Типы передачи данных. Боремся с широковещательным штормом

Вот - фото более крупным планом, чтобы было хорошо видно, о чем я говорю:

Как видите, индикатор «Collision» постоянно "горит" красным!

Проходя по сети, и находясь в режиме телефонной связи со своим коллегой, который удаленно мониторил центральный коммутатор, я отключал (и включал обратно) каждый свитч, встречавшийся мне на пути. Таки образом, коллега мог видеть, как коллизии пропадают и снова появляются, а я понимал, что причина не в этом сегменте сети и шел дальше.

Добравшись до последнего звена (концентратора), к которому было подключено всего два компьютера, расположенные в соседних помещениях и аплинк, я отключил и его. "Широковещательный шторм пропал" услышал я в трубке голос коллеги. Такс, если я добрался до последнего звена в "ветке" локальной сети и, при его отключении, рассылка широковещательных пакетов прекратилась, то тут, навскидку, - три варианта:

• Проблемы с самим концентратором (хабом)
• Проблемы с одним из его портов (такое тоже бывает)
• Неполадки сетевого адаптера одного из компьютеров, к нему подключенных

Примечание : аплинк (uplink) - порт свитча, подключенный к магистральному кабелю (тому кабелю, который если перерезать, то - капец всему Интернету на работе) :) Также аплинком может называться порт, подключенный кабелем к следующему свитчу, роутеру и т.д. Или - сам кабель, каскадом соединяющий все активное коммутационное оборудование в локальной сети.

Проверить первый вариант, из списка выше, мы можем методом исключения (или нахождения проблемы) в оставшихся двух. Сейчас же - просто начинаем выдергивать из портов по одному сетевому кабелю и смотрим, на каком из них индикатор коллизии погаснет? Все - логично!

Если честно, я не понимаю производителей дешевых коммутаторов (чтобы не обидеть последних - "устройств начального класса") :) Им что трудно сделать дополнительный индикатор, который бы указывал на наличие коллизий и проблем в линии или - на самом устройстве? Почему-то все 5-ти и 8-ми портовые модели до 50-ти долларов лишены этого! Только «Power» и - все!

Представляете что, в один (очень не прекрасный момент) может случиться, если сеть у нас построена только с использованием подобных бюджетных решений? А это - реальный случай, который произошел на одном из моих предыдущих мест работы. Компьютерная сеть там насчитывала долее четырехсот компьютеров и спроектирована была - самым безобразным образом. Вернее, вот именно момент "проектирования" в ней отсутствовал напрочь (везде - самые дешевые свитчи от разных производителей, никакой кабельной схемы, выполненной хотя бы от руки и т.д.)

Не хотел бы напоминать ворчливого старика, но скажу эту фразу: вот раньше было - совсем по другому! :)

На нормальной вендором устанавливались различные светодиоды, по работе которых можно было с легкостью определить, в каком режиме, на какой скорости работает карта, нет ли с ней проблем и т.д.?

Потом, видимо, - экономить начали:

На фото выше мы видим, что две карты одного класса кардинально отличаются набором светодиодных индикаторов. На верхней их целых четыре:

1. G - (Green - зеленый) - Tx (transmit - передача)
2. Y - (Yellow - желтый) - Rx (receive - режим получения данных)
3. O - (Orange - оранжевый) - Col (collision - коллизия)
4. R - (Red - красный) - Pol (polar - перепутана полярность подключения контактов кабеля " ")

На нижней - только стандартный на сегодня Link/Akt (один диод с двумя состояниями). Первое Link (Lnk) - обозначает наличие линка (грубо говоря - подключение сетевого кабеля), при этом индикатор просто постоянно светится. Второе Akt - активность обмена данными по сети (индикатор мигает). Риторический вопрос: много ли полезного можно узнать из подобной "светомузыки"? :)

А вот - еще одно фото, гигабитного сетевого адаптера фирмы «ATI»:

Здесь на каждый режим работы (10, 100 и 1000 мегабит в секунду) - свой индикатор.

Итак, дядя помнит, где он остановился и что хотел сказать, поэтому - продолжаем! :) Выдернув очередной линк (сетевой кабель) из хаба, я увидел что индикатор коллизии погас, а коллега, держащий руку "на пульсе" нашего управляемого коммутатора D-Link, сообщил: "трафик - в норме!".

Мы нашли последнее звено в цепи (тот единственный линк, генерирующий широковещательный трафик). Осталось пройти по нему и оказаться возле компьютера, который и явился причиной всего этого безобразия!

Надо сказать, что компьютер этот вообще редко использовался и, в основном, выступал в роли принт-сервера для находящегося рядом с ним ПК. Первым делом, подойдя к , я извлек кабель из его сетевой карты (коллизии прекратились), вставил кабель - начались снова. Как говорит в подобных случаях один мой знакомый байкер: «Счастливый конец найден! »:)

Итак, расследование мы провели, последствия проблемы в полной мере ощутили, теперь бы хотелось ответить на два сокровенных вопроса: "кто виноват? " (причины возникновения широковещательного трафика и коллизий в сети) и "что делать? " (какие существуют меры защиты от этого явления).

Начнем с первого: возможные причины возникновения широковещательного шторма.

1. Различные атаки на сеть
2. Неисправный сетевой адаптер

Поскольку первый вариант сегодня - не наш, второй - не похоже, остается - третий. Железная логика! :) Иногда случается так, что сетевая карта, вместо того чтобы спокойно "умереть", начинает с максимально доступной ей скоростью рассылать по всей сети широковещательные пакеты.

Это - широковещательный трафик канального уровня, а он имеет свои особенности. Во первых, он распространяется не только в пределах одного домена коллизий, но и в пределах всей сети, построенной с использованием коммутаторов и повторителей (хабов). Принципы работы этих устройств обязывают их передавать кадр с широковещательным адресом (помните: FF-FF-FF-FF-FF-FF) на все порты, кроме того, откуда этот кадр пришел. Что из этого получается, мы рассматривали в предыдущей части статьи.

Вторая особенность, которая и приводит к лавинообразному или постепенному (как повезет) нарастанию мусорного трафика в сети - вплоть до полного ее ступора, состоит в том, что в заголовке пакетов канального уровня (Ethernet) не указано время жизни пакета, как в случае с IP пакетами (уровень сетевой).

Примечание : временем жизни пакета данных называется поле TTL - (time to live), которое уменьшается на единицу с прохождением каждого нового маршрутизатора на пути следования пакета.

Зачем оно нужно? А именно для того, чтобы пакеты, которые не могут найти своего адресата, вечно, как неупокоенные, не блуждали по линиям связи и не занимали их полосу пропускания. Изначально (на выходе кадра из сетевого адаптера компьютера) полю TTL присваивается значение 255 и при каждом "прыжке" (хопе) через новый маршрутизатор из него вычитается единица. Если при продвижении пакета значение TTL уменьшится до ноля, то такой пакет, попросту, отбрасывается на следующем маршрутизаторе (говорят, что его время "жизни" истекло).

Есть даже такой бородатый анекдот:

Мальчик сказал маме: “Я хочу кушать”.
Мама отправила его к папе.
Мальчик сказал папе: “Я хочу кушать”.
Папа отправил его к маме.
Мальчик сказал маме: “Я хочу кушать”.
Мама отправила его к папе.
И бегал так мальчик, пока в один момент не упал.
Что случилось с мальчиком? TTL кончился

По значению этого поля можно косвенно определить, насколько далеко находится от нас тот или иной удаленный хост. Давайте рассмотрим это на простом примере использования команды «ping». На фото ниже я запустил ее к трем различным серверам в сети: (фото ниже - кликабельно)

На фото выше мы первой позицией видим пример передачи пакетов (команда ping) между сервером yandex.ru (время жизни TTL здесь уменьшилось до 57-ми единиц). Чуть ниже - ответ от сервера нашего местного провайдера ukrtelecom.ua (здесь время жизни больше, потому что сам сервер находится ближе ко мне, на Украине, - TTL равно 122 единицы). И последняя запись: ping 172.16.1.1 это - ответ от маршрутизатора Cisco, который располагается в нашей локальной сети на работе. Поскольку пакет через него не прошел, то в ответе проставлено начальное (выходное) значение поля TTL - 255 единиц.

Вот еще один пример:

Пингуемый нами сервер находится со мной в одном городе (Львове) и поэтому TTL здесь такой высокий - 252 единицы. Пакет проходит всего три маршрутизатора (учитывая тот, что стоит у меня дома), пока доходит до адресата. Попробуйте протестировать связь с этим сервером от себя (уверен, что время жизни пакета у Вас будет меньше) - ему нужно будет пройти больше узлов на пути следования.

Двигаемся дальше! Поскольку, в нештатной ситуации, широковещательный трафик генерируется сбойным устройством непрерывно и, само по себе, его возникновение - непрогнозируемо, то нужно предпринимать адекватные меры для его подавления или блокирования.

Сразу скажу, что мы свой центральный управляемый коммутатор D-Link DES-3550 изначально не конфигурировали для борьбы с широковещательным штормом (поэтому сеть и "упала"), но после этого случая - предприняли соответствующие меры. Вот сейчас об этом и поговорим!

Разберем более детально одну из секций настроек нашего коммутатора второго уровня. Нас будет интересовать пункт «Traffic Control»: (кликабельно)

В правой части окна мы видим настройки модуля управления и контроля за трафиком. В частности, здесь мы можем силами самого коммутатора бороться с широковещательным штормом в сети. Мы должны как бы запрограммировать коммутатор на соответствующую реакцию с его стороны при обнаружении широковещательного шторма на любом из портов. Вот давайте это и сделаем!

На фото выше, обратите внимание на строчку «Storm Type» (тип шторма). Здесь из списка выбираем «Broadcast», (широковещательный, там есть еще «Multicast» - групповая рассылка и «Unicast» - однонаправленная передача). В поле «State» (статус) выбираем «Enable» (задействовать).

В следующей строчке «Action» (действие) выбираем что нужно сделать при обнаружении broadcast storm? Здесь - два варианта: «drop» (отбрасывать широковещательные пакеты) и «shutdown» (полностью отключить порт). Для себя мы выбрали первый вариант.

И еще одна важная строка, на которую надо обратить внимание «Treshold (pps)» (порог PPS - packet per second - пакетов в секунду). Это - предельно допустимое значение количества пакетов, которые попадают на порт коммутатора за одну секунду. Здесь по умолчанию установлено число в 128 000 пакетов.

Хотите узнать почему именно это значение? Давайте разбираться вместе! :)

Пропускная способность любого канала локальной сети ограничивается максимальной эффективной пропускной способностью используемого канального протокола. Это - логично! Учитывая все временные задержки, необходимые коммутатору для буферизации, принятии решения о дальнейшем его продвижении (forwarding) и отправке поступившего кадра в сеть, мы имеем точное максимальное значение количества пакетов, приходящихся на один его порт в единицу времени.

• 14 880 пакетов/сек на порт со скоростью работы 10 Мб/с
• 148 800 пакетов/сек на порт со скоростью работы 100 Мб/с
• 1 148 800 пакетов/сек на порт в 1000 Мб/с (1 Гигабит)

Это - предел самой технологии Ethernet, да и свитч, скорее всего, начнет "захлебываться" приходящими с такой интенсивностью пакетами. Учитывая, что наш управляемый коммутатор D-Link это 100 мегабитное устройство (его предел - значение в 148 800), то и цифра, проставленная в поле «Treshold» (порог) теперь выглядит весьма логичной: чуть меньше максимума (128 000).

После того, как мы нажмем кнопку «Apply» (применить), весь входящий трафик, который превысит цифру 128 000 пакетов в секунду будет просто отбрасываться.

Это - необходимая работа на перспективу! А в нашем случае, борьба с широковещательным штормом, причиной которого была неисправная сетевая карта, закончилась тем, чем и должна была - ее заменой. Сейчас график загрузки порта под номером 19 выглядит вот так: (кликабельно)

Всего 3% от максимума. Это - его нормальный штатный режим работы.

Как мы могли убедиться, специальные функции коммутаторов ограничивают количество широковещательных пакетов в сети. И каждый вендор (производитель) старается этот функционал всячески расширять, придумывая новые меры борьбы с этой напастью.

Но есть и стандартные алгоритмы, призванные решать те же задачи. Так в 1997-ом году был принят стандарт IEEE 802.3x, для управления потоком данных канального уровня в протоколе Ethernet. Он определяет простую процедуру управления трафиком: наличие двух команд - «приостановить передачу» и «возобновить передачу», которые, при необходимости, передаются конечному узлу.

Причем, команды эти реализуются на уровне кодов физического уровня , поэтому "понятны" для любого, даже самого распоследнего, сетевого адаптера:)

К стандартным методам управления трафиком относятся такие приемы как: «Метод обратного давления на узел» (backpressure) и «Метод захвата среды». Давайте коротко их рассмотрим!

У коммутатора всегда есть возможность воздействовать на конечный узел с помощью правила алгоритма доступа к среде, который конечный узел обязан соблюдать (помните про CSMA/CD ?). Точнее, воздействие происходит с помощью всяческих, самых бессовестных, нарушений этих правил! :) Конечные узлы (компьютеры) строго соблюдают все предписания, описанные в стандарте алгоритма доступа к среде, а вот коммутаторы - нет!

Метод обратного давления состоит в создании видимости коллизии в сегменте сети, который слишком интенсивно генерирует трафик. Для этого коммутатор, на нужном порте, выводит jam-последовательность (из первой части статьи мы должны помнить, что это такое). По факту - коллизии нет, но подобный трюк позволяет, на некоторое время, "заткнуть рот" конечному компьютеру:) Подобные "фокусы" свитч может выкидывать и тогда, когда находится в режиме, близком к перегрузке и ему нужно время, чтобы разгрузить переполненную очередь внутренних буферов портов.

Второй метод "торможения" хоста основан на так называемом агрессивном поведении порта коммутатора при захвате среды. Давайте, рассмотрим и его!

Например, коммутатор окончил передачу очередного кадра и вместо технологической паузы, положенной по регламенту протоколом, сделал паузу чуть-чуть меньшую (на пару микросекунд) и тут же начал передачу нового кадра. Подключенный к коммутатору ПК, не ожидавший такой "наглости", просто не смог получить доступ к среде, так как он выдержал положенный тайм-аут и обнаружил после этого, что линия уже занята. Коммутатор может пользоваться подобными механизмами управления потоком данных на свое усмотрение, увеличивая степень своей "агрессивности" в зависимости от ситуации.

Версия 3 поддерживает всё то, что поддерживает IGMPv2, но есть и ряд изменений. Во-первых, Report отправляется уже не на адрес группы, а на мультикастовый служебный адрес 224.0.0.22 . А адрес запрашиваемой группы указан только внутри пакета. Делается это для упрощения работы IGMP Snooping, о котором мы поговорим .

Во-вторых, что более важно, IGMPv3 стал поддерживать SSM в чистом виде. Это так называемый . В этом случае клиент может не просто запросить группу, но также указать список источников, от которых он хотел бы получать трафик или наоборот не хотел бы. В IGMPv2 клиент просто запрашивает и получает трафик группы, не заботясь об источнике.

Итак, IGMP предназначен для взаимодействия клиентов и маршрутизатора. Поэтому, возвращаясь к Примеру II , где нет маршрутизатора, мы можем авторитетно заявить - IGMP там - не более, чем формальность. Маршрутизатора нет, и клиенту не у кого запрашивать мультикастовый поток. А заработает видео по той простой причине, что поток и так льётся от коммутатора - надо только подхватить его.

Напомним, что IGMP не работает для IPv6. Там существует протокол MLD .

Повторим ещё раз

*Дамп отфильтрован по IGMP* .


1. Первым делом маршрутизатор отправил свой IGMP General Query после включения IGMP на его интерфейсе, чтобы узнать, есть ли получатели и заявить о своём желании быть Querier. На тот момент никого не было в этой группе.
2. Далее появился клиент, который захотел получать трафик группы 224.2.2.4 и он отправил свой IGMP Report. После этого пошёл трафик на него, но он отфильтрован из дампа.
3. Потом маршрутизатор решил зачем-то проверить - а нет ли ещё клиентов и отправил IGMP General Query ещё раз, на который клиент вынужден ответить (4 ).
5. Периодически (раз в минуту) маршрутизатор проверяет, что получатели по-прежнему есть, с помощью IGMP General Query, а узел подтверждает это с помощью IGMP Report.
6. Потом он передумал и отказался от группы, отправив IGMP Leave.
7. Маршрутизатор получил Leave и, желая убедиться, что больше никаких других получателей нет, посылает IGMP Group Specific Query… дважды. И по истечении таймера перестаёт передавать трафик сюда.
8. Однако передавать IGMP Query в сеть он по-прежнему продолжает. Например, на тот случай, если вы плеер не отключали, а просто где-то со связью проблемы. Потом связь восстанавливается, но клиент-то Report не посылает сам по себе. А вот на Query отвечает. Таким образом поток может восстановиться без участия человека.

И ещё раз

IGMP - протокол, с помощью которого маршрутизатор узнаёт о наличии получателей мультикастового трафика и об их отключении.
- посылается клиентом при подключении и в ответ на IGMP Query. Означает, что клиент хочет получать трафик конкретной группы.
- посылается маршрутизатором периодически, чтобы проверить какие группы сейчас нужны. В качестве адреса получателя указывается 224.0.0.1.
IGMP Group Sepcific Query - посылается маршрутизатором в ответ на сообщение Leave, чтобы узнать есть ли другие получатели в этой группе. В качестве адреса получателя указывается адрес мультикастовой группы.
- посылается клиентом, когда тот хочет покинуть группу.
Querier - если в одном широковещательном сегменте несколько маршрутизаторов, который могут вещать, среди них выбирается один главный - Querier. Он и будет периодически рассылать Query и передавать трафик.

Подробное описание всех терминов IGMP .

PIM

Итак, мы разобрались, как клиенты сообщают ближайшему маршрутизатору о своих намерениях. Теперь неплохо было бы передать трафик от источника получателю через большую сеть.

Если вдуматься, то мы стоим перед довольной сложной проблемой - источник только вещает на группу, он ничего не знает о том, где находятся получатели и сколько их.
Получатели и ближайшие к ним маршрутизаторы знают только, что им нужен трафик конкретной группы, но понятия не имеют, где находится источник и какой у него адрес.
Как в такой ситуации доставить трафик?

Существует несколько протоколов маршрутизации мультикастового трафика: DVMRP , MOSPF , CBT - все они по-разному решают такую задачу. Но стандартом де факто стал PIM - Protocol Independent Multicast .
Другие подходы настолько нежизнеспособны, что порой даже их разработчики практически признают это. Вот, например, выдержка из RFC по протоколу CBT:
CBT version 2 is not, and was not, intended to be backwards compatible with version 1; we do not expect this to cause extensive compatibility problems because we do not believe CBT is at all widely deployed at this stage.

PIM имеет две версии, которые можно даже назвать двумя различными протоколами в принципе, уж сильно они разные:

• PIM Dense Mode (DM)
• PIM Sparse Mode (SM)

Independent он потому, что не привязан к какому-то конкретному протоколу маршрутизации юникастового трафика, и позже вы увидите почему.

PIM Dense Mode

пытается решить проблему доставки мультиакста в лоб. Он заведомо предполагает, что получатели есть везде, во всех уголках сети. Поэтому изначально он наводняет всю сеть мультикастовым трафиком, то есть рассылает его во все порты, кроме того, откуда он пришёл. Если потом оказывается, что где-то он не нужен, то эта ветка «отрезается» с помощью специального сообщения PIM Prune - трафик туда больше не отправляется.

Но через некоторое время в эту же ветку маршрутизатор снова пытается отправить мультикаст - вдруг там появились получатели. Если не появились, ветка снова отрезается на определённый период. Если клиент на маршрутизаторе появился в промежутке между этими двумя событиями, отправляется сообщение Graft - маршрутизатор запрашивает отрезанную ветку обратно, чтобы не ждать, пока ему что-то перепадёт.
Как видите, здесь не стоит вопрос определения пути к получателям - трафик достигнет их просто потому, что он везде.
После «обрезания» ненужных ветвей остаётся дерево, вдоль которого передаётся мультикастовый трафик. Это дерево называется SPT - Shortest Path Tree .

Оно лишено петель и использует кратчайший путь от получателя до источника. По сути оно очень похоже на Spanning Tree в STP , где корнем является источник.

SPT - это конкретный вид дерева - дерево кратчайшего пути. А вообще любое мультикастовое дерево называется .

Предполагается, что PIM DM должен использоваться в сетях с высокой плотностью мультикастовых клиентов, что и объясняет его название (Dense). Но реальность такова, что эта ситуация - скорее, исключение, и зачастую PIM DM нецелесообразен.

Что нам действительно важно сейчас - это механизм избежания петель.
Представим такую сеть:

Один источник, один получатель и простейшая IP-сеть между ними. На всех маршрутизаторах запущен PIM DM.

Что произошло бы, если бы не было специального механизма избежания петель?
Источник отправляет мультикастовый трафик. R1 его получает и в соответствии с принципами PIM DM отправляет во все интерфейсы, кроме того, откуда он пришёл - то есть на R2 и R3.

R2 поступает точно так же, то есть отправляет трафик в сторону R3. R3 не может определить, что это тот же самый трафик, который он уже получил от R1, поэтому пересылает его во все свои интерфейсы. R1 получит копию трафика от R3 и так далее. Вот она - петля.

Что же предлагает PIM в такой ситуации? RPF - Reverse Path Forwarding . Это главный принцип передачи мультикастового трафика в PIM (любого вида: и DM и SM) - трафик от источника должен приходить по кратчайшему пути.
То есть для каждого полученного мультикастового пакета производится проверка на основе таблицы маршрутизации, оттуда ли он пришёл.

1) Маршрутизатор смотрит на адрес источника мультикастового пакета.
2) Проверяет таблицу маршрутизации, через какой интерфейс доступен адрес источника.
3) Проверяет интерфейс, через который пришёл мультикастовый пакет.
4) Если интерфейсы совпадают - всё отлично, мультикастовый пакет пропускается, если же данные приходят с другого интерфейса - они будут отброшены.
В нашем примере R3 знает, что кратчайший путь до источника лежит через R1 (статический или динамический маршрут). Поэтому мультикастовые пакеты, пришедшие от R1, проходят проверку и принимаются R3, а те, что пришли от R2, отбрасываются.

Такая проверка называется RPF-Check и благодаря ей даже в более сложных сетях петли в MDT не возникнут.
Этот механизм важен нам, потому что он актуален и в PIM-SM и работает там точно также.
Как видите, PIM опирается на таблицу юникастовой маршрутизации, но, во-первых, сам не маршрутизирует трафик, во-вторых, ему не важно, кто и как наполнял таблицу.

Останавливаться здесь и подробно рассматривать работу PIM DM мы не будем - это устаревший протокол с массой недостатков (ну, как RIP).

Однако PIM DM может применяться в некоторых случаях. Например, в совсем небольших сетях, где поток мультикаста небольшой.

PIM Sparse Mode

Совершенно другой подход применяет PIM SM . Несмотря на название (разреженный режим), он с успехом может применяться в любой сети с эффективностью как минимум не хуже, чем у PIM DM.
Здесь отказались от идеи безусловного наводнения мультикастом сети. Заинтересованные узлы самостоятельно запрашивают подключение к дереву с помощью сообщений PIM Join .
Если маршрутизатор не посылал Join, то и трафик ему отправляться не будет.

Для того, чтобы понять, как работает PIM, начнём с уже знакомой нам простой сети с одним PIM-маршрутизатором:


Из настроек на R1 надо включить возможность маршрутизации мультикаста, PIM SM на двух интерфейсах (в сторону источника и в сторону клиента) и IGMP в сторону клиента. Помимо прочих базовых настроек, конечно (IP, IGP).

С этого момента вы можете расчехлить GNS и собирать лабораторию. Достаточно подробно о том, как собрать стенд для мультикаста я рассказал в этой статье .

R1(config)#ip multicast-routing R1(config)#int fa0/0 R1(config-if)#ip pim sparse-mode R1(config-if)#int fa1/0 R1(config-if)#ip pim sparse-mode

Cisco тут как обычно отличается своим особенным подходом: при активации PIM на интерфейсе, автоматически активируется и IGMP. На всех интерфейсах, где активирован PIM, работает и IGMP.
В то же время у других производителей два разных протокола включаются двумя разными командами: отдельно IGMP, отдельно PIM.
Простим Cisco эту странность? Вместе со всеми остальными?

Плюс, возможно, потребуется настроить адрес RP (ip pim rp-address 172.16.0.1 , например). Об этом позже, пока примите как данность и смиритесь.

Проверим текущее состояние таблицы мультикастовой маршрутизации для группы 224.2.2.4:

После того, как на источнике вы запустите вещание, надо проверить таблицу ещё раз.

Давайте разберём этот немногословный вывод.

Запись вида (*, 225.0.1.1) называется , /читается старкомаджи / и сообщает нам о получателях. Причём не обязательно речь об одном клиенте-компьютере, вообще это может быть и, например, другой PIM-маршрутизатор. Важно то, в какие интерфейсы надо передавать трафик.
Если список нисходящих интерфейсов (OIL) пуст - Null , значит нет получателей - а мы их пока не запускали.

Запись (172.16.0.5, 225.0.1.1) называется , /читается эскомаджи / и говорит о том, что известен источник. В нашем случае источник с адресом 172.16.0.5 вещает трафик для группы 224.2.2.4. Мультикастовый трафик приходит на интерфейс FE0/1 - это восходящий (Upstream ) интерфейс.

Итак, нет клиентов. Трафик от источника доходит до маршрутизатора и на этом его жизнь кончается. Давайте добавим теперь получателя - настроим приём мультикаста на ПК.
ПК отсылает IGMP Report, маршрутизатор понимает, что появились клиенты и обновляет таблицу мультикастовой маршрутизации.
Теперь она выглядит так:

Появился и нисходящий интерфейс: FE0/0, что вполне ожидаемо. Причём он появился как в (*, G), так и в (S, G). Список нисходящих интерфейсов называется OIL - Outgoing Interface List .

Добавим ещё одного клиента на интерфейс FE1/0:

(S, G): Когда мультикастовый трафик с адресом назначения 224.2.2.4 от источника 172.16.0.5 приходит на интерфейс FE0/1, его копии нужно отправить в FE0/0 и FE1/0.

Но это был очень простой пример - один маршрутизатор сразу знает и адрес источника и где находятся получатели. Фактически даже деревьев тут никаких нет - разве что вырожденное. Но это помогло нам разобраться с тем, как взаимодействуют PIM и IGMP.

Чтобы разобраться с тем, что такое PIM, обратимся к сети гораздо более сложной

Предположим, что уже настроены все IP-адреса в соответствии со схемой. На сети запущен IGP для обычной юникастовой маршрутизации.
Клиент1 , например, может пинговать Сервер-источник.

Но пока не запущен PIM, IGMP, клиенты не запрашивают каналы.

Итак, момент времени 0.

Включаем мультикастовую маршрутизацию на всех пяти маршрутизаторах:

RX(config)#ip multicast-routing
PIM включается непосредственно на всех интерфейсах всех маршрутизаторов (в том числе на интерфейсе в сторону Сервера-источника и клиентов):

RX(config)#int FEX/X RX(config-if)#ip pim sparse-mode

IGMP, по идее должен включаться на интерфейсах в сторону клиентов, но, как мы уже отметили выше, на оборудовании Cisco он включается автоматически вместе с PIM.

Первое, что делает PIM - устанавливает соседство. Для этого используются сообщения . При активации PIM на интерфейсе с него отправляется PIM Hello на адрес 224.0.0.13 с TTL равным 1. Это означает, что соседями могут быть только маршрутизаторы, находящиеся в одном широковещательном домене.

Как только соседи получили приветствия друг от друга:

Теперь они готовы принимать заявки на мультикастовые группы.

Если мы сейчас запустим в вольер клиентов с одной стороны и включим мультикастовый поток с сервера с другой, то R1 получит поток трафика, а R4 получит IGMP Report при попытке клиента подключиться. В итоге R1 не будет знать ничего о получателях, а R4 об источнике.

Неплохо было бы если бы информация об источнике и о клиентах группы была собрана где-то в одном месте. Но в каком?

Такая точка встречи называется Rendezvous Point - RP . Это центральное понятие PIM SM. Без неё ничего бы не работало. Здесь встречаются источник и получатели.
Все PIM-маршрутизаторы должны знать, кто является RP в домене, то есть знать её IP-адрес.

Чтобы построить дерево MDT, в сети выбирается в качестве RP некая центральная точка, которая,

1. отвечает за изучение источника,
2. является точкой притяжения сообщений Join от всех заинтересованных.

Существует два способа задания RP: статический и динамический. Мы рассмотрим оба в этой статье, но начнём со статического, поскольку чего уж проще статики?

Пусть пока R2 будет выполнять роль RP.
Чтобы увеличить надёжность, обычно выбирается адрес Loopback-интерфейса. Поэтому на всех маршрутизаторах выполняется команда:
RX(config)#ip pim rp-address 2.2.2.2
Естественно, этот адрес должен быть доступен по таблице маршрутизации со всех точек.
Ну и поскольку адрес 2.2.2.2 является RP, на интерфейсе Loopback 0 на R2 желательно тоже активировать PIM.

R2(config)#interface Loopback 0 RX(config-if)#ip pim sparse-mode

Сразу после этого R4 узнает об источнике трафика для группы 224.2.2.4:

И даже передаёт трафик:

На интерфейс FE0/1 приходит 362000 б/с, и через интерфейс FE0/0 они передаются.

Всё, что мы сделали:
Включили возможность маршрутизации мультикастового трафика (ip multicast-routing )
Активировали PIM на интерфейсах (ip pim sparse-mode )
Указали адрес RP (ip pim rp-adress X.X.X.X )

Всё, это уже рабочая конфигурация и можно приступать к разбору, ведь за кулисами скрывается гораздо больше, чем видно на сцене.
Полная конфигурация с PIM.

Разбор полётов

Ну так и как же в итоге всё работает? Как RP узнаёт где источник, где клиенты и обеспечивает связь между ними?

Поскольку всё затевается ради наших любимых клиентов, то, начав с них, рассмотрим в деталях весь процесс.

1) Клиент 1 отправляет IGMP Report для группы 224.2.2.4

2) R4 получает этот запрос, понимает, что есть клиент за интерфейсом FE0/0, добавляет этот интерфейс в OIL и формирует запись (*, G).

Здесь видно восходящий интерфейс FE0/1, но это не значит, что R4 получает трафик для группы 224.2.2.4. Это говорит лишь о том, что единственное место, откуда сейчас он может получать - FE0/1, потому что именно там находится RP. Кстати, здесь же указан и сосед, который прошёл RPF-Check - R2: 10.0.2.24. Ожидаемо.

R4 называется - LHR (Last Hop Router) - последний маршрутизатор на пути мультикастового трафика, если считать от источника. Иными словами - это маршрутизатор, ближайший к получателю. Для Клиента1 - это R4, для Клиента2 - это R5.

3) Поскольку на R4 пока нет мультикастового потока (он его не запрашивал прежде), он формирует сообщение PIM Join и отправляет его в сторону RP (2.2.2.2).

PIM Join отправляется мультикастом на адрес 224.0.0.13. «В сторону RP» означает через интерфейс, который указан в таблице маршрутизации, как outbound для того адреса, который указан внутри пакета. В нашем случае это 2.2.2.2 - адрес RP. Такой Join обозначается ещё как Join (*,G) и говорит: «Не важно, кто источник, мне нужен трафик группы 224.2.2.4».
То есть каждый маршрутизатор на пути должен обработать такой Join и при необходимости отправить новый Join в сторону RP. (Важно понимать, что если на маршрутизаторе уже есть эта группа, он не будет отправлять выше Join - он просто добавит интерфейс, с которого пришёл Join, в OIL и начнёт передавать трафик).
В нашем случае Join ушёл в FE0/1:

4) R2, получив Join, формирует запись (*, G) и добавляет интерфейс FE0/0 в OIL. Но Join отсылать уже некуда - он сам уже RP, а про источник пока ничего не известно.

Таким образом RP узнаёт о том, где находятся клиенты.

Если Клиент 2 тоже захочет получать мультикастовый трафик для той же группы, R5 отправит PIM Join в FE0/1, потому что за ним находится RP, R3, получив его, формирует новый PIM Join и отправляет в FE1/1 - туда, где находится RP.
То есть Join путешествует так узел за узлом, пока не доберётся до RP или до другого маршрутизатора, где уже есть клиенты этой группы.

Итак, R2 - наш RP - сейчас знает о том, что за FE0/0 и FE1/0 у него есть получатели для группы 224.2.2.4.
Причём неважно, сколько их там - по одному за каждым интерфейсом или по сто - поток трафика всё равно будет один на интерфейс.

Если изобразить графически то, что мы получили, то это будет выглядеть так:

Отдалённо напоминает дерево, не так ли? Поэтому оно так и называется - RPT - Rendezvous Point Tree . Это дерево с корнем в RP, а ветви которого простираются до клиентов.
Более общий термин, как мы упоминали выше, - MDT - Multicast Distribution Tree - дерево, вдоль которого распространяется мультикастовый поток. Позже вы увидите разницу между MDT и RPT.

5) Теперь врубаем сервер. Как мы уже выше обсуждали, он не волнуется о PIM, RP, IGMP - он просто вещает. А R1 получает этот поток. Его задача - доставить мультикаст до RP.
В PIM есть специальный тип сообщений - Register . Он нужен для того, чтобы зарегистрировать источник мультикаста на RP.
Итак, R1 получает мультикастовый поток группы 224.2.2.4:

R1 является FHR (First Hop Router) - первый маршрутизатор на пути мультикастового трафика или ближайший к источнику.

Обратите внимание на стек протоколов. Поверх юникастового IP и заголовка PIM идёт изначальный мультикастовый IP, UDP и данные.
Теперь, в отличие от всех других, пока известных нам сообщений PIM, в адресе получателя указан 2.2.2.2, а не мультикастовый адрес.

Такой пакет доставляется до RP по стандартным правилам юникастовой маршрутизации и несёт в себе изначальный мультикастовый пакет, то есть это… это же туннелирование!

На сервере 172.16.0.5 работает приложение, которое может передавать пакеты только на широковещательный адрес 255.255.255.255, с портом получателя UDP 10999.

Этот трафик надо доставить к клиентам 1 и 2:
Клиенту 1 в виде мультикаст трафика с адресом группы 239.9.9.9.
А в сегмент клиента 2, в виде широковещательных пакетов на адрес 255.255.255.255.

Замечание к топологии : в этой задаче только маршрутизаторы R1, R2, R3 находятся под управлением администраторов нашей сети. То есть, конфигурацию изменять можно только на них.

Сервер 172.16.0.5 передает мультикаст трафик на группы 239.1.1.1 и 239.2.2.2.

Настроить сеть таким образом, чтобы трафик группы 239.1.1.1 не передавался в сегмент между R3 и R5, и во все сегменты ниже R5.
Но при этом, трафик группы 239.2.2.2 должен передаваться без проблем.

То же, что Source DR, только для получателей мультикастового трафика - LHR (Last Hop Router) .
Пример топологии:

Receiver DR ответственен за отправку на RP PIM Join. В вышеприведённой топологии, если оба маршрутизатора отправят Join, то оба будут получать мультикастовый трафик, но в этом нет необходимости. Только DR отправляет Join. Второй просто мониторит доступность DR.
Поскольку DR отправляет Join, то он же и будет вещать трафик в LAN. Но тут возникает закономерный вопрос - а что, если PIM DR"ом стал один, а IGMP Querier"ом другой? А ситуация-то вполне возможна, ведь для Querier чем меньше IP, тем лучше, а для DR, наоборот.
В этом случае DR"ом выбирается тот маршрутизатор, который уже является Querier и такая проблема не возникает.

Правила выбора Receiver DR точно такие же, как и Source DR.

Проблема двух одновременно передающих маршрутизаторов может возникнуть и в середине сети, где нет ни конечных клиентов, ни источников - только маршрутизаторы.
Очень остро этот вопрос стоял в PIM DM, где это была совершенно рядовая ситуация из-за механизма Flood and Prune.
Но и в PIM SM она не исключена.
Рассмотрим такую сеть:

Здесь три маршрутизатора находятся в одном сегменте сети и, соответственно, являются соседями по PIM. R1 выступает в роли RP.
R4 отправляет PIM Join в сторону RP. Поскольку этот пакет мультикастовый он попадает и на R2 и на R3, и оба они обработав его, добавляют нисходящий интерфейс в OIL.
Тут бы должен сработать механизм выбора DR, но и на R2 и на R3 есть другие клиенты этой группы, и обоим маршрутизаторам так или иначе придётся отправлять PIM Join.
Когда мультикастовый трафик приходит от источника на R2 и R3, в сегмент он передаётся обоими маршрутизаторами и задваивается там. PIM не пытается предотвратить такую ситуацию - тут он действует по факту свершившегося преступления - как только в свой нисходящий интерфейс для определённой группы (из списка OIL) маршрутизатор получает мультикастовый трафик этой самой группы, он понимает: что-то не так - другой отправитель уже есть в этом сегменте.

Тогда маршрутизатор отправляет специальное сообщение .
Такое сообщение помогает выбрать PIM Forwarder - тот маршрутизатор, который вправе вещать в данном сегменте.

Не надо его путать с PIM DR. Во-первых, PIM DR отвечает за отправку сообщений PIM Join и Prune , а PIM Forwarder - за отправку трафика . Второе отличие - PIM DR выбирается всегда и в любых сетях при установлении соседства, А PIM Forwrder только при необходимости - когда получен мультикастовый трафик с интерфейса из списка OIL.

Выбор RP

Выше мы для простоты задавали RP вручную командой ip pim rp-address X.X.X.X .
И вот как выглядела команда :

Но представим совершенно невозможную в современных сетях ситуацию - R2 вышел из строя. Это всё - финиш. Клиент 2 ещё будет работать, поскольку произошёл SPT Switchover, а вот всё новое и всё, что шло через RP сломается, даже если есть альтернативный путь.
Ну и нагрузка на администратора домена. Представьте себе: на 50 маршрутизаторах перебить вручную как минимум одну команду (а для разных групп ведь могут быть разные RP).

Динамический выбор RP позволяет и избежать ручной работы и обеспечить надёжность - если одна RP станет недоступна, в бой вступит сразу же другая.

В данный момент существует один общепризнанный протокол, позволяющий это сделать - . Циска в прежние времена продвигала несколько неуклюжий Auto-RP , но сейчас он почти не используется, хотя циска этого не признаёт, и в мы имеем раздражающий рудимент в виде группы 224.0.1.40.

Надо на самом деле отдать должное протоколу Auto-RP. Он был спасением в прежние времена. Но с появлением открытого и гибкого Bootstrap, он закономерно уступил свои позиции.

Итак, предположим, что в нашей сети мы хотим, чтобы R3 подхватывал функции RP в случае выхода из строя R2.
R2 и R3 определяются как кандидаты на роль RP - так они и называются C-RP . На этих маршрутизаторах настраиваем:
RX(config)interface Loopback 0 RX(config-if)ip pim sparse-mode RX(config-if)exit RX(config)#ip pim rp-candidate loopback 0

Но пока ничего не происходит - кандидаты пока не знают, как уведомить всех о себе.

Чтобы информировать все мультикастовые маршрутизаторы домена о существующих RP вводится механизм BSR - BootStrap Router . Претендентов может быть несколько, как и C-RP. Они называются соответственно C-BSR . Настраиваются они похожим образом.

Пусть BSR у нас будет один и для теста (исключительно) это будет R1.
R1(config)interface Loopback 0 R1(config-if)ip pim sparse-mode R1(config-if)exit R1(config)#ip pim bsr-candidate loopback 0
Сначала из всех C-BSR выбирается один главный BSR, который и будет всем заправлять. Для этого каждый C-BSR отправляет в сеть мультикастовый BootStrap Message (BSM) на адрес 224.0.0.13 - это тоже пакет протокола PIM. Его должны принять и обработать все мультикастовые маршрутизаторы и после разослать во все порты, где активирован PIM. BSM передаётся не в сторону чего-то (RP или источника), в отличии, от PIM Join, а во все стороны. Такая веерная рассылка помогает достигнуть BSM всех уголков сети, в том числе всех C-BSR и всех C-RP. Для того, чтобы BSM не блуждали по сети бесконечно, применяется всё тот же механизм RPF - если BSM пришёл не с того интерфейса, за которым находится сеть отправителя этого сообщения, такое сообщение отбрасывается.

С помощью этих BSM все мультикастовые маршрутизаторы определяют самого достойного кандидата на основе приоритетов. Как только C-BSR получает BSM от другого маршрутизатора с бОльшим приоритетом, он прекращает рассылать свои сообщения. В результате все обладают одинаковой информацией.

На этом этапе, когда выбран BSR, благодаря тому, что его BSM разошлись уже по всей сети, C-RP знают его адрес и юникастом отправляют на него сообщения Candidte-RP-Advertisement , в которых они несут список групп, которые они обслуживают - это называется group-to-RP mapping . BSR все эти сообщения агрегирует и создаёт RP-Set - информационную таблицу: какие RP каждую группу обслуживают.

Далее BSR в прежней веерной манере рассылает те же BootStrap Message, которые на этот раз содержат RP-Set. Эти сообщения успешно достигают всех мультикастовых маршрутизаторов, каждый из которых самостоятельно делает выбор, какую RP нужно использовать для каждой конкретной группы.

BSR периодически делает такие рассылки, чтобы с одной стороны все знали, что информация по RP ещё актуальна, а с другой C-BSR были в курсе, что сам главный BSR ещё жив.
RP, кстати, тоже периодически шлют на BSR свои анонсы Candidate-RP-Advertisement.

Фактически всё, что нужно сделать для настройки автоматического выбора RP - указать C-RP и указать C-BSR - не так уж много работы, всё остальное за вас сделает PIM.
Как всегда, в целях повышения надёжности рекомендуется указывать интерфейсы Loopback в качестве кандидатов.

Завершая главу PIM SM, давайте ещё раз отметим важнейшие моменты

1. Должна быть обеспечена обычная юникастовая связность с помощью IGP или статических маршрутов. Это лежит в основе алгоритма RPF.
2. Дерево строится только после появления клиента. Именно клиент инициирует построение дерева. Нет клиента - нет дерева.
3. RPF помогает избежать петель.
4. Все маршрутизаторы должны знать о том, кто является RP - только с её помощью можно построить дерево.
5. Точка RP может быть указана статически, а может выбираться автоматически с помощью протокола BootStrap.
6. В первой фазе строится RPT - дерево от клиентов до RP - и Source Tree - дерево от источника до RP. Во второй фазе происходит переключение с построенного RPT на SPT - кратчайший путь от получателя до источника.

Ещё перечислим все типы деревьев и сообщений, которые нам теперь известны.

MDT - Multicast Distribution Tree . Общий термин, описывающий любое дерево передачи мультикаста.
SPT - Shortest Path Tree . Дерево с кратчайшим путём от клиента или RP до источника. В PIM DM есть только SPT. В PIM SM SPT может быть от источника до RP или от источника до получателя после того, как произошёл SPT Switchover. Обозначается записью - известен источник для группы.
Source Tree - то же самое, что SPT.
RPT - Rendezvous Point Tree . Дерево от RP до получателей. Используется только в PIM SM. Обозначается записью .
Shared Tree - то же, что RPT. Называется так потому, что все клиенты подключены к одному общему дереву с корнем в RP.

Типы сообщений PIM Sparse Mode:
Hello - для установления соседства и поддержания этих отношений. Также необходимы для выбора DR.
- запрос на подключение к дереву группы G. Не важно кто источник. Отправляется в сторону RP. С их помощью строится дерево RPT.
- Source Specific Join. Это запрос на подключение к дереву группы G с определённым источником - S. Отправляется в сторону источника - S. С их помощью строится дерево SPT.
Prune (*, G) - запрос на отключение от дерева группы G, какие бы источники для неё не были. Отправляется в сторону RP. Так обрезается ветвь RPT.
Prune (S, G) - запрос на отключение от дерева группы G, корнем которого является источник S. Отправляется в сторону источника. Так обрезается ветвь SPT.
Register - специальное сообщение, внутри которого передаётся мультикаст на RP, пока не будет построено SPT от источника до RP. Передаётся юникастом от FHR на RP.
Register-Stop - отправляется юникастом с RP на FHR, приказывая прекратить посылать мультикастовый трафик, инкапсулированный в Register.
- пакеты механизма BSR, которые позволяют выбрать маршрутизатор на роль BSR, а также передают информацию о существующих RP и группах.
Assert - сообщение для выбора PIM Forwarder, чтобы в один сегмент не передавали трафик два маршрутизатора.
Candidate-RP-Advertisement - сообщение, в котором RP отсылает на BSR информацию о том, какие группы он обслуживает.
RP-Reachable - сообщение от RP, которым она уведомляет всех о своей доступности.
*Есть и другие типы сообщений в PIM, но это уже детали*

А давайте теперь попытаемся абстрагироваться от деталей протокола? И тогда становится очевидной его сложность.

1) Определение RP,
2) Регистрация источника на RP,
3) Переключение на дерево SPT.

Много состояний протокола, много записей в таблице мультикастовой маршрутизации. Можно ли что-то с этим сделать?

На сегодняшний день существует два диаметрально противоположных подхода к упрощению PIM: SSM и BIDIR PIM.

SSM

Всё, что мы описывали до сих пор - это ASM - Any Source Multicast . Клиентам безразлично, кто является источником трафика для группы - главное, что они его получают. Как вы помните в сообщении IGMPv2 Report запрашивается просто подключение к группе.
SSM - Source Specific Multicast - альтернативный подход. В этом случае клиенты при подключении указывают группу и источник.
Что же это даёт? Ни много ни мало: возможность полностью избавиться от RP. LHR сразу знает адрес источника - нет необходимости слать Join на RP, маршрутизатор может сразу же отправить Join (S, G) в направлении источника и построить SPT.
Таким образом мы избавляемся от

• Поиска RP (протоколы Bootstrap и Auto-RP),
• Регистрации источника на мультикасте (а это лишнее время, двойное использование полосы пропускания и туннелирование)
• Переключения на SPT.

Поскольку нет RP, то нет и RPT, соответственно ни на одном маршрутизаторе уже не будет записей (*, G) - только (S, G).
Ещё одна проблема, которая решается с помощью SSM - наличие нескольких источников. В ASM рекомендуется, чтобы адрес мультикастовой группы был уникален и только один источник вещал на него, поскольку в дереве RPT несколько потоков сольются, а клиент, получая два потока от разных источников, вероятно, не сможет их разобрать.
В SSM трафик от различных источников распространяется независимо, каждый по своему дереву SPT, и это уже становится не проблемой, а преимуществом - несколько серверов могут вещать одновременно. Если вдруг клиент начал фиксировать потери от основного источника, он может переключиться на резервный, даже не перезапрашивая его - он и так получал два потока.

Кроме того, возможный вектор атаки в сети с активированной мультикастовой маршрутизацией - подключение злоумышленником своего источника и генерирование большого объёма мультикастового трафика, который перегрузит сеть. В SSM такое практически исключено.

Для SSM выделен специальный диапазон IP-адресов: 232.0.0.0/8.
На маршрутизаторах для поддержки SSM включается режим PIM SSM.

Router(config)# ip pim ssm

IGMPv3 и MLDv2 поддерживают SSM в чистом виде.
При их использовании клиент может

• Запрашивать подключение к просто группе, без указания источников. То есть работает как типичный ASM.
• Запрашивать подключение к группе с определённым источником. Источников можно указать несколько - до каждого из них будет построено дерево.
• Запрашивать подключение к группе и указать список источников, от которых клиент не хотел бы получать трафик

IGMPv1/v2, MLDv1 не поддерживают SSM, но имеет место такое понятие, как SSM Mapping . На ближайшем к клиенту маршрутизаторе (LHR) каждой группе ставится в соответствие адрес источника (или несколько). Поэтому если в сети есть клиенты, не поддерживающие IGMPv3/MLDv2, для них также будет построено SPT, а не RPT, благодаря тому, что адрес источника всё равно известен.
SSM Mapping может быть реализован как статической настройкой на LHR, так и посредством обращения к DNS-серверу.

Проблема SSM в том, что клиенты должны заранее знать адреса источников - никакой сигнализацией они им не сообщаются.
Поэтому SSM хорош в тех ситуациях, когда в сети определённый набор источников, их адреса заведомо известны и не будут меняться. А клиентские терминалы или приложения жёстко привязаны к ним.
Иными словами IPTV - весьма пригодная среда для внедрения SSM. Это хорошо описывает концепцию One-to-Many - один источник, много получателей.

А что если в сети источники могут появляться спонтанно то там, то тут, вещать на одинаковые группы, быстро прекращать передачу и исчезать?
Например, такая ситуация возможна в сетевых играх или в ЦОД, где происходит репликация данных между различными серверами. Это концепция Many-to-Many - много источников, много клиентов.
Как на это смотрит обычный PIM SM? Понятное дело, что инертный PIM SSM здесь совсем не подходит?
Вы только подумайте, какой хаос начнётся: бесконечные регистрации источников, перестроение деревьев, огромное количество записей (S, G) живущих по несколько минут из-за таймеров протокола.
На выручку идёт двунаправленный PIM (Bidirectional PIM, BIDIR PIM ). В отличие от SSM в нём напротив полностью отказываются от SPT и записей (S,G) - остаются только Shared Tree с корнем в RP.
И если в обычном PIM, дерево является односторонним - трафик всегда передаётся от источника вниз по SPT и от RP вниз по RPT - есть чёткое деление, где источник, где клиенты, то в двунаправленном от источника трафик к RP передаётся также вверх по Shared Tree - по тому же самому, по которому трафик течёт вниз к клиентам.

Это позволяет отказаться от регистрации источника на RP - трафик передаётся безусловно, без какой бы то ни было сигнализации и изменения состояний. Поскольку деревьев SPT нет вообще, то и SPT Switchover тоже не происходит.

Вот например:

Источник1 начал передавать в сеть трафик группы 224.2.2.4 одновременно с Источником2 . Потоки от них просто полились в сторону RP. Часть клиентов, которые находятся рядом начали получать трафик сразу, потому что на маршрутизаторах есть запись (*, G) (есть клиенты). Другая часть получает трафик по Shared Tree от RP. Причём получают они трафик от обоих источников одновременно.
То есть, если взять для примера умозрительную сетевую игру, Источник1 это первый игрок в стрелялке, который сделал выстрел, а Источник2 - это другой игрок, который сделал шаг в сторону. Информация об этих двух событиях распространилась по всей сети. И каждый другой игрок (Получатель ) должен узнать об обоих этих событиях.

Если помните, то мы объяснили, зачем нужен процесс регистрации источника на RP - чтобы трафик не занимал канал, когда нет клиентов, то есть RP просто отказывался от него. Почему над этой проблемой мы не задумываемся сейчас? Причина проста: BIDIR PIM для ситуаций, когда источников много, но они вещают не постоянно, а периодически, относительно небольшими кусками данных. То есть канал от источника до RP не будет утилизироваться понапрасну.

Обратите внимание, что на изображении выше между R5 и R7 есть прямая линия, гораздо более короткая, чем путь через RP, но она не была использована, потому что Join идут в сторону RP согласно таблице маршрутизации, в которой данный путь не является оптимальным.

Выглядит довольно просто - нужно отправлять мультикастовые пакеты в направлении RP и всё, но есть один нюанс, который всё портит - RPF. В дереве RPT он требует, чтобы трафик приходил от RP и не иначе. А у нас он может приходить откуда угодно. Взять и отказаться от RPF мы, конечно, не можем - это единственный механизм, который позволяет избежать образования петель.

Поэтому в BIDIR PIM вводится понятие . В каждом сегменте сети, на каждой линии на эту роль выбирается тот маршрутизатор, чей маршрут до RP лучше.
В том числе это делается и на тех линиях, куда непосредственно подключены клиенты. В BIDIR PIM DF автоматически является DR.

Список OIL формируется только из тех интерфейсов, на которых маршрутизатор был выбран на роль DF.

Правила довольно прозрачны:

• Если запрос PIM Join/Leave приходит на тот интерфейс, который в данном сегменте является DF, он передаётся в сторону RP по стандартным правилам.
  Вот, например, R3. Если запросы пришли в DF интерфейсы, что помечены красным кругом, он их передаёт на RP (через R1 или R2, в зависимости от таблицы маршрутизации).
• Если запрос PIM Join/Leave пришёл на не DF интерфейс, он будет проигнорирован.
  Допустим, что клиент, находящийся между R1 и R3, решил подключиться и отправил IGMP Report. R1 получает его через интерфейс, где он выбран DF (помечен красным кругом), и мы возвращаемся к предыдущему сценарию. А R3 получает запрос на интерфейс, который не является DF. R3 видит, что тут он не лучший, и игнорирует запрос.
• Если мультикастовый трафик пришёл на DF интерфейс, он будет отправлен в интерфейсы из списка OIL и в сторону RP.
  Например, Источник1 начал передавать трафик. R4 получает его в свой DF интерфейс и передаёт его и в другой DF-интерфейс - в сторону клиента и в сторону RP, - это важно, потому что трафик должен попасть на RP и распространиться по всем получателям. Также поступает и R3 - одна копия в интерфейсы из списка OIL - то есть на R5, где он будет отброшен из-за проверки RPF, и другая - в сторону RP.
• Если мультикастовый трафик пришёл на не DF интерфейс, он должен быть отправлен в интерфейсы из списка OIL, но не будет отправлен в сторону RP.
  К примеру, Источник2 начал вещать, трафик дошёл до RP и начал распространяться вниз по RPT. R3 получает трафик от R1, и он не передаст его на R2 - только вниз на R4 и на R5.

Таким образом DF гарантирует, что на RP в итоге будет отправлена только одна копия мультикастового пакета и образование петель исключено. При этом то общее дерево, в котором находится источник, естественно, получит этот трафик ещё до попадания на RP. RP, согласно обычным правилам разошлёт трафик во все порты OIL, кроме того, откуда пришёл трафик.

Кстати, нет нужды более и в сообщениях Assert, ведь DF выбирается в каждом сегменте. В отличие от DR он отвечает не только за отправку Join к RP, но и за передачу трафика в сегмент, то есть ситуация, когда два маршрутизатора передают в одну подсеть трафик, исключена в BIDIR PIM.

Пожалуй, последнее, что нужно сказать о двунаправленном PIM, это особенности работы RP. Если в PIM SM RP выполнял вполне конкретную функцию - регистрация источника, то в BIDIR PIM RP - это некая весьма условная точка, к которой стремится трафик с одной стороны и Join от клиентов с другой. Никто не должен выполнять декапсуляцию, запрашивать построение дерева SPT. Просто на каком-то маршрутизаторе вдруг трафик от источников начинает передаваться в Shared Tree. Почему я говорю «на каком-то»? Дело в том, что в BIDIR PIM RP - абстрактная точка, а не конкретный маршрутизатор, в качестве адреса RP вообще может выступать несуществующий IP-адрес - главное, чтобы он был маршрутизируемый (такая RP называется Phantom RP).

Все термины, касающиеся PIM, можно найти в глоссарии .

Мультикаст на канальном уровне

Итак, позади долгая трудовая неделя с недосыпами, переработками, тестами - вы успешно внедрили мультикаст и удовлетворили клиентов, директора и отдел продаж.
Пятница - не самый плохой день, чтобы обозреть творение и позволить себе приятный отдых.
Но ваш послеобеденный сон вдруг потревожил звонок техподдержки, потом ещё один и ещё - ничего не работает, всё сломалось. Проверяете - идут потери, разрывы. Всё сходится на одном сегменте из нескольких коммутаторов.

Расчехлили SSH, проверили CPU, проверили утилизацию интерфейсов и волосы дыбом - загрузка почти под 100% на всех интерфейсах одного VLAN"а. Петля! Но откуда ей взяться, если никаких работ не проводилось? Минут 10 проверки и вы заметили, что на восходящем интерфейсе к ядру у вас много входящего трафика, а на всех нисходящих к клиентам - исходящего. Для петли это тоже характерно, но как-то подозрительно: внедрили мультикаст, никаких работ по переключению не делали и скачок только в одном направлении.
Проверили список мультикастовых групп на маршрутизаторе - а там подписка на все возможные каналы и все на один порт - естественно, тот, который ведёт в этот сегмент.
Дотошное расследование показало, что компьютер клиента заражён и рассылает IGMP Query на все мультикастовые адреса подряд.

Потери пакетов начались, потому что коммутаторам пришлось пропускать через себя огромный объём трафика. Это вызвало переполнение буферов интерфейсов.

Главный вопрос - почему трафик одного клиента начал копироваться во все порты?

Причина этого кроется в природе мультикастовых MAC-адресов. Дело в том, пространство мультикастовых IP-адресов специальным образом отображается в пространство мультикастовых MAC-адресов. И загвоздка в том, что они никогда не будут использоваться в качестве MAC-адреса источника, а следовательно, не будут изучены коммутатором и занесены в таблицу MAC-адресов. А как поступает коммутатор с кадрами, адрес назначения которых не изучен? Он их рассылает во все порты. Что и произошло.
Это действие по умолчанию.

Мультикастовые MAC-адреса

Так какие же MAC-адреса получателей подставляются в заголовок Ethernet таких пакетов? Широковещательные? Нет. Существует специальный диапазон MAC-адресов, в которые отображаются мультикастовые IP-адреса.
Эти специальные адреса начинаются так: 0x01005e и следующий 25-й бит должен быть 0 (попробуйте ответить, почему так ). Остальные 23 бита (напомню, всего их в МАС-адресе 48) переносятся из IP-адреса.

Здесь кроется некоторая не очень серьёзная, но проблема. Диапазон мультикастовых адресов определяется маской 224.0.0.0/4, это означает, что первые 4 бита зарезервированы: 1110, а оставшиеся 28 бит могут меняться. То есть у нас 2^28 мультикастовых IP-адресов и только 2^23 MAC-адресов - для отображения 1 в 1 не хватает 5 бит. Поэтому берутся просто последние 23 бита IP-адреса и один в один переносятся в MAC-адрес, остальные 5 отбрасываются.

Фактически это означает, что в один мультикастовый MAC-адрес будет отображаться 2^5=32 IP-адреса. Например, группы 224.0.0.1, 224.128.0.1, 225.0.0.1 и так до 239.128.0.1 все будут отображаться в один MAC-адрес 0100:5e00:0001.

Если взять в пример дамп потокового видео, то можно увидеть:

IP адрес - 224.2.2.4, MAC-адрес: 01:00:5E:02:02:04.

Есть также другие мультикастовые MAC-адреса, которые никак не относятся к IPv4-мультикаст (клик). Все они, кстати, характеризуются тем, что последний бит первого октета равен 1.

Естественно, ни на одной сетевой карте, не может быть настроен такой MAC-адрес, поэтому он никогда не будет в поле Source MAC Ethernet-кадра и никогда не попадёт в таблицу MAC-адресов. Значит такие кадры должны рассылаться как любой Unknown Unicast во все порты VLAN"а.

Всего, что мы рассматривали прежде, вполне достаточно для полноценной передачи любого мультикастового трафика от потокового видео до биржевых котировок. Но неужели мы в своём почти совершенном мире будем мирится с таким безобразием, как широковещательная передача того, что можно было бы передать избранным?
Вовсе нет. Специально для перфекционистов придуман механизм IGMP-Snooping .

IGMP-Snooping

Идея очень простая - коммутатор «слушает» проходящие через него IGMP-пакеты.
Для каждой группы отдельно он ведёт таблицу восходящих и нисходящих портов.

Если с порта пришёл IGMP Report для группы, значит там клиент, коммутатор добавляет его в список нисходящих для этой группы.
Если с порта пришёл IGMP Query для группы, значит там маршрутизатор, коммутатор добавляет его в список восходящих.

Таким образом формируется таблица передачи мультикастового трафика на канальном уровне.
В итоге, когда сверху приходит мультикастовый поток, он копируется только в нисходящие интерфейсы. Если на 16-портовом коммутаторе только два клиента, только им и будет доставлен трафик.

Гениальность этой идеи заканчивается тогда, когда мы задумываемся о её природе. Механизм предполагает, что коммутатор должен прослушивать трафик на 3-м уровне.

Впрочем, IGMP-Snooping ни в какое сравнение не идёт с NAT по степени игнорирования принципов сетевого взаимодействия. Тем более, кроме экономии в ресурсах, он несёт в себе массу менее очевидных возможностей. Да и в общем-то в современном мире, коммутатор, который умеет заглядывать внутрь IP - явление не исключительное.

Сервер 172.16.0.5 передает мультикаст трафик на группы 239.1.1.1, 239.2.2.2 и 239.0.0.x.
Настроить сеть таким образом, чтобы:
- клиент 1 не мог присоединиться к группе 239.2.2.2. Но при этом мог присоединиться к группе 239.0.0.x.
- клиент 2 не мог присоединиться к группе 239.1.1.1. Но при этом мог присоединиться к группе 239.0.0.x.

Напоследок нетривиальная задачка по мультикасту (авторы не мы, в ответах будет ссылка на оригинал).

Самая простая схема:

С одной стороны сервер-источник, с дугой - компьютер, который готов принимать трафик.

Адрес мультикастового потока вы можете устанавливать сами.

И соответственно, два вопроса:
1. Что нужно сделать, чтобы компьютер мог получать поток и при этом не прибегать к мультикастовой маршрутизации?
2. Допустим, вы вообще не знаете, что такое мультикаст и не можете его настраивать, как передать поток от сервера к компьютеру?

Задача легко ищется в поисковике, но попробуйте решить её сами.

За помощь в подготовке статьи спасибо JDima …
За техническую поддержку спасибо Наташе Самойленко .
КДПВ нарисована Ниной Долгополовой - замечательным художником и другом проекта.

В пуле статей СДСМ ещё много интересного до окончания, поэтому не нужно хоронить цикл из-за долгого отсутствия выпуска - с каждой новой статьёй сложность значительно возрастает. Впереди почти весь MPLS, IPv6, QoS и дизайн сетей.

Как вы уже, наверно, заметили, у linkmeup появился новый проект - Глоссарий lookmeup (да, недалеко у нас ушла фантазия). Мы надеемся, что этот глоссарий станет самым полным справочником терминов в области связи, поэтому мы будем рады любой помощи в его заполнении. Пишите нам на [email protected]

Теги:

Добавить метки
Типовая схема сети IPTV

Существует три основных метода передачи трафика в IP-сетях, это - Unicast, Broadcast и Multicast.

Понимание разницы между этими методами является очень важным для понимания преимуществ IP-телевидения и для практической организации трансляции видео в IP-сети.

Каждый из этих трех методов передачи использует различные типы назначения IP-адресов в соответствии с их задачами и имеется большая разница в степени их влияния на объем потребляемого трафика.

Unicast трафик (одноцелевая передача пакетов) используется прежде всего для сервисов «персонального» характера. Каждый абонент может запросить персональный видео-контент в произвольное, удобное ему время.

Unicast трафик направляется из одного источника к одному IP-адресу назначения. Этот адрес принадлежит в сети только одному единственному компьютеру или абонентскому STB как показано на рисунке ниже.

Число абонентов, которые могут получать unicast трафик одновременно, ограничено доступной в магистральной части сети шириной потока (скоростью потока). Для случая Gigabit Ethernet сети теоретическая максимальная ширина потока данных может приближаться к 1 Гб/сек за вычетом полосы, необходимой для передачи служебной информации и технологических запасов оборудования. Предположим, что в магистральной части сети мы можем для примера выделить не более половины полосы для сервисов, которым требуется unicast трафик. Легко подсчитать для случая 5Мб/сек на телевизионный канал MPEG2, что число одновременно получающих unicast трафик абонентов не может превышать 100.

Broadcast трафик (широковещательная передача пакетов) использует специальный IP-адрес, чтобы посылать один и тот же поток данных ко всем абонентам данной IP-сети. Например, такой IP-адрес может оканчиваться на 255, например 192.0.2.255, или иметь 255 во всех четырех полях (255.255.255.255).

Важно знать, что broadcastтрафик принимается всеми включенными компьютерами (или STB) в сети независимо от желания пользователя. По этой причине этот вид передачи используется в основном для служебной информации сетевого уровня или для передачи другой исключительно узкополосной информации. Разумеется, для передачи видео-данных broadcast трафик не используется. Пример передачи broadcastтрафика показан на рисунке ниже.

Multicast трафик (групповая передача пакетов) используется для передачи потокового видео, когда необходимо доставить видео-контент неограниченному числу абонентов, не перегружая сеть . Это наиболее часто используемый тип передачи данных в IPTV сетях, когда одну и ту же программу смотрят большое число абонентов.

Multicast трафик использует специальный класс IP-адресов назначения, например адреса в диапазоне 224.0.0.0 ….. 239.255.255.255. Это могут быть IP-адреса класса D.

В отличие от unicast трафика, multicast адреса не могут быть назначены индивидуальным компьютерам (или STB). Когда данные посылаются по одному из multicast IP-адресов, потенциальный приемник данных может принять решение принимать или не принимать их, то есть будет абонент смотреть этот канал или нет. Такой способ передачи означает, что головное оборудование IPTV оператора будет передавать один единственный поток данных по многим адресам назначения. В отличие от случая broadcast передачи, за абонентом остается выбор - принимать данные или нет.

Важно знать, что для реализации multicast передачи в IP-сети должны быть маршрутизаторы, поддерживающие multicast. Маршрутизаторы используют протокол IGMP для отслеживания текущего состояния групп рассылки (а именно, членство в той или иной группе того или иного конечного узла сети).

Основные правила работы протокола IGMP следующие:

Конечный узел сети посылает пакет IGMP типа report для обеспечения запуска процесса подключения к группе рассылки;

Узел не посылает никаких дополнительных пакетов при отключении от группы рассылки;

Маршрутизатор m ulticast через определенные временные интервалы посылает в сеть запросы IGMP. Эти запросы позволяют определить текущее состояние групп рассылки;

Узел посылает ответный пакет IGMP для каждой группы рассылки до тех пор, пока имеется хотя бы один клиент данной группы.

Загрузка магистральной части сети multicast трафиком зависит только от числа транслируемых в сети каналов. В ситуации с Gigabit Ethernet сетью, предположив, что половину магистрального трафика мы можем выделить под multicast передачу, мы получаем около 100 телевизионных MPEG-2 каналов, каждый имеющий скорость потока данных 5 Мб/сек.

Разумеется, в IPTV сети присутствуют одновременно все 3 вида трафика broadcast, multicast и unicast. Оператор, планируя оптимальную величину пропускной способности сети, должен учитывать разный механизм влияния разных технологий IP- адресации на объем трафика. Например, оператор должен ясно представлять себе, что предоставление услуги «видео на заказ» большому числу абонентов требует очень высокой пропускной способности магистральной сети. Одним из решений этой проблемы является децентрализация в сети видео-серверов. В этом случае центральный видео-сервер заменяется на несколько локальных серверов, разнесенных между собой и приближенных к периферийным сегментам многоуровневой иерархической архитектуры IP-сети.

Виды широковещательного трафика

Поддержка широковещательного трафика на сетевом уровне

Как уже было сказано, мосты и коммутаторы не изолируют сегменты сетей, подключенных к портам, от широковещательного трафика канальных протоколов. Это может создавать проблемы для больших сетей, так как широковещательный шторм будет "затапливать" всю сеть и блокировать нормальную работу узлов. Надежной преградой на пути широковещательного шторма являются маршрутизаторы.

Принципы работы маршрутизатора не требуют от него обязательной передачи кадров с широковещательным адресом через все порты. Маршрутизатор при принятии решения о продвижении кадра руководствуется информацией заголовка не канального уровня, а сетевого. Поэтому широковещательные адреса канального уровня маршрутизаторами просто игнорируются. На сетевом уровне также существует понятие широковещательного адреса, но этот адрес имеет ограниченное действие - пакеты с этим адресом должны быть доставлены всем узлам, но только в пределах одной сети. В силу этого такие адреса называются ограниченными широковещательными адресами (limitedbroadcast). По таким правилам работают наиболее популярные протоколы сетевого уровня IP и IPX.

Однако, для нормальной работы сети часто оказывается желательной возможность широковещательной передачи пакетов некоторого типа в пределах всей составной сети. Например, пакеты протокола объявления сервисов SAP в сетях NetWare требуется передавать и между сетями, соединенными маршрутизаторами, для того, чтобы клиенты могли обращаться к серверам, находящимся в других сетях. Именно так работает программное обеспечение маршрутизации, реализованное компанией Novell в ОС NetWare. Для поддержания этого свойства практически все производители аппаратных маршрутизаторов также обеспечивают широковещательную передачу трафика SAP.

Подобные исключения делаются не только для протокола SAP, но и для многих других служебных протоколов, выполняющих функции автоматического поиска сервисов в сети или же другие не менее полезные функции, упрощающие работу сети.

Ниже описаны наиболее популярные в локальных сетях протоколы, порождающие широковещательный трафик.

Стек протоколов сетей NetWare использует наибольшее число различных типов широковещательного трафика:

• SAP (Service Advertising Protocol). Включает два типа сообщений - сообщения серверов о предоставляемых ими сервисах и запросы клиентских станций о поиске соответствующих сервисов в сети. Сообщения серверов включают информацию об имени сервера, типе сервиса (например, файл-сервис или принт-сервис), а также о полном сетевом адресе сервиса, включающем номер сети, номер узла и номер сокета. Сообщения сервера распространяются раз в 60 секунд.
• RIP IPX (Routing Information Protocol). Распространяет по интерсети информацию о составляющих сетях IPX, известных данному маршрутизатору, а также о расстоянии от данного маршрутизатора до каждой сети. Инормация распространяется каждые 60 секунд. Так как каждый сервер NetWare всегда является и маршрутизатором, то уровень трафика RIPIPX прямо пропорционален количеству серверов NetWare в интерсети, к которому следует добавить также количество установленных аппаратных маршрутизаторов, работающих по протоколу RIP.
• NLSP (NetWare Link State Protocol). Новый протокол обмена маршрутной информацией, который серверы NetWare и IPX-маршрутизаторы независимых производителей могут использовать вместо протокола RIP. Протокол NLSP создает меньший уровень широковещательного трафика, так как основную часть его широковещательных сообщений представляют сообщения об изменении состояния связей в сети и состояния самих маршрутизаторов. Очевидно, что в надежной сети такие сообщения генерируются достаточно редко. Протокол NLSP создает также и периодически генерируемый трафик, но он используется только для тестирования связей между соседними маршрутизаторами и порождает пакеты очень небольшой длины.
• NDS (NetWare Directory Services). Служба NDS сетей NetWare представляет собой централизованную справочную службу, хранящую информацию о всех пользователях и ресурсах сети. При наличии в сети сервера, выполняющего функции NDS, отпадает необходимость постоянной генерации трафика протокола SAP остальными серверами сети. Однако сам сервер службы NDS пользуется протоколом SAP для того, чтобы клиенты сети NetWare автоматически смогли узнать о его существовании и адресе. Поэтому служба NDS создает в сети собственный широковещательный трафик взамен трафика, создаваемого отдельными серверами. В сети может существовать несколько серверов NDS, реализующих распределенную и резервируемую структуру справочной службы, поэтому уровень широковещательного трафика NDS может быть значительным.
• Пакеты Keepalive протокола NCP (другое название - watchdog). С помощью пакетов этого типа сервер и клиент сообщают друг другу о том, что они работают и намерены поддерживать логическое соединенение. Пакеты keepalive используются в том случае, когда между сервером и клиентом длительное время (более 5 минут) нет обмена другими данными, что бывает в том случае, когда пользователь на длительное время отлучается от своего компьютера, оставляя его включенным.

2.2.5.2. Широковещательный трафик сетей TCP/IP

Как уже отмечалось, в сетях TCP/IP широковещательный трафик используется гораздо реже, чем в сетях NetWare. Широковещательный трафик в сетях TCP/IP создают протоколы разрешения IP-адресов ARP и RARP (реверсивный ARP), а также протоколы обмена маршрутной информацией RIPIP и OSPF. Протоколы ARP и RARP используются только в локальных сетях, где широковещательность поддерживается на канальном уровне. Протокол RIPIP принципиально ничем не отличается от протокола RIPIPX, а протокол OSPF является протоколом типа "состояния связей" как и протокол NLSP, поэтому он создает широковещательный трафик гораздо меньшей интенсивности, чем RIP.

В сетях IP существует 3 основных способа передачи данных : Unicast, Broadcast, Multicast.

Unicast (юникаст) – процесс отправки пакета от одного хоста к другому хосту.

Multicast (мультикаст) – процесс отправки пакета от одного хоста к некоторой ограниченной группе хостов.

Broadcast (бродкаст) – процесс отправки пакета от одного хоста ко всем хостам в сети.

Эти 3 типа передачи данных используются для различных целей, давайте рассмотрим более подробно.

Unicast

Тип передачи данных Unicast (индивидуальный) используется для обычной передачи данных от хоста к хосту. Способ Unicast работает в клиент-серверных и пиринговых (peer-to-peer, от равного к равному) сетях.

В unicast пакетах в качестве IP адреса назначения используется конкретный IP адрес устройства, для которого этот пакет предназначен. IP адрес конкретного устройства состоит из порции адреса сети (в которой находится это устройство) и порции адреса хоста (порции, определяющей это конкретное устойчиво в его сети). Это все приводит к возможности маршрутизации unicast пакетов по всей сети.

Multicast и broadcast пакеты, в отличие от unicast пакетов, имеют свои собственные специальные (зарезервированные) IP адреса для использования их в заголовке пакетов в качестве пункта назначения. Из-за этого, broadcast пакеты в основном ограничены пределами локальной сети. Multicast трафик также может быть ограничен границами локальной сети, но с другой стороны также может и маршрутизироваться между сетями.

В IP сетях unicast адрес является адресом, то есть адресом конечного устройства (например, компьютера). Для типа передачи данных unicast, адреса хостов назначаются двум конечным устройствам и используются (эти адреса) как IP адрес источника и IP адрес получателя.

В течение процесса инкапсуляции передающий хост размещает свой IP адрес в заголовок unicast пакета в виде адреса источника, а ИП адрес принимающего хоста размещается в заголовке в виде адреса получателя. Используя эти два IP адреса, пакеты unicast могут передаваться через всю сеть (т.е. через все подсети).

Multicast

Тип передачи multicast разрабатывался для сбережения пропускной способности в IP сетях. Такой тип уменьшает трафик, позволяя хостам отправить один пакет выбранной группе хостов. Для достижения нескольких хостов назначения используя передачу данных unicast, хосту источнику было бы необходимо отправить каждому хосту назначения один и тот же пакет. С типом передачи данных multicast, хост источник может отправить всего один пакет, который может достичь тысячи хостов получателей.

Примеры multicast передачи данных:

• видео и аудио рассылка
• обмен информацией о маршрутах, используемый в маршрутизируемых протоколах.
• распространение программного обеспечения
• ленты новостей

Multicast клиенты

Хосты, которые хотят получить определенные multicast данные, называются multicast клиентами. Multicast клиенты используют сервисы инициированные (начатые) клиентскими программами для рассылки multicast данных группам.

Каждая multicast группа представляет собой один multicast IP адрес назначения. Когда хост рассылает данные для multicast группы, хост помещает multicast IP адрес в заголовок пакета (в раздел пункта назначения).

Для multicast групп выделен специальный блок IP адресов, от 224.0.0.0 до 239.255.255.255.

Broadcast (Широковещание)

Из-за того, что тип передачи broadcast используется для отправки пакетов ко всем хостам в сети, пакеты использую специальный broadcast IP адрес. Когда хост получает пакет, в заголовке которого в качестве адреса получателя указан broadcast адрес, он обрабатывает пакет так, как будто это unicast пакет.

Когда хосту необходимо передать какую-то информацию всем хостам в сети используется способ передачи данных broadcast. Еще когда адрес специальных сервисов (служб) или устройств заранее неизвестен, то для обнаружения также используется broadcast (широковещание).

Примеры, когда используется broadcast передача данных:

• создание карты принадлежности адресов верхнего уровня к нижним (например, какой IP адрес на конкретном устройстве со своим MAC адресом)
• запрос адреса (в качестве примера можно взять протокол ARP)
• протоколы маршрутизации обмениваются информацией о маршрутах (RIP, EIGRP, OSPF)

Когда хосту нужна информация, он отправляет запрос на широковещательный адрес. Все остальные хосты в сети получат и обработают этот запрос. Один или несколько хостов вложат запрашиваемую информацию и ответят на запрос. В качестве типа передачи данных, отвечающие на запрос будут использовать unicast.

Подобным образом, когда хосту необходимо отправить информацию всем хостам в сети, он создаёт широковещательный пакет с его информацией и передаёт его в сеть.

В отличие от unicast передачи, где пакеты могут быть маршрутизированы через всю сеть, broadcast пакеты, как правило, ограничиваются локальной сетью. Это ограничение зависит от настройки маршрутизатора, который ограничивает сеть и следит за типом широковещания (broadcast).

Существует два типа broadcast передачи данных: направленное широковещание и ограниченное широковещание.

Направленный broadcast (направленное широковещание)

Направленный broadcast отправляется всем хостам какой-то конкретной сети. Этот тип широковещания удобно использовать для отправки broadcast трафика всем хостам за пределами локальной сети.

Например, хост хочет отправить пакет всем хостам в сети 172.16.5.0/24, но сам хост находится в другой сети. В данном случае хост-отправитель вложит в заголовок пакета в качестве адреса пункта назначения broadcast адрес 172.16.5.255. Хотя маршрутизаторы должны ограничивать (не передавать) направленный широковещательный трафик, их можно настроить на разрешение передачи broadcast трафика.

Ограниченный broadcast (ограниченное широковещание)

Ограниченный broadcast используется для передачи данных всем хостам в локальной сети. В такие пакеты в качестве пункта назначения вставляется IP адрес 255.255.255.255. Маршрутизаторы такой широковещательный трафик не передают. Пакеты, переданные ограниченным broadcast будут распространяться только в локальной сети. По этой причине локальные сети IP также называют широковещательным доменом (broadcast domain). Маршрутизаторы образуют границу для широковещательного домена. Без границы пакеты бы распространялись по всей сети, каждому хосту, уменьшая быстродействие сетевых устройств и забивая пропускную способность каналов связи.

Приведу пример ограниченного broadcast: хост находится внутри сети 172.16.5.0/24 и хочет передать пакет всем хостам в его сети. Используя в качестве пункта назначения IP адрес 255.255.255.255, он отправляет широковещательный пакет. Этот пакет примут и обработают все хосты только в этой локальной сети (172.16.5.0/24).