсах, где активирован PIM, работает и IGMP.
В то же время у других производителей два разных протокола включаются двумя разными командами: отдельно IGMP, отдельно PIM.
Простим Cisco эту странность? Вместе со всеми остальными?

Плюс, возможно, потребуется настроить адрес RP (ip pim rp-address 172.16.0.1, например). Об этом позже, пока примите как данность и смиритесь.

Проверим текущее состояние таблицы мультикастовой маршрутизации для группы 224.2.2.4:

После того, как на источнике вы запустите вещание, надо проверить таблицу ещё раз.

Давайте разберём этот немногословный вывод.

Запись вида (*, 225.0.1.1) называется (*, G), /читается старкомаджи/ и сообщает нам о получателях. Причём не обязательно речь об одном клиенте-компьютере, вообще это может быть и, например, другой PIM-маршрутизатор. Важно то, в какие интерфейсы надо передавать трафик.
Если список нисходящих интерфейсов (OIL) пуст — Null, значит нет получателей — а мы их пока не запускали.

Запись (172.16.0.5, 225.0.1.1) называется (S, G), /читается эскомаджи/ и говорит о том, что известен источник. В нашем случае источник с адресом 172.16.0.5 вещает трафик для группы 224.2.2.4. Мультикастовый трафик приходит на интерфейс FE0/1 — это восходящий (Upstream) интерфейс.

Итак, нет клиентов. Трафик от источника доходит до маршрутизатора и на этом его жизнь кончается. Давайте добавим теперь получателя — настроим приём мультикаста на ПК.
ПК отсылает IGMP Report, маршрутизатор понимает, что появились клиенты и обновляет таблицу мультикастовой маршрутизации.
Теперь она выглядит так:

Появился и нисходящий интерфейс: FE0/0, что вполне ожидаемо. Причём он появился как в (*, G), так и в (S, G). Список нисходящих интерфейсов называется OIL — Outgoing Interface List.

Добавим ещё одного клиента на интерфейс FE1/0:

Если читать вывод дословно, то имеем:
(*, G): Есть получатели мультикастового трафика для группы 224.2.2.4 за интерфейсами FE0/0, FE1/0. Причём совершенно неважно, кто отправитель, о чём и говорит знак «*».

(S, G): Когда мультикастовый трафик с адресом назначения 224.2.2.4 от источника 172.16.0.5 приходит на интерфейс FE0/1, его копии нужно отправить в FE0/0 и FE1/0.

Но это был очень простой пример — один маршрутизатор сразу знает и адрес источника и где находятся получатели. Фактически даже деревьев тут никаких нет — разве что вырожденное. Но это помогло нам разобраться с тем, как взаимодействуют PIM и IGMP.

Чтобы разобраться с тем, что такое PIM, обратимся к сети гораздо более сложной

Предположим, что уже настроены все IP-адреса в соответствии со схемой. На сети запущен IGP для обычной юникастовой маршрутизации.
Клиент1, например, может пинговать Сервер-источник.

Но пока не запущен PIM, IGMP, клиенты не запрашивают каналы.

Файл начальной конфигурации.

Итак, момент времени 0.

Включаем мультикастовую маршрутизацию на всех пяти маршрутизаторах:

	RX(config)#ip multicast-routing

PIM включается непосредственно на всех интерфейсах всех маршрутизаторов (в том числе на интерфейсе в сторону Сервера-источника и клиентов):

	RX(config)#int FEX/X
	RX(config-if)#ip pim sparse-mode

IGMP, по идее должен включаться на интерфейсах в сторону клиентов, но, как мы уже отметили выше, на оборудовании Cisco он включается автоматически вместе с PIM.

Первое, что делает PIM — устанавливает соседство. Для этого используются сообщения PIM Hello. При активации PIM на интерфейсе с него отправляется PIM Hello на адрес 224.0.0.13 с TTL равным 1. Это означает, что соседями могут быть только маршрутизаторы, находящиеся в одном широковещательном домене.

Как только соседи получили приветствия друг от друга:

Теперь они готовы принимать заявки на мультикастовые группы.

Неплохо было бы если бы информация об источнике и о клиентах группы была собрана где-то в одном месте. Но в каком?

Такая точка встречи называется Rendezvous Point — RP. Это центральное понятие PIM SM. Без неё ничего бы не работало. Здесь встречаются источник и получатели.
Все PIM-маршрутизаторы должны знать, кто является RP в домене, то есть знать её IP-адрес.

Чтобы построить дерево MDT, в сети выбирается в качестве RP некая центральная точка, которая,

отвечает за изучение источника,
является точкой притяжения сообщений Join от всех заинтересованных.

Существует два способа задания RP: статический и динамический. Мы рассмотрим оба в этой статье, но начнём со статического, поскольку чего уж проще статики?

Пусть пока R2 будет выполнять роль RP.
Чтобы увеличить надёжность, обычно выбирается адрес Loopback-интерфейса. Поэтому на всех маршрутизаторах выполняется команда:

	RX(config)#ip pim rp-address 2.2.2.2

Естественно, этот адрес должен быть доступен по таблице маршрутизации со всех точек.
Ну и поскольку адрес 2.2.2.2 является RP, на интерфейсе Loopback 0 на R2 желательно тоже активировать PIM.

	R2(config)#interface Loopback 0
	RX(config-if)#ip pim sparse-mode

Сразу после этого R4 узнает об источнике трафика для группы 224.2.2.4:

и даже передаёт трафик:

На интерфейс FE0/1 приходит 362000 б/с, и через интерфейс FE0/0 они передаются.

Всё, что мы сделали:
Включили возможность маршрутизации мультикастового трафика (ip multicast-routing)
Активировали PIM на интерфейсах (ip pim sparse-mode)
Указали адрес RP (ip pim rp-adress X.X.X.X)

Всё, это уже рабочая конфигурация и можно приступать к разбору, ведь за кулисами скрывается гораздо больше, чем видно на сцене.
Полная конфигурация с PIM.

Разбор полётов

Ну так и как же в итоге всё работает? Как RP узнаёт где источник, где клиенты и обеспечивает связь между ними?

Поскольку всё затевается ради наших любимых клиентов, то, начав с них, рассмотрим в деталях весь процесс.

1) Клиент 1 отправляет IGMP Report для группы 224.2.2.4

2) R4 получает этот запрос, понимает, что есть клиент за интерфейсом FE0/0, добавляет этот интерфейс в OIL и формирует запись (*, G).

(*, G)

Здесь видно восходящий интерфейс FE0/1, но это не значит, что R4 получает трафик для группы 224.2.2.4. Это говорит лишь о том, что единственное место, откуда сейчас он может получать — FE0/1, потому что именно там находится RP. Кстати, здесь же указан и сосед, который прошёл RPF-Check — R2: 10.0.2.24. Ожидаемо.

R4 называется — LHR (Last Hop Router) — последний маршрутизатор на пути мультикастового трафика, если считать от источника. Иными словами — это маршрутизатор, ближайший к получателю. Для Клиента1 — это R4, для Клиента2 — это R5.

3) Поскольку на R4 пока нет мультикастового потока (он его не запрашивал прежде), он формирует сообщение PIM Join и отправляет его в сторону RP (2.2.2.2).

(*, G)

PIM Join отправляется мультикастом на адрес 224.0.0.13. «В сторону RP» означает через интерфейс, который указан в таблице маршрутизации, как outbound для того адреса, который указан внутри пакета. В нашем случае это 2.2.2.2 — адрес RP. Такой Join обозначается ещё как Join (*,G) и говорит: «Не важно, кто источник, мне нужен трафик группы 224.2.2.4».
То есть каждый маршрутизатор на пути должен обработать такой Join и при необходимости отправить новый Join в сторону RP. (Важно понимать, что если на маршрутизаторе уже есть эта группа, он не будет отправлять выше Join — он просто добавит интерфейс, с которого пришёл Join, в OIL и начнёт передавать трафик).
В нашем случае Join ушёл в FE0/1:

4) R2, получив Join, формирует запись (*, G) и добавляет интерфейс FE0/0 в OIL. Но Join отсылать уже некуда — он сам уже RP, а про источник пока ничего не известно.

Таким образом RP узнаёт о том, где находятся клиенты.

Если Клиент 2 тоже захочет получать мультикастовый трафик для той же группы, R5 отправит PIM Join в FE0/1, потому что за ним находится RP, R3, получив его, формирует новый PIM Join и отправляет в FE1/1 — туда, где находится RP.
То есть Join путешествует так узел за узлом, пока не доберётся до RP или до другого маршрутизатора, где уже есть клиенты этой группы.

Итак, R2 — наш RP — сейчас знает о том, что за FE0/0 и FE1/0 у него есть получатели для группы 224.2.2.4.
Причём неважно, сколько их там — по одному за каждым интерфейсом или по сто — поток трафика всё равно будет один на интерфейс.

Если изобразить графически то, что мы получили, то это будет выглядеть так:

RP Tree

Отдалённо напоминает дерево, не так ли? Поэтому оно так и называется — RPT — Rendezvous Point Tree. Это дерево с корнем в RP, а ветви которого простираются до клиентов.
Более общий термин, как мы упоминали выше, — MDT — Multicast Distribution Tree — дерево, вдоль которого распространяется мультикастовый поток. Позже вы увидите разницу между MDT и RPT.

5) Теперь врубаем сервер. Как мы уже выше обсуждали, он не волнуется о PIM, RP, IGMP — он просто вещает. А R1 получает этот поток. Его задача — доставить мультикаст до RP.
В PIM есть специальный тип сообщений — Register. Он нужен для того, чтобы зарегистрировать источник мультикаста на RP.
Итак, R1 получает мультикастовый поток группы 224.2.2.4:

(S, G)

R1 является FHR (First Hop Router) — первый маршрутизатор на пути мультикастового трафика или ближайший к источнику.

6) Далее он инкапсулирует каждый полученный от источника мультикастовый пакет в юникастовый PIM Register и отправляет его прямиком на RP.

Обратите внимание на стек протоколов. Поверх юникастового IP и заголовка PIM идёт изначальный мультикастовый IP, UDP и данные.
Теперь, в отличие от всех других, пока известных нам сообщений PIM, в адресе получателя указан 2.2.2.2, а не мультикастовый адрес.

Такой пакет доставляется до RP по стандартным правилам юникастовой маршрутизации и несёт в себе изначальный мультикастовый пакет, то есть это… это же туннелирование!

=====================
Задача № 1

Схема и начальная конфигурация.

На сервере 172.16.0.5 работает приложение, которое может передавать пакеты только на широковещательный адрес 255.255.255.255, с портом получателя UDP 10999.

Этот трафик надо доставить к клиентам 1 и 2:
Клиенту 1 в виде мультикаст трафика с адресом группы 239.9.9.9.
А в сегмент клиента 2, в виде широковещательных пакетов на адрес 255.255.255.255.

Подробности задачи тут.
=====================

7) RP получает PIM Register, распаковывает его и обнаруживает под обёрткой трафик для группы 224.2.2.4.
Информацию об этом он сразу заносит в свою таблицу мультикастовой маршрутизации:

(S, G)

Появилась запись (S, G) — (172.16.0.5, 224.2.2.4).
Распакованные пакеты RP дальше отправляет в RPT в интерфейсы FE0/0 и FE1/0, по которому трафик доходит до клиентов.

В принципе, на этом можно было бы и остановиться. Всё работает — клиенты получают трафик. Но есть две проблемы:

Процессы инкапсуляции и декапсуляции — весьма затратные действия для маршрутизаторов. Кроме того, дополнительные заголовки увеличивают размер пакета, и он может просто не пролезть в MTU где-то на промежуточном узле (вспоминаем все проблемы туннелирования).
Если вдруг где-то между источником и RP есть ещё получатели для группы, мультикастовому трафику придётся пройти один путь дважды.

Возьмём для примера вот такую топологию:

Трафик в сообщениях Register сначала дойдёт до RP по линии R1-R42-R2, затем чистый мультикаст вернётся по линии R2-R42. Таким образом на линии R42-R2 будет ходить две копии одного трафика, пусть и в противоположных направлениях.

Поэтому лучше от источника до RP тоже передавать чистый мультикаст, а для этого нужно построить дерево — Source Tree.

8) Поэтому RP отправляет на R1 сообщение PIM Join. Но теперь уже в нём указывается для группы адрес не RP, а источника, изученный из сообщения Register. Такое сообщение называется Join (S, G) — Source Specific Join.

Цель у него точно такая же, как у PIM Join (*, G) — построить дерево, только на этот раз от источника до RP.
Join (S, G) распространяется также узел за узлом, как обычный Join (*, G). Только Join (*, G) стремится к RP, а Join (S, G) к S — источнику. В качестве адрес получателя также служебный адрес 224.0.0.13 и TTL=1.

Если существуют промежуточные узлы, например, R42, они также формируют запись (S, G) и список нисходящих интерфейсов для данной группы и пересылают Join дальше к источнику.

Путь, по которому прошёл Join от RP до источника, превращается в Source Tree — дерево от источника. Но более распространённое название — SPT — Shortest Path Tree — ведь трафик от источника до RP пойдёт по кратчайшему пути.

9) R1 получив Join (S, G), добавляет интерфейс FE1/0, откуда пакет пришёл, в список нисходящих интерфейсов OIL и начинает туда вещать чистый мультикастовый трафик, незамутнённый инкапсуляцией. Запись (S, G) на R1 уже была, как только он получит первый мультикастовый пакет от Сервера-источник.

(S, G)

По построенному Source Tree мультикаст передаётся RP (и всем промежуточным клиентам, если они есть, например, R42).

Но надо иметь ввиду, что сообщения Register передавались всё это время и передаются до сих пор. То есть фактически R1 отправляет две копии трафика сейчас: один — чистый мультикаст по SPT, другой — инкапсулированный в юникастовый Register.

Сначала R1 отправляет мультикаст в Register — пакет 231. Потом R2 (RP) хочет подключиться к дереву, отправляет Join — пакет 232. R1 ещё какое-то время, пока обрабатывает запрос от R2, отправляет мультикаст в Register (пакеты с 233 по 238). Далее, когда нисходящий интерфейс добавлен в OIL на R1, он начинает передавать чистый мультикаст — пакеты 239 и 242, но пока не прекращает и Register — пакеты 241 и 243. А пакет 240 — это R2 не выдержал и ещё раз попросил построить дерево.

10) Итак, незамутнённый мультикаст достигает RP. Она понимает, что это тот же самый трафик, который приходит в Register, потому что одинаковый адрес группы, одинаковый адрес источника и с одного интерфейса. Чтобы не получать две копии, он отправляет на R1 юникастовый PIM Register-Stop.

Register-Stop не означает, что R2 отказывается от трафика или не признаёт больше этот источник, это говорит лишь о том, что надо прекратить посылать инкапсулированный трафик.

Далее идёт ожесточённая борьба — R1 продолжает передавать накопившийся в буфере трафик, пока обрабатывает Register-Stop, и обычным мультикастом и внутри сообщений Register:

Но, рано или поздно R1 начинает вещать только чистый мультикастовый трафик.

При подготовке у меня возник, как мне казалось, закономерный вопрос: ну и к чему все эти туннелирования, PIM Register? Почему бы не поступать с мультикастовым трафиком, как с PIM Join — отправлять хоп за хопом с TTL=1 в сторону RP — рано или поздно ведь дойдёт? Так бы и дерево построилось бы заодно без лишних телодвижений.
Тут возникает несколько нюансов.
Во-первых, нарушается главный принцип PIM SM — трафик посылать только туда, откуда он был запрошен. Нет Join — Нет дерева!
Во-вторых, если клиентов для данной группы нет, FHR не узнает об этом и будет продолжать слать трафик по «своему дереву». К чему такое бездумное использование полосы пропускания? В мире связи такой протокол просто не выжил бы, как не выжил PIM DM или DVMRP.

Таким образом мы имеем одно большое дерево MDT для группы 224.2.2.4 от Cервера-источника до Клиента 1 и Клиента 2. И это MDT составлено из двух кусков, которые строились независимо друг от друга: Source Tree от источника до RP и RPT от RP до клиентов. Вот оно отличие MDT от RPT и SPT. MDT — это довольно общий термин, означающий дерево передачи мультикаста вообще, в то время, как RPT/SPT — это его очень конкретный вид.

А что делать, если сервер уже вещает, а клиентов всё нет и нет? Мультикаст так и будет засорять участок между отправителем и RP?
Нет, в этом случае также поможет PIM Register-Stop. Если на RP начали приходить сообщения Register для какой-то группы, а для неё ещё нет получателей, то RP не заинтересован в получении этого трафика, поэтому, не отправляя PIM Join (S, G), RP сразу посылает Register-Stop на R1.
R1, получив Register-Stop и видя, что дерева для этой группы пока нет (нет клиентов), начинает отбрасывать мультикастовый трафик от сервера.
То есть сам сервер по этому поводу совершенно не беспокоится и продолжает посылать поток, но, дойдя до интерфейса маршрутизатора, поток будет отброшен.
При этом RP продолжает хранить запись (S, G). То есть трафик он не получает, но где находится источник для группы знает. Если в группе появляются получатели, RP узнаёт о них и посылает на источник Join (S, G), который строит дерево.

Кроме того, каждые 3 минуты R1 будет пытаться повторно зарегистрировать источник на RP, то есть отправлять пакеты Register. Это нужно для того, чтобы уведомить RP о том, что этот источник ещё живой.

У особо пытливых читателей обязан возникнуть вопрос — а как быть с RPF? Этот механизм ведь проверяет адрес отправителя мультикастового пакета и, если трафик идёт не с правильного интерфейса, он будет отброшен. При этом RP и источник могут находиться за разными интерфейсам. Вот и в нашем примере для R3 RP — за FE1/1, а источник — за FE1/0.
Ответ предсказуем — в таком случае проверяется не адрес источника, а RP. То есть трафик должен придти с интерфейса в сторону RP.
Но, как вы увидите далее, это тоже не нерушимое правило.

Важно понимать, что RP — это не универсальный магнит — для каждой группы может бытья своя RP. То есть в сети их может быть и две, и три, и сто — одна RP отвечает за один набор групп, другая — за другой. Более того, есть такое понятие, как Anycast RP и тогда разные RP могут обслуживать одну и ту же группу.

=====================
Задача № 2

Схема и начальная конфигурация.

Замечание к топологии: в этой задаче только маршрутизаторы R1, R2, R3 находятся под управлением администраторов нашей сети. То есть, конфигурацию изменять можно только на них.

Сервер 172.16.0.5 передает мультикаст трафик на группы 239.1.1.1 и 239.2.2.2.

Настроить сеть таким образом, чтобы трафик группы 239.1.1.1 не передавался в сегмент между R3 и R5, и во все сегменты ниже R5.
Но при этом, трафик группы 239.2.2.2 должен передаваться без проблем.

Подробности задачи тут.
=====================

Бритва Оккама или отключение ненужных ветвей

После того, как последний клиент в сегменте отказался от подписки, PIM должен отрезать лишнюю ветку RPT.
Пусть, например, единственный клиент на R4 выключил компьютер. Маршрутизатор по сообщению IGMP Leave или после трёх безответных IGMP Query понимает, что клиентов за FE0/0 больше нет, и отправляет в сторону RP сообщение PIM Prune. По формату оно точно такое же, как Join, но выполняет противоположную функцию.
Адрес назначения также 224.0.0.13, и TTL равен 1.

Но маршрутизатор, получивший PIM Prune, перед тем, как удалить подписку, ждёт некоторое время (обычно 3 секунды — Join Delay Timer).
Это сделано вот для такой ситуации:

В одном широковещательном домене 3 маршрутизатора. Один из них стоит выше и именно он передаёт в сегмент мультикастовый трафик. Это R1. Для обоих маршрутизаторов (R2 и R3) его OIL содержит только одну запись.

Если теперь R2 решит отключиться и отправит PIM Prune, то он может подставить своего коллегу R3 — R1 ведь перестанет вещать в интерфейс вообще.
Так вот, чтобы этого не произошло, R1 и даёт таймаут в 3 секунды. За это время R3 должен успеть среагировать. Учитывая широковещательность сети, он тоже получит Prune от R2 и поэтому, если хочет продолжать получать трафик, он мгновенно отправляет обычный PIM Join в сегмент, уведомляя R1, что не надо удалять интерфейс.

Этот процесс называется — Prune Override. R2 как бы объегорил R1, перехватил инициативу.

SPT Switchover — переключение RPT-SPT

До сих пор мы преимущественно рассматривали только Клиента 1. Теперь обратимся к Клиенту 2.
По началу всё для него идентично Клиенту 1 — он пользуется RPT от RP, который мы рассматривали ранее. Кстати, поскольку оба — и Клиент 1 и Клиент 2 — используют одно дерево, такое дерево называется Shared Tree — это довольно общее название. Shared tree = RPT.

Вот как выглядит таблица мультикастовой маршрутизации на R5 в самом начале, сразу после построения дерева:

Здесь нет записи (S, G), но это не значит, что мультикастовый трафик не передаётся. Просто R5 не заботится о том, кто отправитель.

Обратите внимание по какому пути должен идти в этом случае трафик — R1-R2-R3-R5. Хотя ведь короче путь R1-R3-R5.

А если сеть посложнее?

Как-то неаккуратненько.

Дело в том, что пока мы привязаны к RP — она корень RPT, только она поначалу знает, где кто находится. Однако если вдуматься, то после первого же мультикастового пакета все маршрутизаторы по пути трафика будут знать адрес источника, ведь он указан в заголовке IP.

Почему бы кому-нибудь не отправить самому Join в сторону источника и оптимизировать маршрут?

Получив такой Join, R3 отправляет его не на RP, как делал это с обычным Join (*, G), а в сторону источника (через интерфейс согласно таблице маршрутизации).
То есть в данном случае R3 отправляет Join (172.16.0.5, 224.2.2.4) в интерфейс FE1/0.

Далее этот Join попадает на R1. А R1 по большому счёту без разницы, кто его отправлял — RP или кто-то другой — он просто добавляет FE1/1 в свой OIL для группы 224.2.2.4.

SPT

В этот момент между источником и получателем два пути и R3 получает два потока.

Время сделать выбор, чтобы обрезать лишнее. Причём именно R3 его делает, потому что R5 уже не сможет различить эти два потока — они оба придут через один интерфейс.
Как только R3 зафиксировал два одинаковых потока с разных интерфейсов, он выбирает предпочтительный согласно таблице маршрутизации. В данном случае прямой, лучше, чем через RP. В этот момент R3 посылает Prune (S, G) в сторону RP, обрубая эту ветку RPT. И с этого момент остаётся только один поток напрямую от источника.

Таким образом PIM построил SPT — Shortest Path Tree. Оно же Source Tree. Это кратчайший путь от клиента до источника. Кстати, дерево от источника до RP, которое мы уже рассматривали выше, — по сути ровно то же самое SPT.
Оно характеризуется записью (S, G). Если маршрутизатор имеет такую запись, значит он знает, что S является источником для группы G и построено дерево SPT.

Корнем дерева SPT является источник и очень хочется сказать «кратчайший путь от источника до клиента». Но это технически некорректно, поскольку пути от источника до клиента и от клиента до источника могут быть разными. А именно от клиента начинает строиться ветка дерева: маршрутизатор отправляет PIM Join в сторону источника/RP и RPF также проверяет правильность интерфейса при получении трафика.

Вы помните, что вначале этого параграфа на R5 была только запись (*, G), теперь после всех этих событий их станет две: (*, G) и (S, G).

Между прочим, даже если вы посмотрите на мультикастовую таблицу маршрутизации R3 в ту же секунду, как нажали Play в VLC, то увидите, что он уже получает трафик от R1 напрямую, о чём говорит наличие записи (S, G).
То есть SPT Switchover уже произошёл — это действие по умолчанию на оборудовании многих производителей — инициировать переключение после получения первого же мультикастового пакета.

Вообще говоря, происходить такое переключение может в нескольких случаях:

Не происходить вообще никогда (команда ip pim spt-threshold infinity).
При достижении определённой утилизации полосы пропускания (команда ip pim spt-threshold X).
Безусловно — сразу после получения первого пакета (действие по умолчанию или no ip pim spt-threshold X)

Как правило, решение о том, что «пора», принимает LHR.

В этом случае во второй раз изменяется правило работы RPF — он снова проверяет местонахождение источника. То есть из двух потоков мультикаста — от RP и от источника — предпочтение отдаётся трафику от источника.

DR, Assert, Forwarder

Ещё несколько важных моментов при рассмотрении PIM.

DR — Designated Router.
Это выделенный маршрутизатор, который ответственен за отправку служебных пакетов на RP.
Source DR — отвечает за принятие мультикастовых пакетов непосредственно от источника и его регистрацию на RP.
Вот пример топологии:

Здесь ни к чему, чтобы оба маршрутизатора передавали трафик на RP, пусть они резервируют друг друга, но ответственный должен быть только один.
Поскольку оба маршрутизатора подключены в одну широковещательную сеть, они получают друг от друга PIM-Hello. На основе него они и делают свой выбор.
PIM Hello несёт значение приоритета данного маршрутизатора на данном интерфейсе.

Чем больше значение, тем выше приоритет. Если они одинаковы, то выбирается узел с наибольшим IP-адресом (тоже из сообщения Hello).

Если другой маршрутизатор (не DR) в течение Holdtime (по умолчанию 105 с) не получал Hello от соседа, он автоматически берёт на себя роль DR.

По сути Source DR — это FHR — First Hop Router.

Receiver DR — то же, что Source DR, только для получателей мультикастового трафика — LHR (Last Hop Router).
Пример топологии:

Receiver DR ответственен за отправку на RP PIM Join. В вышеприведённой топологии, если оба маршрутизатора отправят Join, то оба будут получать мультикастовый трафик, но в этом нет необходимости. Только DR отправляет Join. Второй просто мониторит доступность DR.
Поскольку DR отправляет Join, то он же и будет вещать трафик в LAN. Но тут возникает закономерный вопрос — а что, если PIM DR’ом стал один, а IGMP Querier’ом другой? А ситуация-то вполне возможна, ведь для Querier чем меньше IP, тем лучше, а для DR, наоборот.
В этом случае DR’ом выбирается тот маршрутизатор, который уже является Querier и такая проблема не возникает.

Правила выбора Receiver DR точно такие же, как и Source DR.

Assert и PIM Forwarder
Проблема двух одновременно передающих маршрутизаторов может возникнуть и в середине сети, где нет ни конечных клиентов, ни источников — только маршрутизаторы.
Очень остро этот вопрос стоял в PIM DM, где это была совершенно рядовая ситуация из-за механизма Flood and Prune.
Но и в PIM SM она не исключена.
Рассмотрим такую сеть:

Здесь три маршрутизатора находятся в одном сегменте сети и, соответственно, являются соседями по PIM. R1 выступает в роли RP.
R4 отправляет PIM Join в сторону RP. Поскольку этот пакет мультикастовый он попадает и на R2 и на R3, и оба они обработав его, добавляют нисходящий интерфейс в OIL.
Тут бы должен сработать механизм выбора DR, но и на R2 и на R3 есть другие клиенты этой группы, и обоим маршрутизаторам так или иначе придётся отправлять PIM Join.
Когда мультикастовый трафик приходит от источника на R2 и R3, в сегмент он передаётся обоими маршрутизаторами и задваивается там. PIM не пытается предотвратить такую ситуацию — тут он действует по факту свершившегося преступления — как только в свой нисходящий интерфейс для определённой группы (из списка OIL) маршрутизатор получает мультикастовый трафик этой самой группы, он понимает: что-то не так — другой отправитель уже есть в этом сегменте.

Тогда маршрутизатор отправляет специальное сообщение PIM Assert.
Такое сообщение помогает выбрать PIM Forwarder — тот маршрутизатор, который вправе вещать в данном сегменте.

Не надо его путать с PIM DR. Во-первых, PIM DR отвечает за отправку сообщений PIM Join и Prune, а PIM Forwarder — за отправку трафика. Второе отличие — PIM DR выбирается всегда и в любых сетях при установлении соседства, А PIM Forwrder только при необходимости — когда получен мультикастовый трафик с интерфейса из списка OIL.

Выбор RP

Выше мы для простоты задавали RP вручную командой ip pim rp-address X.X.X.X.
И вот как выглядела команда show ip pim rp:

Но представим совершенно невозможную в современных сетях ситуацию — R2 вышел из строя. Это всё — финиш. Клиент 2 ещё будет работать, поскольку произошёл SPT Switchover, а вот всё новое и всё, что шло через RP сломается, даже если есть альтернативный путь.
Ну и нагрузка на администратора домена. Представьте себе: на 50 маршрутизаторах перебить вручную как минимум одну команду (а для разных групп ведь могут быть разные RP).

Динамический выбор RP позволяет и избежать ручной работы и обеспечить надёжность — если одна RP станет недоступна, в бой вступит сразу же другая.

В данный момент существует один общепризнанный протокол, позволяющий это сделать — Bootstrap. Циска в прежние времена продвигала несколько неуклюжий Auto-RP, но сейчас он почти не используется, хотя циска этого не признаёт, и в show ip mroute мы имеем раздражающий рудимент в виде группы 224.0.1.40.

Надо на самом деле отдать должное протоколу Auto-RP. Он был спасением в прежние времена. Но с появлением открытого и гибкого Bootstrap, он закономерно уступил свои позиции.

Итак, предположим, что в нашей сети мы хотим, чтобы R3 подхватывал функции RP в случае выхода из строя R2.
R2 и R3 определяются как кандидаты на роль RP — так они и называются C-RP. На этих маршрутизаторах настраиваем:

	RX(config)interface Loopback 0
	RX(config-if)ip pim sparse-mode
	RX(config-if)exit
	RX(config)#ip pim rp-candidate loopback 0

Но пока ничего не происходит — кандидаты пока не знают, как уведомить всех о себе.

Чтобы информировать все мультикастовые маршрутизаторы домена о существующих RP вводится механизм BSR — BootStrap Router. Претендентов может быть несколько, как и C-RP. Они называются соответственно C-BSR. Настраиваются они похожим образом.

Пусть BSR у нас будет один и для теста (исключительно) это будет R1.


	R1(config)interface Loopback 0
	R1(config-if)ip pim sparse-mode
	R1(config-if)exit
	R1(config)#ip pim bsr-candidate loopback 0

С помощью этих BSM все мультикастовые маршрутизаторы определяют самого достойного кандидата на основе приоритетов. Как только C-BSR получает BSM от другого маршрутизатора с бОльшим приоритетом, он прекращает рассылать свои сообщения. В результате все обладают одинаковой информацией.

На этом этапе, когда выбран BSR, благодаря тому, что его BSM разошлись уже по всей сети, C-RP знают его адрес и юникастом отправляют на него сообщения Candidte-RP-Advertisement, в которых они несут список групп, которые они обслуживают — это называется group-to-RP mapping. BSR все эти сообщения агрегирует и создаёт RP-Set — информационную таблицу: какие RP каждую группу обслуживают.

Далее BSR в прежней веерной манере рассылает те же BootStrap Message, которые на этот раз содержат RP-Set. Эти сообщения успешно достигают всех мультикастовых маршрутизаторов, каждый из которых самостоятельно делает выбор, какую RP нужно использовать для каждой конкретной группы.

BSR

BSR периодически делает такие рассылки, чтобы с одной стороны все знали, что информация по RP ещё актуальна, а с другой C-BSR были в курсе, что сам главный BSR ещё жив.
RP, кстати, тоже периодически шлют на BSR свои анонсы Candidate-RP-Advertisement.

Фактически всё, что нужно сделать для настройки автоматического выбора RP — указать C-RP и указать C-BSR — не так уж много работы, всё остальное за вас сделает PIM.
Как всегда, в целях повышения надёжности рекомендуется указывать интерфейсы Loopback в качестве кандидатов.

Завершая главу PIM SM, давайте ещё раз отметим важнейшие моменты

Должна быть обеспечена обычная юникастовая связность с помощью IGP или статических маршрутов. Это лежит в основе алгоритма RPF.
Дерево строится только после появления клиента. Именно клиент инициирует построение дерева. Нет клиента — нет дерева.
RPF помогает избежать петель.
Все маршрутизаторы должны знать о том, кто является RP — только с её помощью можно построить дерево.
Точка RP может быть указана статически, а может выбираться автоматически с помощью протокола BootStrap.
В первой фазе строится RPT — дерево от клиентов до RP — и Source Tree — дерево от источника до RP. Во второй фазе происходит переключение с построенного RPT на SPT — кратчайший путь от получателя до источника.

Ещё перечислим все типы деревьев и сообщений, которые нам теперь известны.

MDT — Multicast Distribution Tree. Общий термин, описывающий любое дерево передачи мультикаста.
SPT — Shortest Path Tree. Дерево с кратчайшим путём от клиента или RP до источника. В PIM DM есть только SPT. В PIM SM SPT может быть от источника до RP или от источника до получателя после того, как произошёл SPT Switchover. Обозначается записью (S, G) — известен источник для группы.
Source Tree — то же самое, что SPT.
RPT — Rendezvous Point Tree. Дерево от RP до получателей. Используется только в PIM SM. Обозначается записью (*, G).
Shared Tree — то же, что RPT. Называется так потому, что все клиенты подключены к одному общему дереву с корнем в RP.

Типы сообщений PIM Sparse Mode:
Hello — для установления соседства и поддержания этих отношений. Также необходимы для выбора DR.
Join (*, G) — запрос на подключение к дереву группы G. Не важно кто источник. Отправляется в сторону RP. С их помощью строится дерево RPT.
Join (S, G) — Source Specific Join. Это запрос на подключение к дереву группы G с определённым источником — S. Отправляется в сторону источника — S. С их помощью строится дерево SPT.
Prune (*, G) — запрос на отключение от дерева группы G, какие бы источники для неё не были. Отправляется в сторону RP. Так обрезается ветвь RPT.
Prune (S, G) — запрос на отключение от дерева группы G, корнем которого является источник S. Отправляется в сторону источника. Так обрезается ветвь SPT.
Register — специальное сообщение, внутри которого передаётся мультикаст на RP, пока не будет построено SPT от источника до RP. Передаётся юникастом от FHR на RP.
Register-Stop — отправляется юникастом с RP на FHR, приказывая прекратить посылать мультикастовый трафик, инкапсулированный в Register.
Bootstrap — пакеты механизма BSR, которые позволяют выбрать маршрутизатор на роль BSR, а также передают информацию о существующих RP и группах.
Assert — сообщение для выбора PIM Forwarder, чтобы в один сегмент не передавали трафик два маршрутизатора.
Candidate-RP-Advertisement — сообщение, в котором RP отсылает на BSR информацию о том, какие группы он обслуживает.
RP-Reachable — сообщение от RP, которым она уведомляет всех о своей доступности.
*Есть и другие типы сообщений в PIM, но это уже детали*

А давайте теперь попытаемся абстрагироваться от деталей протокола? И тогда становится очевидной его сложность.

1) Определение RP,
2) Регистрация источника на RP,
3) Переключение на дерево SPT.

Много состояний протокола, много записей в таблице мультикастовой маршрутизации. Можно ли что-то с этим сделать?

На сегодняшний день существует два диаметрально противоположных подхода к упрощению PIM: SSM и BIDIR PIM.

SSM

Всё, что мы описывали до сих пор — это ASM — Any Source Multicast. Клиентам безразлично, кто является источником трафика для группы — главное, что они его получают. Как вы помните в сообщении IGMPv2 Report запрашивается просто подключение к группе.
SSM — Source Specific Multicast — альтернативный подход. В этом случае клиенты при подключении указывают группу и источник.
Что же это даёт? Ни много ни мало: возможность полностью избавиться от RP. LHR сразу знает адрес источника — нет необходимости слать Join на RP, маршрутизатор может сразу же отправить Join (S, G) в направлении источника и построить SPT.
Таким образом мы избавляемся от

Поиска RP (протоколы Bootstrap и Auto-RP),
Регистрации источника на мультикасте (а это лишнее время, двойное использование полосы пропускания и туннелирование)
Переключения на SPT.

Поскольку нет RP, то нет и RPT, соответственно ни на одном маршрутизаторе уже не будет записей (*, G) — только (S, G).
Ещё одна проблема, которая решается с помощью SSM — наличие нескольких источников. В ASM рекомендуется, чтобы адрес мультикастовой группы был уникален и только один источник вещал на него, поскольку в дереве RPT несколько потоков сольются, а клиент, получая два потока от разных источников, вероятно, не сможет их разобрать.
В SSM трафик от различных источников распространяется независимо, каждый по своему дереву SPT, и это уже становится не проблемой, а преимуществом — несколько серверов могут вещать одновременно. Если вдруг клиент начал фиксировать потери от основного источника, он может переключиться на резервный, даже не перезапрашивая его — он и так получал два потока.

Кроме того, возможный вектор атаки в сети с активированной мультикастовой маршрутизацией — подключение злоумышленником своего источника и генерирование большого объёма мультикастового трафика, который перегрузит сеть. В SSM такое практически исключено.

Для SSM выделен специальный диапазон IP-адресов: 232.0.0.0/8.
На маршрутизаторах для поддержки SSM включается режим PIM SSM.

Router(config)# ip pim ssm

IGMPv3 и MLDv2 поддерживают SSM в чистом виде.
При их использовании клиент может

Запрашивать подключение к просто группе, без указания источников. То есть работает как типичный ASM.
Запрашивать подключение к группе с определённым источником. Источников можно указать несколько — до каждого из них будет построено дерево.
Запрашивать подключение к группе и указать список источников, от которых клиент не хотел бы получать трафик

IGMPv3

IGMPv1/v2, MLDv1 не поддерживают SSM, но имеет место такое понятие, как SSM Mapping. На ближайшем к клиенту маршрутизаторе (LHR) каждой группе ставится в соответствие адрес источника (или несколько). Поэтому если в сети есть клиенты, не поддерживающие IGMPv3/MLDv2, для них также будет построено SPT, а не RPT, благодаря тому, что адрес источника всё равно известен.
SSM Mapping может быть реализован как статической настройкой на LHR, так и посредством обращения к DNS-серверу.

Проблема SSM в том, что клиенты должны заранее знать адреса источников — никакой сигнализацией они им не сообщаются.
Поэтому SSM хорош в тех ситуациях, когда в сети определённый набор источников, их адреса заведомо известны и не будут меняться. А клиентские терминалы или приложения жёстко привязаны к ним.
Иными словами IPTV — весьма пригодная среда для внедрения SSM. Это хорошо описывает концепцию One-to-Many — один источник, много получателей.

BIDIR PIM

А что если в сети источники могут появляться спонтанно то там, то тут, вещать на одинаковые группы, быстро прекращать передачу и исчезать?
Например, такая ситуация возможна в сетевых играх или в ЦОД, где происходит репликация данных между различными серверами. Это концепция Many-to-Many — много источников, много клиентов.
Как на это смотрит обычный PIM SM? Понятное дело, что инертный PIM SSM здесь совсем не подходит?
Вы только подумайте, какой хаос начнётся: бесконечные регистрации источников, перестроение деревьев, огромное количество записей (S, G) живущих по несколько минут из-за таймеров протокола.
На выручку идёт двунаправленный PIM (Bidirectional PIM, BIDIR PIM). В отличие от SSM в нём напротив полностью отказываются от SPT и записей (S,G) — остаются только Shared Tree с корнем в RP.
И если в обычном PIM, дерево является односторонним — трафик всегда передаётся от источника вниз по SPT и от RP вниз по RPT — есть чёткое деление, где источник, где клиенты, то в двунаправленном от источника трафик к RP передаётся также вверх по Shared Tree — по тому же самому, по которому трафик течёт вниз к клиентам.

Это позволяет отказаться от регистрации источника на RP — трафик передаётся безусловно, без какой бы то ни было сигнализации и изменения состояний. Поскольку деревьев SPT нет вообще, то и SPT Switchover тоже не происходит.

Вот например:

Источник1 начал передавать в сеть трафик группы 224.2.2.4 одновременно с Источником2. Потоки от них просто полились в сторону RP. Часть клиентов, которые находятся рядом начали получать трафик сразу, потому что на маршрутизаторах есть запись (*, G) (есть клиенты). Другая часть получает трафик по Shared Tree от RP. Причём получают они трафик от обоих источников одновременно.
То есть, если взять для примера умозрительную сетевую игру, Источник1 это первый игрок в стрелялке, который сделал выстрел, а Источник2 — это другой игрок, который сделал шаг в сторону. Информация об этих двух событиях распространилась по всей сети. И каждый другой игрок (Получатель) должен узнать об обоих этих событиях.

Если помните, то чуть раньше мы объяснили, зачем нужен процесс регистрации источника на RP — чтобы трафик не занимал канал, когда нет клиентов, то есть RP просто отказывался от него. Почему над этой проблемой мы не задумываемся сейчас? Причина проста: BIDIR PIM для ситуаций, когда источников много, но они вещают не постоянно, а периодически, относительно небольшими кусками данных. То есть канал от источника до RP не будет утилизироваться понапрасну.

Обратите внимание, что на изображении выше между R5 и R7 есть прямая линия, гораздо более короткая, чем путь через RP, но она не была использована, потому что Join идут в сторону RP согласно таблице маршрутизации, в которой данный путь не является оптимальным.

Выглядит довольно просто — нужно отправлять мультикастовые пакеты в направлении RP и всё, но есть один нюанс, который всё портит — RPF. В дереве RPT он требует, чтобы трафик приходил от RP и не иначе. А у нас он может приходить откуда угодно. Взять и отказаться от RPF мы, конечно, не можем — это единственный механизм, который позволяет избежать образования петель.

Поэтому в BIDIR PIM вводится понятие DF — Designated Forwarder. В каждом сегменте сети, на каждой линии на эту роль выбирается тот маршрутизатор, чей маршрут до RP лучше.
В том числе это делается и на тех линиях, куда непосредственно подключены клиенты. В BIDIR PIM DF автоматически является DR.

Список OIL формируется только из тех интерфейсов, на которых маршрутизатор был выбран на роль DF.

Правила довольно прозрачны:

Если запрос PIM Join/Leave приходит на тот интерфейс, который в данном сегменте является DF, он передаётся в сторону RP по стандартным правилам.
Вот, например, R3. Если запросы пришли в DF интерфейсы, что помечены красным кругом, он их передаёт на RP (через R1 или R2, в зависимости от таблицы маршрутизации).
Если запрос PIM Join/Leave пришёл на не DF интерфейс, он будет проигнорирован.
Допустим, что клиент, находящийся между R1 и R3, решил подключиться и отправил IGMP Report. R1 получает его через интерфейс, где он выбран DF (помечен красным кругом), и мы возвращаемся к предыдущему сценарию. А R3 получает запрос на интерфейс, который не является DF. R3 видит, что тут он не лучший, и игнорирует запрос.
Если мультикастовый трафик пришёл на DF интерфейс, он будет отправлен в интерфейсы из списка OIL и в сторону RP.
Например, Источник1 начал передавать трафик. R4 получает его в свой DF интерфейс и передаёт его и в другой DF-интерфейс — в сторону клиента и в сторону RP, — это важно, потому что трафик должен попасть на RP и распространиться по всем получателям. Также поступает и R3 — одна копия в интерфейсы из списка OIL — то есть на R5, где он будет отброшен из-за проверки RPF, и другая — в сторону RP.
Если мультикастовый трафик пришёл на не DF интерфейс, он должен быть отправлен в интерфейсы из списка OIL, но не будет отправлен в сторону RP.
К примеру, Источник2 начал вещать, трафик дошёл до RP и начал распространяться вниз по RPT. R3 получает трафик от R1, и он не передаст его на R2 — только вниз на R4 и на R5.

Таким образом DF гарантирует, что на RP в итоге будет отправлена только одна копия мультикастового пакета и образование петель исключено. При этом то общее дерево, в котором находится источник, естественно, получит этот трафик ещё до попадания на RP. RP, согласно обычным правилам разошлёт трафик во все порты OIL, кроме того, откуда пришёл трафик.

Кстати, нет нужды более и в сообщениях Assert, ведь DF выбирается в каждом сегменте. В отличие от DR он отвечает не только за отправку Join к RP, но и за передачу трафика в сегмент, то есть ситуация, когда два маршрутизатора передают в одну подсеть трафик, исключена в BIDIR PIM.

Пожалуй, последнее, что нужно сказать о двунаправленном PIM, это особенности работы RP. Если в PIM SM RP выполнял вполне конкретную функцию — регистрация источника, то в BIDIR PIM RP — это некая весьма условная точка, к которой стремится трафик с одной стороны и Join от клиентов с другой. Никто не должен выполнять декапсуляцию, запрашивать построение дерева SPT. Просто на каком-то маршрутизаторе вдруг трафик от источников начинает передаваться в Shared Tree. Почему я говорю «на каком-то»? Дело в том, что в BIDIR PIM RP — абстрактная точка, а не конкретный маршрутизатор, в качестве адреса RP вообще может выступать несуществующий IP-адрес — главное, чтобы он был маршрутизируемый (такая RP называется Phantom RP).

Все термины, касающиеся PIM, можно найти в глоссарии.

Мультикаст на канальном уровне

Итак, позади долгая трудовая неделя с недосыпами, переработками, тестами — вы успешно внедрили мультикаст и удовлетворили клиентов, директора и отдел продаж.
Пятница — не самый плохой день, чтобы обозреть творение и позволить себе приятный отдых.
Но ваш послеобеденный сон вдруг потревожил звонок техподдержки, потом ещё один и ещё — ничего не работает, всё сломалось. Проверяете — идут потери, разрывы. Всё сходится на одном сегменте из нескольких коммутаторов.

Расчехлили SSH, проверили CPU, проверили утилизацию интерфейсов и волосы дыбом — загрузка почти под 100% на всех интерфейсах одного VLAN’а. Петля! Но откуда ей взяться, если никаких работ не проводилось? Минут 10 проверки и вы заметили, что на восходящем интерфейсе к ядру у вас много входящего трафика, а на всех нисходящих к клиентам — исходящего. Для петли это тоже характерно, но как-то подозрительно: внедрили мультикаст, никаких работ по переключению не делали и скачок только в одном направлении.
Проверили список мультикастовых групп на маршрутизаторе — а там подписка на все возможные каналы и все на один порт — естественно, тот, который ведёт в этот сегмент.
Дотошное расследование показало, что компьютер клиента заражён и рассылает IGMP Query на все мультикастовые адреса подряд.

Потери пакетов начались, потому что коммутаторам пришлось пропускать через себя огромный объём трафика. Это вызвало переполнение буферов интерфейсов.

Главный вопрос — почему трафик одного клиента начал копироваться во все порты?

Причина этого кроется в природе мультикастовых MAC-адресов. Дело в том, пространство мультикастовых IP-адресов специальным образом отображается в пространство мультикастовых MAC-адресов. И загвоздка в том, что они никогда не будут использоваться в качестве MAC-адреса источника, а следовательно, не будут изучены коммутатором и занесены в таблицу MAC-адресов. А как поступает коммутатор с кадрами, адрес назначения которых не изучен? Он их рассылает во все порты. Что и произошло.
Это действие по умолчанию.

Мультикастовые MAC-адреса

Так какие же MAC-адреса получателей подставляются в заголовок Ethernet таких пакетов? Широковещательные? Нет. Существует специальный диапазон MAC-адресов, в которые отображаются мультикастовые IP-адреса.
Эти специальные адреса начинаются так: 0x01005e и следующий 25-й бит должен быть 0 (попробуйте ответить, почему так). Остальные 23 бита (напомню, всего их в МАС-адресе 48) переносятся из IP-адреса.

Здесь кроется некоторая не очень серьёзная, но проблема. Диапазон мультикастовых адресов определяется маской 224.0.0.0/4, это означает, что первые 4 бита зарезервированы: 1110, а оставшиеся 28 бит могут меняться. То есть у нас 2^28 мультикастовых IP-адресов и только 2^23 MAC-адресов — для отображения 1 в 1 не хватает 5 бит. Поэтому берутся просто последние 23 бита IP-адреса и один в один переносятся в MAC-адрес, остальные 5 отбрасываются.

Фактически это означает, что в один мультикастовый MAC-адрес будет отображаться 2^5=32 IP-адреса. Например, группы 224.0.0.1, 224.128.0.1, 225.0.0.1 и так до 239.128.0.1 все будут отображаться в один MAC-адрес 0100:5e00:0001.

Если взять в пример дамп потокового видео, то можно увидеть:

IP адрес — 224.2.2.4, MAC-адрес: 01:00:5E:02:02:04.

Есть также другие мультикастовые MAC-адреса, которые никак не относятся к IPv4-мультикаст (клик). Все они, кстати, характеризуются тем, что последний бит первого октета равен 1.

Естественно, ни на одной сетевой карте, не может быть настроен такой MAC-адрес, поэтому он никогда не будет в поле Source MAC Ethernet-кадра и никогда не попадёт в таблицу MAC-адресов. Значит такие кадры должны рассылаться как любой Unknown Unicast во все порты VLAN’а.

Всего, что мы рассматривали прежде, вполне достаточно для полноценной передачи любого мультикастового трафика от потокового видео до биржевых котировок. Но неужели мы в своём почти совершенном мире будем мирится с таким безобразием, как широковещательная передача того, что можно было бы передать избранным?
Вовсе нет. Специально для перфекционистов придуман механизм IGMP-Snooping.

IGMP-Snooping

Идея очень простая — коммутатор «слушает» проходящие через него IGMP-пакеты.
Для каждой группы отдельно он ведёт таблицу восходящих и нисходящих портов.

Если с порта пришёл IGMP Report для группы, значит там клиент, коммутатор добавляет его в список нисходящих для этой группы.
Если с порта пришёл IGMP Query для группы, значит там маршрутизатор, коммутатор добавляет его в список восходящих.

Таким образом формируется таблица передачи мультикастового трафика на канальном уровне.
В итоге, когда сверху приходит мультикастовый поток, он копируется только в нисходящие интерфейсы. Если на 16-портовом коммутаторе только два клиента, только им и будет доставлен трафик.

Гениальность этой идеи заканчивается тогда, когда мы задумываемся о её природе. Механизм предполагает, что коммутатор должен прослушивать трафик на 3-м уровне.

Впрочем, IGMP-Snooping ни в какое сравнение не идёт с NAT по степени игнорирования принципов сетевого взаимодействия. Тем более, кроме экономии в ресурсах, он несёт в себе массу менее очевидных возможностей. Да и в общем-то в современном мире, коммутатор, который умеет заглядывать внутрь IP — явление не исключительное.

=====================
Задача № 3

Схема и начальная конфигурация.

Сервер 172.16.0.5 передает мультикаст трафик на группы 239.1.1.1, 239.2.2.2 и 239.0.0.x.
Настроить сеть таким образом, чтобы:
— клиент 1 не мог присоединиться к группе 239.2.2.2. Но при этом мог присоединиться к группе 239.0.0.x.
— клиент 2 не мог присоединиться к группе 239.1.1.1. Но при этом мог присоединиться к группе 239.0.0.x.

Подробности задачи тут.
=====================

IGMP Snooping Proxy

У пытливого читателя может возникнуть вопрос по тому, как IGMP Snooping узнаёт все клиентские порты, учитывая, что на IGMP Query отвечает только один самый быстрый клиент, как мы говорили выше. А очень просто: IGMP-Snooping не позволяет сообщениям Report ходить между клиентами. Они отправляются только в восходящие порты к маршрутизаторам. Не видя Report от других получателей этой группы, клиент обязан ответить на Query в течение Max Response Time, указанном в этом Query.
В итоге в сети на 1000 узлов на один IGMP Query в течение секунд 10 (обычное значение Max Response Time) придёт 1000 Report’ов маршрутизатору. Хотя ему достаточно было бы и одного для каждой группы.
И происходит это каждую минуту.

В этом случае можно настроить проксирование IGMP-запросов. Тогда коммутатор не просто «слушает» проходящие пакеты, он их перехватывает.

Правила работы IGMP-Snooping могут отличаться для разных производителей. Поэтому рассмотрим их концептуально:

1) Если на коммутатор приходит самый первый запрос Report на группу, он отправляется вверх к маршрутизатору, а интерфейс вносится в список нисходящих. Если же такая группа уже есть, интерфейс просто добавляется в список нисходящих, а Report уничтожается.
2) Если на коммутатор приходит самый последний Leave, то есть других клиентов нет, этот Leave будет отправлен на маршрутизатор, а интерфейс удаляется из списка нисходящих. В противном случае просто удаляется интерфейс, Leave уничтожается.
3) Если IGMP Query приходит от маршрутизатора, коммутатор перехватывает его, отправляет в ответ IGMP Report для всех групп, которые в данный момент имеют получателей.
А дальше, в зависимости от настроек и производителя, либо этот же самый Query рассылается во все клиентские порты, либо коммутатор блокирует запрос от маршрутизатора и сам выступает в роли Querier, периодически опрашивая всех получателей.

Таким образом снижается и доля лишнего служебного трафика в сети и нагрузка на маршрутизатор.

Multicast VLAN Replication

Сокращённо MVR. Это механизм для тех провайдеров, кто практикует VLAN-per-user, например.
Вот типичный пример сети, где MVR жизненно необходим:

MVR

5 клиентов в разных VLAN’ах, и все хотят получать мультикастовый трафик одной группы 224.2.2.4. При этом клиенты должны оставаться изолированными друг от друга.

IGMP-Snooping учитывает, разумеется и VLAN’ы. Если пять клиентов в разных VLAN’ах запрашивают одну группу — это будет пять разных таблиц. Соответственно и к маршрутизатору идут 5 запросов на подключение к группе. И каждый сабинтерфейс из этих пяти на маршрутизаторе будет добавлен отдельно в OIL. То есть получив 1 поток для группы 224.2.2.4 он отправит 5 копий, несмотря на то, что все они идут в один сегмент.

Для решения этой проблемы и был разработан механизм Multicast VLAN Replication.
Вводится дополнительный VLAN — Multicast VLAN — в нём, соответственно, будет передаваться мультикастовый поток. Он «проброшен» непосредственно до последнего коммутатора, где трафик из него копируется во все клиентские интерфейсы, которые хотят получать этот трафик — это и есть репликация.
В зависимости от реализации репликация из Multicast VLAN может производиться в User-VLAN или в определённые физические интерфейсы.

А что с IGMP-сообщениями? Query от маршрутизатора, естественно, приходит по мультикастовому VLAN’у. Коммутатор их рассылает в клиентские порты. Когда Report или Leave приходит от клиента, коммутатор проверяет откуда именно (VLAN, интерфейс) и, если необходимо, перенаправляет в мультикастовый VLAN.
Таким образом обычный трафик изолирован и по-прежнему ходит до маршрутизатора в пользовательском VLAN’е. А мультикастовый трафик и IGMP-пакеты передаются в Multicast VLAN.

На оборудовании Cisco MVR и IGMP-Snooping настраиваются независимо. То есть можно отключить один и второй будет работать. Вообще же MVR основан на IGMP-Snooping и на коммутаторах других производителей для работы MVR может быть обязательным включение IGMP-Snooping.

Кроме того, IGMP-Snooping позволяет осуществлять на коммутаторах фильтрацию трафика, ограничивать количество групп, доступных пользователю, включение IGMP Querier, статическую настройку восходящих портов, перманентное подключение к какой-либо группе (этот сценарий есть в сопутствующем видео), быструю реакцию на изменение топологии путём рассылки дополнительных Query, SSM-Mapping для IGMPv2 итд.

Заканчивая разговор об IGMP-Snooping, хочется повторить — это необязательный функционал — всё и без него будет работать. Но это сделает сеть более предсказуемой, а жизнь инженера спокойнее.
Однако все плюсы IGMP Snooping можно обернуть и против себя. Один такой выдающийся случай можно почитать по ссылке.
К слову у той же Cisco есть протокол CGMP — аналог IGMP, который не нарушает принципы работы коммутатора, но он проприетарный и не сказать, что широко распространённый.

Итак, мой неутомимый читатель, мы приближаемся к концу выпуска и напоследок хочется показать, как может быть реализована услуга IPTV на стороне клиента.
Самый простой способ, к которому мы уже не раз обращались в этой статье — запустить плеер, который может принять мультикастовый поток из сети. На нём можно вручную задать IP-адрес группы и наслаждаться видео.
Другой программный вариант, который часто используют провайдеры — специальное приложение, обычно весьма кастомное, в котором зашит набор каналов, используемых в сети провайдера. Нет необходимости что-то задавать вручную — нужно просто переключать каналы кнопками.

Оба эти способа дают возможность смотреть потоковое видео только на компьютере.

Третий же вариант позволяет использовать телевизор, причём как правило, любой. Для этого в доме клиента ставит так называемый Set-Top-Box (STB) — коробочка, устанавливаемая на телевизор. Это шелезяка, которая включается в абонентскую линию и разделяет трафик: обычный юникаст она отдаёт в Ethernet или WiFi, чтобы клиенты имели доступ в Интернет, а мультикастовый поток передаётся на телевизор через кабель (DVI, RGB, антенный итд.).
Часто вы, кстати, можете увидеть рекламу, где провайдер предлагает свои приставки для подключения телевидения — это и есть те самые STB

=====================
Задача № 4

Напоследок нетривиальная задачка по мультикасту (авторы не мы, в ответах будет ссылка на оригинал).

Самая простая схема:

С одной стороны сервер-источник, с дугой — компьютер, который готов принимать трафик.

Адрес мультикастового потока вы можете устанавливать сами.

И соответственно, два вопроса:
1. Что нужно сделать, чтобы компьютер мог получать поток и при этом не прибегать к мультикастовой маршрутизации?
2. Допустим, вы вообще не знаете, что такое мультикаст и не можете его настраивать, как передать поток от сервера к компьютеру?

Задача легко ищется в поисковике, но попробуйте решить её сами.

Подробности задачи тут.
=====================

Незатронутыми в статье остались междоменная маршрутизация мультикастового трафика (MSDP, MBGP, BGMP), балансировка нагрузки между RP (Anycast RP), PGM, проприетарные протоколы. Но, я думаю, имея как точку старта эту статью, разобраться в остальном не составит труда.
Все термины, касающиеся мультикаста, вы можете найти в телекоммуникационном глоссарии lookmeup.

За помощь в подготовке статьи спасибо JDima…
За техническую поддержку спасибо Наташе Самойленко.
КДПВ нарисована Ниной Долгополовой — замечательным художником и другом проекта.

В пуле статей СДСМ ещё много интересного до окончания, поэтому не нужно хоронить цикл из-за долгого отсутствия выпуска — с каждой новой статьёй сложность значительно возрастает. Впереди почти весь MPLS, IPv6, QoS и дизайн сетей.

Как вы уже, наверно, заметили, у linkmeup появился новый проект — Глоссарий lookmeup (да, недалеко у нас ушла фантазия). Мы надеемся, что этот глоссарий станет самым полным справочником терминов в области связи, поэтому мы будем рады любой помощи в его заполнении. Пишите нам на info@linkmeup.ru

Оставайтесь с нами.

Источник

0

1

Имеется регистратор с функцией мультикаста. ЕЯПП, это значит, что включив этот самый мультикаст, я могу с любой софтины, которая поддерживает воспроизведение по мультикасту, смотреть то, что приходит от регистратора. Установил в регистраторе адрес мультикаста 224.8.7.6, пробую подключатся через vlc 3.0.8 с дебиана udp://@224.8.7.6. ПК и регистратор, разумеется, в одной сети и видят друг друга. В логе такое

main debug: processing request item: udp://224.8.7.6, node: Playlist, skip: 0
main debug: rebuilding array of current - root Playlist
main debug: rebuild done - 1 items, index 0
main debug: starting playback of new item
main debug: resyncing on udp://224.8.7.6
main debug: udp://224.8.7.6 is at 0
main debug: creating new input thread
main debug: Creating an input for 'udp://224.8.7.6'
main debug: selected audio language[0] en
main debug: selected sub language[0] en
main debug: requesting art for new input thread
main debug: using timeshift granularity of 50 MiB
main debug: using default timeshift path
main debug: `udp://@224.8.7.6' gives access `udp' demux `any' path `@224.8.7.6'
main debug: creating demux: access='udp' demux='any' location='@224.8.7.6' file='(null)'
main debug: looking for access_demux module matching "udp": 17 candidates
main debug: looking for meta fetcher module matching "any": 1 candidates
main debug: no access_demux modules matched
lua debug: Trying Lua scripts in /home/yorween/.local/share/vlc/lua/meta/fetcher
main debug: creating access: udp://@224.8.7.6
lua debug: Trying Lua scripts in /usr/lib/x86_64-linux-gnu/vlc/lua/meta/fetcher
main debug: looking for access module matching "udp": 28 candidates
lua debug: Trying Lua scripts in /usr/share/vlc/lua/meta/fetcher
main debug: no meta fetcher modules matched
main debug: looking for art finder module matching "any": 2 candidates
udp debug: opening server=:0 local=224.8.7.6:1234
main debug: net: opening 224.8.7.6 datagram port 1234
main debug: using access module "udp"
main debug: looking for stream_filter module matching "prefetch,cache_block": 26 candidates
prefetch debug: using 16777216 bytes buffer, 16777216 bytes read
main debug: using stream_filter module "prefetch"
main debug: looking for stream_filter module matching "any": 26 candidates
lua debug: Trying Lua scripts in /home/yorween/.local/share/vlc/lua/meta/art
lua debug: Trying Lua scripts in /usr/lib/x86_64-linux-gnu/vlc/lua/meta/art
lua debug: Trying Lua playlist script /usr/lib/x86_64-linux-gnu/vlc/lua/meta/art/00_musicbrainz.luac
lua debug: skipping script (unmatched scope) /usr/lib/x86_64-linux-gnu/vlc/lua/meta/art/00_musicbrainz.luac
lua debug: Trying Lua playlist script /usr/lib/x86_64-linux-gnu/vlc/lua/meta/art/01_googleimage.luac
lua debug: skipping script (unmatched scope) /usr/lib/x86_64-linux-gnu/vlc/lua/meta/art/01_googleimage.luac
lua debug: Trying Lua playlist script /usr/lib/x86_64-linux-gnu/vlc/lua/meta/art/02_frenchtv.luac
lua debug: skipping script (unmatched scope) /usr/lib/x86_64-linux-gnu/vlc/lua/meta/art/02_frenchtv.luac
lua debug: Trying Lua playlist script /usr/lib/x86_64-linux-gnu/vlc/lua/meta/art/03_lastfm.luac
lua debug: skipping script (unmatched scope) /usr/lib/x86_64-linux-gnu/vlc/lua/meta/art/03_lastfm.luac
lua debug: Trying Lua scripts in /usr/share/vlc/lua/meta/art
main debug: no art finder modules matched
qt debug: IM: Setting an input

Погуглив ошибки, ничего конкретного не нашел, кроме похожего в багтрекере со статусом пофикшено в версиях vlc 3+. Возможно, не мой случай и вообще, проблема не в vlc, а в неправильной настройке чего-то.

Я хочу попробовать отловить мультикаст пакеты в локалке через tcpdump, но не могу понять, осуществимо это или нет. Например, ip, на который идет мультикаст, не пингуется. Он должен? Или туда просто отдается поток? И каким образом отловить эти мультикаст пакеты чтобы понять, идет трансляция на этот адрес или нет?

Источник

Introduction

This document describes different tools and techniques used to troubleshoot multicast networks.

Prerequisites

Requirements

There are no specific requirements for this document.

Components Used

This document is not restricted to specific software and hardware versions.

The information in this document was created from the devices in a specific lab environment. All of the devices used in this document started with a cleared (default) configuration. If your network is live, ensure that you understand the potential impact of any command.

Conventions

Refer to Cisco Technical Tips Conventions for more information on document conventions.

Troubleshoot Strategies

When you troubleshoot multicast networks, it is good to consider the signaling protocol used in the network and packet flow. The signaling protocol is used to setup and tear down the multicast sessions (such as PIM dense mode, PIM sparse mode, and DVMRP), and packet flow is the actual sending, replicating, and receiving of the multicast packets between the source and receiver, based on the forwarding table created by the signaling process.

This table helps verify each piece information to troubleshoot and checks each section of the table works correctly:

	Source	Network	Receivers
Signaling	NA	Check Network Signaling	Check Receiver Signaling
Packet Flow	Check Source Packet Flow	Check Network Packet Flow	Check Receiver Packet Flow

The next subsections detail the troubleshoot tools you can use to check and fix common problems.

Check Source Packet Flow

Complete these steps to determine if the source has sent the packets and the correct packet fields are inserted:

Check the interface counters on the host. First, check the interface counters (if you are on a UNIX system, use the netstat command) on the source host to see if it sends packets. If it is not, check for misconfiguration or bugs in the host stack and application.
Use the show ip igmp groups <interface-name> command to check the upstream router to see if it received a join membership report at the interface directly connected to source.
Check the TTL value for the packets in the multicast application; it must be greater than 1. If the application sends packets with a TTL value less than 1, you must see the traffic dropped at the first upstream router. To verify, use the show ip traffic command and look for an increase in the value of the “bad hop count” counter. Any packet with a TTL value of 1, or less than the TTL threshold set by the interface with the ip multicast ttl-threshold command, is dropped and the “bad hop-count” counter is increased by one. Use the show ip igmp interface <interface-name> command to see the interface TTL threshold value.
Use the show ip mroute count and show ip mroute active commands to check the first upstream router or switch to see if it sees multicast packets from the source. The command output shows the traffic flow statistics for each (S,G) pair. If you do not observe any traffic, check receiver signaling.
Use the debug ip mpacket command on the nearest upstream router, with the detail or acl argument for granularity.

Caution: Use this command with caution when there is heavy multicast traffic on the network. Only if necessary, use the debug ip mpacket command on the route. Use the detail argument to show packet headers in the debug output, and access lists to check for traffic from specific sources. Remember that this command can have a serious performance impact on other traffic.

Check Network Signaling

This is the most complex and important piece of troubleshoot in any network. It depends on the network signaling protocol used, such as PIM sparse mode, PIM dense mode, and DVMRP. We recommend the multi-step approach described in this section.

Troubleshoot PIM Sparse Mode

Complete these steps to troubleshoot PIM sparse mode:

Check that IP multicast routing is enabled on all multicast routers.
Use the show ip pim neighbor command to check the expiration timer and mode to ensure sucessful PIM neighbor establishment, and look for any possible connectivity and timer issues that can inhibit the establishment of PIM neighbors. If necessary, use the ip pim [version] [dense-mode] [sparse-mode] [sparse-dense-mode] interface level subcommand to set the correct mode and version to successfully establish the PIM neighbors.
Use the show ip pim rp mapping command to ensure the correct RP-Group mapping and to check the expiration timer if auto-RP is configured. Use the debug ip pim auto-rp command to help figure out any auto-RP failures. If you do not see any PIM Group-to-RP Mappings, check the auto-RP configuration, or configure static Group-RP mappings with the ip pim rp-address ip address of RP [access-list] [named-accesslist] [override] command. The auto-RP configuration can be performed with the ip pim send-rp-announce interface-id scope TTL value and ip pim send-rp-discovery interface-id scope TTL value commands. These commands have to be configured only if there are auto-RP configurations.
Use the show ip rpf <ip address of source> command to check the RPF failure for the source address. PIM dense mode and PIM sparse mode send Prune messages back to the source if traffic arrives on a non-RPF point-to-point interface. The debug ip pim command helps identify possible reasons for a failure in a PIM network—it compares the typical output with what you see. Use this output to identify the three discrete stages in PIM sparse mode: joining, registering, and SPT-switchover. The show ip mroute command allows you to watch the null entries in the Outgoing Interface lists and pruned entries in the mroute table.

Check Network Packet Flow

Use these commands to check the flow of multicast packets across the network:

Use the mtrace command to check multicast trace hop-by-hop
mstat
ping
show ip mroute count
show ip mroute active
debug ip mpacket

Check Receiver Signaling

Complete these steps to check receiver signaling:

Use the show ip igmp groups command at the first upstream router connected to the receiver to check that the interface has joined the group.
Use the ping command to check the reachability of the host and the first upstream router.
Use the show ip igmp interface command to check the IGMP version of the interface.

Note: Remember that a router configured with IGMP version 1 considers IGMP version 2 packets received from the host as invalid. These IGMP packets do not join the group until the router receives an IGMP version 1 packet from the host.
Use the debug ip igmp command to further troubleshoot receiver signaling.

Check Receiver Packet Flow

Complete these steps to check the receiver packet flow:

Use the netstat command on a UNIX system to check the receiver interface statistics.
Check that the TCP/IP stack was installed and configured properly.
Check that the Multicast receiver client application was installed and configured properly.
Watch for duplicate multicast packets on a multiaccess segment.

Power CLI Tools

The commands in this section can also be useful when troubleshoot, especially when you test the network packet flow and find the points of failure in the multicast network.

mstat

This command shows the multicast path in ASCII graphic format. It traces the path between any two points in the network, shows drops and duplicates, TTLs, and delays at each node in the network. It is very useful when you need to locate congestion points in the network or focus on a router with high drop/duplicate counts. Duplicates are indicated in the output as “negative” drops.

Router#mstat lwei-home-ss2 172.16.58.88 224.0.255.255
Type escape sequence to abort
Mtrace from 172.16.143.27 to 172.16.58.88 via group 224.0.255.255
>From source (lwei-home-ss2.cisco.com) to destination (lwei-ss20.cisco.com)
Waiting to accumulate statistics......
Results after 10 seconds:
 
  Source        Response Dest    Packet Statistics For    Only For Traffic
172.16.143.27    172.16.62.144    All Multicast Traffic     From 172.16.143.27   
     |       __/  rtt 48   ms   Lost/Sent = Pct  Rate     To 224.0.255.255
     v      /     hop 48   ms   ---------------------     --------------------
172.16.143.25   lwei-cisco-isdn.cisco.com  
     |     ^      ttl   1   
     v     |      hop 31   ms    0/12 = 0%      1 pps    0/1 = --%  0 pps
172.16.121.84   
172.16.121.45   eng-frmt12-pri.cisco.com  
     |     ^      ttl   2   
     v     |      hop -17  ms    -735/12 = --%      1 pps    0/1 = --%  0 pps
172.16.121.4    
172.16.5.27     eng-cc-4.cisco.com  
     |     ^      ttl   3   
     v     |      hop -21  ms    -678/23 = --%      2 pps    0/1 = --%  0 pps
172.16.5.21     
172.16.62.130   eng-ios-2.cisco.com  
     |     ^      ttl   4   
     v     |      hop 5    ms    605/639 = 95%      63 pps    1/1 = --%  0 pps
172.16.62.144   
172.16.58.65    eng-ios-f-5.cisco.com  
     |      __   ttl   5   
     v           hop 0    ms        4         0 pps           0    0 pps
172.16.58.88    172.16.62.144   
  Receiver      Query Source

mrinfo

This command shows multicast neighbor router information, router capabilities and code version, multicast interface information, TTL thresholds, metrics, protocol, and status. It is useful when you need to verify multicast neighbors, confirm that bi-directional neighbor adjacency exists, and verify that tunnels are up in both directions.

Router#mrinfo 
  192.168.7.37 (b.cisco.com) [version cisco 11.1] [flags: PMSA]: 
  192.168.7.37 -> 192.168.7.34 (s.cisco.com) [1/0/pim] 
  192.168.7.37 -> 192.168.7.47 (d.cisco.com) [1/0/pim] 
  192.168.7.37 -> 192.168.7.44 (d2.cisco.com) [1/0/pim] 
  192.168.9.26  -> 192.168.9.29 (su.bbnplanet.net) [1/32/pim]

The flags in the output indicate:

P = prune-capable
M = mtrace-capable
S = SNMP-capable
A = Auto-RP-capable

mtrace

This command shows the multicast path from the source to the receiver, and it traces the path between points in the networks, which shows TTL thresholds and delay at each node. When troubleshoot, use the mtrace command to find where multicast traffic flow stops, to verify the path of multicast traffic, and to identify sub-optimal paths.

Router#mtrace 192.168.215.41 192.168.215.67 239.254.254.254 
Type escape sequence to abort. 
Mtrace from 192.168.215.41 to 192.168.215.67 via group 239.254.254.254 
From source (?) to destination (?) 
Querying full reverse path... 
0  192.168.215.67 
-1  192.168.215.67 PIM  thresh^ 0  0 ms 
-2  192.168.215.74 PIM  thresh^ 0  2 ms 
-3  192.168.215.57 PIM  thresh^ 0  894 ms 
-4  192.168.215.41 PIM  thresh^ 0  893 ms 
-5  192.168.215.12 PIM  thresh^ 0  894 ms 
-6  192.168.215.98 PIM  thresh^ 0  893 ms

ping

When troubleshoot, the ping command is the easiest way to generate multicast traffic in the lab to test the multicast tree because it pings all members of the group, and all members respond.

R3#ping 239.255.0.1 
 Type escape sequence to abort. 
Sending 1, 100-byte ICMP Echos to 239.255.0.1, timeout is 2 seconds: 
Reply to request 0 from 172.16.12.2, 16 ms 
Reply to request 0 from 172.16.7.2, 20 ms

show Commands

The commands in this section help you gather useful information when troubleshoot a multicast problem. Refer to the Cisco IOS IP Multicast Command Reference Guide for more extensive information on these show commands.

Tip: If your show command responses are sluggish, the most probable reason is that router currently performs an IP domain lookup for IP addresses in the show command. You can disable IP domain lookup, use the no ip domain-lookup command, under the router global configuration mode to disable IP domain lookup. This stops the IP domain lookup and increases the show command output speed.

show ip igmp groups

This command shows which multicast groups are directly connected to the router, and which are learned via Internet Group Management Protocol (IGMP). You can use this command to verify that a source or receiver has actually joined the target group on the router interface. The Last Reporter column shows only one IGMP host, which indicates that it has sent either an unsolicited IGMP Join or IGMP Report in response to an IGMP Query from the PIM router for that particular group. You must only see one Last Reporter per Group Address.

R1#show ip igmp groups
IGMP Connected Group Membership
Group Address    Interface      Uptime          Expires         Last Reporter
239.255.0.1      Ethernet1      00:10:54        00:01:10        192.168.9.1
224.0.1.40       Ethernet0      01:36:27        00:02:45        192.168.10.2
224.0.1.40       Ethernet1      01:48:15        never           192.168.9.3

show ip igmp interface

Use this command to display multicast-related information about an interface, and to verify that IGMP is enabled, the correct version runs, the timers, Time To Live (TTL) threshold value, and IGMP querier router are properly set. IGMP does not need to be configured on an interface. It is enabled by default when you configure ip pim {dense-mode|sparse-mode|sparse-dense-mode}.

R1#show ip igmp interface
Ethernet1 is up, line protocol is up
  Internet address is 192.168.9.3/24
  IGMP is enabled on interface
  Current IGMP version is 2
  CGMP is disabled on interface
  IGMP query interval is 60 seconds
  IGMP querier timeout is 120 seconds
  IGMP max query response time is 10 seconds
  Last member query response interval is 1000 ms
  Inbound IGMP access group is not set
  IGMP activity: 22 joins, 18 leaves
  Multicast routing is enabled on interface
  Multicast TTL threshold is 0
  Multicast designated router (DR) is 192.168.9.5  
  IGMP querying router is 192.168.9.3 (this system)
  Multicast groups joined (number of users):
      224.0.1.40(1)

show ip pim neighbor

Use this command to list the Protocol Independent Multicast (PIM) neighbors discovered by the Cisco IOS® Software.

R1#show ip pim neighbor
PIM Neighbor Table
Neighbor          Interface                Uptime/Expires    Ver   DR
Address                                                            Prio/Mode
10.10.10.1        Ethernet0/0              02:19:41/00:01:38 v2    1 / DR B S

Details of each field are explained here:

Neighbor Address– Specifies a PIM neighbor IP address
Interface– An interface where a PIM neighbor was discovered
Uptime– The total uptime of neighbor
Expires– The time before a neighbor is timed out and until next PIM hello is received
Ver– The version of PIM on neighbor interface
DR Prio– The possible values are 0 to 4294967294 or “N”

This is a new column which tracks the priority of a PIM interface for DR election. The feature to configure a DR based on highest priority versus highest IP address was introduced in Cisco IOS Software Releases 12.1(2)T and 12.2 and Cisco IOS images with Bidir-PIM. You can use theip pim dr-priority <0-4294967294>interface command to set the DR priority. The default DR priority is set to 1. For interoperability, if a PIM neighbor runs an older Cisco IOS version which does not support the DR priority feature, the “DR Prior” column shows as “N”. If the neighbor is the only router that shows “N” for the interface, it becomes the DR regardless of which router actually has the highest IP address. If there are several PIM neighbors with “N” listed under this column, the tie breaker is the highest IP address among them.
Mode– Information about the DR and other PIM capabilities.

This column lists the DR in addition to any capabilities supported by the PIM neighbor:

DR– The PIM neighbor is Designated Router

B– Bidirectional PIM (Bidir-PIM) capable

S– State refresh capable (applies only for dense mode)

When you troubleshoot, use this command to verify that all neighbors are up and that they use the proper mode, version, and expiration timer. You can also check the router configuration, or use the show ip pim interface command to verify the mode (PIM sparse or dense mode). Use the debug ip pim command to observe the pim-query message exchange.

show ip pim interface

Use this command to display information about interfaces configured for PIM. In addition, you can use this command to verify that the correct PIM mode (dense or sparse) is configured on the interface, the neighbor count is correct, and the designated router (DR) is correct (which is critical for PIM sparse mode). Multi-access segments (such as Ethernet, Token Ring, FDDI) elect a DR based on highest IP address. Point-to-Point links do not display DR information.

R1#show ip pim interface 
Address          Interface          Version/Mode    Nbr   Query     DR
                                                    Count Intvl
192.168.10.1     Ethernet0          v2/Sparse-Dense  1    30     192.168.10.2
192.168.9.3      Ethernet1          v2/Sparse-Dense  1    30     192.168.9.5

show ip mroute summary

Use this command to display the summarized contents of the IP multicast routing table. You can also use it to verify the active multicast group(s) and which multicast senders are active when you look at the timers and flags.

R1#show ip mroute summary
IP Multicast Routing Table
Flags: D - Dense, S - Sparse, C - Connected, L - Local, P - Pruned
       R - RP-bit set, F - Register flag, T - SPT-bit set, J - Join SPT
       M - MSDP created entry, X - Proxy Join Timer Running
       A - Advertised via MSDP
Outgoing interface flags: H - Hardware switched
Timers: Uptime/Expires
Interface state: Interface, Next-Hop or VCD, State/Mode

(*, 239.255.0.1), 01:57:07/00:02:59, RP 192.168.7.2, flags: SJCF
  (192.168.33.32, 239.255.0.1), 01:56:23/00:02:59, flags: CJT
  (192.168.9.1, 239.255.0.1), 01:57:07/00:03:27, flags: CFT

(*, 224.0.1.40), 1d00h/00:00:00, RP 192.168.7.2, flags: SJPCL

show ip mroute

Use this command to display the full contents of the IP multicast routing table. When you troubleshoot, use this command to verify:

The (S,G) and (*,G) state entries from the flags.
The incoming interface is correct. If it is not, check the unicast routing table.
The outgoing interface(s) is correct. If it is incorrectly pruned, check the state in the downstream router.

R1#show ip mroute
IP Multicast Routing Table
Flags: D - Dense, S - Sparse, C - Connected, L - Local, P - Pruned
       R - RP-bit set, F - Register flag, T - SPT-bit set, J - Join SPT
       M - MSDP created entry, X - Proxy Join Timer Running
       A - Advertised via MSDP
Outgoing interface flags: H - Hardware switched
Timers: Uptime/Expires
Interface state: Interface, Next-Hop or VCD, State/Mode

(*, 239.255.0.1), 01:55:27/00:02:59, RP 192.168.7.2, flags: SJCF
  Incoming interface: Ethernet0, RPF nbr 192.168.10.2
  Outgoing interface list:
    Ethernet1, Forward/Sparse, 01:55:27/00:02:52

(192.168.33.32 , 239.255.0.1), 01:54:43/00:02:59, flags: CJT
  Incoming interface: Ethernet0, RPF nbr 192.168.10.2
  Outgoing interface list:
    Ethernet1, Forward/Sparse, 01:54:43/00:02:52

(192.168.9.1, 239.255.0.1), 01:55:30/00:03:26, flags: CFT
  Incoming interface: Ethernet1, RPF nbr 0.0.0.0
  Outgoing interface list:
    Ethernet0, Forward/Sparse, 01:55:30/00:03:12

(*, 224.0.1.40), 1d00h/00:00:00, RP 192.168.7.2, flags: SJPCL
  Incoming interface: Ethernet0, RPF nbr 192.168.10.2
  Outgoing interface list: Null

show ip mroute active

Use this command to display the active traffic sources and groups over the threshold. When you troubleshoot, use it to verify active source groups, the traffic rate for each source group (S,G) pair (you must have switched to Shortest Path Tree (SPT)), and to check if the target group multicast traffic is received. If the traffic is not received, look for active traffic that starts from the source towards the receiver.

R1#show ip mroute active
Active IP Multicast Sources - sending >= 4 kbps

Group: 239.255.0.1, (?)
   Source: 192.168.33.32 (?)
   Rate: 10 pps/115 kbps(1sec), 235 kbps(last 23 secs), 87 kbps(life avg)

show ip rpf

Use this command to display how IP multicast routing does Reverse Path Forwarding (RPF). When you troubleshoot, use it to verify that the RPF information is correct. If it is not, check the unicast routing table for the source address. Also use the ping and trace commands on the source address to verify that unicast routing works. You can use Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP) routes or static mroutes to fix any unicast-multicast inconsistencies.

R1#show ip rpf 192.168.33.32
RPF information for ? (192.168.33.32)
  RPF interface: Ethernet0
  RPF neighbor: ? (192.168.10.2)
  RPF route/mask: 192.168.33.0/16
  RPF type: unicast (eigrp 1)
  RPF recursion count: 0
  Doing distance-preferred lookups across tables

show ip mcache

This command can verify the IP multicast fast switching cache and debug fast-switching bugs.

R1#show ip mcache
IP Multicast Fast-Switching Cache
(192.168.33.32/32, 239.255.0.1), Ethernet0, Last used: 00:00:00
  Ethernet1       MAC Header: 01005E7F000100000C13DBA90800
(192.168.9.1/32, 239.255.0.1), Ethernet1, Last used: 00:00:00
  Ethernet0       MAC Header: 01005E7F000100000C13DBA80800

show ip mroute count

Use this command to verify that multicast traffic is received and to check on its flow rates and drops. If no traffic is received, work from the source to the receiver until you find where the traffic stops. You can also use this command to verify that traffic is forwarded. If it is not, use the show ip mroute command to look for “Null Outgoing interface list” and RPF failures.

R1#show ip mroute count 
   IP Multicast Statistics 
    routes using 2406 bytes of memory 
   2 groups, 1.00 average sources per group 
   Forwarding Counts: Pkt Count/Pkts per second/Avg Pkt Size/Kilobits per second    
   Other counts: Total/RPF failed/Other drops(OIF-null, rate-limit etc) 
   Group: 239.255.0.1, Source count: 2, Group pkt count: 11709 
  RP-tree: Forwarding: 3/0/431/0, Other: 3/0/0 
  Source: 192.168.33.32/32, Forwarding: 11225/6/1401/62, Other: 11225/0/0 
  Source: 192.168.9.1/32, Forwarding: 481/0/85/0, Other: 490/0/9 
  Group: 224.0.1.40, Source count: 0, Group pkt count:

show ip route

Use this command to check the unicast routing table and fix the RPF failures in the mroute table.

R2#show ip route 
   Codes: C - connected, S - static, I - IGRP, R - RIP, M - mobile, B - BGP 
       D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area 
       N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2 
       E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2, E - EGP 
       i - IS-IS, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2, ia - IS-IS inter area 
       * - candidate default, U - per-user static route, o - ODR 
       P - periodic downloaded static route 
Gateway of last resort is not set 
D    192.168.9.0/24 [90/307200] via 192.168.10.1, 00:59:45,    Ethernet0 
   C    192.168.10.0/24 is directly connected, Ethernet0 
   D    192.168.4.0/24 [90/11040000] via 192.168.7.1, 23:21:00,    Serial0 
   D    192.168.5.0/24 [90/11023872] via 192.168.7.1, 23:21:02,    Serial0 
   C    192.168.7.0/24 is directly connected, Serial0 
   D    192.168.33.0/16 [90/2195456] via 192.168.7.1, 1d23h, Serial0    
   D    192.168.1.0/24 [90/11552000] via 192.168.7.1, 22:41:27,    Serial0

show ip pim rp mapping

Use this command to check the RP assignment by multicast group range, and to verify that the source of RP learning (static or auto-RP) and the mapping are correct. If you find an error, check the local router configuration or auto-RP configuration.

R1#show ip pim rp mapping 
   PIM Group-to-RP Mappings 
Group(s) 224.0.1.40/32 
     RP 192.168.7.2 (?), v1 
       Info source: local, via Auto-RP 
            Uptime: 2d00h, expires: never    
   Group(s): 224.0.0.0/4, Static 
       RP: 192.168.7.2 (?)

debug Commands

This section is designed to show you how certain debug command outputs must look in a functioning network. When you troubleshoot, you can distinguish between correct debug output and that which points to a problem in your network. For more extensive information on these debug commands, refer to the Cisco IOS Debug Command Reference.

debug ip igmp

Use the debug ip igmp command to display IGMP packets received and transmitted, as well as IGMP-host related events. The no form of this command disables debug output.

This output helps you discover whether the IGMP processes function. In general, if IGMP does not work, the router process never discovers another host on the network that is configured to receive multicast packets. In PIM dense mode, this means the packets are delivered intermittently (a few every three minutes). In PIM sparse mode, they are never delivered.

R1#debug ip igmp 
12:32:51.065: IGMP: Send v2 Query on Ethernet1 to 224.0.0.1 
12:32:51.069: IGMP: Set report delay time to 9.4 seconds for 224.0.1.40 on Ethernet1 
12:32:56.909: IGMP: Received v1 Report from 192.168.9.1 (Ethernet1) for 239.255.0.1 
12:32:56.917: IGMP: Starting old host present timer for 239.255.0.1 on Ethernet1 
12:33:01.065: IGMP: Send v2 Report for 224.0.1.40 on Ethernet1 
12:33:01.069: IGMP: Received v2 Report from 192.168.9.4 (Ethernet1) for 224.0.1.40 
12:33:51.065: IGMP: Send v2 Query on Ethernet1 to 224.0.0.1

The previous output shows that the router sends an IGMP version 2 query out interface Ethernet 1 at multicast address 224.0.0.1 (All multicast systems on this subnet). Interface Ethernet 1 itself is a member of group 224.0.1.40 (you can use the show ip igmp interface command to determine this), which sets a report delay time of 9.4 seconds (randomly determined). Because it does not receive any report from another system for multicast group 224.0.1.40 for the next 9.4 seconds, it sends a version 2 report of its membership, which is received by the router itself on Ethernet 1. It also receives IGMP report version 1 from host 192.168.9.1, which is directly connected to the interface Ethernet 1 for group 239.255.0.1.

This debug output is useful when you verify that the router interface sends queries and to determine the query interval (in the previous case, 60 seconds). You can also use the command to determine the version of IGMP used by the clients.

debug ip mpacket

Use the debug ip mpacket command to display all received and transmitted IP multicast packets. The no form of this command disables debug output.

R1#debug ip mpacket 239.255.0.1 detail 
13:09:55.973: IP: MAC sa=0000.0c70.d41e (Ethernet0), IP last-hop=192.168.10.2 
13:09:55.977: IP: IP tos=0x0, len=892, id=0xD3C1, ttl=12, prot=17 
13:09:55.981: IP: s=192.168.33.32 (Ethernet0) d=239.255.0.1 (Ethernet1) len 906, mforward

This command decodes the multicast packet and shows whether the packet is forwarded (mforward) or dropped. It is useful when you debug packet flow problems in the network to look at the TTL value and the reason a packet was dropped.

Caution: Use caution when you turn on packet-level debug output, especially when the router services high multicast packet loads.

debug ip mrouting

This command is useful for routing table maintenance purposes. Use it to verify that the (S,G) mroute is installed in the mrouting table, or if it is not, why not. The key information in this output is the RPF interface. If there is an RPF check failure, the (S,G) mroute fails to install in the mrouting table.

R1#debug ip mrouting 239.255.0.1
13:17:27.821: MRT: Create (*, 239.255.0.1), RPF Null, PC 0x34F16CE 
13:17:27.825: MRT: Create (192.168.33.32/32, 239.255.0.1), RPF Ethernet0/192.168.10.2, 
PC 0x34F181A 
13:17:30.481: MRT: Create (192.168.9.1/32, 239.255.0.1), RPF Ethernet1/0.0.0.0, 
PC 0x34F18

debug ip pim

Use the debug ip pim command to display PIM packets received and transmitted, as well as PIM related events. The no form of this command disables debug output.

This section uses an example to help you understand the debug output of PIM sparse mode, and to show a typical debug output.

Here is the output of debug ip pim on R1:

R1#debug ip pim 
 PIM: Send v2 Hello on Ethernet0 
 PIM: Send v2 Hello on Ethernet1 
 PIM: Received v2 Hello on Ethernet0 from 192.168.10.2 
 PIM: Send v2 Hello on Ethernet0 
 PIM: Send v2 Hello on Ethernet1 
 PIM: Building Join/Prune message for 239.255.0.1 
 PIM: v2, for RP, Join-list: 192.168.7.2/32, RP-bit, WC-bit, S-bit 
 PIM: Send v2 periodic Join/Prune to RP via 192.168.10.2 (Ethernet0) 
 PIM: Received RP-Reachable on Ethernet0 from 192.168.7.2 for group 239.255.0.1 
 PIM: Update RP expiration timer (270 sec) for 239.255.0.1

Here is what each line of output denotes: R1 and R2 establish PIM neighbors when Hello messages are exchanged. These periodic Hello messages, exchanged at Query-Interval seconds between R1 (E0) and R2 (E0), keep track of PIM neighbors.

R1 sends a Join/Prune message to the RP address 192.168.7.2. The RP (R2) replies with a Received RP Reachable message back to R1 for group 239.255.0.1. This in turn updates the RP expiration timer at R1. The expiration timer sets a checkpoint to make sure the RP still exists; otherwise, a new RP must be discovered. Use the show ip pim rp command to observe the RP expiry time.

Now, look at the debug output between R1 and R2 when a multicast receiver for group 239.255.0.1 joins R1.

First, look at the output on R1:

1 PIM: Check RP 192.168.7.2 into the (*, 239.255.0.1) entry 
2 PIM: Send v2 Join on Ethernet0 to 192.168.10.2 for (192.168.8.7.2/32, 239.255.0.1), WC-bit, RPT-bit, S-bit 
3 PIM: Building batch join message for 239.255.0.1 
4 PIM: Building Join/Prune message for 239.255.0.1 
5 PIM: v2, for RP, Join-list: 192.168.7.2/32, RP-bit, WC-bit, S-bit 
6 PIM: Send v2 periodic Join/Prune to RP via 192.168.10.2 (Ethernet0) 
7 PIM: Received RP-Reachable on Ethernet0 from 192.168.7.2 : for group 239.255.0.1 
8 PIM: Update RP expiration timer (270 sec) for 239.255.0.1 
9 PIM: Building Join/Prune message for 239.255.0.1 
10 PIM: v2, for RP, Join-list: 192.168.7.2/32, RP-bit, WC-bit, S-bit 
11 PIM: Send v2 periodic Join/Prune to RP via 192.168.10.2 (Ethernet0)

Now, look at the output on R2:

12 PIM: Received v2 Join/Prune on Ethernet0 from 192.168.10.1, to us
13 PIM: Join-list: (*, 239.255.0.1) RP 192.168.7.2
14 PIM: Check RP 192.168.7.2 into the (*, 239.255.0.1) entry, RPT-bit set, WC-bit set, S-bit set
15 PIM: Add Ethernet0/192.168.10.1 to (*, 239.255.0.1), Forward state
16 PIM: Building Join/Prune message for 239.255.0.1
17 PIM: Received v2 Join/Prune on Ethernet0 from 192.168.10.1, to us
18 PIM: Join-list: (*, 239.255.0.1) RP 192.168.7.2, RPT-bit set, WC-bit set, S-bit set
19 PIM: Add Ethernet0/192.168.10.1 to (*, 239.255.0.1), Forward state
20 PIM: Building Join/Prune message for 239.255.0.1
21 PIM: Send RP-reachability for 239.255.0.1 on Ethernet0
22 PIM: Received v2 Join/Prune on Ethernet0 from 192.168.10.1, to us
23 PIM: Join-list: (*, 239.255.0.1) RP 192.168.7.2, RPT-bit set, WC-bit set, S-bit set
24 PIM: Add Ethernet0/192.168.10.1 to (*, 239.255.0.1), Forward state
25 PIM: Building Join/Prune message for 239.255.0.1

In line 1 previous, the multicast receiver for group 239.255.0.1 joins R1. This installs a (*, 239.255.0.1) entry in the mroute table. Then, in line 2, the multicast receiver sends an IGMP Join to R2 (RP) to join the shared tree.

When the IGMP join arrives on R2, R2 installs a (*, 239.255.0.1) mroute, as shown in lines 12 through 15 of the R2 output.

Once R2 installs (*, 239.255.0.1) in its mrouting table, it adds the interface from which it received the Join/Prune message to its Outgoing-interface-list (OIL) in the forward state. It then sends an RP-reachability message back on the interface on which it received the Join/Prune message. This transaction is shown in lines 15 through 21 of the R2 output.

R1 receives the RP-reachable message for group 239.255.0.1 and updates its expiration timer for RP. This exchange repeats itself once a minute by default and refreshes its multicast forwarding state as shown in lines 7 and 8 of the R1 output.

In the next lines, the debug output between R2 (RP) and R3 is seen. The source (directly connected to R3) started to send packets for the group 239.255.0.1.

First, look at the output on R3:

1 PIM: Check RP 192.168.7.2 into the (*, 239.255.0.1) entry 
2 PIM: Building Join/Prune message for 239.255.0.1 
3 PIM: For RP, Join-list: 192.168.7.2/32, RP-bit, WC-bit 
4 PIM: Send periodic Join/Prune to RP via 192.168.7.2 (Serial4/0) 
5 PIM: Received RP-Reachable on Serial4/0 from 192.168.7.2 
6 PIM: Update RP expiration timer (270 sec) for 239.255.0.1 
7 PIM: Send Register to 192.168.7.2 for 192.168.33.32, group 239.255.0.1 
8 PIM: Send Register to 192.168.7.2 for 192.168.33.32, group 239.255.0.1 
9 PIM: Received Join/Prune on Serial4/0 from 192.168.7.2 
10 PIM: Join-list: (192.168.33.32/32, 239.255.0.1), S-bit set 
11 PIM: Add Serial4/0/192.168.7.2 to (192.168.33.32/32, 239.255.0.1), Forward state    
12 PIM: Received Register-Stop on Serial4/0 from 192.168.7.2 
13 PIM: Clear register flag to 192.168.7.2 for (192.168.33.32/32, 239.255.0.1) 
14 PIM: Received Register-Stop on Serial4/0 from 192.168.7.2 
15 PIM: Clear register flag to 192.168.7.2 for (192.168.33.32/32, 239.255.0.1)

Here is the output of R2, the RP:

16 PIM: Received Join/Prune on Serial0 from 192.168.7.1, to us 
17 PIM: Send RP-reachability for 239.255.0.1 on Serial0 
18 PIM: Received Register on Serial0 from 192.168.7.1 for 192.168.33.32, group 239.255.0.1 
19 PIM: Forward decapsulated data packet for 239.255.0.1 on Ethernet0 
10 PIM: Forward decapsulated data packet for 239.255.0.1 on Serial0 
21 PIM: Send Join on Serial0 to 192.168.7.1 for (192.168.33.32/32, 239.255.0.1), S-bit 
22 PIM: Send Join on Serial0 to 192.168.7.1 for (192.168.33.32/32, 239.255.0.1), S-bit 
23 PIM: Send Register-Stop to 192.168.7.1 for 192.168.33.32, group 239.255.0.1
24 PIM: Received Join/Prune on Serial0 from 192.168.7.1, to us 
25 PIM: Prune-list: (192.168.33.32/32, 239.255.0.1) 
26 PIM: Received v2 Join/Prune on Ethernet0 from 192.168.10.1, to us 
27 PIM: Join-list: (*, 239.255.0.1) RP 192.168.7.2, RPT-bit set, WC-bit set, S-bit set 
28 PIM: Add Ethernet0/192.168.10.1 to (*, 239.255.0.1), Forward state 
29 PIM: Add Ethernet0/192.168.10.1 to (192.168.33.32/32, 239.255.0.1) 
30 PIM: Join-list: (192.168.33.32/32, 239.255.0.1), S-bit set 
31 PIM: Add Ethernet0/192.168.10.1 to (192.168.33.32/32, 239.255.0.1), Forward state
32 PIM: Building Join/Prune message for 239.255.0.1 
33 PIM: For 192.168.7.1, Join-list: 192.168.33.32/32 
34 PIM: For 192.168.10.1, Join-list: 192.168.9.1/32 
35 PIM: Send v2 periodic Join/Prune to 192.168.10.1 (Ethernet0) 
36 PIM: Send periodic Join/Prune to 192.168.7.1 (Serial0) 
37 PIM: Received Join/Prune on Serial0 from 192.168.7.1, to us 
38 PIM: Join-list: (*, 239.255.0.1) RP 192.168.7.2, RP-bit set, WC-bit set, S-bit set 
39 PIM: Add Serial0/192.168.7.1 to (*, 239.255.0.1), Forward state 
40 PIM: Add Serial0/192.168.7.1 to (192.168.33.32/32, 239.255.0.1) 
41 PIM: Add Serial0/192.168.7.1 to (192.168.9.1/32, 239.255.0.1) 
42 PIM: Join-list: (192.168.9.1/32, 239.255.0.1), S-bit set 
43 PIM: Add Serial0/192.168.7.1 to (192.168.9.1/32, 239.255.0.1), Forward state
44 PIM: Join-list: (*, 239.255.0.1) RP 192.168.7.2, RP-bit set, WC-bit set, S-bit set 
45 PIM: Add Serial0/192.168.7.1 to (*, 239.255.0.1), Forward state

Line 1 shows that R3, which is directly connected via Ethernet0/0 to the source, receives multicast traffic for group 239.255.0.1. It creates a (* , 239.255.0.1) entry and sends a Join message to the RP.

Lines 16 and 17 show that R2, which is the RP, also receives the Join/Prune message and sends RP reachability information back to R3.

In lines 5 and 6, R3 updates its RP expiration timer after it receives the RP reachable information. Lines 7 and 8 previous show that R3 uses its (*,G) entry to send the data to RP encapsulated in a Register packet with the source that initiates transmission to group 239.255.0.1.

Lines 18 to 20 show that R2 received the Register packet, de-encapsulated and forwarded it down the tree with a preexisting (*, 239.255.0.1) entry in route table.

Lines 21 and 29 show that R2 sends a Join message towards R3 and installs an (S,G) (192.168.33.32, 239.255.0.1) entry in the mroute table.

Lines 9 to 11 show that R3 receives the Join message from R2, installs an (S,G) (192.168.33.32,239.255.0.1) entry in mroute table, and puts the interface connected to RP in forward mode, which builds the (S,G) multicast SPT tree toward the source.

In line 23, R2 begins to receive (S,G) traffic down SPT and sends a Register-Stop message (and a Join message) toward the source.

Lines 12 to 15 show that R3 receives the Register-Stop message, clears the register flag, and stops the encapsulation (S,G) traffic.

Periodic Join/Prune messages are exchanged between the RP and R3 to maintain the multicast tree.

Related Information

IP Multicast Troubleshooting Guide
Multicast Quick-Start Configuration Guide
IP Multicast Support Page
IP Routing Support Page
Cisco Technical Support & Downloads

Источник

На чтение 7 мин Просмотров 13.5к.

Кристина Горбунова

Высшее образование по специальности “Информационные системы”. В сфере более 7 лет, занимается разработкой сайтов на WordPress и Tilda.

Большинство интернет-провайдеров предоставляет пользователям услугу IPTV. Цифровое телевидение выстраивается в форме мультивещания. Для многоадресной передачи данных применяется протокол IGMP Proxy. Рассмотрим, что такое мультикаст и как технология Multicast реализована в роутере.

Содержание

Что значит Multicast
Как работает функция IGMP Proxy в роутере
IGMP V2 или V3: в чем разница
Как включить эту функцию на роутере

Что значит Multicast

Существуют три основных формы передачи трафика в сетях: unicast, broadcast, multicast. У каждого из этих методов разный тип назначения IP-адресов. Мультикаст – многоадресное вещание. Эта технология применяется для доставки видеоконтента неограниченному количеству пользователей. В отличие от юникаста и бродкаста, этот метод не создает серьезной дополнительной нагрузки на сеть.

Основные принципы мультикастинга:

Один отправитель посылает только одну копию трафика, независимо от количества конечных получателей.
Трафик получают пользователи, которые действительно в нем нуждаются.

С многоадресными передачами могут работать маршрутизаторы, поддерживающие IGMP. Благодаря этому протоколу устройства отслеживают текущее состояние группы рассылки и получают только нужный трафик.

В IPv6 для мультикастинга используется протокол MLD. Функционирует он точно так же, как и IGMP.

Как работает функция IGMP Proxy в роутере

Протокол IGMP позволяет пользователю быстро подключиться к маршрутизатору. Он организует несколько близко расположенных устройств в группы для более эффективного распределения сетевых ресурсов. Для понимания работы протокола нужно разобрать особенности передачи многоадресных пакетов в ЛВС.

При прохождении через коммутаторы второго уровня многоадресные пакеты данных транслируются всем хостам в домене, включая не входящих в группы рассылки. Это связано с тем, что коммутатор второго уровня не способен распознавать многоадресные MAC-адреса. В результате пропускная способность ЛВС сильно падает.

Если в роутере присутствует поддержка IGMP, снижения скорости сети можно избежать. После активации этой функции устройство сможет прослушивать и анализировать сообщения протокола управления групповой передачей данных. Пакеты многоадресной рассылки будут отправлены только конкретным получателям, а не всем хостам.

Для передачи мультикаста между маршрутизаторами внутри сети используется протокол PIM. Он имеет два режима функционирования: Dense Mode (DM) и Sparse Mode (SM). Если активен DM, то сеть заполняется многоадресным трафиком. Его применяют, когда к сети подключено много клиентов разных мультикастовых групп.

В большинство случаев для передачи мультикаста используют PIM SM. В этом режиме заинтересованные в трафике узлы подают запросы на подключение. Если подобного запроса не было, мультикастовые данные маршрутизатору отправляться не будут.

Рассмотрим, как работает IGMP протокол на примере подключения к каналу 227.1.1.6.

Клиентское ПО отправляет ближайшему маршрутизатору запрос на получение данных канала 227.1.1.6.
Если дерево канала проходит через это устройство, пользователь получает изображение.
После смены канала на маршрутизатор поступает сообщение о выходе из группы. Отправка трафика прекращается.
Параллельно каждые 60 секунд маршрутизатор автоматически отправляет подключенным клиентам сигналы для проверки получения трафика. Если клиент не ответил, то его автоматически отключают от этой рассылки. Процедура полностью автоматическая.

Активируя или отключая IGMP прокси, пользователь позволяет роутеру принимать или отклонять пакеты данных IPTV. Если компьютер или телевизор не подключен к интерактивному телевидению, эту опцию можно деактивировать.

IGMP V2 или V3: в чем разница

Разница между IGMP Proxy V2 и V3 в качестве фильтрации трафика. IGMPv3 поддерживает чистый SSM. Клиент сможет указать в запросе список источников, от которых он хочет или не желает получать трафик. При использовании второй версии протокола осуществляется запрос всего трафика без разделения на источники.

Еще одно отличие V3 от V2 заключается в отправке сообщения Report на мультикастовый служебный адрес вместо группового. Адреса запрашиваемой группы находятся непосредственно внутри пакета. Это изменение упрощает IGMP Snooping.

Провайдеры часто рекомендуют использовать для мультикаста вторую версию протокола. Она является самой распространенной и поддерживается большинством роутеров.

Как включить эту функцию на роутере

Эта функция нужна для работы IPTV. В большинстве роутеров мультикаст уже включен, и менять его настройки не нужно. Рассмотрим алгоритм включения IGMP Proxy в роутерах разных производителей.

В бирюзовом интерфейсе TP-Link нужные настройки находятся в разделе «Сеть» на вкладке «IPTV». Нужно убедиться, что напротив IGMP Snooping и IGMP Proxy установлены галочки. Также нужно поставить галочку рядом с «Включить IPTV» и сохранить настройки.

Аналогичным образом включают IGMP Proxy в голубом интерфейсе TP-Link.

Чтобы настроить IPTV в зеленом интерфейсе TP-Link, необходимо переключить режим в «Мост» и выбрать порт для подключения приставки.

В роутере Asus со старой голубой прошивкой функция IGMP Proxy активируется во разделе «ЛВС» дополнительных настроек. Нужно перейти во вкладку «Маршрут» и установить галочку напротив пункта «Включить многоадресную маршрутизацию», а затем кликнуть на кнопку «Применить». После этого можно приступать к дальнейшей настройке IPTV в разделе WAN.

В моделях Asus с современной черной прошивкой функция активируется в разделе «Локальная сеть» на вкладке IPTV.

В старой прошивке роутеров Zyxel по умолчанию активирован сервис IGMP proxy. Его можно отключить в модуле «Приложения». Для этого откройте вкладку «Сервер udpxy» и нажмите на кнопку «Остановить IGMP proxy».

Роутеры Keenetic поддерживают одновременную работу сразу с обеими этими функциями. Активация протокола IGMP Proxy осуществляется в разделе «Домашняя сеть». Нужно промотать страницу до одноименного раздела и поставить галочку напротив «Включить».

У роутеров Tenda функция IGMP Proxy включена по умолчанию. В настройках ее нельзя активировать отдельно.

В роутерах D-Link эта опция тоже включена по умолчанию. Если же приставка не может установить соединение, можно исправить это вручную. Для этого перейдите в раздел «Настройка соединений» и выберите «WAN». Проверьте, чтобы возле параметра IGMP стоял переключатель напротив WAN.

В старых сериях устройств D-Link (DI-524, DI-808HV) можно активировать IGMP вручную. Для этого загрузите последнюю версию прошивки, а затем перейдите в раздел «WAN». Возле нужного параметра переключатель должен стоять у Enabled. Не забудьте кликнуть на кнопку «Apply».

В моделях серии DI-524UP, DI-624S нужно перейти во вкладку «Tools» и в меню выбрать «Misc». Далее потребуется пролистать до «Multicast streaming», установить регулятор около «Enabled» и нажать на «Apply».

В роутерах DIR-300, DIR-400 настройки меняются в разделе «Advanced». Нужно перейти во вкладку «Advanced Network» и установить галочку рядом с «Enable Multicast Stream». Чтобы настройки вступили в силу, кликните на «Save Settings».

У роутеров Netis функция активации IGMP находится в расширенных настройках. После перевода протокола во включенное состояние нужно кликнуть на кнопку «Сохранить».

В устройствах Upvel активирован протокол IGMP по умолчанию. Проверить это можно в настройках интерфейса WAN. Напротив «Разрешить IGMP-прокси» должна быть установлена галочка.

Читайте подробную статью, как подключить телевизор у интернету для просмотра IPTV, серфинга и других задач.

Источник

Наш умозрительный провайдер linkmeup взрослеет и обрастает по-тихоньку всеми услугами обычных операторов связи. Теперь мы доросли до IPTV.

Отсюда вытекает необходимость настройки мультикастовой маршрутизации и в первую очередь понимание того, что вообще такое мультикаст.

Это первое отклонение от привычных нам принципов работы IP-сетей. Всё-таки парадигма многоадресной рассылки в корне отличается от тёплого лампового юникаста.

Можно даже сказать, это в некоторой степени бросает вызов гибкости вашего разума в понимании новых подходов.

Сохраняйте спокойствие и доверьтесь мне. После этой статьи такие вещи вас пугать не будут.

Unicast — одноадресная рассылка — один отправитель, один получатель. (Пример: запрос HTTP-странички у WEB-сервера).

Broadcast — широковещательная рассылка — один отправитель, получатели — все устройства в широковещательном сегменте. (Пример: ARP-запрос).

Multicast — многоадресная рассылка — один отправитель, много получателей. (Пример: IPTV).

Anycast — одноадресная рассылка ближайшему узлу — один отправитель, вообще получателей много, но фактически данные отправляются только одному. (Пример: Anycast DNS).

В данной статье для практики мы возьмём IPTV, как наиболее наглядный пример.

Начнём с самого простого случая:
На сервере-источнике настроено вещание в группу 224.2.2.4 — это означает, что сервер отправляет трафик на IP-адрес 224.2.2.4. На клиенте видеоплеер настроен принимать поток группы 224.2.2.4. При этом, заметьте, клиент и сервер не обязательно должны иметь адреса из одной подсети и пинговать друг друга — достаточно, чтобы они были в одном широковещательном домене.

Надо заметить, что в мультикасте нет никакой сигнализации от источника, мол, «Здрасьте, я Источник, не надо немного мультикаста?».

Сервер-источник просто начинает вещать в свой интерфейс мультикастовые пакеты. В нашем примере они напрямую попадают клиенту и тот, собственно, сразу же их и принимает.

Если на этом линке отловить пакеты, то вы увидите, что мультикастовый трафик — это ни что иное, как море UDP-пакетов.
Мультикаст не привязан к какому-то конкретному протоколу. По сути, всё, что его определяет — адреса. Однако, если говорить о его применении, то в абсолютном большинстве случаев используется именно UDP. Это легко объясняется тем, что обычно с помощью многоадресной рассылки передаются данные, которые нужны здесь и сейчас. Например, видео. Если кусочек кадра потеряется, и отправитель будет пытаться его послать повторно, как это происходит в TCP, то, скорее всего, этот кусочек опоздает, и где его тогда показывать? Поезд ушёл. Ровно то же самое со звуком. Соответственно не нужно и устанавливать соединение, поэтому TCP здесь ни к чему.

Что делать, если у одного и того же трафика несколько получателей? В принципе можно расширить одноадресный подход и на такую ситуацию — отправлять каждому клиенту свой экземпляр пакета. Клиенты не заметят разницы — хоть он один, хоть их тысяча, но разница будет отчётливо различима на ваших каналах передачи данных.

Предположим у нас идёт передача одного SD-канала с мультикаст-сервера. Пусть, он использует 2 Мб/с. Всего таких каналов 30, а смотрит каждый канал по 20 человек одновременно. Итого получается 2 Мб/с * 30 каналов * 20 человек = 1200 Мб/с или 1,2 Гб/с только на телевидение в случае одноадресной рассылки. А есть ведь ещё HD каналы, где можно смело умножать эту цифру на 2. И где тут место для торрентов?

То есть, говоря, что клиент подключен к группе 224.2.2.4, мы имеем ввиду, что он получает мультикастовый трафик с адресом назначения 224.2.2.4.

Добавим в схему коммутатор и ещё несколько клиентов:
Мультикастовый сервер по-прежнему вещает для группы 224.2.2.4. На коммутаторе все 4 порта должны быть в одном VLAN. Трафик приходит на коммутатор и по умолчанию рассылается во все порты одного VLAN’а. Значит все клиенты получают этот трафик. На них на всех в видеопроигрывателе так же указан групповой адрес 224.2.2.4.

Собственно, все эти устройства становятся членами данной мультикастовой группы. Членство в ней динамическое: кто угодно, в любой момент может войти и выйти из неё.

Собственно говоря, весь этот огромный диапазон (224.0.0.0-239.255.255.255) можно использовать.

Ну, почти весь — первые адреса (диапазон 224.0.0.0/23) всё-таки зарезервированы под известные протоколы.

Диапазон 224.0.1.0/24 зарезервирован под протоколы, которым необходимо передавать мультикаст по всей сети, то есть проходить через маршрутизаторы.

Вот, собственно, самые базисные вещи касательно мультикаста.

Мы рассмотрели простую ситуацию, когда источник и получатель находятся в одном сегменте сети. Трафик, полученный коммутатором, просто рассылается им во все порты — никакой магии.

Вообще, чтобы доставить мультикаст от источника до получателя на данный момент существует много протоколов — IGMP/MLD, PIM, MSDP, MBGP, MOSPF, DVMRP.

Мы остановимся на двух из них, которые используются в настоящее время: PIM и IGMP.

С помощью IGMP конечные получатели-клиенты сообщают ближайшим маршрутизаторам о том, что хотят получать трафик. А PIM строит путь движения мультикастового трафика от источника до получателей через маршрутизаторы.

Снова вернёмся к дампу. Видите вот этот верхний пакет, после которого полился мультикастовый поток?
Это сообщение протокола IGMP, которое отправил клиент, когда мы на нём нажали Play. Именно так он сообщает о том, что хочет получать трафик для группы 224.2.2.4.

IGMP — Internet Group Management Protocol — это сетевой протокол взаимодействия клиентов мультикастового трафика и ближайшего к ним маршрутизатора.

Пожалуй, начать нужно с того, что версий у протокола сейчас три: IGMPv1, IGMPv2, IGMPv3. Наиболее используемая — вторая, первая уже практически забыта, поэтому про неё говорить не будем, третья очень похожа на вторую.

Акцентируемся пока на второй, как на самой показательной, и рассмотрим все события от подключения клиента к группе до его выхода из неё.

Клиент будет также запрашивать группу 224.2.2.4 через проигрыватель VLC.

Для того, чтобы понять, как всё происходит, возьмём такую сеть:
Предположим, что маршрутизатор уже настроен на получение и обработку мультикастового трафика.

Рассмотрим чуть более сложный случай:
В клиентский сегмент подключено два (или больше) маршрутизатора, которые могут вещать трафик. Если ничего не сделать, мультикастовый трафик будет дублироваться — оба маршрутизатора ведь будут получать Report от клиентов. Во избежание этого существует механизм выбора Querier — опрашивателя. Тот кто победит, будет посылать Query, мониторить Report и реагировать на Leave, ну и, соответственно, он будет отправлять и трафик в сегмент. Проигравший же будет только слушать Report и держать руку на пульсе.

Выборы происходят довольно просто и интуитивно понятно.

Рассмотрим ситуацию с момента включения маршрутизаторов R1 и R2.

1) Активировали IGMP на интерфейсах.

2) Сначала по умолчанию каждый из них считает себя Querier.

3) Каждый отправляет IGMP General Query в сеть. Главная цель — узнать, есть ли клиенты, а параллельно — заявить другим маршрутизаторам в сегменте, если они есть, о своём желании участвовать в выборах.

4) General Query получают все устройства в сегменте, в том числе и другие IGMP-маршрутизаторы.

5) Получив такое сообщение от соседа, каждый маршрутизатор оценивает, кто достойнее.

6) Побеждает маршрутизатор с меньшим IP (указан в поле Source IP пакета IGMP Query). Он становится Querier, все другие — Non-Querier.

7) Non-Querier запускает таймер, который обнуляется каждый раз, как приходит Query с меньшим IP-адресом. Если до истечения таймера (больше 100 секунд: 105-107) маршрутизатор не получит Query с меньшим адресом, он объявляет себя Querier и берёт на себя все соответствующие функции.

8) Если Querier получает Query с меньшим адресом, он складывает с себя эти обязанности. Querier’ом становится другой маршрутизатор, у которого IP меньше.

Тот редкий случай, когда меряются, у кого меньше.

Ещё пара слов о других версиях IGMP

Кроме того, не поддерживаются выборы Querier. За избежание дублирования трафика отвечает вышестоящий протокол, например, PIM, о котором мы будем говорить далее.

Во-вторых, что более важно, IGMPv3 стал поддерживать SSM в чистом виде. Это так называемый Source Specific Multicast. В этом случае клиент может не просто запросить группу, но также указать список источников, от которых он хотел бы получать трафик или наоборот не хотел бы. В IGMPv2 клиент просто запрашивает и получает трафик группы, не заботясь об источнике. IGMPv3
Итак, IGMP предназначен для взаимодействия клиентов и маршрутизатора. Поэтому, возвращаясь к Примеру II, где нет маршрутизатора, мы можем авторитетно заявить — IGMP там — не более, чем формальность. Маршрутизатора нет, и клиенту не у кого запрашивать мультикастовый поток. А заработает видео по той простой причине, что поток и так льётся от коммутатора — надо только подхватить его.

Напомним, что IGMP не работает для IPv6. Там существует протокол MLD.

Повторим ещё раз

*Дамп отфильтрован по IGMP*.

1. Первым делом маршрутизатор отправил свой IGMP General Query после включения IGMP на его интерфейсе, чтобы узнать, есть ли получатели и заявить о своём желании быть Querier. На тот момент никого не было в этой группе.
2. Далее появился клиент, который захотел получать трафик группы 224.2.2.4 и он отправил свой IGMP Report. После этого пошёл трафик на него, но он отфильтрован из дампа.
3. Потом маршрутизатор решил зачем-то проверить — а нет ли ещё клиентов и отправил IGMP General Query ещё раз, на который клиент вынужден ответить (4).
5. Периодически (раз в минуту) маршрутизатор проверяет, что получатели по-прежнему есть, с помощью IGMP General Query, а узел подтверждает это с помощью IGMP Report.
6. Потом он передумал и отказался от группы, отправив IGMP Leave.
7. Маршрутизатор получил Leave и, желая убедиться, что больше никаких других получателей нет, посылает IGMP Group Specific Query… дважды. И по истечении таймера перестаёт передавать трафик сюда.
8. Однако передавать IGMP Query в сеть он по-прежнему продолжает. Например, на тот случай, если вы плеер не отключали, а просто где-то со связью проблемы. Потом связь восстанавливается, но клиент-то Report не посылает сам по себе. А вот на Query отвечает. Таким образом поток может восстановиться без участия человека.

И ещё раз

IGMP — протокол, с помощью которого маршрутизатор узнаёт о наличии получателей мультикастового трафика и об их отключении.

IGMP Report — посылается клиентом при подключении и в ответ на IGMP Query. Означает, что клиент хочет получать трафик конкретной группы.

IGMP General Query — посылается маршрутизатором периодически, чтобы проверить какие группы сейчас нужны. В качестве адреса получателя указывается 224.0.0.1.

IGMP Group Sepcific Query — посылается маршрутизатором в ответ на сообщение Leave, чтобы узнать есть ли другие получатели в этой группе. В качестве адреса получателя указывается адрес мультикастовой группы.

IGMP Leave — посылается клиентом, когда тот хочет покинуть группу.

Querier — если в одном широковещательном сегменте несколько маршрутизаторов, который могут вещать, среди них выбирается один главный — Querier. Он и будет периодически рассылать Query и передавать трафик.

Подробное описание всех терминов IGMP.

PIM

Если вдуматься, то мы стоим перед довольной сложной проблемой — источник только вещает на группу, он ничего не знает о том, где находятся получатели и сколько их.

Получатели и ближайшие к ним маршрутизаторы знают только, что им нужен трафик конкретной группы, но понятия не имеют, где находится источник и какой у него адрес.

Как в такой ситуации доставить трафик?

Другие подходы настолько нежизнеспособны, что порой даже их разработчики практически признают это. Вот, например, выдержка из RFC по протоколу CBT:

CBT version 2 is not, and was not, intended to be backwards compatible with version 1; we do not expect this to cause extensive compatibility problems because we do not believe CBT is at all widely deployed at this stage.

PIM Dense Mode (DM)
PIM Sparse Mode (SM)

PIM Dense Mode

Как видите, здесь не стоит вопрос определения пути к получателям — трафик достигнет их просто потому, что он везде.

После «обрезания» ненужных ветвей остаётся дерево, вдоль которого передаётся мультикастовый трафик. Это дерево называется SPT — Shortest Path Tree.

Что нам действительно важно сейчас — это механизм избежания петель.

Представим такую сеть: RPF
Один источник, один получатель и простейшая IP-сеть между ними. На всех маршрутизаторах запущен PIM DM.

Что произошло бы, если бы не было специального механизма избежания петель?

Источник отправляет мультикастовый трафик. R1 его получает и в соответствии с принципами PIM DM отправляет во все интерфейсы, кроме того, откуда он пришёл — то есть на R2 и R3.

То есть для каждого полученного мультикастового пакета производится проверка на основе таблицы маршрутизации, оттуда ли он пришёл.

1) Маршрутизатор смотрит на адрес источника мультикастового пакета.
2) Проверяет таблицу маршрутизации, через какой интерфейс доступен адрес источника.
3) Проверяет интерфейс, через который пришёл мультикастовый пакет.
4) Если интерфейсы совпадают — всё отлично, мультикастовый пакет пропускается, если же данные приходят с другого интерфейса — они будут отброшены.

В нашем примере R3 знает, что кратчайший путь до источника лежит через R1 (статический или динамический маршрут). Поэтому мультикастовые пакеты, пришедшие от R1, проходят проверку и принимаются R3, а те, что пришли от R2, отбрасываются.
Такая проверка называется RPF-Check и благодаря ей даже в более сложных сетях петли в MDT не возникнут.

Этот механизм важен нам, потому что он актуален и в PIM-SM и работает там точно также.

Как видите, PIM опирается на таблицу юникастовой маршрутизации, но, во-первых, сам не маршрутизирует трафик, во-вторых, ему не важно, кто и как наполнял таблицу.

Однако PIM DM может применяться в некоторых случаях. Например, в совсем небольших сетях, где поток мультикаста небольшой. PIM DM

PIM Sparse Mode

Совершенно другой подход применяет PIM SM. Несмотря на название (разреженный режим), он с успехом может применяться в любой сети с эффективностью как минимум не хуже, чем у PIM DM. Здесь отказались от идеи безусловного наводнения мультикастом сети. Заинтересованные узлы самостоятельно запрашивают подключение к дереву с помощью сообщений PIM Join. Если маршрутизатор не посылал Join, то и трафик ему отправляться не будет.

Для того, чтобы понять, как работает PIM, начнём с уже знакомой нам простой сети с одним PIM-маршрутизатором:
Из настроек на R1 надо включить возможность маршрутизации мультикаста, PIM SM на двух интерфейсах (в сторону источника и в сторону клиента) и IGMP в сторону клиента. Помимо прочих базовых настроек, конечно (IP, IGP).

R1(config)#ip multicast-routing
R1(config)#int fa0/0
R1(config-if)#ip pim sparse-mode
R1(config-if)#int fa1/0
R1(config-if)#ip pim sparse-mode

Cisco тут как обычно отличается своим особенным подходом: при активации PIM на интерфейсе, автоматически активируется и IGMP. На всех интерфейсах, где активирован PIM, работает и IGMP.

В то же время у других производителей два разных протокола включаются двумя разными командами: отдельно IGMP, отдельно PIM.

Простим Cisco эту странность? Вместе со всеми остальными?

Плюс, возможно, потребуется настроить адрес RP (ip pim rp-address 172.16.0.1, например). Об этом позже, пока примите как данность и смиритесь.

Проверим текущее состояние таблицы мультикастовой маршрутизации для группы 224.2.2.4:
После того, как на источнике вы запустите вещание, надо проверить таблицу ещё раз.
Давайте разберём этот немногословный вывод.

Если список нисходящих интерфейсов (OIL) пуст — Null, значит нет получателей — а мы их пока не запускали.

Итак, нет клиентов. Трафик от источника доходит до маршрутизатора и на этом его жизнь кончается. Давайте добавим теперь получателя — настроим приём мультикаста на ПК.

ПК отсылает IGMP Report, маршрутизатор понимает, что появились клиенты и обновляет таблицу мультикастовой маршрутизации.

Теперь она выглядит так:
Появился и нисходящий интерфейс: FE0/0, что вполне ожидаемо. Причём он появился как в (*, G), так и в (S, G). Список нисходящих интерфейсов называется OIL — Outgoing Interface List.

Добавим ещё одного клиента на интерфейс FE1/0:
Если читать вывод дословно, то имеем:

(*, G): Есть получатели мультикастового трафика для группы 224.2.2.4 за интерфейсами FE0/0, FE1/0. Причём совершенно неважно, кто отправитель, о чём и говорит знак «*».

(S, G): Когда мультикастовый трафик с адресом назначения 224.2.2.4 от источника 172.16.0.5 приходит на интерфейс FE0/1, его копии нужно отправить в FE0/0 и FE1/0.

Чтобы разобраться с тем, что такое PIM, обратимся к сети гораздо более сложной

Предположим, что уже настроены все IP-адреса в соответствии со схемой. На сети запущен IGP для обычной юникастовой маршрутизации.

Клиент1, например, может пинговать Сервер-источник.
Но пока не запущен PIM, IGMP, клиенты не запрашивают каналы.

Файл начальной конфигурации.

Итак, момент времени 0.

Включаем мультикастовую маршрутизацию на всех пяти маршрутизаторах:

RX(config)#ip multicast-routing

RX(config)#int FEX/X
RX(config-if)#ip pim sparse-mode

IGMP, по идее должен включаться на интерфейсах в сторону клиентов, но, как мы уже отметили выше, на оборудовании Cisco он включается автоматически вместе с PIM.

Если мы сейчас запустим в вольер клиентов с одной стороны и включим мультикастовый поток с сервера с другой, то R1 получит поток трафика, а R4 получит IGMP Report при попытке клиента подключиться. В итоге R1 не будет знать ничего о получателях, а R4 об источнике.

Неплохо было бы если бы информация об источнике и о клиентах группы была собрана где-то в одном месте. Но в каком?

Такая точка встречи называется Rendezvous Point — RP. Это центральное понятие PIM SM. Без неё ничего бы не работало. Здесь встречаются источник и получатели. Все PIM-маршрутизаторы должны знать, кто является RP в домене, то есть знать её IP-адрес.

Чтобы построить дерево MDT, в сети выбирается в качестве RP некая центральная точка, которая,

отвечает за изучение источника,
является точкой притяжения сообщений Join от всех заинтересованных.

Пусть пока R2 будет выполнять роль RP.

Чтобы увеличить надёжность, обычно выбирается адрес Loopback-интерфейса. Поэтому на всех маршрутизаторах выполняется команда:

RX(config)#ip pim rp-address 2.2.2.2

Естественно, этот адрес должен быть доступен по таблице маршрутизации со всех точек.

Ну и поскольку адрес 2.2.2.2 является RP, на интерфейсе Loopback 0 на R2 желательно тоже активировать PIM.

R2(config)#interface Loopback 0
RX(config-if)#ip pim sparse-mode

Сразу после этого R4 узнает об источнике трафика для группы 224.2.2.4:

и даже передаёт трафик:
На интерфейс FE0/1 приходит 362000 б/с, и через интерфейс FE0/0 они передаются.

Всё, что мы сделали:

Включили возможность маршрутизации мультикастового трафика (ip multicast-routing)

Активировали PIM на интерфейсах (ip pim sparse-mode)

Указали адрес RP (ip pim rp-adress X.X.X.X)

Всё, это уже рабочая конфигурация и можно приступать к разбору, ведь за кулисами скрывается гораздо больше, чем видно на сцене.

Полная конфигурация с PIM.

Разбор полётов

Ну так и как же в итоге всё работает? Как RP узнаёт где источник, где клиенты и обеспечивает связь между ними?

Поскольку всё затевается ради наших любимых клиентов, то, начав с них, рассмотрим в деталях весь процесс.

1) Клиент 1 отправляет IGMP Report для группы 224.2.2.4
2) R4 получает этот запрос, понимает, что есть клиент за интерфейсом FE0/0, добавляет этот интерфейс в OIL и формирует запись (*, G).

Здесь видно восходящий интерфейс FE0/1, но это не значит, что R4 получает трафик для группы 224.2.2.4. Это говорит лишь о том, что единственное место, откуда сейчас он может

получать — FE0/1, потому что именно там находится RP. Кстати, здесь же указан и сосед, который прошёл RPF-Check — R2: 10.0.2.24. Ожидаемо.

R4 называется — LHR (Last Hop Router) — последний маршрутизатор на пути мультикастового трафика, если считать от источника. Иными словами — это маршрутизатор, ближайший к получателю. Для Клиента1 — это R4, для Клиента2 — это R5.
3) Поскольку на R4 пока нет мультикастового потока (он его не запрашивал прежде), он формирует сообщение PIM Join и отправляет его в сторону RP (2.2.2.2).

PIM Join отправляется мультикастом на адрес 224.0.0.13. «В сторону RP» означает через интерфейс, который указан в таблице маршрутизации, как outbound для того адреса, который указан внутри пакета. В нашем случае это 2.2.2.2 — адрес RP. Такой Join обозначается ещё как Join (*,G) и говорит: «Не важно, кто источник, мне нужен трафик группы 224.2.2.4».

То есть каждый маршрутизатор на пути должен обработать такой Join и при необходимости отправить новый Join в сторону RP. (Важно понимать, что если на маршрутизаторе уже есть эта группа, он не будет отправлять выше Join — он просто добавит интерфейс, с которого пришёл Join, в OIL и начнёт передавать трафик).

В нашем случае Join ушёл в FE0/1:
4) R2, получив Join, формирует запись (*, G) и добавляет интерфейс FE0/0 в OIL. Но Join отсылать уже некуда — он сам уже RP, а про источник пока ничего не известно.
Таким образом RP узнаёт о том, где находятся клиенты. Если Клиент 2 тоже захочет получать мультикастовый трафик для той же группы, R5 отправит PIM Join в FE0/1, потому что за ним находится RP, R3, получив его, формирует новый PIM Join и отправляет в FE1/1 — туда, где находится RP.

То есть Join путешествует так узел за узлом, пока не доберётся до RP или до другого маршрутизатора, где уже есть клиенты этой группы.
Итак, R2 — наш RP — сейчас знает о том, что за FE0/0 и FE1/0 у него есть получатели для группы 224.2.2.4.

Причём неважно, сколько их там — по одному за каждым интерфейсом или по сто — поток трафика всё равно будет один на интерфейс.

Если изобразить графически то, что мы получили, то это будет выглядеть так:
Отдалённо напоминает дерево, не так ли? Поэтому оно так и называется — RPT — Rendezvous Point Tree. Это дерево с корнем в RP, а ветви которого простираются до клиентов.

Более общий термин, как мы упоминали выше, — MDT — Multicast Distribution Tree — дерево, вдоль которого распространяется мультикастовый поток. Позже вы увидите разницу между MDT и RPT.
5) Теперь врубаем сервер. Как мы уже выше обсуждали, он не волнуется о PIM, RP, IGMP — он просто вещает. А R1 получает этот поток. Его задача — доставить мультикаст до RP.
В PIM есть специальный тип сообщений — Register. Он нужен для того, чтобы зарегистрировать источник мультикаста на RP.

Итак, R1 получает мультикастовый поток группы 224.2.2.4:

R1 является FHR (First Hop Router) — первый маршрутизатор на пути мультикастового трафика или ближайший к источнику.
6) Далее он инкапсулирует каждый полученный от источника мультикастовый пакет в юникастовый PIM Register и отправляет его прямиком на RP.

Обратите внимание на стек протоколов. Поверх юникастового IP и заголовка PIM идёт изначальный мультикастовый IP, UDP и данные.

Теперь, в отличие от всех других, пока известных нам сообщений PIM, в адресе получателя указан 2.2.2.2, а не мультикастовый адрес.

Такой пакет доставляется до RP по стандартным правилам юникастовой маршрутизации и несёт в себе изначальный мультикастовый пакет, то есть это… это же туннелирование!

Задача № 1 Схема и начальная конфигурация.

На сервере 172.16.0.5 работает приложение, которое может передавать пакеты только на широковещательный адрес 255.255.255.255, с портом получателя UDP 10999.

Этот трафик надо доставить к клиентам 1 и 2:

Клиенту 1 в виде мультикаст трафика с адресом группы 239.9.9.9.

А в сегмент клиента 2, в виде широковещательных пакетов на адрес 255.255.255.255.

Подробности задачи тут.
7) RP получает PIM Register, распаковывает его и обнаруживает под обёрткой трафик для группы 224.2.2.4.
Информацию об этом он сразу заносит в свою таблицу мультикастовой маршрутизации:
Появилась запись (S, G) — (172.16.0.5, 224.2.2.4).

Распакованные пакеты RP дальше отправляет в RPT в интерфейсы FE0/0 и FE1/0, по которому трафик доходит до клиентов.

В принципе, на этом можно было бы и остановиться. Всё работает — клиенты получают трафик. Но есть две проблемы:
1. Процессы инкапсуляции и декапсуляции — весьма затратные действия для маршрутизаторов. Кроме того, дополнительные заголовки увеличивают размер пакета, и он может просто не пролезть в MTU где-то на промежуточном узле (вспоминаем все проблемы туннелирования).
2. Если вдруг где-то между источником и RP есть ещё получатели для группы, мультикастовому трафику придётся пройти один путь дважды.
Возьмём для примера вот такую топологию:
Трафик в сообщениях Register сначала дойдёт до RP по линии R1-R42-R2, затем чистый мультикаст вернётся по линии R2-R42. Таким образом на линии R42-R2 будет ходить две копии одного трафика, пусть и в противоположных направлениях.

Поэтому лучше от источника до RP тоже передавать чистый мультикаст, а для этого нужно построить дерево — Source Tree.
8) Поэтому RP отправляет на R1 сообщение PIM Join. Но теперь уже в нём указывается для группы адрес не RP, а источника, изученный из сообщения Register. Такое сообщение называется Join (S, G) — Source Specific Join.

Цель у него точно такая же, как у PIM Join (*, G) — построить дерево, только на этот раз от источника до RP.

Join (S, G) распространяется также узел за узлом, как обычный Join (*, G). Только Join (*, G) стремится к RP, а Join (S, G) к S — источнику. В качестве адрес получателя также служебный адрес 224.0.0.13 и TTL=1.

Если существуют промежуточные узлы, например, R42, они также формируют запись (S, G) и список нисходящих интерфейсов для данной группы и пересылают Join дальше к источнику.

Путь, по которому прошёл Join от RP до источника, превращается в Source Tree — дерево от источника. Но более распространённое название — SPT — Shortest Path Tree — ведь трафик от источника до RP пойдёт по кратчайшему пути.
9) R1 получив Join (S, G), добавляет интерфейс FE1/0, откуда пакет пришёл, в список нисходящих интерфейсов OIL и начинает туда вещать чистый мультикастовый трафик, незамутнённый инкапсуляцией. Запись (S, G) на R1 уже была, как только он получит первый мультикастовый пакет от Сервера-источник.

По построенному Source Tree мультикаст передаётся RP (и всем промежуточным клиентам, если они есть, например, R42).

Но надо иметь ввиду, что сообщения Register передавались всё это время и передаются до сих пор. То есть фактически R1 отправляет две копии трафика сейчас: один — чистый мультикаст по SPT, другой — инкапсулированный в юникастовый Register.

Сначала R1 отправляет мультикаст в Register — пакет 231. Потом R2 (RP) хочет подключиться к дереву, отправляет Join — пакет 232. R1 ещё какое-то время, пока обрабатывает запрос от R2, отправляет мультикаст в Register (пакеты с 233 по 238). Далее, когда нисходящий интерфейс добавлен в OIL на R1, он начинает передавать чистый мультикаст — пакеты 239 и 242, но пока не прекращает и Register — пакеты 241 и 243. А пакет 240 — это R2 не выдержал и ещё раз попросил построить дерево.
10) Итак, незамутнённый мультикаст достигает RP. Она понимает, что это тот же самый трафик, который приходит в Register, потому что одинаковый адрес группы, одинаковый адрес источника и с одного интерфейса. Чтобы не получать две копии, он отправляет на R1 юникастовый PIM Register-Stop.

Register-Stop не означает, что R2 отказывается от трафика или не признаёт больше этот источник, это говорит лишь о том, что надо прекратить посылать инкапсулированный трафик.

Далее идёт ожесточённая борьба — R1 продолжает передавать накопившийся в буфере трафик, пока обрабатывает Register-Stop, и обычным мультикастом и внутри сообщений Register:

Но, рано или поздно R1 начинает вещать только чистый мультикастовый трафик.

При подготовке у меня возник, как мне казалось, закономерный вопрос: ну и к чему все эти туннелирования, PIM Register? Почему бы не поступать с мультикастовым трафиком, как с PIM Join — отправлять хоп за хопом с TTL=1 в сторону RP — рано или поздно ведь дойдёт? Так бы и дерево построилось бы заодно без лишних телодвижений.

Тут возникает несколько нюансов.

Во-первых, нарушается главный принцип PIM SM — трафик посылать только туда, откуда он был запрошен. Нет Join — Нет дерева!

Во-вторых, если клиентов для данной группы нет, FHR не узнает об этом и будет продолжать слать трафик по «своему дереву». К чему такое бездумное использование полосы пропускания? В мире связи такой протокол просто не выжил бы, как не выжил PIM DM или DVMRP.

А что делать, если сервер уже вещает, а клиентов всё нет и нет? Мультикаст так и будет засорять участок между отправителем и RP?

Нет, в этом случае также поможет PIM Register-Stop. Если на RP начали приходить сообщения Register для какой-то группы, а для неё ещё нет получателей, то RP не заинтересован в получении этого трафика, поэтому, не отправляя PIM Join (S, G), RP сразу посылает Register-Stop на R1.

R1, получив Register-Stop и видя, что дерева для этой группы пока нет (нет клиентов), начинает отбрасывать мультикастовый трафик от сервера.

То есть сам сервер по этому поводу совершенно не беспокоится и продолжает посылать поток, но, дойдя до интерфейса маршрутизатора, поток будет отброшен.

При этом RP продолжает хранить запись (S, G). То есть трафик он не получает, но где находится источник для группы знает. Если в группе появляются получатели, RP узнаёт о них и посылает на источник Join (S, G), который строит дерево.

У особо пытливых читателей обязан возникнуть вопрос — а как быть с RPF? Этот механизм ведь проверяет адрес отправителя мультикастового пакета и, если трафик идёт не с правильного интерфейса, он будет отброшен. При этом RP и источник могут находиться за разными интерфейсам. Вот и в нашем примере для R3 RP — за FE1/1, а источник — за FE1/0.

Ответ предсказуем — в таком случае проверяется не адрес источника, а RP. То есть трафик должен придти с интерфейса в сторону RP.

Но, как вы увидите далее, это тоже не нерушимое правило.

Важно понимать, что RP — это не универсальный магнит — для каждой группы может бытья своя RP. То есть в сети их может быть и две, и три, и сто — одна RP отвечает за один набор групп, другая — за другой. Более того, есть такое понятие, как <Anycast RP и тогда разные RP могут обслуживать одну и ту же группу.

Задача № 2 Схема и начальная конфигурация.

Замечание к топологии: в этой задаче только маршрутизаторы R1, R2, R3 находятся под управлением администраторов нашей сети. То есть, конфигурацию изменять можно только на них.

Сервер 172.16.0.5 передает мультикаст трафик на группы 239.1.1.1 и 239.2.2.2.

Настроить сеть таким образом, чтобы трафик группы 239.1.1.1 не передавался в сегмент между R3 и R5, и во все сегменты ниже R5.

Но при этом, трафик группы 239.2.2.2 должен передаваться без проблем.

Подробности задачи тут.

Бритва Оккама или отключение ненужных ветвей

После того, как последний клиент в сегменте отказался от подписки, PIM должен отрезать лишнюю ветку RPT.

Пусть, например, единственный клиент на R4 выключил компьютер. Маршрутизатор по сообщению IGMP Leave или после трёх безответных IGMP Query понимает, что клиентов за FE0/0 больше нет, и отправляет в сторону RP сообщение PIM Prune. По формату оно точно такое же, как Join, но выполняет противоположную функцию.

Адрес назначения также 224.0.0.13, и TTL равен 1.
Но маршрутизатор, получивший PIM Prune, перед тем, как удалить подписку, ждёт некоторое время (обычно 3 секунды — Join Delay Timer).

Это сделано вот для такой ситуации:
В одном широковещательном домене 3 маршрутизатора. Один из них стоит выше и именно он передаёт в сегмент мультикастовый трафик. Это R1. Для обоих маршрутизаторов (R2 и R3) его OIL содержит только одну запись.

Если теперь R2 решит отключиться и отправит PIM Prune, то он может подставить своего коллегу R3 — R1 ведь перестанет вещать в интерфейс вообще.

Так вот, чтобы этого не произошло, R1 и даёт таймаут в 3 секунды. За это время R3 должен успеть среагировать. Учитывая широковещательность сети, он тоже получит Prune от R2 и поэтому, если хочет продолжать получать трафик, он мгновенно отправляет обычный PIM Join в сегмент, уведомляя R1, что не надо удалять интерфейс.

Этот процесс называется — Prune Override. R2 как бы объегорил R1, перехватил инициативу.

SPT Switchover — переключение RPT-SPT

До сих пор мы преимущественно рассматривали только Клиента 1. Теперь обратимся к Клиенту 2.

По началу всё для него идентично Клиенту 1 — он пользуется RPT от RP, который мы рассматривали ранее. Кстати, поскольку оба — и Клиент 1 и Клиент 2 — используют одно дерево, такое дерево называется Shared Tree — это довольно общее название. Shared tree = RPT.

Вот как выглядит таблица мультикастовой маршрутизации на R5 в самом начале, сразу после построения дерева:
Здесь нет записи (S, G), но это не значит, что мультикастовый трафик не передаётся. Просто R5 не заботится о том, кто отправитель.

Обратите внимание по какому пути должен идти в этом случае трафик — R1-R2-R3-R5. Хотя ведь короче путь R1-R3-R5.

А если сеть посложнее?
Как-то неаккуратненько.

Зрите в корень. Такое переключение может инициировать LHR (Last Hop Router) — R5. После получения первого мультикастового пакета от R3 R5 отправляет уже знакомый нам Source Specific Join (S, G) в интерфейс FE0/1, который указан в его таблице маршрутизации, как исходящий для сети 172.16.0.0/24.
Получив такой Join, R3 отправляет его не на RP, как делал это с обычным Join (*, G), а в сторону источника (через интерфейс согласно таблице маршрутизации). То есть в данном случае R3 отправляет Join (172.16.0.5, 224.2.2.4) в интерфейс FE1/0.

Далее этот Join попадает на R1. А R1 по большому счёту без разницы, кто его отправлял — RP или кто-то другой — он просто добавляет FE1/1 в свой OIL для группы 224.2.2.4. SPT
В этот момент между источником и получателем два пути и R3 получает два потока.
Время сделать выбор, чтобы обрезать лишнее. Причём именно R3 его делает, потому что R5 уже не сможет различить эти два потока — они оба придут через один интерфейс.

Как только R3 зафиксировал два одинаковых потока с разных интерфейсов, он выбирает предпочтительный согласно таблице маршрутизации. В данном случае прямой, лучше, чем через RP. В этот момент R3 посылает Prune (S, G) в сторону RP, обрубая эту ветку RPT. И с этого момент остаётся только один поток напрямую от источника.
Таким образом PIM построил SPT — Shortest Path Tree. Оно же Source Tree. Это кратчайший путь от клиента до источника. Кстати, дерево от источника до RP, которое мы уже рассматривали выше, — по сути ровно то же самое SPT.

Оно характеризуется записью (S, G). Если маршрутизатор имеет такую запись, значит он знает, что S является источником для группы G и построено дерево SPT.

Корнем дерева SPT является источник и очень хочется сказать «кратчайший путь от источника до клиента». Но это технически некорректно, поскольку пути от источника до клиента и от клиента до источника могут быть разными. А именно от клиента начинает строиться ветка дерева: маршрутизатор отправляет PIM Join в сторону источника/RP и RPF также проверяет правильность интерфейса при получении трафика.

То есть SPT Switchover уже произошёл — это действие по умолчанию на оборудовании многих производителей — инициировать переключение после получения первого же мультикастового пакета.

Вообще говоря, происходить такое переключение может в нескольких случаях:

Не происходить вообще никогда (команда ip pim spt-threshold infinity).
При достижении определённой утилизации полосы пропускания (команда ip pim spt-threshold X).
Безусловно — сразу после получения первого пакета (действие по умолчанию или no ip pim spt-threshold X)

Как правило, решение о том, что «пора», принимает LHR.

В этом случае во второй раз изменяется правило работы RPF — он снова проверяет местонахождение источника. То есть из двух потоков мультикаста — от RP и от источника — предпочтение отдаётся трафику от источника.

DR, Assert, Forwarder

Ещё несколько важных моментов при рассмотрении PIM.

DR — Designated Router. Это выделенный маршрутизатор, который ответственен за отправку служебных пакетов на RP.

Source DR — отвечает за принятие мультикастовых пакетов непосредственно от источника и его регистрацию на RP.

Вот пример топологии:
Здесь ни к чему, чтобы оба маршрутизатора передавали трафик на RP, пусть они резервируют друг друга, но ответственный должен быть только один.

Поскольку оба маршрутизатора подключены в одну широковещательную сеть, они получают друг от друга PIM-Hello. На основе него они и делают свой выбор.

PIM Hello несёт значение приоритета данного маршрутизатора на данном интерфейсе.
Чем больше значение, тем выше приоритет. Если они одинаковы, то выбирается узел с наибольшим IP-адресом (тоже из сообщения Hello).
Если другой маршрутизатор (не DR) в течение Holdtime (по умолчанию 105 с) не получал Hello от соседа, он автоматически берёт на себя роль DR.

По сути Source DR — это FHR — First Hop Router.

Поскольку DR отправляет Join, то он же и будет вещать трафик в LAN. Но тут возникает закономерный вопрос — а что, если PIM DR’ом стал один, а IGMP Querier’ом другой? А ситуация-то вполне возможна, ведь для Querier чем меньше IP, тем лучше, а для DR, наоборот.

В этом случае DR’ом выбирается тот маршрутизатор, который уже является Querier и такая проблема не возникает.
Правила выбора Receiver DR точно такие же, как и Source DR.

Assert и PIM Forwarder

Проблема двух одновременно передающих маршрутизаторов может возникнуть и в середине сети, где нет ни конечных клиентов, ни источников — только маршрутизаторы.

Очень остро этот вопрос стоял в PIM DM, где это была совершенно рядовая ситуация из-за механизма Flood and Prune.

Но и в PIM SM она не исключена.

Рассмотрим такую сеть:
Здесь три маршрутизатора находятся в одном сегменте сети и, соответственно, являются соседями по PIM. R1 выступает в роли RP.

R4 отправляет PIM Join в сторону RP. Поскольку этот пакет мультикастовый он попадает и на R2 и на R3, и оба они обработав его, добавляют нисходящий интерфейс в OIL.

Тут бы должен сработать механизм выбора DR, но и на R2 и на R3 есть другие клиенты этой группы, и обоим маршрутизаторам так или иначе придётся отправлять PIM Join.

Когда мультикастовый трафик приходит от источника на R2 и R3, в сегмент он передаётся обоими маршрутизаторами и задваивается там. PIM не пытается предотвратить такую ситуацию — тут он действует по факту свершившегося преступления — как только в свой нисходящий интерфейс для определённой группы (из списка OIL) маршрутизатор получает мультикастовый трафик этой самой группы, он понимает: что-то не так — другой отправитель уже есть в этом сегменте.

Тогда маршрутизатор отправляет специальное сообщение PIM Assert.

Такое сообщение помогает выбрать PIM Forwarder — тот маршрутизатор, который вправе вещать в данном сегменте.
Не надо его путать с PIM DR. Во-первых, PIM DR отвечает за отправку сообщений PIM Join и Prune, а PIM Forwarder — за отправку трафика. Второе отличие — PIM DR выбирается всегда и в любых сетях при установлении соседства, А PIM Forwrder только при необходимости — когда получен мультикастовый трафик с интерфейса из списка OIL.

Выбор RP

Выше мы для простоты задавали RP вручную командой ip pim rp-address X.X.X.X.

И вот как выглядела команда show ip pim rp:
Но представим совершенно невозможную в современных сетях ситуацию — R2 вышел из строя. Это всё — финиш. Клиент 2 ещё будет работать, поскольку произошёл SPT Switchover, а вот всё новое и всё, что шло через RP сломается, даже если есть альтернативный путь.

Ну и нагрузка на администратора домена. Представьте себе: на 50 маршрутизаторах перебить вручную как минимум одну команду (а для разных групп ведь могут быть разные RP).

Надо на самом деле отдать должное протоколу Auto-RP. Он был спасением в прежние времена. Но с появлением открытого и гибкого Bootstrap, он закономерно уступил свои позиции.

Итак, предположим, что в нашей сети мы хотим, чтобы R3 подхватывал функции RP в случае выхода из строя R2.

R2 и R3 определяются как кандидаты на роль RP — так они и называются C-RP. На этих маршрутизаторах настраиваем:

RX(config)interface Loopback 0
RX(config-if)ip pim sparse-mode
RX(config-if)exit
RX(config)#ip pim rp-candidate loopback 0

Но пока ничего не происходит — кандидаты пока не знают, как уведомить всех о себе.

Пусть BSR у нас будет один и для теста (исключительно) это будет R1.

R1(config)interface Loopback 0
R1(config-if)ip pim sparse-mode
R1(config-if)exit
R1(config)#ip pim bsr-candidate loopback 0

Сначала из всех C-BSR выбирается один главный BSR, который и будет всем заправлять. Для этого каждый C-BSR отправляет в сеть мультикастовый BootStrap Message (BSM) на адрес 224.0.0.13 — это тоже пакет протокола PIM. Его должны принять и обработать все мультикастовые маршрутизаторы и после разослать во все порты, где активирован PIM. BSM передаётся не в сторону чего-то (RP или источника), в отличии, от PIM Join, а во все стороны. Такая веерная рассылка помогает достигнуть BSM всех уголков сети, в том числе всех C-BSR и всех C-RP. Для того, чтобы BSM не блуждали по сети бесконечно, применяется всё тот же механизм RPF — если BSM пришёл не с того интерфейса, за которым находится сеть отправителя этого сообщения, такое сообщение отбрасывается.
С помощью этих BSM все мультикастовые маршрутизаторы определяют самого достойного кандидата на основе приоритетов. Как только C-BSR получает BSM от другого маршрутизатора с бОльшим приоритетом, он прекращает рассылать свои сообщения. В результате все обладают одинаковой информацией.
На этом этапе, когда выбран BSR, благодаря тому, что его BSM разошлись уже по всей сети, C-RP знают его адрес и юникастом отправляют на него сообщения Candidte-RP-Advertisement, в которых они несут список групп, которые они обслуживают — это называется group-to-RP mapping. BSR все эти сообщения агрегирует и создаёт RP-Set — информационную таблицу: какие RP каждую группу обслуживают.
Далее BSR в прежней веерной манере рассылает те же BootStrap Message, которые на этот раз содержат RP-Set. Эти сообщения успешно достигают всех мультикастовых маршрутизаторов, каждый из которых самостоятельно делает выбор, какую RP нужно использовать для каждой конкретной группы. BSR
BSR периодически делает такие рассылки, чтобы с одной стороны все знали, что информация по RP ещё актуальна, а с другой C-BSR были в курсе, что сам главный BSR ещё жив. RP, кстати, тоже периодически шлют на BSR свои анонсы Candidate-RP-Advertisement.

Фактически всё, что нужно сделать для настройки автоматического выбора RP — указать C-RP и указать C-BSR — не так уж много работы, всё остальное за вас сделает PIM. Как всегда, в целях повышения надёжности рекомендуется указывать интерфейсы Loopback в качестве кандидатов.

Завершая главу PIM SM, давайте ещё раз отметим важнейшие моменты

Должна быть обеспечена обычная юникастовая связность с помощью IGP или статических маршрутов. Это лежит в основе алгоритма RPF.
Дерево строится только после появления клиента. Именно клиент инициирует построение дерева. Нет клиента — нет дерева.
RPF помогает избежать петель.
Все маршрутизаторы должны знать о том, кто является RP — только с её помощью можно построить дерево.
Точка RP может быть указана статически, а может выбираться автоматически с помощью протокола BootStrap.
В первой фазе строится RPT — дерево от клиентов до RP — и Source Tree — дерево от источника до RP. Во второй фазе происходит переключение с построенного RPT на SPT — кратчайший путь от получателя до источника.

Ещё перечислим все типы деревьев и сообщений, которые нам теперь известны.

MDT — Multicast Distribution Tree. Общий термин, описывающий любое дерево передачи мультикаста.

SPT — Shortest Path Tree. Дерево с кратчайшим путём от клиента или RP до источника. В PIM DM есть только SPT. В PIM SM SPT может быть от источника до RP или от источника до получателя после того, как произошёл SPT Switchover. Обозначается записью (S, G) — известен источник для группы.

Source Tree — то же самое, что SPT.

RPT — Rendezvous Point Tree. Дерево от RP до получателей. Используется только в PIM SM. Обозначается записью (*, G).

Shared Tree — то же, что RPT. Называется так потому, что все клиенты подключены к одному общему дереву с корнем в RP.

Типы сообщений PIM Sparse Mode:

Hello — для установления соседства и поддержания этих отношений. Также необходимы для выбора DR.

Join (*, G) — запрос на подключение к дереву группы G. Не важно кто источник. Отправляется в сторону RP. С их помощью строится дерево RPT.

Join (S, G) — Source Specific Join. Это запрос на подключение к дереву группы G с определённым источником — S. Отправляется в сторону источника — S. С их помощью строится дерево SPT.

Prune (*, G) — запрос на отключение от дерева группы G, какие бы источники для неё не были. Отправляется в сторону RP. Так обрезается ветвь RPT.

Prune (S, G) — запрос на отключение от дерева группы G, корнем которого является источник S. Отправляется в сторону источника. Так обрезается ветвь SPT.

Register — специальное сообщение, внутри которого передаётся мультикаст на RP, пока не будет построено SPT от источника до RP. Передаётся юникастом от FHR на RP.

Register-Stop — отправляется юникастом с RP на FHR, приказывая прекратить посылать мультикастовый трафик, инкапсулированный в Register.

Bootstrap — пакеты механизма BSR, которые позволяют выбрать маршрутизатор на роль BSR, а также передают информацию о существующих RP и группах.

Assert — сообщение для выбора PIM Forwarder, чтобы в один сегмент не передавали трафик два маршрутизатора.

Candidate-RP-Advertisement — сообщение, в котором RP отсылает на BSR информацию о том, какие группы он обслуживает.

RP-Reachable — сообщение от RP, которым она уведомляет всех о своей доступности.

*Есть и другие типы сообщений в PIM, но это уже детали*

1) Определение RP,

2) Регистрация источника на RP,

3) Переключение на дерево SPT.

На сегодняшний день существует два диаметрально противоположных подхода к упрощению PIM: SSM и BIDIR PIM.

SSM

SSM — Source Specific Multicast — альтернативный подход. В этом случае клиенты при подключении указывают группу и источник.

Что же это даёт? Ни много ни мало: возможность полностью избавиться от RP. LHR сразу знает адрес источника — нет необходимости слать Join на RP, маршрутизатор может сразу же отправить Join (S, G) в направлении источника и построить SPT.

Таким образом мы избавляемся от

Поиска RP (протоколы Bootstrap и Auto-RP),
Регистрации источника на RP (а это лишнее время, двойное использование полосы пропускания и туннелирование)
Переключения на SPT.

Поскольку нет RP, то нет и RPT, соответственно ни на одном маршрутизаторе уже не будет записей (*, G) — только (S, G).

Ещё одна проблема, которая решается с помощью SSM — наличие нескольких источников. В ASM рекомендуется, чтобы адрес мультикастовой группы был уникален и только один источник вещал на него, поскольку в дереве RPT несколько потоков сольются, а клиент, получая два потока от разных источников, вероятно, не сможет их разобрать.

В SSM трафик от различных источников распространяется независимо, каждый по своему дереву SPT, и это уже становится не проблемой, а преимуществом — несколько серверов могут вещать одновременно. Если вдруг клиент начал фиксировать потери от основного источника, он может переключиться на резервный, даже не перезапрашивая его — он и так получал два потока.

Для SSM выделен специальный диапазон IP-адресов: 232.0.0.0/8.

На маршрутизаторах для поддержки SSM включается режим PIM SSM.

Router(config)# ip pim ssm

IGMPv3 и MLDv2 поддерживают SSM в чистом виде.

При их использовании клиент может

Запрашивать подключение к просто группе, без указания источников. То есть работает как типичный ASM.
Запрашивать подключение к группе с определённым источником. Источников можно указать несколько — до каждого из них будет построено дерево.
Запрашивать подключение к группе и указать список источников, от которых клиент не хотел бы получать трафик

IGMPv3
IGMPv1/v2, MLDv1 не поддерживают SSM, но имеет место такое понятие, как SSM Mapping. На ближайшем к клиенту маршрутизаторе (LHR) каждой группе ставится в соответствие адрес источника (или несколько). Поэтому если в сети есть клиенты, не поддерживающие IGMPv3/MLDv2, для них также будет построено SPT, а не RPT, благодаря тому, что адрес источника всё равно известен. SSM Mapping может быть реализован как статической настройкой на LHR, так и посредством обращения к DNS-серверу.

Проблема SSM в том, что клиенты должны заранее знать адреса источников — никакой сигнализацией они им не сообщаются.

Поэтому SSM хорош в тех ситуациях, когда в сети определённый набор источников, их адреса заведомо известны и не будут меняться. А клиентские терминалы или приложения жёстко привязаны к ним. Иными словами IPTV — весьма пригодная среда для внедрения SSM. Это хорошо описывает концепцию One-to-Many — один источник, много получателей.

BIDIR PIM

А что если в сети источники могут появляться спонтанно то там, то тут, вещать на одинаковые группы, быстро прекращать передачу и исчезать?

Например, такая ситуация возможна в сетевых играх или в ЦОД, где происходит репликация данных между различными серверами. Это концепция Many-to-Many — много источников, много клиентов. Как на это смотрит обычный PIM SM? Понятное дело, что инертный PIM SSM здесь совсем не подходит?

Вы только подумайте, какой хаос начнётся: бесконечные регистрации источников, перестроение деревьев, огромное количество записей (S, G) живущих по несколько минут из-за таймеров протокола. На выручку идёт двунаправленный PIM (Bidirectional PIM, BIDIR PIM). В отличие от SSM в нём напротив полностью отказываются от SPT и записей (S,G) — остаются только Shared Tree с корнем в RP.

И если в обычном PIM, дерево является односторонним — трафик всегда передаётся от источника вниз по SPT и от RP вниз по RPT — есть чёткое деление, где источник, где клиенты, то в двунаправленном от источника трафик к RP передаётся также вверх по Shared Tree — по тому же самому, по которому трафик течёт вниз к клиентам.

Вот например:
Источник1 начал передавать в сеть трафик группы 224.2.2.4 одновременно с Источником2. Потоки от них просто полились в сторону RP. Часть клиентов, которые находятся рядом начали получать трафик сразу, потому что на маршрутизаторах есть запись (*, G) (есть клиенты). Другая часть получает трафик по Shared Tree от RP. Причём получают они трафик от обоих источников одновременно.

То есть, если взять для примера умозрительную сетевую игру, Источник1 это первый игрок в стрелялке, который сделал выстрел, а Источник2 — это другой игрок, который сделал шаг в сторону. Информация об этих двух событиях распространилась по всей сети. И каждый другой игрок (Получатель) должен узнать об обоих этих событиях.

Если помните, то чуть раньше мы объяснили, зачем нужен процесс регистрации источника на RP — чтобы трафик не занимал канал, когда нет клиентов, то есть RP просто отказывался от него. Почему над этой проблемой мы не задумываемся сейчас? Причина проста: BIDIR PIM для ситуаций, когда источников много, но они вещают не постоянно, а периодически, относительно небольшими кусками данных. То есть канал от источника до RP не будет утилизироваться понапрасну.

Поэтому в BIDIR PIM вводится понятие DF — Designated Forwarder. В каждом сегменте сети, на каждой линии на эту роль выбирается тот маршрутизатор, чей маршрут до RP лучше.

В том числе это делается и на тех линиях, куда непосредственно подключены клиенты. В BIDIR PIM DF автоматически является DR.

Список OIL формируется только из тех интерфейсов, на которых маршрутизатор был выбран на роль DF.

Правила довольно прозрачны:

Если запрос PIM Join/Leave приходит на тот интерфейс, который в данном сегменте является DF, он передаётся в сторону RP по стандартным правилам. Вот, например, R3. Если запросы пришли в DF интерфейсы, что помечены красным кругом, он их передаёт на RP (через R1 или R2, в зависимости от таблицы маршрутизации).
Если запрос PIM Join/Leave пришёл на не DF интерфейс, он будет проигнорирован. Допустим, что клиент, находящийся между R1 и R3, решил подключиться и отправил IGMP Report. R1 получает его через интерфейс, где он выбран DF (помечен красным кругом), и мы возвращаемся к предыдущему сценарию. А R3 получает запрос на интерфейс, который не является DF. R3 видит, что тут он не лучший, и игнорирует запрос.
Если мультикастовый трафик пришёл на DF интерфейс, он будет отправлен в интерфейсы из списка OIL и в сторону RP. Например, Источник1 начал передавать трафик. R4 получает его в свой DF интерфейс и передаёт его и в другой DF-интерфейс — в сторону клиента и в сторону RP, — это важно, потому что трафик должен попасть на RP и распространиться по всем получателям. Также поступает и R3 — одна копия в интерфейсы из списка OIL — то есть на R5, где он будет отброшен из-за проверки RPF, и другая — в сторону RP.
Если мультикастовый трафик пришёл на не DF интерфейс, он должен быть отправлен в интерфейсы из списка OIL, но не будет отправлен в сторону RP. К примеру, Источник2 начал вещать, трафик дошёл до RP и начал распространяться вниз по RPT. R3 получает трафик от R1, и он не передаст его на R2 — только вниз на R4 и на R5.

Мультикаст на канальном уровне

Итак, позади долгая трудовая неделя с недосыпами, переработками, тестами — вы успешно внедрили мультикаст и удовлетворили клиентов, директора и отдел продаж.

Пятница — не самый плохой день, чтобы обозреть творение и позволить себе приятный отдых.

Но ваш послеобеденный сон вдруг потревожил звонок техподдержки, потом ещё один и ещё — ничего не работает, всё сломалось. Проверяете — идут потери, разрывы. Всё сходится на одном сегменте из нескольких коммутаторов.

Проверили список мультикастовых групп на маршрутизаторе — а там подписка на все возможные каналы и все на один порт — естественно, тот, который ведёт в этот сегмент.

Дотошное расследование показало, что компьютер клиента заражён и рассылает IGMP Query на все мультикастовые адреса подряд.

Главный вопрос — почему трафик одного клиента начал копироваться во все порты?

Это действие по умолчанию.

Мультикастовые MAC-адреса

Эти специальные адреса начинаются так: 0x01005e и следующий 25-й бит должен быть 0 (попробуйте ответить, почему так). Остальные 23 бита (напомню, всего их в МАС-адресе 48) переносятся из IP-адреса.

Если взять в пример дамп потокового видео, то можно увидеть:
IP адрес — 224.2.2.4, MAC-адрес: 01:00:5E:02:02:04.

Вовсе нет. Специально для перфекционистов придуман механизм IGMP Snooping.

IGMP Snooping

Идея очень простая — коммутатор «слушает» проходящие через него IGMP-пакеты.

Для каждой группы отдельно он ведёт таблицу восходящих и нисходящих портов.

Если с порта пришёл IGMP Report для группы, значит там клиент, коммутатор добавляет его в список нисходящих для этой группы.

Если с порта пришёл IGMP Query для группы, значит там маршрутизатор, коммутатор добавляет его в список восходящих.

Таким образом формируется таблица передачи мультикастового трафика на канальном уровне.

В итоге, когда сверху приходит мультикастовый поток, он копируется только в нисходящие интерфейсы. Если на 16-портовом коммутаторе только два клиента, только им и будет доставлен трафик.

Впрочем, IGMP Snooping ни в какое сравнение не идёт с NAT по степени игнорирования принципов сетевого взаимодействия. Тем более, кроме экономии в ресурсах, он несёт в себе массу менее очевидных возможностей. Да и в общем-то в современном мире, коммутатор, который умеет заглядывать внутрь IP — явление не исключительное.

Задача № 3 Схема и начальная конфигурация.

Сервер 172.16.0.5 передает мультикаст трафик на группы 239.1.1.1, 239.2.2.2 и 239.0.0.x.

Настроить сеть таким образом, чтобы:

— клиент 1 не мог присоединиться к группе 239.2.2.2. Но при этом мог присоединиться к группе 239.0.0.x.

— клиент 2 не мог присоединиться к группе 239.1.1.1. Но при этом мог присоединиться к группе 239.0.0.x.

Подробности задачи тут.

IGMP Snooping Proxy

В итоге в сети на 1000 узлов на один IGMP Query в течение секунд 10 (обычное значение Max Response Time) придёт 1000 Report’ов маршрутизатору. Хотя ему достаточно было бы и одного для каждой группы.

И происходит это каждую минуту.

Правила работы IGMP Snooping могут отличаться для разных производителей. Поэтому рассмотрим их концептуально:

1) Если на коммутатор приходит самый первый запрос Report на группу, он отправляется вверх к маршрутизатору, а интерфейс вносится в список нисходящих. Если же такая группа уже есть, интерфейс просто добавляется в список нисходящих, а Report уничтожается.
2) Если на коммутатор приходит самый последний Leave, то есть других клиентов нет, этот Leave будет отправлен на маршрутизатор, а интерфейс удаляется из списка нисходящих. В противном случае просто удаляется интерфейс, Leave уничтожается
3) Если IGMP Query приходит от маршрутизатора, коммутатор перехватывает его, отправляет в ответ IGMP Report для всех групп, которые в данный момент имеют получателей.

А дальше, в зависимости от настроек и производителя, либо этот же самый Query рассылается во все клиентские порты, либо коммутатор блокирует запрос от маршрутизатора и сам выступает в роли Querier, периодически опрашивая всех получателей.

Таким образом снижается и доля лишнего служебного трафика в сети и нагрузка на маршрутизатор.

Multicast VLAN Replication

Сокращённо MVR. Это механизм для тех провайдеров, кто практикует VLAN-per-user, например.

Вот типичный пример сети, где MVR жизненно необходим:

MVR
5 клиентов в разных VLAN’ах, и все хотят получать мультикастовый трафик одной группы 224.2.2.4. При этом клиенты должны оставаться изолированными друг от друга.

IGMP Snooping учитывает, разумеется и VLAN’ы. Если пять клиентов в разных VLAN’ах запрашивают одну группу — это будет пять разных таблиц. Соответственно и к маршрутизатору идут 5 запросов на подключение к группе. И каждый сабинтерфейс из этих пяти на маршрутизаторе будет добавлен отдельно в OIL. То есть получив 1 поток для группы 224.2.2.4 он отправит 5 копий, несмотря на то, что все они идут в один сегмент.

Для решения этой проблемы и был разработан механизм Multicast VLAN Replication.

Вводится дополнительный VLAN — Multicast VLAN — в нём, соответственно, будет передаваться мультикастовый поток. Он «проброшен» непосредственно до последнего коммутатора, где трафик из него копируется во все клиентские интерфейсы, которые хотят получать этот трафик — это и есть репликация.

В зависимости от реализации репликация из Multicast VLAN может производиться в User-VLAN или в определённые физические интерфейсы.
А что с IGMP-сообщениями? Query от маршрутизатора, естественно, приходит по мультикастовому VLAN’у. Коммутатор их рассылает в клиентские порты. Когда Report или Leave приходит от клиента, коммутатор проверяет откуда именно (VLAN, интерфейс) и, если необходимо, перенаправляет в мультикастовый VLAN.

Таким образом обычный трафик изолирован и по-прежнему ходит до маршрутизатора в пользовательском VLAN’е. А мультикастовый трафик и IGMP-пакеты передаются в Multicast VLAN.

На оборудовании Cisco MVR и IGMP Snooping настраиваются независимо. То есть можно отключить один и второй будет работать. Вообще же MVR основан на IGMP Snooping и на коммутаторах других производителей для работы MVR может быть обязательным включение IGMP Snooping.

Кроме того, IGMP Snooping позволяет осуществлять на коммутаторах фильтрацию трафика, ограничивать количество групп, доступных пользователю, включение IGMP Querier, статическую настройку восходящих портов, перманентное подключение к какой-либо группе (этот сценарий есть в сопутствующем видео), быструю реакцию на изменение топологии путём рассылки дополнительных Query, SSM-Mapping для IGMPv2 итд.

Заканчивая разговор об IGMP Snooping, хочется повторить — это необязательный функционал — всё и без него будет работать. Но это сделает сеть более предсказуемой, а жизнь инженера спокойнее. Однако все плюсы IGMP Snooping можно обернуть и против себя. Один такой выдающийся случай можно почитать по ссылке.

К слову у той же Cisco есть протокол CGMP — аналог IGMP, который не нарушает принципы работы коммутатора, но он проприетарный и не сказать, что широко распространённый.

Итак, мой неутомимый читатель, мы приближаемся к концу выпуска и напоследок хочется показать, как может быть реализована услуга IPTV на стороне клиента.

Самый простой способ, к которому мы уже не раз обращались в этой статье — запустить плеер, который может принять мультикастовый поток из сети. На нём можно вручную задать IP-адрес группы и наслаждаться видео.

Другой программный вариант, который часто используют провайдеры — специальное приложение, обычно весьма кастомное, в котором зашит набор каналов, используемых в сети провайдера. Нет необходимости что-то задавать вручную — нужно просто переключать каналы кнопками.

Оба эти способа дают возможность смотреть потоковое видео только на компьютере.

Часто вы, кстати, можете увидеть рекламу, где провайдер предлагает свои приставки для подключения телевидения — это и есть те самые STB

Задача № 4

Напоследок нетривиальная задачка по мультикасту (авторы не мы, в ответах будет ссылка на оригинал).

Самая простая схема:
С одной стороны сервер-источник, с дугой — компьютер, который готов принимать трафик.

Адрес мультикастового потока вы можете устанавливать сами.

И соответственно, два вопроса:

1. Что нужно сделать, чтобы компьютер мог получать поток и при этом не прибегать к мультикастовой маршрутизации?

2. Допустим, вы вообще не знаете, что такое мультикаст и не можете его настраивать, как передать поток от сервера к компьютеру?

Задача легко ищется в поисковике, но попробуйте решить её сами.

Подробности задачи тут.

Заключение

Незатронутыми в статье остались междоменная маршрутизация мультикастового трафика MSDP, MBGP, BGMP), балансировка нагрузки между RP (Anycast RP), PGM, проприетарные протоколы. Но, я думаю, имея как точку старта эту статью, разобраться в остальном не составит труда.

Благодарности

За помощь в подготовке статьи спасибо JDima.

За техническую поддержку спасибо Наташе Самойленко.

КДПВ нарисована Ниной Долгополовой — замечательным художником и другом проекта.

Автор
eucariot — Марат Сибгатулин (inst, tg, in)

Оставайтесь на связи

Пишите нам: info@linkmeup.ru
Канал в телеграме: t.me/linkmeup_podcast
Канал на youtube: youtube.com/c/linkmeup-podcast
Подкаст доступен в iTunes, Google Подкастах, Яндекс Музыке, Castbox
Сообщество в вк: vk.com/linkmeup
Группа в фб: www.facebook.com/linkmeup.sdsm
Добавить RSS в подкаст-плеер.
Пообщаться в общем чате в тг: https://t.me/linkmeup_chat

Поддержите проект:

Источник