что такое мультикаст группа

Приручаем multicast

Остановимся на анализе мультикаст-трафика через IGMP-протокол. Рассмотрим реализацию работы протокола IGMP, работы протокола PIM, отправки JOIN-запросов. После анализа проблемы была разработана оптимальная конфигурация сетевого оборудования, эффективная настройка QOS. Данная задача появилась после обнаружения проблемы в сети, такой как прерывание сигнала у клиентов, наличие фризов и прерывание звука.

IGMP — Internet Group Management Protocol — это сетевой протокол взаимодействия абонентов мультикаст-трафика и ближайшего к ним сетевого оборудования.

Пользователь имеет подписку на следующую группу IP-адресов: 224.0.0.0 до 239.255.255.255. PIM Protocol реализован в режиме Sparse mode. Это означает, что трафик льется только на ту ветку, в которой есть клиенты, желающие войти в мультикаст-группу. Они отправляют сообщения PIM Join. Если клиенты не отправляют Join, то трафик им отправляться не будет. PIM Sparse Mode включен на двух интерфейсах. В сторону источника мультикаст-трафика и в сторону клиента. На стороне клиента имеет цифровой ресивер или абонентское устройство —IPTV-приставка.

Для справки: dense mode предполагает, что мультикаст-трафик идет до абонента, и неважно, подписывается ли он на определенный канал. Мультикаст идет во все порты, потом, если он не нужен по месту назначения, то отправляется служебный пакет PIM Prune, и трафик перестает идти по этой ветке.

IGMP-протокол реализуется в сторону клиента. PIM-протокол устанавливает соседство с другими маршрутизаторами. Для этого применяются служебные сообщения PIM Hello.

В нашей сети применялась вторая версия протокола IGMP.

Абонентское устройство, которое решает получить multicast-трафик, отправляет запрос в сообщении IGMP Membership Report (так называемый репорт).

Если абонентское устройство больше не желает получать мультикаст-трафик, то оно отправляет сообщение IGMP Leave. Эта функция реализована коммутаторах уровня доступа. IGMP Membership Group-Specific Query — повторное сообщение коммутатором в сеть о том, есть ли клиентские устройства, которые будут запрашивать мультикаст-трафик. Если их нет, то передача трафика прекращается.

IGMP snooping реализуется на сетевом оборудовании, отдельного включения функции недостаточно, необходима дополнительная настройка. После включения данной функции управляемые коммутаторы могут анализировать трафик — мультикаст-поток.

Если коммутатор обнаруживает IGMP-пакет, то он вносит порт в список мультикаст-групп. Если от абонента идет сообщение IGMP Leave, то коммутатор удаляет порт из подписчиков групп.
IGMP snooping позволяет предотвращать мультикаст шторм. Если функция IGMP snooping не включена, то оборудование ретранслирует multicast-трафик во все порты, которые находятся в одном VLAN. Это не эффективно, а также способно вызвать проблемы на сетевых устройствах, вынужденных обрабатывать высокий поток данных. Это может загружать CPU-оборудования. IGMP snooping улучшает работу сети.

Однако для того, чтобы получить мультикаст-трафик, нужно реализовать эту функции на стороне клиента. К примеру, если клиент подключен через роутер, то необходимо позаботиться о включении этой функции на роутере.

Проверить корректность работы мультикаст-вещания можно путем анализа трафика через Wireshark, после включения телевидения через VLC-медиаплеер. В настройках VLC указываем, к примеру, udp:@239.255.0.A:5500. Для передачи потока используется UDP протокол, далее идет мультикаст адрес, далее порт.

При разработке QOS учитывалось, что «красить» трафик желательно ближе к ядру сети. Его необходимо красить ближе к Randezvous Point. (Ну это для нашего случая)

На коммутаторах уровня доступа у нас применялись следующие настройки:

Глубокий анализ проблемы, применение средств диагностики и понимание работы протокола IGMP позволяет выработать эффективную и оптимальную конфигурацию мультикаст-трафика в вашей сети.

Источник

Multicast routing для IPTV

Один очень близкий мне человек, поклонник Хабра, захотел внести вклад в развитие блога Cisco. Являясь яростным поклонником того, что создает эта корпорация, он захотел поделиться опытом. =) Надеемся росчерк пера удался.

Относительно недавно мне посчастливилось познакомить и даже поконфигурять multicast routing для IPTV. Изначально, я с этой темой была совершенно не знакома, и это заставило меня вылакать горлышко от цистерны водки перекопать огромное количество документации, чтобы войти в курс дела.

И вот незадача. Обычно в документации выкладывают все и сразу и для человека, впервые столкнувшегося с этой темой, не понятно с чего начать. Во время чтения pdf’ок я ловила себя на мысли, что было бы неплохо наткнуться где-нибудь на статью, которая могла бы коротким путем провести от теории к практике, чтобы понять с чего стоит начать и где заострить внимание.

Мне не удалось обнаружить такую статью. Это побудило меня написать эту статейку для тех, кто также как и я столкнется с вопросом, что это за зверь IPTV и как с ним бороться.

Введение

Это моя самая первая статья (но не последняя! есть еще много зверей), постараюсь изложить все как можно доступнее.

Какой вид трафика использовать для IPTV?

Очевидно, что для вещания каналов наибольшее предпочтение отдается multicast.
Любой TV-канал, который мы хотим вещать в сеть, характеризуется адресом группы, который выбирается из диапазона, зарезервированного для этих целей: 224.0.0.0 – 239.255.255.255.

Для работы IPTV необходим роутер, поддерживающий multicast (далее MR). Он будет отслеживать членство того или иного клиента в определенной группе, т.е. постоянно следить какому клиенту какой отправлять TV-канал.

Для того чтобы клиент смог зарегистрироваться в одной из этих групп и смотреть TV-канал используется протокол IGMP (Internet Group Management Protocol).

Немного о том, как работает IGMP.

Есть сервер, который включен в роутер MR. Этот сервер вещает несколько TV-мультиков, например:

Клиент включает канал News, тем самым, сам не подозревая, он отправляет запрос на MR для подключения к группе 224.12.0.1. С точки зрения протокола IGMP это запрос “JOIN 224.12.0.1”.

Если пользователь переключается на другой канал, то он сначала отправляет уведомление MR, что он отключает канал News или покидает эту группу. Для IGMP это “LEAVE 224.12.0.1”. А затем повторяет аналогичный запрос JOIN для нужного канала.

MR иногда спрашивает всех: “а какой группе кто подключен?”, чтобы отключать тех клиентов, с которыми оборвалась связь и они не успели отправить уведомление LEAVE. Для этого MR использует запрос QUERY.

Ответ абонента на этот запрос это MEMBERSHIP REPORT, который содержит список всех групп, в которых состоит клиент.

Настройка multicast routing.

Предположим, что клиенты одной группы смотрят один и тот же мультик, но находятся они в разных сегментах сети (network A и network B). Для того, чтобы они получили свой мультик и придуман multicast routing.

Пример настройки роутеров MR1 и MR2.

Команда «ip multicast-routing» включает соответствующий routing, если же он выключен, то роутер не пересылает multicast пакеты, т.е. они не дойдут до недоумевающего зрителя мультиков.

Остановимся чуть поподробнее на команде «ip pim sparse-mode«.

Про режимы протокола PIM и сам протокол.

PIM (Protocol Independent Multicast) — протокол маршрутизации multicast рассылки. Он заполняет свою таблицу multicast маршрутизации на основе обычной таблицы маршрутизации. Эти таблицы можно просмотреть с помощью команд “sh ip mroute” и “sh ip route” соответственно. Целью протокола PIM является построение дерева маршрутов для рассылки multicast сообщений.

У протокола PIM существует два основных режима: разряженный (sparse mode) и плотный (dense mode). Таблица multicast маршрутизации для них выглядит немного по-разному. Иногда эти режимы рассматривают как отдельные протоколы — PIM-SM и PIM-DM.

В нашей конфигурации на интерфейсах мы указали режим «ip pim sparse-mode«.

dense-mode Enable PIM dense-mode operation
sparse-dense-mode Enable PIM sparse-dense-mode operation
sparse-mode Enable PIM sparse-mode operation
………

В чем же разница?

PIM-DM использует механизм лавинной рассылки и отсечения (flood and prune). Другими словами. Роутер MR отправляет всем все multicast потоки, которые на нем зарегистрированы. Если клиенту не нужен какой-то из этих каналов, то он от него отказывается. Если все клиенты, висящие на роутере, отказались от канала, то роутер пересылает “спасибо, не надо” вышестоящему роутеру.

PIM-SM изначально не рассылает зарегистрированные на нем TV-каналы. Рассылка начнется только тогда, когда от клиента придет на нее запрос.

Т.е. в PIM-DM MR отправляет всем, а потом убирает ненужное, а в PIM-SM MR начинает вещание только по запросу.

Если члены группы разбросаны по множеству сегментов сети, что характерно для IPTV, PIM-DM будет использовать большую часть полосы пропускания. А это может привести к снижению производительности. В этом случае лучше использовать PIM-SM.

Между PIM-DM и PIM-SM существуют еще отличия.
PIM-DM строит дерево отдельно для каждого источника определенной multicast группы, т.е. multicast маршрут будет характеризоваться адресом источника и адресом группы. В multicast таблице маршрутизации будут записи вида (S,G), где S — source, G — group.

У PIM-SM есть некоторая особенность. Этому режиму необходима точка рандеву (RP — rendezvous point) на которой будут регистрироваться источники multicast потоков и создавать маршрут от источника S (себя) до группы G: (S,G).

Таким образом, трафик идет с источника до RP по маршруту (S,G), а далее до клиентов уже по общему для источников определенной группы дереву, которое характеризуется маршрутом (*,G) — «*» символизирует «любой источник». Т.е. источники зарегистрировались на RP, и далее клиенты уже получают поток с RP и для них не имеет значения, кто был первоначальным источником. Корнем этого общего дерева будет RP.

Точкой рандеву является один из multicast роутеров, но все остальные роутеры должны знать “кто здесь точка RP”, и иметь возможность до нее достучаться.

Пример статического определения RP (MR1). Объявим всем multicast роутерам, что точкой рандеву является 10.0.0.1 (MR1):

Все остальные роутеры должны знать маршрут до RP:
ip route 10.0.0.0 255.255.255.0 10.10.10.1

Существуют так же и другие способы определения RP, это auto-RP и bootstarp router, но это уже тема для отдельной статьи (если кому-нибудь будет интересно – пожалуйста)?

Посмотрим, что будет происходить после настройки роутеров.

Мы по-прежнему рассматриваем схему с роутерами MR1 (RP) и MR2. Как только включаем линк между роутерами MR1 и MR2, то должны увидеть в логах сообщения

Для MR1:
%PIM-5-NBRCHG: neighbor 10.10.10.2 UP on interface Ethernet3

Для MR2:
%PIM-5-NBRCHG: neighbor 10.10.10.1 UP on interface Ethernet0

Это говорит о том, что роутеры установили отношение соседства по протоколу PIM друг с другом. Проверить это также можно с помощью команды:

MR1#sh ip pim neighbor

PIM Neighbor Table
Mode: B — Bidir Capable, DR — Designated Router, N — Default DR Priority, S — State Refresh Capable

Не забываем про TTL.

В качестве тестового сервера мне было удобно использовать плеер VLC. Однако, как позже обнаружилось, даже если выставить через GUI достаточный TTL, он все равно (надеюсь только в использованной мной версией) упорно отправлял multicast пакеты с TTL=1. Запускать упрямого пришлось с опцией «vlc.exe –ttl 3» т.к. у нас на пути будет два роутера, каждый из которых уменьшает TTL пакета на единицу.

Как же все таки обнаружить проблему с TTL? Один из способов. Пусть сервер вещает канал 224.12.0.3 с TTL=2, тогда на роутере MR1 пакеты проходят нормально, а за роутером MR2 клиенты уже не смогут смотреть свой мультик.

Обнаруживается это с помощью команды «sh ip traffic» на MR2. Смотрим на поле “bad hop count” – это число пакетов, которые “умерли”, как им и отмеряно, по TTL=0.

MR2#sh ip traffic

IP statistics:
Rcvd: 36788 total, 433 local destination
0 format errors, 0 checksum errors, 2363 bad hop count
……………………………………

Если этот счетчик быстро увеличивается, значит — проблема в TTL.

Show ip mroute

После включения вещания трех каналов на сервере в таблице multicast маршрутизации наблюдаем следующее:

MR1# sh ip mroute

(*, 224.12.0.1), 00:03:51/stopped, RP 10.0.0.1, flags: SP
Incoming interface: Null, RPF nbr 0.0.0.0
Outgoing interface list: Null

(10.0.0.2, 224.12.0.1), 00:03:52/00:02:50, flags: PT
Incoming interface: Ethernet0, RPF nbr 0.0.0.0
Outgoing interface list: Null

(*, 224.12.0.2), 00:00:45/stopped, RP 10.0.0.1, flags: SP
Incoming interface: Null, RPF nbr 0.0.0.0
Outgoing interface list: Null

(10.0.0.2, 224.12.0.2), 00:00:45/00:02:50, flags: PT
Incoming interface: Ethernet0, RPF nbr 0.0.0.0
Outgoing interface list: Null

(*, 224.12.0.3), 00:00:09/stopped, RP 10.0.0.1, flags: SP
Incoming interface: Null, RPF nbr 0.0.0.0
Outgoing interface list: Null

(10.0.0.2, 224.12.0.3), 00:00:09/00:02:59, flags: PT
Incoming interface: Ethernet0, RPF nbr 0.0.0.0
Outgoing interface list: Null

Видим, что появились маршруты вида (S,G), например (10.0.0.2, 224.12.0.3), т.е. зарегистрировался источник 10.0.0.2, который вещает для группы 224.12.0.3. А так же маршруты с RP до клиента: (*,G), например (*, 224.12.0.3) – которые они будут использовать, так называемое общее для всех дерево.

Как только на интерфейс MR1 (RP) приходит запрос на получение канала 1, в multicast таблице маршрутизации происходят следующие изменения:

MR1#sh ip mroute

…………………
(*, 224.12.0.1), 00:33:16/00:02:54, RP 10.0.0.1, flags: S
Incoming interface: Null, RPF nbr 0.0.0.0
Outgoing interface list:
Ethernet3, Forward/Sparse, 00:02:37/00:02:53

(10.0.0.2, 224.12.0.1), 00:33:17/00:03:25, flags: T
Incoming interface: Ethernet0, RPF nbr 0.0.0.0
Outgoing interface list:
Ethernet3, Forward/Sparse, 00:02:37/00:02:53

Стало видно, что приходят запросы на эту группу с порта Ethernet3.

RPF проверка

Возможна ситуация, когда роутер получает multicast поток на двух интерфейсах. Кого из этих двух интерфейсов роутер будет считать источником?

Для этого он выполняет проверку RPF (Reverse Path Forwarding) — проверяет по обычной unicast таблице маршрутизации маршрут до источника и выбирает тот интерфейс, через который идет маршрут до этого источника. Эта проверка необходима для того чтобы избежать образования петель.

Отследить, как источник проходит проверку RPF можно с помощью команды:

MR2#sh ip rpf 10.0.0.2

RPF information for? (10.0.0.2)
RPF interface: Ethernet0
RPF neighbor:? (10.10.10.1)
RPF route/mask: 10.0.0.0/24
RPF type: unicast (static)
RPF recursion count: 0
Doing distance-preferred lookups across tables

Ну, вот и появилась та статейка, которую я бы с удовольствием нашла, на начальном этапе изучения multicast routing’а для IPTV. Я не волшебник, я только учусь… Потому, с радостью выслушаю все пожелания, замечания и советы. А так же, очень надеюсь, что для кого-то она окажется полезной. =)

UPD: Разрешите представить ее. Елена Сахно — lena_sakhno

Источник

Особенности работы с Multicast

Хочу поделиться небольшим опытом работы с технологией групповой передачи данных, или иначе UDP Multicast, и проблемой особенностью, которая возникает при написании кроссплатформенного кода.

Сразу оговорюсь, что в этой статье не будет рассматривать сама технология и протокол UDP, для этого лучше обратиться к UDP, а потом к Multicast.

Итак, вся работа начинается с создания сокета и его «настройки». В общих чертах выглядит это так
1. создать сокет
2. сделать bind
3. подключится с Multicast группе.

Создание сокета

Тут все просто и без подвохов

Связывание сокета

Первое что мы должны сделать, это позволить использовать PORT повторно, т.к. помимо нас кто-то еще может работать с этим портом.

Функция setsockopt позволяет задать опции для сокета. Интересным моментом является то, что значение опции передается по указателю на void, т.к. некоторые опции требует не просто флаг включено/выключено, а структуры с дополнительными то данными.
Далее нам необходимо связать сокет с портом. А может еще и адресом? Тут вступает в силу первая проблема особенность — различная идеология ядер Windows и Linux. А именно то, что под Windows мы не можем забиндиться на адрес Multicast группы (получаем ошибку) и должны биндиться на INADDR_ANY

На Linux мы можем так же забиндиться на INADDR_ANY, но в этом случае мы будем получать все дейтаграммы пришедшие на забинденный нами порт. Для того чтобы получать дейтаграммы только из нужной группы, необходимо забиндиться именно на адрес этой группы (ну и порт конечно не забыть).

Подключение к группе

Главной особенностью Multicast является то, что наш хост не будет получать данных до тех пор пока мы не подключимся к Multicast группе. Подключение на уровне пользователя выглядит как установка опции для сокета.

где ip_mreq.imr_multiaddr это адрес мультикаст группы. А ip_mreq.imr_interface это адрес интерфейса, на котором мы ожидаем получать дейтаграммы. INADDR_ANY в данном случае говорит о том, что мы оставляем это право за ядром, которое выберет интерфейс исходя из таблицы роутинга. Далее ядро проверит не подключены ли мы уже к этой группе, и если нет, то отправит запрос на ближайший Multicast сервер. Тот в свою очередь дальше и т.д. После чего нам на хост будут отправлять дейтаграммы, отправляемые в данную Multicast группу.

Но что делать с Windows который забинден на INADDR_ANY? Он что будет получать все дейтаграммы отправленные на слушаемый порт? Судя по всему ядро Windows, при указании этой опции для сокета, само производит фильтрацию получаемых данных. И таким образом на сокет доставляются данные только из подписанных групп.

На Linux для того, чтобы получать данные на сокет только от подключенной Multicast группы, необходимо забиндиться на ее же адрес.

Если вы мне не верите (а я сам в это в начале не поверил) то поверьте ему

Unix Network Programming 3 издание. глава 21.6 страница 599
— Чтобы получить дейтаграмму многоадресной передачи, процесс должен присоединиться к группе, а также связать при помощи функции bind сокет UDP с номером порта, который будет использоваться как номер порта получателя для дейтаграмм, отсылаемых данной группе.
…
Связывая порт, приложение указывает UDP, что требуется получать отправляемые на этот порт дейтаграммы. Некоторые приложения в дополнения к связыванию порта также связывают при помощи функции bind адрес многоадресной передачи с сокетом. Это предотвращает доставку сокету любых других дейтаграмм, которые могли быть получены для этого порта.

Разочарую вас, в boost все аналогично API, никакой адаптации под единую логику не производится. Таким образом, используя его для написание кроссплатформенного приложение вам все равно придется делать

Несколько групп для одного сокета

Пока писал пост, понял, что путь, предложенный для Linux, скрывает одно ограничение. Мы должны работать по принципу один сокет — одна Multicast группа. Так как навряд ли возможно забиндиться сразу не несколько адресов.

Обрисую ситуацию. Есть сервер, он вещает данные в несколько мультикаст групп на один порт.

Есть клиент, он желает получать от сервера данные только в нескольких группах. Тогда ему нужно предпринять следующие действия:

1. биндиться на INADDR_ANY
2. далее фильтровать все полученные дейтаграммы в ручную определяя их destination 1 адрес.

Процесс фильтрации полученных на сокете дейтаграмм по destination адресу вытекает из того, что возможна ситуация когда на машине клиента есть еще другой софт который подключается к каким то другим группам но с тем же портом и тогда оба сокета будут получать дейтаграммы со всех подключенных групп на этом порту.
Но при этом на лицо проблема избыточности данных.

Ну собственно об тих особенностях работы с Multicast я и хотел вам рассказать, не зная которых вы рискуете наступить на грабли.

PS. Для того что бы все это прочувствовать предлагаю проделать следующие шаги.
1. Собрать receiver
2. Собрать sender
Далее на Linux запустить
3. Запустить: receiver 0.0.0.0 239.192.100.1
4. Запустить: receiver 0.0.0.0 239.192.100.2
5. Запустить: sender 239.192.100.1
6. Убедить что оба receiver’a получат данные
Далее тоже запустить на Windows
7. Убедиться что данные получит только тот кому мы их отправили.

1 Еще одной особенностью UDP является то, что адрес отправителя и получателя явным образом не указывается в заголовке UDP сообщения. Но он учитывается при подсчете чексумы, таким образом получая дейтаграмму UDP модуль должен составить свой псевдо заголовок, рассчитать чексуму и сравнив ее с полученной, принять решении о том что дейтаграмма адресовалась именно нам. Судя по всему Linux делает эту проверку, используя в качестве destination адрес на который мы забиндились, из за чего и получается описанная выше проблема особенность.

Источник