网工笔记（三）：IP Multicast组播技术

 IP多路组播技术，英文为IP Multicast,  就是英文文档里经常说到的BUM报文里的大M。这是一门特别的技术，它从2层到3层协议mac地址到IP地址都自成一体。很多网工同行只在IE考试里学习了一下，后来就不怎么使用了，究其原因是该技术只在某些特定领域里使用。使用（往往是大量使用）组播技术的领域有广播行业或有IPTV业务的机构，据说央视就部署了很多组播设备。还有就是在金融行业，使用组播技术来达到同时向多个服务器下单的目的。

 简单描述一下什么是组播，我们用微信来做个比喻：想象一下小A要同时向小B小C小D...小Z发一段语音，他会怎么做？一，他可以向每个人发一段同样的语音。二，他也可以拉一个群把人都放进去，然后给群里发一段语音。后者的做法就是组播技术的原理，把消息发到一个群里也就是组播地址（multicast group IP）, 所有群成员都可以收到消息，这样大大减少了信息源的工作不需要给每个群成员单独发消息。

 组播技术的学习分两部分，组播技术2层用的是IGMP协议，在3层用的是PIM协议，尤其PIM是学习难点。下文会简要的讲解一下这两个协议 ，关于PIM今天我们只讲PIM-SM。以下是本文的提纲。

• 基本原理
• 组播二层协议IGMP
• 组播三层协议三层PIM
• PIM-SM的工作流程
• 一个简单的实验
• 排错清单

​​基本原理

 组播的目的就是要让一个终端能同时向多个终端发送数据报文。这些接收的终端都需要加入到一个IP组地址（multicast group IP）中，才能收到信息源发送的报文。IANA规定224.0.0.0/4 这个D类网段为组播的IP地址段，这个网域包含从224.0.0.0 到 239.255.255.255 的所有地址，对应二进制地址中以1110开头的所有地址。

在这些组播地址中还有预留给某些协议的专用地址。

224.0.0.0/24	子网内控制报文
224.0.1.0/24	不同网段的控制报文
224.0.0.1	网段内所有的主机
224.0.0.2	网段内所有的路由器
224.0.0.5	所有OSPF路由器
224.0.0.6	OSPF中的指定路由器 （Designated Routers）
224.0.0.9	所有RIPv2路由器
224.0.0.22	IGMPv3协议
224.0.0.13	所有PIM路由器
224.0.1.1	NTP设备

 因为群组IP地址是一个共享地址所以对应的mac地址也是共享地址，所有群成员（也就是加入群组里的接收端）都要让自己侦听这个地址。

组播MAC地址的前24位总是固定的以01:00:5E开头, 并且组播MAC地址中的第25位总为0，所剩下的23位就要用于匹配对应的组播IP地址。而前文说了组播的IP地址的前4位是不变的，这样算下来组播MAC地址中可变的23位要就用来匹配组播IP中可变的28位，这就造成了组播MAC地址到组播IP地址的影射中有5位是不能一对一对应的 -- 不同的IP地址使用同一个MAC地址。因此在选择组播IP地址时应避免同时使用239.0.x.y 和239.128.x.y这两个区间的地址 [1]。（239.128.0.0 和239.0.0.0映射到同一个MAC地址，239.128.0.1则与 239.0.0.1使用同一个MAC地址如此类推。）

组播二层协议IGMP

 终端是不会使用组播的MAC地址作为发送报文的源地址的，所以交换机是不能通过mac learning学到组播的MAC地址，因而在这种情况下交换机只能把发给组播地址的报文向整个VLAN泛洪，这也是交换机一般的默认设置。对于要用作组播的网络，把所有组播报文进行全网泛洪自然是不理想的，使用IGMP协议（RFC4541）即可以让交换机选择性地只把组播报文发送到加入到该组播地址组的端口。IGMP协议主要包含两个部分（1）IGMP Snooping和（2）IGMP Querier。

IGMP Snooping能把组播MAC地址添加到交换机的MAC地址表中，这依赖于终端组员发送IGM