摘 要：本文首先對(duì)路由協(xié)議與組播協(xié)議和進(jìn)行簡述，其次通過eNSP模擬器完成網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)配置和多播配置，最后通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試來驗(yàn)證這一方法的可行性，并對(duì)應(yīng)用過程中的易發(fā)生的錯(cuò)誤進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)；路由協(xié)議；組播協(xié)議；eNSP模擬器

中圖分類號(hào)：TP391.6

1988年Steve Deering在其博士論文中提出了IP組播的概念，但是互聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜性給IP組播的發(fā)展帶了巨大的困難，因?yàn)樵诨ヂ?lián)網(wǎng)中的路由器并不都能很好地支持IP組播協(xié)議。盡管如此，IP組播協(xié)議還是向前發(fā)展，并在廣播、視頻會(huì)議與實(shí)況轉(zhuǎn)播等各領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，使傳播變得更高效、快捷。

1 路由協(xié)議

路由協(xié)議包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)路由。靜態(tài)路由的特點(diǎn)是簡單、開銷小，但不能及時(shí)應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的變化，需人工手動(dòng)配置路由表，即直連路由；動(dòng)態(tài)路由的特點(diǎn)是復(fù)雜、開銷大，但能很好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的變化。動(dòng)態(tài)路由又分為距離-向量路由算法和鏈路狀態(tài)路由算法。距離-向量路由算法的典型代表就是RIP，RIP以固定的時(shí)隙和相鄰的路由器交換信息，發(fā)送的信息是網(wǎng)絡(luò)距離和下一條路由器，且范圍限制在15跳以內(nèi)。鏈路狀態(tài)路由算法的典型代表是OSPF，OSPF采用分層結(jié)構(gòu)，上層的是骨干區(qū)域，標(biāo)識(shí)符為0.0.0.0；下層稱為下層區(qū)域，其標(biāo)識(shí)符可以是1.1.1.1或2.2.2.2等；骨干區(qū)域通過邊界路由器連接下層區(qū)域。OSPF分層結(jié)構(gòu)使交換信息的種類增加，協(xié)議更加復(fù)雜，但每一個(gè)區(qū)域內(nèi)交換的信息大大減少，使OSPF可以適用于大規(guī)模的自治系統(tǒng)。OSPF僅當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生改變時(shí)，才向相鄰路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)信息，相鄰路由器得到信息后修改路由表，并將此信息從各端口發(fā)送給與它相鄰的路由器（除來的端口外），最終使整個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)所有路由器保持鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫同步，即全自治系統(tǒng)維持同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

2 組播協(xié)議

2.1 組播的地址

組播相對(duì)于單播和廣播而言，具有效率高，CPU負(fù)載輕，冗余流量少的特點(diǎn)。組播地址也與單播和廣播不同，組播地址是D類地址，前綴是“1110”，地址范圍是224.0.0.0-239.255.255.255。每一個(gè)D類地址標(biāo)志一組主機(jī)（并非所有的D類地址都可以作為組播地址），而且組播數(shù)據(jù)報(bào)不產(chǎn)生ICMP差錯(cuò)報(bào)文，換句話說，如果在PING命令后輸入組播地址，將永遠(yuǎn)不會(huì)收到響應(yīng)。

組播地址換算為MAC地址：假設(shè)組播地址為224.0.0.1，先把IP地址轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)：224.0.0.1->11100000.00000000.00000000.00000001；接著只映射IP地址的后23位，因?yàn)镸AC地址是用十六進(jìn)制表示的，所以只要把二進(jìn)制的IP地址4位一組合就可以了，其中第24位取0，即00000000.00000000.00000001，換成十六進(jìn)制數(shù)為00-00-01。然后再在前而加上固定的首部，即01-00-5E，最后結(jié)果是01-00-5E-00-00-01。

顯然，01-00-5E-00-00-01對(duì)應(yīng)的組播地址并不是唯一的，32位組播地址頭8位是中前4位是“1110”，后4位是任意的，加上第24位也是任意的，所以共對(duì)應(yīng)32個(gè)IP組播地址。但這一組32個(gè)組播IP地址，同時(shí)出現(xiàn)在一個(gè)本地局域網(wǎng)絡(luò)里的概率很小，如果出現(xiàn)了，那么加入其中一個(gè)組的主機(jī)能收到另一個(gè)組的組播報(bào)，但是該主機(jī)的上層協(xié)議會(huì)做出判斷，丟棄不屬于自己的組播報(bào)。

2.2 組播傳輸路徑與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)

源主機(jī)向多個(gè)目的主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包的路徑可以描述為一棵樹，稱之為組播分布樹，分布樹包括有源樹和共享樹；組播源作為根結(jié)點(diǎn)，目的主機(jī)為葉子結(jié)點(diǎn)，其間以最短路徑連接的樹即為有源樹，也稱最短路徑樹SPT（Shortest Path Tree），其特點(diǎn)是路徑最優(yōu)，延時(shí)最小，但占用內(nèi)存較多；共享樹與有源樹的區(qū)別就是根的不同，其用網(wǎng)絡(luò)中一些點(diǎn)做為公共樹根，也叫匯合點(diǎn)RP（Rendezvous Point），其特點(diǎn)是占用內(nèi)存少，但路徑不是最優(yōu)，并引入了額外的延時(shí)。

組播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)是逆向轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)路由器收到組播數(shù)據(jù)報(bào)文后，依據(jù)單播路由表查找組播報(bào)文源地址的路由接口，如果該路由信息接口就是數(shù)據(jù)報(bào)文的入接口，則向分發(fā)樹的下游轉(zhuǎn)發(fā)，否則，丟棄。這一轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制稱為“逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā)”機(jī)制（RPF，Reverse Path Forwarding），避免環(huán)路的產(chǎn)生。

2.3 組播體系結(jié)構(gòu)

組播協(xié)議包括主機(jī)-路由器（含三層交換機(jī)）之間的組成員關(guān)系協(xié)議和路由器-路由器之間的組播路由協(xié)議；組成員關(guān)系協(xié)議典型代表為互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP（Internet Group Management Protocol），組播路由協(xié)議包括域內(nèi)組播路由協(xié)議及域間組播路由協(xié)議；域內(nèi)的組播路由協(xié)議又包括密集模式與稀疏模式。密集模式主要有PIM-DM（Protocol Independent Multicast-Dense Mode ）、DVMRP（ Distance Vector Multicast Routing Protocol），稀疏模式主要有PIM-SM（Protocol Independent Multicast-Sparse Mode）。

2.4 IGMP的工作原理

在一般的網(wǎng)絡(luò)中，源主機(jī)與目的主機(jī)分屬在不同的子網(wǎng)中，路由器會(huì)將源主機(jī)的組播報(bào)文隔離本地子網(wǎng)中，這樣就需要路由器將組播報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給目的主機(jī)所在的子網(wǎng)，目的主機(jī)無法直接接收源主機(jī)的組播流。

主機(jī)與路由器交互信息的IGMP協(xié)議目前最高為V3版，所有要加入組播組的主機(jī)和所有連接到有組播主機(jī)的子網(wǎng)中的路由器都必須使用IGMP，IGMP消息不能被路由器轉(zhuǎn)發(fā)，只能限制在本地網(wǎng)段內(nèi)部。IGMP的TTL參數(shù)永遠(yuǎn)是1，保證了IGMP的使用范圍。

當(dāng)一臺(tái)主機(jī)要加入某個(gè)組播組，它會(huì)主動(dòng)向組播路由器發(fā)送Membership Report消息，路由器通過向全子網(wǎng)主機(jī)（地址為224.0.0.1）發(fā)送General Query消息響應(yīng)主機(jī)發(fā)送的消息，想要加入組播的主機(jī)收到消息后再做出響應(yīng)，發(fā)出Membership Report消息，路由器即向全子網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)組播流；同時(shí)路由器以一定的時(shí)間間隔發(fā)送General Query消息來輪詢所接端口有無組員存在，如3次皆無響應(yīng)，則不再向該端口轉(zhuǎn)發(fā)組播報(bào)文。當(dāng)目的主機(jī)要離開組播組時(shí)，它要先向本地組播路由器發(fā)送Leave Group消息，地址為組地址224.0.0.2，即全子網(wǎng)路由器，當(dāng)本地路由器收到消息后，必須判斷子網(wǎng)中是否仍有其它組員存在，于是向全子網(wǎng)主機(jī)發(fā)出Group-Specific Query消息，若同一子網(wǎng)中還有其他主機(jī)需要組播報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，其他主機(jī)向路由器發(fā)出Membership Report消息，路由器繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)組播報(bào)文，否則，停止轉(zhuǎn)發(fā)。

以上工作流程可知，IGMP必須對(duì)全子網(wǎng)主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)，這浪費(fèi)了子網(wǎng)帶寬和主機(jī)資源，因此引入了IGMP Snooping協(xié)議，IGMP Snooping 工作于二層交換機(jī)，使得交換機(jī)只向有需要的目的主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)，而不向無需要的端口轉(zhuǎn)發(fā)。

3 網(wǎng)絡(luò)配置實(shí)驗(yàn)

本次實(shí)驗(yàn)采用了eNSP模擬器，eNSP是華為旗下免費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)，圖形化界面，包含的仿真設(shè)備極其豐富，支持大型網(wǎng)絡(luò)模擬，可以做為學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)布署實(shí)施前的測(cè)試，所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均為模擬數(shù)據(jù)，但是數(shù)據(jù)足以證明在真實(shí)環(huán)境下配置命令的可行性與正確性。

3.1 基礎(chǔ)配置

0區(qū)與1區(qū)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1，全網(wǎng)通過IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，全網(wǎng)的設(shè)備端口IP 地址如圖1，全網(wǎng)通過OSPF路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)路由轉(zhuǎn)發(fā)，建立單播路由表。路由器與交換機(jī)基礎(chǔ)配置要點(diǎn)：

3.1.1 路由器端口配置步驟：

第一步，直接進(jìn)入互連端口界面，命令如：

[AR1]interface gigabitethernet 0/0/0

配置過程中，如果忘了命令的全稱，可以用縮寫或用Tab 鍵自動(dòng)補(bǔ)全功能。

第二步，進(jìn)入端口界面后，直接配置IP 地址和子網(wǎng)掩碼，命令如：

[AR1-GigabitEthernet0/0/0] ip address 10.0.0.1 24

第三步，設(shè)置回環(huán)地址，如：

[AR1]interface loopback 0

[AR1-LoopBack0]ip address 1.1.1.1 32

第四步，配置OSPF協(xié)議時(shí)，要注意，局端的路由與交換機(jī)配置為0區(qū)，其它臺(tái)站的配置為1區(qū)、2區(qū)、3區(qū)等。要包含回環(huán)地址和所有與路由器直接相連的網(wǎng)段，并注意子網(wǎng)掩碼的輸入格式，如：

[AR1]ospf 1

[AR1-ospf-1]area 0

AR1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 1.1.1.1 0.0.0.0

[AR1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.0.0 0.0.0.255

[AR1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.1.0 0.0.0.255

第五步，邊界器的特點(diǎn)如圖1，與0區(qū)設(shè)置相連的的端口屬于0區(qū)，還用area 0命令，但與臺(tái)站端相連的端口則屬于1區(qū)或2區(qū)3區(qū)等，要用area 1或area 2等命令。如：

[AR2-ospf-1]area 0

[AR2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 2.2.2.2 0.0.0.0

[AR2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.0.0 0.0.0.255

[AR2-ospf-1]area 1

[AR2-ospf-1-area-0.0.0.1]network 10.1.0.0 0.0.0.255

最后，設(shè)備配置完成后，要注意保存，命令如下：

save

3.1.2 交換機(jī)與路由器的不同點(diǎn)是：

華為交換機(jī)不可以直接進(jìn)入端口界面配置IP地址，而是要建立VLAN，給VLAN配置虛擬接口IP地址，簡稱虛地址。而后，要把物理端口放入相應(yīng)的VLAN中，并設(shè)置通過特性來保證安全性。命令舉例如下：

[LSW1]vlan 1001

[LSW1]int vlan 1001

[LSW1-Vlanif1001]ip address 10.0.1.2 24

[LSW1-Vlanif1001]quit

[LSW1]interface gigabitethernet 0/0/1

[LSW1-GigabitEthernet0/0/1]port hybrid pvid vlan 1001

[LSW1-GigabitEthernet0/0/1]port hybrid untagged vlan 1001

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.1.3 基礎(chǔ)配置測(cè)試

按以上命令在eNSP模擬器上完成網(wǎng)絡(luò)配置，由于篇幅，配置過程從略。配置大體分兩步走，首先完成area0上的基礎(chǔ)配置，并在完成Client1上的配置（IP地址為10.0.2.2，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，網(wǎng)關(guān)為10.0.2.1），并在AR2上測(cè)試（ping）與Client1的連通性。其次完成area1上的基礎(chǔ)配置，并在完成Client2上的配置（IP地址為10.1.20.1，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，網(wǎng)關(guān)為10.1.20.254）， 并在Client2上測(cè)試（ping） 與Client1、Client3、Client4和Client5的連通性。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果為連通性良好。

圖2 測(cè)試連通圖

3.2 組播配置

3.2.1 交換機(jī)和路由器的組播配置的要點(diǎn)：

第一步，在交換機(jī)和路由器上開通多播功能，命令如下：

[AR1]multicast routing-enable

第二步，進(jìn)入設(shè)備的物理端口或VLAN虛接口，將接口配置為PIM SM 模式，命令如下：

[AR1]interface gigabitethernet 0/0/0

[AR1-GigabitEthernet0/0/0]pim sm

或

[LSW1]int vlan 1001

[LSW1-Vlanif1001]pim sm

第三步，在核心路由器上要配置c-bsr和c-rp， 命令如下：

[AR1]pim

[AR1-pim]c-bsr priority 10

[AR1-pim]c-bsr loopback 0

[AR1-pim]c-rp priority 10

[AR1-pim]c-rp loopback 1

第四步，為了實(shí)現(xiàn)組播rp的備份與負(fù)載均衡，即實(shí)現(xiàn)Anycast Rp， 在1區(qū)的核心路由器與0區(qū)的核心路由器之間的loopback0上建立MSDP鄰居關(guān)系，命令如下：[AR1]msdp

[AR1-msdp]ornating-rp LoopBack0

[AR1-msdp]peer 3.3.3.3 connect-interface LoopBack0

[AR3-msdp]ornating-rp LoopBack0

[AR3-msdp]peer 1.1.1.1 connect-interface LoopBack0

第五步，交換機(jī)有連接PC的接口，要開啟IGMP，命令如下：

[LSW3-Vlanif30]igmp enable

交換機(jī)有連接PC的vlan， 要開啟igmp-snooping，命令如下：

[LSW3-vlan30]igmp-snooping enable

3.2.2 全網(wǎng)組播配置測(cè)試

按以上命令在eNSP模擬器上依次完成各仿真設(shè)備的組播配置，由于篇幅，詳細(xì)配置過程從略。為測(cè)試組播流，需要在系統(tǒng)上安裝VLC media player做為組播服務(wù)端與客戶端，然后在client1設(shè)置組播源的文件路徑，組播組IP地址為225.1.1.1，組播組MAC地址為01-00-5E-01-01-01，源IP地址為10.0.2.2；在client2設(shè)置組播版本為Version2，并設(shè)置源IP為10.1.20.1，目的IP為225.1.1.1，目的MAC地址為01-00-5E-01-01-01，client3、client4及client5只需改一下源IP地址即可，不再贅述。

在client1上點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，播放節(jié)目源，在client2、client3和client4上點(diǎn)擊加入按鈕及啟動(dòng)VLC按鈕，測(cè)試結(jié)果如圖3，其中，client2、client3和client4的播出畫面與聲音幾乎同步，但三者與client1相比，有大約一秒的延時(shí)；通過在LSW4上測(cè)試可知，LSW4對(duì)client5也無組播報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)。

圖3 運(yùn)行client1、client2、client3和client4

4 結(jié)束語

組播配置的成功與否，關(guān)鍵是首先做好基礎(chǔ)配置，因?yàn)榻M播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)是依據(jù)單播路由表查找組播報(bào)文源地址的路由接口，所以源主機(jī)與目的主機(jī)一定要連通后才可以做組播配置；其次，只能使用一種組播路由協(xié)議（本例中使用pim-sm），并且在核心路由器上要配置c-bsr和c-rp。組播配置如果不成功，可以通過調(diào)試，找到故障點(diǎn)：首先查看LSW3上的組播轉(zhuǎn)發(fā)表是否建立，即：display multicast forwarding-table，如果沒有建立，看組播路由表有沒有建立，即：disp multicast routing-table；其次查看PIM路由表，即：display pim routing-table；最后，查看路由器上MSDP對(duì)等體，即：display msdp brief與display msdp brief?？傊?，eNSP作為組播應(yīng)用推廣的前期實(shí)驗(yàn)是便捷高效的，對(duì)于組播的推廣應(yīng)用有著重大的意義。

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作者簡介：何?。?976-），男，福建上杭人，節(jié)傳機(jī)房主任，工程師，本科，研究方向：節(jié)目傳輸。

作者單位：國家新聞出版廣電總局731臺(tái)，福建龍巖 364000