跨AS 的源特定组播网络技术Juniper 网络公司解决方案.pdf-资料库

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白皮书跨 AS 的源特定组播网络技术 Juniper 网络公司解决方案张国宏 Juniper 网络公司顾问工程师北京代表处上海代表处北京市东城区东长安街 1 号上海市南京西路 1168 号东方经贸城西三办公楼 15 层 1508 室中信泰富广场 2611 室邮政编码：100738 邮政编码：200041 电话：8610-6528 8800 电话：8621-5292 5618 传真：8610-6518 2626 传真：8621-5292 5651 Part Number: 200046-001SC

跨 AS 的源特定组播网络技术 Juniper 网络公司解决方案张国宏 Juniper 网络公司顾问工程师随着网络宽带化进程的加快，流媒体以其直观性、实时性、互动性等特点广泛应用于视频点播、网络教学、网络直播等诸多业务。这些业务都具有点对多点的业务特性，因此，为了节省网络资源的占用，不论是 ATM 还是 IP，作为承载网络，组播技术都是必不可少的一项重要技术。随着 IP 网络的日益普及，特别是 IP 网络端到端的网络特性使网络终端的加入和离开可以更加灵活，IP 组播技术的应用具有了更强的实用性，因此也就得到了更飞速的发展。源特定组播就是 IP 组播技术中的一项新兴技术，这项技术针对组播业务的特点进行了设计，提供了更优化的网络性能。一、 JUNIPER 组播解决方案的优势 JUNIPER 的全系列路由器支持完整的组播路由协议包括： IGMPv1,2,3 DVMRP, PIM-SM, PIM-DM MSDP, MBGP SSM 其它 JUNIPER 的全系列路由器的体系结构十分适合于 IP 组播应用，众所周知，在 IP 网络钟，每个组播组都会形成一个组播树，组播源是树根，而组播组的成员是树枝，如下图所示。组播路由器负责复制 IP 组播分组，并把 IP 组播分组发送到多个输出接口。 Copyright ©2003, Juniper Networks, Inc. 2

图 1 IP 组播树 S= 组播源 G= 组播组成员 JUNIPER 的全系列路由器支持大量的组播状态，能支持上百万条（S,G）状态条目，因 JUNIPER的M－系列路由器使用单个分组缓存的体系结构，IP分组进入路由器时，存储在该缓存器中。这种体系结构的简单性，十分适合于IP组播分组的复制，当路由器需要向多个输出接口发送组播IP分组包时，JUNIPER的路由器只需简单地从它的缓存器中复制多个IP组播分组即可，十分简单，性能非常优异。 JUNIPER 的全系列路由器在转发组播 IP 分组时，与转发单播 IP 分组一样，使用硬件来转发，因此在 JUNIPER 的所有路由器中，组播性能与单播性能完全一样，都能线速地转发组播和单播 IP 分组。即使在 IP 组播树的分枝很多时，也不会影响到 IP 组播性能。此，保证在在运营商网络中开展 IP 组播服务的扩展性。 JUNIPER 的全系列路由器具有强大的组播路由能力，组播路由的收敛时间与单播路由一样快，不会超过几秒钟的时间。同时，当 IGP 发生变化时，能立刻激活 RFP 的重新计算。二、源特定组播概述源特定组播（SSM：Source Specific Multicast）是一种区别于传统组播的的新的业务模型，它使用组播组地址和组播源地址同时来标识一个组播会话，而不是向传统的组播服务那样只使用组播组地址来标识一个组播会话。SSM 保留了传统 PIM-SM 模式中的主机显示加入组播组的高效性，但是跳过了 PIM-SM 模式中的共享树和 RP 规程。在传统 PIM-SM 模式中，共享树和 RP 规程使用(*，G)组对来表示一个组播会话，其中（G）表示一个特定的 IP 组播组，而（*）表示发向组播组 G 的任何一个源。SSM 直接建立由(S,G)标识的一个组播最短路径树（SPT：Shortest Path Tree），其中（G）表示一个特定的 IP 组播组地址，而（S）表示发 Copyright ©2003, Juniper Networks, Inc. 3

向组播组 G 的特定源的 IP 地址。SSM 的一个（S,G）对也被称为一个频道(Channel)，以区分传统 PIM-SM 组播中的任意源组播组（ASM：Any Source Multicast）。由于 ASM 支持点到多点和多点到多点两种组播业务模式，因此源的发现过程是 ASM 复杂性的原因，例如在 PIM-SM 模式中，用户用户点击浏览器中的组播内容，接收端设备只被通知到组播组的内容，而没有被通知到组播源的信息。而在 SSM 模式中，用户端将同时接收到组播源和组播组信息。因此,SSM 特别适合于点到多点的组播服务，例如网络娱乐频道、网络新闻频道、网络体育频道等业务，但如果要求多点到多点组播服务则需要 ASM 模式。 PIM-SSM 是对传统 PIM 协议地扩展，使用 SSM，用户能直接从组播源接收组播业务量， PIM－SSM 利用 PIM-SM 的功能，在组播源和客户端之间，产生一个 SPT 树。但 PIM-SSM 在产生 SPT 树时，不需要汇聚点（RP）的帮助。在缺省情况下，SSM 组播组地址限制在 IP 地址范围：232.0.0.0 – 232.255.255.255 之间，但在 JUNIPER 的路由器中，可以把 SSM 操作扩展到其它 CLASS D 的 IP 地址范围内。一个具有 SSM 功能的网络相对于传统的 PIM-SM 网路来说，具有非常突出的优越性。网络中不在需要汇聚点（RP），也不在需要共享树或 RP 的映射，同时网络中也不再需要 MSDP 协议，以完成 RP 与 RP 之间的源发现。三、源特定组播需要 IGMPv3 技术为了成功实施 SSM 组播业务，除了要求网络端到端地支持网络组播和 SSM 模式外，同时还要求网络和应用支持 IGMP V3 协议栈。源特定组播需要使用 IGMP V3，IGMP V3 在 IGMP V1/V2 的基础上提供了额外的源过滤组播功能（SFM：Source-Filtered Multicast）。在 IGMP V1/V2 中，主机只根据组地址来决定加入某个组并从任何一个源接收发给该组地址的业务量。具有源过滤组播功能（SFM）的主机使用 IGMP V3 来通告该主机所希望加入的组播组，同时还通告该主机所希望接收的组播源的地址。主机可以通过一个包括列表（Inclusion List）或一个排除列表（Exclusion List）,前者规定了该主机所期望接收的组播源的地址（即规定了哪些源能发送给该组播组），而后者规定了该主机不希望接收的组播源的地址。JUNIPER 的路由器支持源特定组播所必需的 IGMP V3 和 SFM 功能，同时还要求运营商在开展源特定组播服务时，所选用的交换机、DSL 接入设备和主机或用户端设备如 PC 等都支持 IGMP V3 功能，目前 WINDOWS XP 已经支持 IGMP V3，同时某些 UNIX 操作系统还支持升级到 IGMP V3。IGMP V3 还与 IGMP V1/V2 后向兼容。实施 SSM 模式非常容易，网络管理人员只需在 M-路由器的所有接口上配置 PIM-SM，并发布必要的 SSM 命令，包括在连接接收端 LAN 的接口上规定 IGMP 版本 3。在 PIM－SSM 配置中，应使用 IGMP V3 所支持的源列表，只有在该源列表中规定的组播源才能向一个 SSM 组播组发送组播业务量。 Copyright ©2003, Juniper Networks, Inc. 4

四、源特定组播流程在一个 PIM-SSM 网络中，一个主机用户使用 IGMP V3 登记一个 SSM 频道，并通告它所期望加入的组播组 G 和组播源 S，如下图所示。该主机所直接连接的 PIM-SM 路由器（即接收端的指定路由器 DR），向源方向的 RPF 邻居发送(S,G)加入消息。图 2 接收端通告希望加入组播组 G 和组播源 S (S,G)消息发起建立源树，然后向组播源方向一跳一跳地建立源树，即 SPT 树，直到到达组播源。如下图所示，穿过整个网络建立源树（SPT 树）。图 3 源端路由器加入源树（SPT 树）利用源树（SPT 树），把组播业务量传递给终端用户，如下图所示。图 4 在源和接收端之间建立了(S,G)状态 Copyright ©2003, Juniper Networks, Inc. 5

五、跨自治域的源特定组播技术当运营商需要开展跨不同自治域的源特定组播业务或源指定的点到多点组播业务时，建议采用 PIM-SSM 技术来提供。网络结构如下图所示，这时网络中不在需要 RP 点，在提供跨 AS 的组播业务时，也不需要在 RP 点之间运行 MSDP 协议，网络结构比较简单。在网络组成中，要求连接组播源和组播接收端的路由器需要支持 IGMP V3，同时还要求组播源、组播接收端和所连接的二层交换机都支持 IGMP V3。一个 AS 内相关路由器都运行 PIM-SM 协议，在连接两个 AS 的边界路由器（ASBR）的相连链路上也需要激活 PIM-SM 协议。如果不需要对跨 AS 的组播路由进行特殊控制，则在 ASBR 之间运行标准的 EBGP 协议即可，这时 AS2 中的路由器的组播 RFP 检验表与单播路由表相同，即使用单播路由表来完成 RPF 检验。当有组播接收端加入时，可以同时规定所希望加入的组播源地址和组播组地址，其所直接连接的路由器将向组播源方向发起建立最短路径树（SPT 树）即源树，SPT 树首先在接收端所在的 AS 内发起，根据 EBGP 传过来的组播源的路由，SPT 树选择一个最优的 ASBR 作为出口，在 ASBR 之间建立 SPT，然后在组播源所在 AS 内建立 SPT，SPT 树建立的方向即为各路由器中单播路由表里通往组播源的路由方向。当 SPT 建立完毕后，组播源即可向该接收端发出组播流量。 Video Server S IGMPv3 IP自治系统1 （AS1) iBGP PIM-SSM RR iBGP L2 SW IGMPv3 DR SPT ASBR PIM-SM eBGP SPT ASBR SPT DR DSLAM IGMPv3 IGMPv3 Multicast Receiver 2 SPT树 iBGP session iBGP SPT PIM-SSM IP自治系统2 （AS2) RR iBGP DR L2 SW IGMPv3 IGMPv3 Multicast Receiver 1 图 5 跨自治域源特定组播的基本原理如果网络管理人员需要对组播路由进行控制，例如希望组播业务量走一个 ASBR，而单播业务量走另一个 ASBR，则可以在连接两个 AS 的 ASBR 之间同时运行普通 EBGP 和组播多协议 EBGP。普通 EBGP 用来传递普通单播路由，而组播多协议 BGP 则用来传递组播 RPF 路由。如下图所示。 Copyright ©2003, Juniper Networks, Inc. 6

SPT树 iBGP session Video Server S IGMPv3 IP自治系统1 （AS1) iBGP PIM-SSM RR iBGP L2 SW IGMPv3 DR SPT ASBR ASBR PIM-SM SPT eBGP/MPBGP ASBR ASBR SPT DR DSLAM IGMPv3 IGMPv3 Multicast Receiver 2 iBGP SPT PIM-SSM IP自治系统2 （AS2) RR iBGP DR L2 SW IGMPv3 IGMPv3 Multicast Receiver 1 图 6 跨自治域源特定组播在边界路由器间运行 MP-BGP 而在另一个 ASBR 上设置 LOCAL PREFERENCE 属性如下：从 EBGP 对等所接收的前缀： Unicast: Local Pref=100 Multicast RPF: Local Pref=50 从而可以控制组播业务量走前一个 ASBR，而单播业务量走另一个 ASBR，如下图所示。通过对 BGP 的各种属性的控制，从而能控制组播路由。例如，如果网络管理人员希望组播业务量走一个 ASBR，而单播业务量走另一个 ASBR，则可以在一个 ASBR 上设置 LOCAL PREFERENCE 属性如下：从 EBGP 对等所接收的前缀： Unicast: Local Pref=50 Multicast RPF: Local Pref=100 Copyright ©2003, Juniper Networks, Inc. 7

Video Server S IGMPv3 IP自治系统1 （AS1) PIM-SSM 从EBGP对等所接收的前缀： Unicast: Local Pref=50 Multicast RPF: Local Pref=100 SPT树 iBGP session 从EBGP对等所接收的前缀： Unicast: Local Pref=100 Multicast RPF: Local Pref=50 L2 SW IGMPv3 DR SPT ASBR 组播业务量 SPT ASBR 单播业务量 ASBR SPT DR DSLAM IGMPv3 IGMPv3 Multicast Receiver 2 SPT PIM-SSM IP自治系统2 （AS2) DR L2 SW IGMPv3 IGMPv3 Multicast Receiver 1 图 7 跨自治域源特定组播使用 MP-BGP 来控制组播路径选择六、源特定组播中的组播业务控制技术 JUNIPER 的 M－系列路由器在完成上述任务的同时，还能帮助运营商的网管人员对组播源和接收端进行控制，例如在边界路由器的接口上进行组播业务量过滤配置，在连接组播源的接口上配置只允许该组播源所代表的组播组进入网络，而不允许其它组播组进入网络，如下图所示，而在其它所有不连接组播源的路由器的接口上配置不允许任何组播源进入网络，从而保证运营商的 IP 网络的安全和带宽的有效利用。 Copyright ©2003, Juniper Networks, Inc. 8

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