基于eNSP的组播配置实验.docx

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基于eNSP的组播配置实验

基于eNSP的组播配置实验

摘要：

本文首先对路由协议与组播协议和进行简述，其次通过eNSP模拟器完成网络的基础配置和多播配置，最后通过实验测试来验证这一方法的可行性，并对应用过程中的易发生的错误进行总结。

关键词：

互联网；路由协议；组播协议；eNSP模拟器中图分类号：

TP391.6

1988年SteveDeering在其博士论文中提出了IP组播的概念，但是互联网的复杂性给IP组播的发展带了巨大的困难，因为在互联网中的路由器并不都能很好地支持IP组播协

议。

尽管如此，IP组播协议还是向前发展，并在广播、视频会议与实况转播等各领域获得了广泛的应用，使传播变得更高效、快捷。

1路由协议路由协议包括静态和动态路由。

静态路由的特点是简单、开销小，但不能及时应对网络的变化，需人工手动配置路由表，即直连路由；动态路由的特点是复杂、开销大，但能很好地适应网络的变化。

动态路由又分为距离-向量路由算法和链路状态路由算法。

距离-向量路由算法的典型代表就是RIP，RIP以固定的时隙和相邻的路由器交换信息，发送的信

息是网络距离和下一条路由器，且范围限制在15跳以内。

链路状态路由算法的典型代表是OSPF，OSPF采用分层结构，上层的是骨干区域，标识符为0.0.0.0；下层称为下层区域，其标识符可以是1.1.1.1或2.2.2.2等；骨干区域通过边界路由器连接下层区域。

OSPF分层结构使交换信息的种类增加，协议更加复杂，但每一个区域内交换的信息大大减少，使OSPF可以适用于大规模的自治系统。

OSPF仅当网络拓扑发生改变时，才向相邻路由器发送链路状态信息，相邻路由器得到信息后修改路由表，并将此信息从各端口发送给与它相邻的路由器（除来的端口外），最终使整个自治系统内所有路由器保持链路状态数据库同步，即全自治系统维持同一个网络拓扑图。

2组播协议

2.1组播的地址

组播相对于单播和广播而言，具有效率高，CPU负载轻，冗余流量少的特点。

组播地址也与单播和广播不同，组播地址是D类地址，前缀是“1110”，地址范围是224.0.0.0-239.255.255.255。

每一个D类地址标志一组主机（并非所有的D类地址都可以作为组播地址），而且组播数据报不产生ICMP差错报文，换句话说，如果在PING命令后输入组播地址，将永远不会收到响应。

组播地址换算为MAC地址：

假设组播地址为224.0.0.1，先把IP地址转变为二进制数：

224.0.0.1->11100000.00000000.00000000.00000001；接着只映射IP地址的后23位，因为MAC地址是用十六进制表示的，所以只要把二进制的IP地址4位一组合就可以了，其中第24位取0，即00000000.00000000.00000001，换成十六进制数为00-00-01。

然后再在前而加上固定的首部，即01-00-5E，最后结果是01-00-5E-00-00-01。

显然，01-00-5E-00-00-01对应的组播地址并不是唯一的，

32位组播地址头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，所以共对应32个IP组播地址。

但这一组32个组播IP地址，同时出现在一个本地局域网络里的概率很小，如果出现了，那么加入其中一个组的主机能收到另一个组的组播报，但是该主机的上层协议会做出判断，丢弃不属于自己的组播报。

2.2组播传输路径与数据转发源主机向多个目的主机发送数据包的路径可以描述为一棵树，称之为组播分布树，分布树包括有源树和共享树；组播源作为根结点，目的主机为叶子结点，其间以最短路径连接的树即为有源树，也称最短路径树SPT（ShortestPath

Tree），其特点是路径最优，延时最小，但占用内存较多；共享树与有源树的区别就是根的不同，其用网络中一些点做为公共树根，也叫汇合点RP（RendezvousPoint），其特点是占

用内存少，但路径不是最优，并引入了额外的延时。

组播数据转发是逆向转发，当路由器收到组播数据报文后，依据单播路由表查找组播报文源地址的路由接口，如果该路由信息接口就是数据报文的入接口，则向分发树的下游转发，否则，丢弃。

这一转发机制称为“逆向路径转发”机制（RPF,ReversePathForwarding）,避免环路的产生。

2.3组播体系结构

组播协议包括主机-路由器（含三层交换机）之间的组成员关系协议和路由器-路由器之间的组播路由协议；组成员关系协议典型代表为互联网组管理协议IGMP（InternetGroupManagementProtocol）,组播路由协议包括域内组播路由协议及域间组播路由协议；域内的组播路由协议又包括密集模式与稀疏模式。

密集模式主要有PIM-DM（ProtocolIndependentMulticast-DenseMode）、DVMRP（DistanceVectorMulticastRoutingProtocol），稀疏模式主要有PIM-SM（ProtocolIndependentMulticast-SparseMode）。

2.4IGMP的工作原理在一般的网络中，源主机与目的主机分属在不同的子网中，路由器会将源主机的组播报文隔离本地子网中，这样就需要路由器将组播报文转发给目的主机所在的子网，目的主机无法直接接收源主机的组播流。

主机与路由器交互信息的IGMP协议目前最高为V3版，所有要加入组播组的主机和所有连接到有组播主机的子网中的路由器都必须使用IGMP，IGMP消息不能被路由器转发，只能限制在本地网段内部。

IGMP的TTL参数永远是1，保证了IGMP的使用范围。

当一台主机要加入某个组播组，它会主动向组播路由器发送MembershipReport消息，路由器通过向全子网主机（地址为224.0.0.1）发送GeneralQuery消息响应主机发送的消息，想要加入组播的主机收到消息后再做出响应，发出MembershipReport消息，路由器即向全子网转发组播流；同时路由器以一定的时间间隔发送GeneralQuery消息来轮询所接端口有无组员存在，如3次皆无响应，则不再向该端口转发组播报文。

当目的主机要离开组播组时，它要先向本地组播路由器发送LeaveGroup消息，地址为组地址224.0.0.2，即全子网路由器，当本地路由器收到消息后，必须判断子网中是否仍有其它组员存在，于是向全子网主机发出Group-SpecificQuery消息，若同一子网中还有其他主机需要组播报文转发时，其他主机向路由器发出MembershipReport消息，路由器继续转发组播报文，否则，停止转发。

以上工作流程可知，IGMP必须对全子网主机转发，这浪费了子网带宽和主机资源，因此引入了IGMPSnooping协议，IGMPSnooping工作于二层交换机，使得交换机只向有需要的目的主机转发组播数据，而不向无需要的端口转发。

3网络配置实验

本次实验采用了eNSP模拟器，eNSP是华为旗下免费的

网络仿真平台，图形化界面，包含的仿真设备极其丰富，支持大型网络模拟，可以做为学习和网络布署实施前的测试，所得实验数据均为模拟数据，但是数据足以证明在真实环境下配置命令的可行性与正确性。

3.1基础配置

0区与1区的网络拓扑图如图1，全网通过IP协议实现网络互连，全网的设备端口IP地址如图1，全网通过OSPF路由协议实现路由转发，建立单播路由表。

路由器与交换机基础配置要点：

3.1.1路由器端口配置步骤：

第一步，直接进入互连端口界面，命令如：

[AR1]interfacegigabitethernet0/0/0

配置过程中，如果忘了命令的全称，可以用缩写或用Tab键自动补全功能。

第二步，进入端口界面后，直接配置IP地址和子网掩码，命令如：

[AR1-GigabitEthernet0/0/0]ipaddress10.0.0.124第三步，设置回环地址，如：

[AR1]interfaceloopback0

[AR1-LoopBack0]ipaddress1.1.1.132

第四步，配置OSPF协议时，要注意，局端的路由与交换机配置为0区，其它台站的配置为1区、2区、3区等。

要包含回环地址和所有与路由器直接相连的网段，并注意子网掩码的输入格式，如：

[AR1]ospf1

[AR1-ospf-1]area0

AR1-ospf-1-area-0.0.0.0]network1.1.1.10.0.0.0

[AR1-ospf-1-area-0.0.0.0]network10.0.0.00.0.0.255

[AR1-ospf-1-area-0.0.0.0]network10.0.1.00.0.0.255第五步，边界器的特点如图1，与0区设置相连的的端口属于0区，还用area0命令，但与台站端相连的端口则属于1区或2区3区等，要用area1或area2等命令。

如：

[AR2-ospf-1]area0

[AR2-ospf-1-area-0.0.0.0]network2.2.2.20.0.0.0

[AR2-ospf-1-area-0.0.0.0]network10.0.0.00.0.0.255[AR2-ospf-1]area1

[AR2-ospf-1-area-0.0.0.1]network10.1.0.00.0.0.255最后，设备配置完成后，要注意保存，命令如下：

save

3.1.2交换机与路由器的不同点是：

华为交换机不可以直接进入端口界面配置IP地址，而是要建立VLAN，给VLAN配置虚拟接口IP地址，简称虚地

址。

而后，要把物理端口放入相应的VLAN中，并设置通过特性来保证安全性。

命令举例如下：

[LSW1]vlan1001

[LSW1]intvlan1001

[LSW1-Vlanif1001]ipaddress10.0.1.224

[LSW1-Vlanif1001]quit

[LSW1]interfacegigabitethernet0/0/1[LSW1-GigabitEthernet0/0/1]porthybridpvidvlan1001[LSW1-GigabitEthernet0/0/1]porthybriduntaggedvlan

1001

图1网络拓扑图

3.1.3基础配置测试

按以上命令在eNSP模拟器上完成网络配置，由于篇幅，配置过程从略。

配置大体分两步走，首先完成area0上的基础配置，并在完成Client1上的配置（IP地址为10.0.2.2，子网掩码为255.255.255.0，网关为10.0.2.1），并在AR2上测试（ping）与Client1的连通性。

其次完成area1上的基础配置，并在完成Client2上的配置（IP地址为10.1.20.1，子网掩码为255.255.255.0，网关为10.1.20.254），并在Client2上测试（ping）与Client1、Client3、Client4和Client5的连通性。

实验测试结果为连通性良好。

图2测试连通图

3.2组播配置

3.2.1交换机和路由器的组播配置的要点：

第一步，在交换机和路由器上开通多播功能，命令如下：

[AR1]multicastrouting-enable

第二步，进入设备的物理端口或VLAN虚接口，将接口配置为PIMSM模式，命令如下：

[AR1]interfacegigabitethernet0/0/0[AR1-GigabitEthernet0/0/0]pimsm或

[LSW1]intvlan1001[LSW1-Vlanif1001]pimsm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-bsrpriority10

[AR1-pim]c-bsrloopback0

[AR1-pim]c-rppriority10

[AR1-pim]c-rploopback1

第四步，为了实现组播rp的备份与负载均衡，即实现AnycastRp，在1区的核心路由器与0区的核心路由器之间的loopback0上建立MSDP邻居关系，命令如下：

[AR1]msdp

[AR1-msdp]ornating-rpLoopBack0

[AR1-msdp]peer3.3.3.3connect-interfaceLoopBack0

[AR3-msdp]ornating-rpLoopBack0

[AR3-msdp]peer1.1.1.1connect-interfaceLoopBack0第五步，交换机有连接PC的接口，要开启IGMP，命令如下：

[LSW3-Vlanif30]igmpenable

交换机有连接PC的vlan，要开启igmp-snooping，命令如下：

[LSW3-vlan30]igmp-snoopingenable

3.2.2全网组播配置测试

按以上命令在eNSP模拟器上依次完成各仿真设备的组播配置，由于篇幅，详细配置过程从略。

为测试组播流，需要在系统上安装VLCmediaplayer做为组播服务端与客户端，然后在client1设置组播源的文件路径，组播组IP地址为225.1.1.1，组播组MAC地址为01-00-5E-01-01-01，源IP地址为10.0.2.2；在client2设置组播版本为Version2，并设置源IP为10.1.20.1，目的IP为225.1.1.1，目的MAC地址为01-00-5E-01-01-01，client3、client4及client5只需改一下源IP地址即可，不再赘述。

在client1上点击运行按钮，播放节目源，在client2、

client3和client4上点击加入按钮及启动VLC按钮，测试结果如图3，其中，client2、client3和client4的播出画面与声音几乎同步，但三者与client1相比，有大约一秒的延时；通过在LSW4上测试可知，LSW4对client5也无组播报文转发。

图3运行client1、client2、client3和client4

4结束语组播配置的成功与否，关键是首先做好基础配置，因为组播数据转发是依据单播路由表查找组播报文源地址的路由接口，所以源主机与目的主机一定要连通后才可以做组播配置；其次，只能使用一种组播路由协议（本例中使用pim-sm）,并且在核心路由器上要配置c-bsr和c-rp。

组播配

置如果不成功，可以通过调试，找到故障点：

首先查看LSW3上的组播转发表是否建立，即：

displaymulticastforwarding-table，如果没有建立，看组播路由表有没有建立，即：

dispmulticastrouting-table；其次查看PIM路由表，即：

displaypimrouting-table；最后，查看路由器上MSDP对等体，即：

displaymsdpbrief与displaymsdpbrief。

总之，eNSP作为组播应用推广的前期实验是便捷高效的，对于组播的推广应用有着重大的意义。

参考文献：

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机械工业出版社，2013（04）：

109-111，131-135，140-141.

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清华大学出版社，2008（05）：

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[3]王达.Cisco/H3C交换机配置与管理完全手册[M].北京：

中国水利水电出版社，2009：

763-787，860-867，894-937.

作者简介：

何俊（1976-），男，福建上杭人，节传机房主任，工程师，本科，研究方向：

节目传输。

作者单位：

国家新闻出版广电总局731台，福建龙岩364000