李 莉 ，袁 超，董 明

(1.山東省萊蕪市氣象局，山東 萊蕪 271100；2.山東省泰安市氣象局，山東 泰安 271000)

1 引言

山東省組播雷達技術最早在濱州市氣象局SC新一代多普勒雷達顯示系統中得以應用[1]， 2009年5月，萊蕪市氣象局借鑒并應用了該項成果，采用PIM DM組播方式，實現了濱州SC多普勒雷達圖像在萊蕪本地的實時顯示，同年10月，將泰山SC新一代多普勒天氣雷達加入到組播顯示中，為萊蕪的十一運會、國際體育航空節(jié)和日常的防災減災氣象服務工作提供了優(yōu)質服務。

采用該項技術，濱州、泰山等采用組播技術的雷達實時數據在本地網絡接收和顯示的同時，還通過山東省地面信息寬帶網絡將雷達數據包以盡力傳送(best-effort)的形式發(fā)送到萊蕪，從而仿佛是將雷達從駐地“搬”到了萊蕪，減少了人力和資金投入，取得物盡其用的效果。尤其是泰山雷達，由于地處萊蕪西部，海拔為1 537 m，其顯示距離和高度對于萊蕪進行降水實時觀測是非常有利的，目前已成為預報業(yè)務和服務人員離不開的得力助手。

2016年2月，隨著省市寬帶網的升級，新的路由設備不再支持DM組播技術，為了使組播功能能夠繼續(xù)得以應用，在山東省氣象局信息中心和廠商的支持幫助下，萊蕪市氣象局聯合泰安市氣象局進行了組播方式的調整，將組播方式更改為SM方式，繼續(xù)在萊蕪的氣象防災減災工作中持續(xù)發(fā)揮作用。

2 IP組播及PIM組播

IP報文傳輸有單播、廣播和組播3種方式。單播通信是指信息源為每個需要信息的主機都發(fā)送一份獨立的報文；廣播通信是指信息源將信息發(fā)送給該網段中的所有主機，不管其是否需要該信息；而對于組播通信方式，實現的是“一對一組”的通信模式， IP報文從一個源發(fā)出，被轉發(fā)到一組特定的接收者。相較于傳統的單播和廣播，IP組播可以有效地節(jié)約網絡帶寬、降低網絡負載，所以被廣泛應用于IPTV、實時數據傳送和多媒體會議等網絡業(yè)務中[2]。

PIM(Protocol Independent Multicast)組播被稱作協議無關組播，是IPV4組播協議的一種，直接利用單播路由表的路由信息進行組播報文RPF(逆向路徑轉發(fā))檢查，創(chuàng)建組播路由表項，轉發(fā)組播報文。因此，應用PIM組播的前提是要保證網絡的單播路由互通。

針對接收者主機，PIM組播可分為ASM和SSM兩種服務模型，這兩種模型使用不同的組播組地址范圍予以區(qū)分。ASM模型僅針對組地址提供組播分發(fā)，接收者主機加入組播組以后可以接收到任意源發(fā)送到該組的數據。SSM模型中針對每一個(源，組)信息都會生成表項，接收者主機在加入組播組時，可以指定只接收哪些源的數據。

其中，ASM模型包括PIM-DM和PIM-SM兩種組播業(yè)務模式[3]。

2.1 PIM-DM

PIM-DM(Protocol Independent Multicast-Dense Mode)密集模式，其設計思想是假設網絡中的組成員分布非常稠密，每個網段都可能存在組成員。首先將組播數據報文擴散到各個網段，然后再裁剪掉不存在組成員的網段。通過周期性的“擴散—剪枝”，構建并維護一棵連接組播源和組成員的單向無環(huán)SPT(Source Specific Shortest Path Tree 組播分發(fā)樹)。PIM-DM適用于組播成員分布較為密集的園區(qū)網絡，在組播成員分布相對較為稀疏的大規(guī)模網絡中(Internet)，組播流量的周期性擴散/剪枝將給網絡帶來較大的負擔。

2.2 PIM-SM

相對于PIM-DM的“推(Push)模式”，PIM-SM使用“拉(Pull)模式”轉發(fā)組播報文。PIM-SM假設網絡中的組成員分布非常稀疏，幾乎所有網段均不存在組成員，直到某網段出現組成員時，才構建組播路由，向該網段轉發(fā)組播數據。一般應用于組播組成員規(guī)模相對較大、相對稀疏的網絡。它的實現方法是：在網絡中維護一臺重要的PIM路由器：匯聚點RP(Rendezvous Point)，可以為隨時出現的組成員或組播源服務。RP可以靜態(tài)指定也可動態(tài)選舉。靜態(tài)指定是指由管理員在每臺PIM-SM路由器上進行配置，使得每臺路由器獲知RP的位置。動態(tài)選舉是指通過專用協議在若干臺C-RP(Candidate-RP)中選舉產生。管理員需要開啟選舉協議并配置若干臺PIM-SM路由器成為C-RP。

華為給出了RP配置方式建議：

中小型網絡建議選擇靜態(tài)RP方式，對設備要求低，也比較穩(wěn)定。采用靜態(tài)RP方式要確保域內所有路由器(包括RP本身)的RP信息以及服務的組播組范圍全網一致。

大型網絡可以采用動態(tài)RP方式，可靠性高，可維護性強。如果網絡中存在多個組播源，且分布密集，建議選擇與組播源比較近的核心設備作為C-RP；如果網絡中存在多個用戶，且分布密集，建議選擇與用戶比較近的核心設備作為C-RP。

這里我們采用了靜態(tài)指定RP的方法，選擇了泰山ar2240作為RP。

2.3 配合PIM組播協議協同工作的其他協議

除了PIM組播協議，IPV4中的組播協議成員還有組播組管理協議IGMP(InternetGroup Management Protocol)、IGMP SNOOPING (Internet Group Management Protocol Snooping)協議來共同配合完成組播報文的轉發(fā)和復制。

IGMP協議應用在用戶主機與組播交換機之間，主要用于實現將用戶主機接入組播網絡時，在主機側完成組播組成員的動態(tài)加入與離開，在交換機側完成組成員關系的維護與管理，同時支持與上層組播路由協議的信息交互。IGMP Snooping是IPv4的二層組播協議，使能IGMP Snooping功能后，二層設備會偵聽主機和路由器之間交互的IGMP報文，建立和維護二層組播轉發(fā)表，從而指導組播數據幀在數據鏈路層按需轉發(fā)。

3 網絡結構圖

實現IP組播傳輸，組播源和接收者以及兩者之間的下層網絡和軟件都必須支持組播，而且所有介于組播源和接收者之間的路由器、集線器、交換機、TCP/IP棧、防火墻均需支持同一種組播協議，即PIM-DM和PIM-SM不能同時配置。網絡結構圖如圖1所示。

圖1 省—市網絡結構圖Fig.1 Provincial—city network strucfure map

4 實現方法

當我們將從組播源到組播接收計算機間的所有3層和2層交換設備完成組播配置后，在任意想接收組播信息的計算機上安裝組播雷達顯示軟件，運行該軟件并選擇需要接收信息的雷達站點，就可以實時接收雷達圖像顯示。在雷達組播顯示軟件的安裝過程中需要注意要按照軟件的默認安裝目錄進行安裝，不要更改軟件安裝目錄，否則會導致軟件不能正常運行。

5 PIM SM方式的網絡設備配置要點和配置方法

PIM DM方式的配置方法在文獻[1]中做了詳細的闡述，在此不再贅述。

在應用SM組播方式前，需要進入從組播源到接收者所經過的所有3層設備的各個接口(包括串口、以太網口、用戶接口如vlan接口)使用“undo pim dm”命令將DM組播協議刪除。

5.1 PIM SM方式配置要點

①全網使能組播功能。

②在允許組播通過的接口上使能PIM-SM組播路由協議。

③用戶網關接口使能IGMP。

④選取配置組播流量匯聚點RP 。

5.2 PIM SM方式具體配置步驟

5.2.1 在從組播源到接收者之間經過的所有3層設備的允許組播通過的接口上使能組播功能和PIM SM組播路由協議，在允許通過的用戶接口上開啟IGMP協議。通路上的3層設備包括泰山AR2240、泰安市局主備核心交換機、負載均衡交換機、主備路由器，省局主備路由器、萊蕪市局主備路由器、負載均衡交換機、核心交換機。

5.2.2 路由器配置(以華為路由器ne40為例)

①進入系統視圖 > system-view

②使能組播路由功能 [ ] multicast routing-enable

③進入以太網接口 [ ] interface G0/0/1

④使能PIM SM [ ] pim sm

在所有接設備的以太網口或串口都要執(zhí)行第③④步操作。

5.2.3 3層交換機配置(以華為s9703為例)

①進入系統視圖 > system-view

②使能組播路由功能 [ ] multicast routing-enable

③進入VLAN 接口 [ ] interface vlan n #n為設備上需開通組播的vlan號，

④使能PIM SM [ ]pim sm

⑤使能IGMP [ ] igmp enable

在所有經過的交換機上允許組播通過的用戶接口上均要執(zhí)行第④步和第⑤步操作。用戶主機側需同時配置PIM-SM和IGMP時，必須先使能PIM-SM，再使能IGMP。

5.2.4 在所有3層設備上配置靜態(tài)rp

[ sys] pim

[ ] static-rp ar2240接口地址

[ ] commit

[ ] quit

完成后輸入commit可以使配置立即生效。

5.2.5 2層交換機配置

[ ] igmp snooping enable

有些二層交換機，只具有通過web頁面進行網絡配置的功能，如華為的s1728GWR-4P，則可以通過web頁面的如下界面進行配置：

圖2 二層交換機網頁版配置界面Fig.2 Two Layer switch web page configuration interface

6 小結

①配置PIM 組播前首先需要要保證單播路由互通。

②配置PIM組播要求從組播源至接收點的設備使用同一種組播協議(組播模式)，軟件也需要同時支持組播協議，而且對于同一設備的同一實例，PIM-DM和PIM-SM不能同時配置。

③應用PIM-SM模式需要指定RP。

④用戶主機側需同時配置PIM-SM和IGMP時，必須先使能PIM-SM，再使能IGMP。

⑤PIM-SM能夠以比PIM-DM更精確的方式建立SPT轉發(fā)樹，按需創(chuàng)建組播路由，對于像這種只有少量組播組成員的運行模式更為適宜。

網絡設備的一些功能在平常工作中并不常用，如果我們能夠了解業(yè)務需求和網絡功能的結合點，充分挖掘和利用這些功能，就能實現網絡效益的利益最大化。

[1] 鄭寶枝,張鵬,王金東,等.基于組播技術的新一代天氣雷達實時共享網絡[J].氣象科技，2010,38(3): 353-356.

[2] 廣播電視網絡應用案例之PIM-SSM技術.[2012-08-01][2017-09-13].http://www.h3c.com.cn/MiniSite/Technology_Circle/Technology_Column/ICG/ICG_Technology/201208/750857_97665_0.htm.