PIM-SSM和IGMP Snooping

PIM-SSM

概述

在ASM中，同一时间只允许一个组播源向某个特定的组播组发送组播流量。这个限制将直接造成组播IP地址紧缺

SSM（Source-Specific Multicast，特定源组播），组播接收者通过IGMP成员关系报告加组时，除了指定期望加入的组播组地址，还能够指定组播源的地址，使用IGMP3实现；使得最后一跳路由器在初始时就知晓啦组播源的地址，并且直接朝着源的方向构建SPT的分支，于是组播流量就能够沿着构建好的SPT直接到达接收者，而不用经过RP，实际上该场景完全不需要用到RP。另外，SSM也缓解了组播IP地址紧缺的问题，在SSM中，在同一时间内，不同的组播源可以向同一个组播IP地址发送数据，因此，每个组播应用无需独占一个组播IP地址。IANA规定，232.0.0.0/8这个组播地址段专门用于SSM，SSM在PIM-SM的基础上实现，最后一跳路由器根据组播组地址来选择PIM-SM或PIM-SSM工作模式，缺省情况下，针对232.0.0.0/8地址范围的组播组不执行RPT加入过程

PIM-SSM的对比ASM存在的优势

由于组播接收者在宣告自己加入组播组的时候，同时还指定了组播源的地址，因此最后一跳路由器在最开始的时候便知晓了组播源的地址，它可以直接朝着源的方向建立SPT的分支，而不用朝着RP的方向建立RPT的分支，然后等待组播流量到达之后再进行SPT切换，效率得到了提升
由于组播接收者明确了其感兴趣的组播源，因此如果存在其他组播源向该组播组发送流量，那么这些流量将不会被转发给组播接收者
多个不同的组播应用，可以使用相同的组播组地址。因此有了组播源的加入，组播网络可以在目的IP地址相同的组播流量中，根据源IP区分不同的应用。极大的缓解了组播IPv4地址短缺的问题

PIM-SSM的工作机制

如图，AR1、AR2、AR3、AR4是PIM-SM组播路由器，他们通过OSPF获知了到达全网各个网段的路由。其中AR4在自己连接终端PC的接口G2/0/0上激活了IGMPv3

PC1希望接收组播源10.1.1.1发往组播组232.1.1.1的流量，PC1向网络中发送一个IGMPv3成员关系报告报文，在该报文中，包含一个组记录，该组记录的类型为Mode_Is_Include，组地址为232.1.1.1，而组播源为10.1.1.1
最后一跳路由器AR4收到这个IGMPv3报文后，意识到其接口G2/0/0直连的网络中出现了组播组232.1.1.1的接收者，并且该接收者指定的组播源为10.1.1.1.由于组地址232.1.1.1是SSM地址，因此AR4采用PIM-SSM模式进行后续工作。AR4在自己的单播路由表中查询到达组播源10.1.1.1的路由，记录下路由的出接口，然后立即在其PIM路由表中创建(10.1.1.1,232.1.1.1)表项，将到达10.1.1.1的路由的出接口G0/0/0作为上游接口，将收到IGMPv3成员关系报告报文的接口G2/0/0添加到下游接口列表。随后，AR4将在自己与组播源之间建立一段SPT的分支。它从上游接口G0/0/0发送一个(10.1.1.1,232.1.1.1)的PIM加入报文
AR2收到下游PIM邻居AR4发送的(10.1.1.1,232.1.1.1)PIM加入报文后，在其PIM路由表中创建(10.1.1.1,232.1.1.1)表项，将接收加入报文的接口G2/0/0添加到该表项的下游列表列表中，将到达组播源10.1.1.1的接口作为上游接口。然后AR2从上游接口G0/0/0向上游邻居AR1发送(10.1.1.1,232.1.1.1)PIM加入报文
第一跳路由器AR1收到AR2发送的(10.1.1.1,232.1.1.1)PIM加入报文后，如果已经存在(10.1.1.1,232.1.1.1)表项，则将收到加入报文的接口G0/0/1添加到该表项的下游接口列表中。当10.1.1.1开始向232.1.1.1发送组播流量时，组播流量便能够沿着已经建立好的SPT流向PC1

js 复制代码

//AR1
#
multicast routing-enable
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 10.1.1.254 255.255.255.0 
 pim sm
 ospf enable 1 area 0.0.0.0
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 10.1.12.1 255.255.255.0 
 pim sm
 ospf enable 1 area 0.0.0.0
#
interface NULL0
#
ospf 1 
 area 0.0.0.0 
#

//AR2
#
multicast routing-enable
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 10.1.12.2 255.255.255.0 
 pim sm
 ospf enable 1 area 0.0.0.0
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 10.1.23.2 255.255.255.0 
 pim sm
 ospf enable 1 area 0.0.0.0
#
interface GigabitEthernet2/0/0
 ip address 10.1.24.2 255.255.255.0 
 pim sm
 ospf enable 1 area 0.0.0.0
#
ospf 1 
 area 0.0.0.0 
#

//AR3
#
multicast routing-enable
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 10.1.23.3 255.255.255.0 
 pim sm
 ospf enable 1 area 0.0.0.0
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 10.1.34.3 255.255.255.0 
 pim sm
 ospf enable 1 area 0.0.0.0
#
interface NULL0
#
ospf 1 
 area 0.0.0.0 
#

//AR4
#
multicast routing-enable
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 10.1.24.4 255.255.255.0 
 pim sm
 ospf enable 1 area 0.0.0.0
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 10.1.34.4 255.255.255.0 
 pim sm
 ospf enable 1 area 0.0.0.0
#
interface GigabitEthernet2/0/0
 ip address 192.168.1.254 255.255.255.0 
 pim sm
 igmp enable
 igmp version 3
 ospf enable 1 area 0.0.0.0
#
ospf 1 
 area 0.0.0.0 
#

IGMP Snooping（Internet Group Management Protocol Snooping）

主要用于在交换机上优化组播流量的转发行为。缺省时，交换机只是简单地转发网络中的IGMP报文，不会对这些报文的内容感兴趣。此外，当交换机在某个VLAN内收到组播流量时，它会将这些流量在相同VLAN内所有接口上进行泛洪

当交换机部署了IGMP Snooping之后，它将会侦听组成员与IGMP查询器之间交互的IGMP报文，并解析IGMP报文中的相关信息，然后结合这些信息与接口、VLAN-ID等建立二层组播转发表项。这些转发表项奖用于指导组播流量转发，确保流量只被转发到正确的接口上

概念

名称	描述
路由器接口（Router Port）	指的是运行了IGMP Snooping的交换机朝向上游组播路由器的接口。可以通过动态的方式自动发现，也可以通过手工配置的方式静态指定。对于动态而言，IGMP Snooping交换机会将其收到IGMP常规查询报文或者PIM Hello报文的接口视为动态路由器接口。交换机将在路由器接口上收到上游组播路由器转发的组播流量
成员接口（Member Port）	是IGMP Snooping交换机朝向组播组成员的接口。可通过动态的方式自动发现，也可通过手工配置的方式静态指定。对于动态而言，IGMP Snooping交换机会将其收到IGMP成员关系报告的接口视为动态成员接口
二层组播转发表（Layer 2 Multicast Forwarding Table）	运行IGMP Snooping的交换机会侦听IGMP查询器与组成员之间交互的IGMP报文，并维护二层组播转发表，该表格中的表项将用于指导交换机转发组播流量。在二层组播表项中包含组播组地址、借口信息（路由器接口、成员接口）以及VLAN-ID等信息。在交换机上使用display l2-multicast forwarding-table命令查看二层组播转发表

IGMP Snooping的工作机制

如图，AR1是最后一跳组播路由器，其连接交换机SW的接口已经激活了IGMP。LSW1已经部署了IGMP Snooping，LSW1的所有接口都加入了VLAN10。初始时LSW1的二层组播转发表是空的，因此即使其收到AR1转发的组播流量，也不会将流量转发到任何接口

AR1的接口激活IGMP后，开始周期性发送IGMP常规查询报文
LSW1将在其G0/0/1接口收到AR1发送的IGMP常规查询报文，由于此时LSW的IGMP Snooping路由器接口列表为空，因此LSW1将G0/0/1添加到该列表中，也就是将这个接口指定为动态路由器接口，同时为路由器接口启动一个老化计时器（缺省180秒）。此后如果LSW1再次在该接口上收到IGMP常规查询报文，则刷新这个计时器。然后，LSW1将该IGMP常规查询报文从VLAN10中、除了G0/0/1接口之外的所有接口泛洪出去
PC1、PC2和PC3都将收到LSW1泛洪的IGMP常规查询报文。由于PC3并非任何组播组的成员，因此PC3只是简单丢弃该报文，不会做任何回应。而PC1和PC2是组播组239.1.1.66的成员，因此它们各自发送IGMP成员关系报告报文（注意：PC1和PC2首次加入组播组239.1.1.66时，它们可以主动发送IGMP成员关系报告，而无需等待IGMP常规查询）
接下来LSW1将在自己的E0/0/1和E0/0/2接口上收到IGMP成员关系报告报文，由于激活了IGMP Snooping，因此LSW1将解析所收到的IGMP成员关系报告报文，LSW1意识到E0/0/1和E0/0/2接口所连接的用户需要加入组播组239.1.1.66，于是它在自己的二层组播转发表中创建239.1.1.66表项，将E0/0/1和E0/0/2接口指定为该表项的动态成员接口，并分别为这两个接口启动老化计时器。然后，LSW1将其收到的IGMP成员关系报告报文从路由器接口G0/0/1转发出去
此处有一个细节，IGMP成员关系报告的抑制机制会避免网段中出现多余的IGMP成员关系报告。当IGMP查询器向一个网段发送IGMP常规查询报文时，如果所有的组成员都使用IGMP成员关系报告报文进行回复，显然是多余的。为了避免这种情况，当组成员收到IGMP常规查询报文后，会启动一个时间随机的报告延迟计时器，当该计时器超时后，组成员才会发送IGMP成员关系报告，而同网段中其他同组的成员如果收到这个IGMP成员关系报告并且其报告延迟计时器还未超时，则会抑制自己的成员关系报告。需要注意的是，这个机制在IGMP成员Snooping环境中可能引发一些问题，在本例中如果PC1率先使用IGMP成员关系报告回应AR1的查询，由于IGMP成员关系报告本质上是一个组播报文，因此LSW1若将这个报文泛洪到VLAN10中的所有接口，那么PC2也将会收到该报文，而如果此时PC2的报告延迟计时器尚未超时，那么PC2将抑制自己的IGMP成员关系报告，这样以来，LSW1的E0/0/2接口将无法收到IGMP成员关系报告并导致老化计时器超时，LSW1会将该接口E0/0/2从成员接口列表中删除，因此当其收到发往239.1.1.66的组播流量时，也就不会再向E0/0/2接口转发，而PC2也就无法收到组播流量了
IGMP Snooping考虑到了这个场景。运行了IGMP Snooping的交换机收到IGMP成员关系报告报文后，会将该报文从所有路由器接口转发出去，但是不会将该报文从成员接口转发出去，这就保证一个组播组内的成员不会收到其他成员发送的IGMP成员关系报告，这就解决了因为抑制机制出现的问题
AR1收到LSW1转发上来的IGMP成员关系报告报文后，将维护相关组播表项，并在收到发往239.1.1.66的组播流量后向LSW1进行转发。而LSW1在自己的G0/0/1接口收到发往239.1.1.66的组播流量后，将首先查询自己的二层组播转发表项，并发现存在匹配的表项接口为E0/0/1和E0/0/2这两个成员接口，因此LSW1会将组播流量从这两个接口转发出去，非239.1.1.66的组播组成员PC3则不会收到这些组播流量
现在，PC1要离开组播组239.1.1.66，PC1向网络中发送一个IGMP离组报文。LSW1将在其E0/0/1接口上收到这个报文，LSW1查询自己的二层组播转发表后发现，该接口是组播组239.1.1.66的成员接口，因此LSW1将这个报文从所有的路由器接口G0/0/1转发出去
AR1收到PC1发送的IGMP离组报文后，立即发送IGMP特定组查询报文
LSW1将在其G0/0/1接口上收到这个IGMP特定组查询报文，将这个报文从除了G0/0/1接口之外的、VLAN10中的所有接口转发出去
PC2收到这个IGMP特定组查询报文后，发现查询器所查询的正是自己所在的组播组，于是PC2立即回应IGMP成员关系报告报文
LSW1将在其E0/0/2接口上收到这个IGMP成员关系报告报文，它查询自己的二层组播转发表项后发现，接口E0/0/2已经是组播组239.1.1.66的成员接口，因此它刷新该接口的老化计时器，然后将IGMP成员关系报告报文从路由器接口G0/0/1转发出去
AR1收到PC2发送的IGMP成员关系报告报文后，意识到网段还存在239.1.1.66的组成员，因此继续向该网段转发239.1.1.66组播流量
由于PC1已经离开了组播组239.1.1.66，因此它不再发送IGMP成员关系报告报文。一段时间后，成员接口E0/0/1的老化计时器将会超时，于是LSW1将其从组播组239.1.1.66的成员接口列表中删除，此后，LSW1不再向E0/0/1接口转发该组播组的流量

IGMP Snooping代理（IGMP Snooping Proxy）

AR1的G0/0/0接口作为该网段的IGMP查询器周期性向下游发送IGMP常规查询报文，大家已经知道LSW1（已经激活了IGMP Snooping）收到该报文后会向相同的VLAN中所有的接口进行转发。组成员收到IGMP常规查询报文后，会立即发送IGMP成员关系报告报文，而LSW1只是简单地将这些IGMP成员关系报告报文原封不动地从自己的路由器接口转发出去。如此一来，AR1将收到大量的IGMP成员关系报告，然而实际上对于AR1而言只需知道自己的直连接口上存在组播组的成员即可，换句话说，只需要收到一份IGMP成员关系报告即可，多余的报告只是徒增AR1的处理负担，是没有意义的

IGMP Snooping代理主要有两个功能：

代替上游IGMP查询器，自己生成IGMP查询报文并向下游的组成员进行查询
代替下游组成员，自己生成IGMP成员关系报告报文或IGMP离组报文并发送给上游组播路由器

当LSW1在其接口上收到AR1发送的IGMP常规查询报文时，LSW1将该报文从相同VLAN中泛洪出去。如果此时LSW1的二层组播转发表项中，存在239.1.1.66组播组的成员接口，这意味着LSW1连接着该组播组的至少一个成员，于是LSW1自己生成一个IGMP成员关系报告报文并从路由器接口G0/0/1发送出去。AR1收到该报文后将刷新自己的相关转发表项
当LSW1收到下游的组成员发送的IGMP成员关系报告报文时，如果LSW1的二层组播转发表中已经存在相关转发表项，并且收到该报文的接口已经是该表项的成员接口，那么LSW1只是刷新成员接口的老化计时器，而不会向路由器接口转发这些IGMP报文。如果LSW1存在相关转发表项但是收到该报文的接口并非该表项的成员接口，那么LSW1只将该接口添加到成员接口列表中，并且不会向路由器接口转发这些IGMP报文。如果LSW1的二层组播转发表并不存在相关转发表项，则创建对应的转发表项，然后将收到该报文的接口添加到成员接口列表中，并向路由器接口转发该IGMP成员关系报告报文
当LSW1在成员接口上收到IGMP离组报文时，LSW1将代理IGMP查询器（AR1）立即从该成员接口发送IGMP特定组查询报文，如果一定时间后，依然没有在该接口上收到IGMP成员关系报告报文，则LSW1确定该接口下不再存在该组播组的成员，于是将该接口从相应表项的成员接口列表中删除。如果这个操作完成之后，该组播组依然存在其他成员接口，那么LSW1将不会从路由器接口发送IGMP离组报文，而如果此时该组播组已经没有其他成员接口了，那么LSW1将立即从路由器接口发送IGMP离组报文

js 复制代码

//配置完后AR1并没有看到IGMP表，还得再看看，先记录配置

//LSW1配置
#
vlan batch 10
#
igmp-snooping enable
#
vlan 10
 igmp-snooping enable
 igmp-snooping proxy
#
interface Ethernet0/0/1
 port link-type access
 port default vlan 10
#
interface Ethernet0/0/2
 port link-type access
 port default vlan 10
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 port link-type access
 port default vlan 10
#

//AR1配置
#
multicast routing-enable
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 192.168.1.254 255.255.255.0 
 igmp enable
#