Глава 2. Multicast, IGMP

Общее

Мультикаст = поток UDP на определенные адреса.

Адресация

- 224/24 - local network control block [разничные протоколы маршрутизации, использующие мультикаст: OSPF, rip, igmp, ldp ...]

- 224.2.0.0/16 - SDP/SAP, адреса, использующиеся для передачи multicast session.

- 232/8 - под SSM

- 233/8 - используется под глобальную мультикаст-адресацию (GLOP) || 233.[first byte of AS].[second byte of AS].1-255 || только для 16-ти битных AS

- 234/8 - unicast-prefix-based IPv4

- 239/8 - administratively scoped block || это адреса, которые могут быть использованы в разных частях сети. Тоже самое, что и private IP.

Multicast IP => multicast mac

Если не заморачиваться почему так, то правило перевода простое:

Конвертируем последние 23 бита IP в десятичную систему счисления.

• 224.10.8.5: 0001010.00001000.00000101 => 0a.08.05

Прибавляем к "01-00-5e" переведенное значение.

• 01-00-5e + 0a-08-05 = 01-00-5e-0a-08-05

Проблема в том, что для разных мультикаст-групп (адресов) - мак-адреса будут пересекаться, т.к. не учитываются первые биты ip-адреса.

Multicast forwarding

• unicast forwarding основан на dest ip.
• multicast forwarding основан на source ip.

Предотвращение петель:

• RPF-check для источника: сравнивается с какого интерфейса фактически пришел мультикаст пакет с тем, откуда по unicast table пакет должен приходить (источник или RP). Если сходится - RPF done, не сходится - RPF fail. Префиксы, прошедшие RPF-check хранятся в inet.1.
• Multicast трафик никогда не форвардится в сторону источника.

show multicast rpf <group ip>

Routing tables

inet.0 - дефолтная таблица для проведения RPF-check [можно использовать inet.2, которая для этого и предназначена]. Если unicast и multicast топологии одинаковые, то inet.0 и inet.2 будут одинаковы.

inet.1 - записываются результаты RPF-check, форвардинг производится на основании этой таблицы.

>show route table inet.1  
inet.1: 238 destinations, 238 routes (238 active, 0 holddown, 0 hidden)
+ = Active Route, - = Last Active, * = Both
224.0.0.0/4        *[Multicast/180] 74w2d 13:10:11
                      MultiResolve
224.0.0.0/24       *[Multicast/180] 74w2d 13:10:11
                     MultiDiscard
232.0.0.0/8        *[Multicast/180] 74w2d 13:10:11
                     MultiResolve
232.192.1.1,10.200.86.1/32*[PIM/105] 6w0d 08:32:53
                     Multicast (IPv4) Composite
232.192.1.1,10.200.86.2/32*[PIM/105] 8w3d 15:25:48
                     Multicast (IPv4) Composite
232.192.1.2,10.200.86.1/32*[PIM/105] 6w0d 08:32:52
                      Multicast (IPv4) Composite
232.192.1.2,10.200.86.2/32*[PIM/105] 8w3d 15:25:52
                     Multicast (IPv4) Composite
232.192.1.4,10.200.86.1/32*[PIM/105] 23:11:56
                     Multicast (IPv4) Composite
...

Detailed

232.192.1.1.10.200.86.1/64 (1 entry, 1 announced)
       *PIM    Preference: 105         
               Next hop type: Multicast (IPv4) Composite, Next hop index: 1048796
               Address: 0xa4edf30
               Next-hop reference count: 28
               State: <Active Int Ext AckRequest>
               Local AS: 100 
               Age: 6w0d 8:35:30 
               Validation State: unverified 
               Task: PIM.master
               Announcement bits (1): 0-KRT 
               AS path: I
               AS path: Recorded

inet.2 - если для multicast на сети должна быть использована другая топология, то используем эту таблицу. inet.2 в таком случае будет использоваться для RPF-check.

MP-BGP и multitopology IS-IS могут напрямую заполнять маршрутной информацией inet.2.

Чтобы ISIS стал заполнять inet.2 - нужно включить

set protocols isis topologies ipv4-multicast 

Все остальные протоколы для заполнения таблицы должны заниматься копированием в inet.2 маршрутов с помощью RIB-groups.

IMPORT-RIB: для протокола PIM import-rib копирует маршруты из протокола в указанную таблицу. То есть указываем только одну таблицу. Указанная таблица будет использоваться для RPF.

Для остальных протоколов первая таблица <> - откуда копируются маршруты, вторая <to-inet2> - куда копируются.

set routing-options rib-groups mcast-table import-rib inet.2
set protocols pim rib-group inet mcast-table

set routing-options rib-groups import-rib to-inet2 [inet.0 inet.2]
set routing-options rib-groups import-policy static *по желанию/необходимости
set protocols ospf rib-groups to-inet.2
set routing-options interface-routes rib-group inet to-inet2

В обычном понимании: если задаём export-ribs, то при этом указывается только одна таблица, куда будут скопированы маршруты. Но для PIM не работает export-ribs.

Automatic Multicast Tunnel Gateway [AMT protocol]

Возможность соединять multicast-enabled сеть и ipv4-only сеть (без мультикаст). Позволяет получать мультикаст трафик, там, где не включен мультикаст.

AMT протокол дает возможность искать и устанавливать соседство между relay-роутерами и gateway-роутерами.

Relay-роутеры - обычные мультикаст роутеры (с native-multicast), на которых аггрегируется большое кол-во AMT-туннелей.

Трафик до пользователей в multicast сети идет как multicast. Запросы трафика - multicast join.

Трафик до пользователей в ipv4-only сети получают в виде UDP unicast stream. Запросы делаю в виде UDP IGMP request.

Работает только с PIM-SSM.

Работает только с IPv4.

IGMP

Internet group management protocol

IGMP не протокол маршрутизации. Работает между получателями и роутером, с которого отдается мультикаст в сегменте. Он просто передает информацию роутеру о заинтересованных получателях и получателях, которые хотят покинуть группу.

Для IPv6 используется точно такой же по принципу работы протокол MLD.

Сообщения

Report/Join message: отправляет хост, когда хочет подписаться на какую-то группу.  DA = group address. После того как хост подписался на группу, он должен отвечать на query message от роутера. TTL = 1, т.к. сообщение должно долететь только до ближайшего маршрутизатора.

General query:  роутер шлет general query на 224.0.0.1 всем хотсам (роутер при этом называется query-router (опрашивающий)). Хосты в ответ присылают группы, на которые они еще хотят быть подписаны. TTL тоже = 1.

Чтобы не дублировались ответы с одной группой от разных хостов, хосты шлют ответы с разным временным интервалом. Если хост видит, что о его группе сообщил другой хост, то он не будет отправлять ответ роутеру. Роутер итак сохранит интерфейс как downstream для данной группы.

Если в домене несколько query-роутеров, то в качестве активного будет выбран с наименьшим ip.

Leave message:

• IGMP2: Хост отправляет leave message для конкретной группы на общий адрес 224.0.0.2.
• IGMP1: Хост просто перестает отвечать на query от роутра. Если больше нет подписчиков на группу, роутер по истечению какого-то интервала перестает слать трафик в интерфейс.

Group-specific query:

• IGMP2: Когда роутер получил leave от хоста, он отправляет general-specific query на адрес этой группы, чтобы понять есть ли еще заинтересованные получатели.

Разные версии протокола

• IGMP v 1

• Чтобы получить трафик от конкретной группы, хост отправляет роутеру report message.
• Для отключения от группы хост просто перестает отвечать роутеру на query.
• Таймаут, после которого роутер перестает вещать группу в downstream interface = 260.

(robustness count * igmp_query interval) + (1*IGMP response interval) = (2*125)+(1*10) = 260

• Для выбора query-router нет отдельного механизма. Выбирать должен routing protocol.

• IGMP v 2

• Чтобы подписаться, хосты шлют report-message.
• Чтобы отписаться, хосты шлют leave-group message.
• Чтобы проверить наличие подписчиков, роутер шлет group-specific message.
• Таймаут, после которого роутер перестает вещать: нет ответа от хостов в течение 2 сек (дефолт).

robusness count * IGMP last member query interval = 2*1 = 2

• Query-router - с наименьшим ip. Если падает query-router, его роль выполняет non-query router.

• IGMP v 3

Все улучшения для v 2. [активная подписка и отписка на группы].

Используется для SSM, поэтому report message (на адрес 224.0.0.22 - all IGMPv3) может содержать source information.

L2 switches

Свитчи обрабатывают мультикаст трафик как бродкаст, по умолчанию, т.е. шлет трафик во все порты.

IGMP-snooping позволяет выделить мультикаст трафик. С помощью IGMP сообщений, свитч может понять где получатели и слать трафик только к ним. Делит порты на multicast-router interface (откуда приходят query, либо заданы статически), host-side interface (все остальные).

Передача трафика:

1. Весь трафик направлен в multicast-router интерфейс.
2. Если через IGMP-snooping свитч узнает о портах, за которыми сидят получатели, то шлет трафик туда.
3. 224/8 сеть бродкастом идет во все порты, кроме входящего.

Стандартное расширение IGMP позволяет только обрабатывать query от роутера и сообщения от получателей. Не генерирует IGMP сообщения.

IGMP snooping proxy ведет себя как роутер для получателей (генерирует query), работает как получатели для роутера (генерирует leave и join сообщения).

Тем самым уменьшается кол-во report-сообщений для роутера.

Configuration

На интерфейсах с активным pim, автоматически включается IGMPv2.

Можно менять дефолтные значения всяких таймеров.

Можно статически подписываться на какую-то группу (полезно для тестов). При этом интерфейс просто добавляется в outgoing list.

По умолчанию на Juniper используется IGMPv2, но при необходимости можно задать на интерфейсах нужную версию.

set protocols pim interface ge-0/0/0.910
set protocols igmp interface ge-0/0/0.910 version 1
set protocols igmp interface ge-0/0/0.910 static group 239.100.1.1

Troubleshoting

show igmp interfaces
show igmp groups
show igmp statistics
включение traceoptions