Запретить мультикаст wifi что это
Сети для самых маленьких. Часть 9.1. Мультикаст. Общее понимание Multicast
Наш умозрительный провайдер linkmeup взрослеет и обрастает по-тихоньку всеми услугами обычных операторов связи. Теперь мы доросли до IPTV.
Отсюда вытекает необходимость настройки мультикастовой маршрутизации и в первую очередь понимание того, что вообще такое мультикаст.
Это первое отклонение от привычных нам принципов работы IP-сетей. Всё-таки парадигма многоадресной рассылки в корне отличается от тёплого лампового юникаста.
Можно даже сказать, это в некоторой степени бросает вызов гибкости вашего разума в понимании новых подходов.
В этой серии статей сосредоточимся на следующем:
Содержание серии статей про мультикаст
На заре моего становления, как инженера, тема мультикаста меня неимоверно пугала, и я связываю это с психотравмой моего первого опыта с ним.
«Так, Марат, срочно, до полудня нужно пробросить видеопоток до нашего нового здания в центре города — провайдер отдаст его нам тут на втором этаже» — услышал я одним чудесным утром. Всё, что я тогда знал о мультикасте, так это то, что отправитель один, получателей много, ну и, кажется, протокол IGMP там как-то задействован.
В итоге до полудня мы пытались всё это дело запустить — я пробросил самый обычный VLAN от точки входа до точки выхода. Но сигнал был нестабильным — картинка замерзала, разваливалась, прерывалась. Я в панике пытался разобраться, что вообще можно сделать с IGMP, тыркался, тыркался, включал мультикаст роутинг, IGMP Snooping, проверял по тысяче раз задержки и потери — ничего не помогало. А потом вдруг всё заработало. Само собой, стабильно, безотказно.
Это послужило мне прививкой против мультикаста, и долгое время я не проявлял к нему никакого интереса.
Уже гораздо позже я пришёл в к следующему правилу:
И теперь с высоты оттраблшученных кейсов я понимаю, что там не могло быть никаких проблем с настройкой сетевой части — глючило конечное оборудование.
Сохраняйте спокойствие и доверьтесь мне. После этой статьи такие вещи вас пугать не будут.
Общее понимание Multicast
Как известно, существуют следующие типы трафика:
Unicast Одноадресная рассылка — один отправитель, один получатель. (пример: запрос HTTP-странички у WEB-сервера). Broadcast Широковещательная рассылка — один отправитель, получатели — все устройства в широковещательном сегменте. (пример: ARP-запрос). Multicast Многоадресная рассылка — один отправитель, много получателей. (пример: IPTV). Anycast Одноадресная рассылка ближайшему узлу — один отправитель, вообще получателей много, но фактически данные отправляются только одному. (пример: Anycast DNS).
Раз уж мы решили поговорить о мультикасте, то, пожалуй, начнём этот параграф с вопроса, где и как он используется.
Первое, что приходит на ум, — это телевидение (IPTV) — один сервер-источник отправляет трафик, который хочет получать сразу много клиентов. Это и определяет сам термин — multicast — многоадресное вещание. То есть, если уже известный вам Broadcast означает вещание всем, мультикаст означает вещание определённой группе.
Второе применение — это, например, репликация операционной системы на множество компьютеров разом. Это подразумевает загрузку больших объёмов данных с одного сервера.
Возможные сценарии: аудио и видеоконференции (один говорит — все слушают), электронная коммерция, аукционы, биржи. Но это в теории, а на практике редко тут всё-таки используется мультикаст.
Ещё одно применение — это служебные сообщения протоколов. Например, OSPF в своём широковещательном домене рассылает свои сообщения на адреса 224.0.0.5 и 224.0.0.6. И обрабатывать их будут только те узлы, на которых запущен OSPF.
Сформулируем два основных принципа мультикастовой рассылки:
В данной статье для практики мы возьмём IPTV, как наиболее наглядный пример.
Пример 1
Начнём с самого простого случая:
На сервере-источнике настроено вещание в группу 224.2.2.4 — это означает, что сервер отправляет трафик на IP-адрес 224.2.2.4. На клиенте видеоплеер настроен принимать поток группы 224.2.2.4.
При этом, заметьте, клиент и сервер не обязательно должны иметь адреса из одной подсети и пинговать друг друга — достаточно, чтобы они были в одном широковещательном домене. Мультикастовый поток просто льётся с сервера, а клиент его просто принимает. Вы можете попробовать это прямо у себя на рабочем месте, соединив патчкордом два компьютера и запустив, например, VLC.
Надо заметить, что в мультикасте нет никакой сигнализации от источника, мол, «Здрасьте, я Источник, не надо немного мультикаста?». Сервер-источник просто начинает вещать в свой интерфейс мультикастовые пакеты. В нашем примере они напрямую попадают клиенту и тот, собственно, сразу же их и принимает.
Если на этом линке отловить пакеты, то вы увидите, что мультикастовый трафик — это ни что иное, как море UDP-пакетов.
Содержимое мультикастового трафика
Мультикаст не привязан к какому-то конкретному протоколу. По сути, всё, что его определяет — адреса. Однако, если говорить о его применении, то в абсолютном большинстве случаев используется именно UDP. Это легко объясняется тем, что обычно с помощью многоадресной рассылки передаются данные, которые нужны здесь и сейчас. Например, видео. Если кусочек кадра потеряется, и отправитель будет пытаться его послать повторно, как это происходит в TCP, то, скорее всего, этот кусочек опоздает, и где его тогда показывать? Поезд ушёл. Ровно то же самое со звуком.
Соответственно не нужно и устанавливать соединение, поэтому TCP здесь ни к чему.
Чем же так разительно отличается мультикаст от юникаста? Думаю, у вас есть уже предположение. И вы, наверняка, правы.
В обычной ситуации у нас 1 получатель и 1 отправитель — у каждого из них один уникальный IP-адрес. Отправитель точно знает, куда надо слать пакет и ставит этот адрес в заголовок IP. Каждый промежуточный узел благодаря своей таблице маршрутизации точно знает, куда переслать пакет. Юникастовый трафик между двумя узлами беспрепятственно проходит сквозь сеть. Но проблема в том, что в обычном пакете указывается только один IP-адрес получателя.
Что делать, если у одного и того же трафика несколько получателей? В принципе можно расширить одноадресный подход и на такую ситуацию — отправлять каждому клиенту свой экземпляр пакета. Клиенты не заметят разницы — хоть он один, хоть их тысяча, но разница будет отчётливо различима на ваших каналах передачи данных.
Зависимость нагрузки на сеть от количества пользователей при передаче юникаст и мультикаст трафика
Предположим у нас идёт передача одного SD-канала с мультикаст-сервера. Пусть, он использует 2 Мб/с. Всего таких каналов 30, а смотрит каждый канал по 20 человек одновременно. Итого получается 2 Мб/с * 30 каналов * 20 человек = 1200 Мб/с или 1,2 Гб/с только на телевидение в случае одноадресной рассылки. А есть ведь ещё HD каналы, где можно смело умножать эту цифру на 2. И где тут место для торрентов?
Вот почему в IPv4 был заложен блок адресов класса D: 224.0.0.0/4 (224.0.0.0-239.255.255.255). Адреса этого диапазона определяют мультикастовую группу. Один адрес — это одна группа, обычно она обозначается буквой «G».
То есть, говоря, что клиент подключен к группе 224.2.2.4, мы имеем ввиду, что он получает мультикастовый трафик с адресом назначения 224.2.2.4.
Пример 2
Добавим в схему коммутатор и ещё несколько клиентов:
Мультикастовый сервер по-прежнему вещает для группы 224.2.2.4. На коммутаторе все 4 порта должны быть в одном VLAN. Трафик приходит на коммутатор и по умолчанию рассылается во все порты одного VLAN’а. Значит все клиенты получают этот трафик. На них на всех в видеопроигрывателе так же указан групповой адрес 224.2.2.4.
Собственно, все эти устройства становятся членами данной мультикастовой группы. Членство в ней динамическое: кто угодно, в любой момент может войти и выйти из неё.
В данной ситуаци трафик будут получать даже те, кто этого в общем-то и не хотел, то есть на нём не запущен ни плеер, ни что бы то ни было другое. Но только, если он в том же VLAN’е. Позже мы разберёмся, как с этим бороться.
Обратите внимание, что в данном случае от сервера-источника приходит только одна копия трафика на коммутатор, а не по отдельной копии на каждого клиента. И в нашем примере с SD каналами загрузка порта между источником и коммутатором будет не 1,2 Гб/с, а всего 60 Мб/с (2Мб/с * 30 каналов).
Собственно говоря, весь этот огромный диапазон (224.0.0.0-239.255.255.255) можно использовать. Ну, почти весь — первые адреса (диапазон 224.0.0.0/23) всё-таки зарезервированы под известные протоколы.
| Адрес | Значение |
|---|---|
| 224.0.0.0 | Не используется |
| 224.0.0.1 | Все узлы данного сегмента |
| 224.0.0.2 | Все мультикастовые узлы данного сегмента |
| 224.0.0.4 | Данный адрес выделялся для покойного протокола DVMRP |
| 224.0.0.5 | Все OSPF-маршрутизаторы сегмента |
| 224.0.0.6 | Все DR маршрутизаторы сегмента |
| 224.0.0.9 | Все RIPv2-маршрутизаторы сегмента |
| 224.0.0.10 | Все EIGRP-маршрутизаторы сегмента |
| 224.0.0.13 | Все PIM-маршрутизаторы сегмента |
| 224.0.0.18 | Все VRRP-маршрутизаторы сегмента |
| 224.0.0.19-21 | Все IS-IS-маршрутизаторы сегмента |
| 224.0.0.22 | Все IGMP-маршрутизаторы сегмента (v2 и v3) |
| 224.0.0.102 | Все HSRPv2/GLBP-маршрутизаторы сегмента |
| 224.0.0.107 | PTPv2 — Precision Time Protocol |
| 224.0.0.251 | mDNS |
| 224.0.0.252 | LLMNR |
| 224.0.0.253 | Teredo |
| 224.0.1.1 | NTP |
| 224.0.1.39 | Cisco Auto-RP-Announce |
| 224.0.1.40 | Cisco Auto-RP-Discovery |
| 224.0.1.41 | H.323 Gatekeeper |
| 224.0.1.129-132 | PTPv1/PTPv2 |
| 239.255.255.250 | SSDP |
Диапазон 224.0.0.0/24 зарезервирован под link-local коммуникации. Мультикастовые пакеты с такими адресами назначения не могут выходить за пределы одного широковещательного сегмента.
Диапазон 224.0.1.0/24 зарезервирован под протоколы, которым необходимо передавать мультикаст по всей сети, то есть проходить через маршрутизаторы.
Вот, собственно, самые базисные вещи касательно мультикаста.
Мы рассмотрели простую ситуацию, когда источник и получатель находятся в одном сегменте сети. Трафик, полученный коммутатором, просто рассылается им во все порты — никакой магии.
Но пока совсем непонятно, как трафик от сервера достигает клиентов, когда между ними огромная провайдерская сеть линкмиап? Да и откуда, собственно, будет известно, кто клиент? Мы же не можем вручную прописать маршруты, просто потому что не знаем, где могут оказаться клиенты. Не ответят на этот вопрос и обычные протоколы маршрутизации. Так мы приходим к пониманию, что доставка мультикаст — это нечто совершенно новое для нас.
Вообще, чтобы доставить мультикаст от источника до получателя на данный момент существует много протоколов — IGMP/MLD, PIM, MSDP, MBGP, MOSPF, DVMRP.
Мы остановимся на двух из них, которые используются в настоящее время: PIM и IGMP.
С помощью IGMP конечные получатели-клиенты сообщают ближайшим маршрутизаторам о том, что хотят получать трафик. А PIM строит путь движения мультикастового трафика от источника до получателей через маршрутизаторы.
Использование протоколов PIM и IGMP на участках сети
Оптимизация передачи multicast-трафика в локальной сети с помощью IGMP snooping
Всем привет! Сегодня хотел бы затронуть тему передачи multicast-трафика в локальной корпоративной сети, а именно работу технологии IGMP snooping на коммутаторах. Так получилось, что за последнюю неделю ко мне обратилось несколько человек с вопросами по этой технологии. И я решил подготовить небольшую статью с описанием данной технологии. Но в процессе подготовки, выяснилось, что краткостью здесь не отделаешься, так как есть о чём написать. Кому интересен вопрос работы IGMP snooping, добро пожаловать под кат.
Достаточно часто мы не особенно задумываемся над тем, как передаётся multicast-трафик в пределах нашего L2-домена корпоративной сети. Напомню, multicast-трафик (он же «многоадресный трафик») предназначен для передачи данных определённой группе устройств. По умолчанию коммутатор передаёт multicast-трафик как broadcast (широковещательный), т.е. на все порты без исключения. Это обусловлено тем, что в пакете multicast в качестве MAC-адреса получателя использует специально сформированный адрес, никому не принадлежащий в сети. Если multicast-трафика не много, это не создаёт больших проблем и чаще всего администратор не предпринимает никаких мер по оптимизации его передачи. Если же такого трафика много или хочется просто «причесать» сеть, встаёт задача ограничить его распространение. Тут на помощь приходят различные технологии оптимизации передачи multicast-трафика на канальном уровне (IGMP snooping, CGMP и пр.). Наиболее распространённой и мультивендорной является технология IGMP snooping. IGMP snooping на многих устройствах включён по умолчанию. Например, это справедливо для коммутаторов Cisco. Но как часто бывает, счастье из коробки получить удаётся далеко не во всех случаях. Включённый IGMP snooping не всегда даёт предполагаемый результат и multicast-трафик в ряде случаев почему-то продолжает литься из всех портов. Давайте попробуем со всем этим разобраться.
Начать стоит с аббревиатуры IGMP. Всем нам известно, что когда в сети появляется устройство, которое хочет получать определённый multicast-трафик, это устройство сообщает о своём желании по средствам протокола IGMP (Internet Group Management Protocol). На многих устройствах по умолчанию используется IGMP версии 2. Обмен сообщениями данного протокола в самом простом случае выглядит следующим образом:
Так как все сообщения IGMP проходят через коммутатор, он мог бы их анализировать, чтобы определить за какими портами находятся те или иные получатели multicast-трафика. И далее на основании этой информации передавать трафик только туда, куда это необходимо. Собственно, именно этим и занимается технология IGMP snooping.
Реализация IGMP snooping у разных производителей сетевого оборудования в каких-то нюансах может отличается. Но в целом схема работы похожа. Предлагаю в общих чертах рассмотреть её работу на примере коммутаторов Cisco. Далее мы посмотрим на весь процесс более детально:
Далее коммутатор отправляет в сторону маршрутизатора IGMP Report, содержащий такую же информацию, как была получена от устройства.
Источник и получатель потокового multicast-трафика будет реализован через VLC media player (далее VLC проигрыватель).
IGMP snooping отключён, источник multicast-трафика находится в другой сети
Начнём с того, что рассмотрим передачу multicast-трафика без использования технологии IGMP snooping. Для начала отключим IGMP snooping. Как мы помним, на оборудовании Cisco он включён по умолчанию:
На роутере включаем маршрутизацию multicast-трафика и запускаем протокол маршрутизации multicast-трафика PIM (Protocol Independent Multicast) в режиме dense-mode. Нам не принципиален режим. Главное, чтобы маршрутизатор запустил IGMP на нужном нам интерфейсе и обеспечил передачу через себя multicast-трафика.
На источнике включаем VLC проигрыватель в режиме передачи потокового трафика. Это и будет наш источник multicast-трафика. В качестве адреса группы будем использовать 230.255.0.1. Передавать по сети будем только аудио. В качестве передаваемой композиции выбираем Adele Rolling in the Deep. Момент важный, так как именно она лучше всего передаётся по сети (факт проверен).
С проблемой маршрутизации multicast-трафика я столкнулся уже при настройке первого компьютера, который должен был стать источником. В качестве подопытных я взял несколько ноутбуков, которыми пользуются инженеры компании.
Я установил VLC проигрыватель, настроил передачу потокового аудио и… ничего не увидел в дампе Wireshark на внешнем интерфейсе данного компьютера.
Заглянув в таблицу маршрутизации, я увидел два маршрута в сеть 224.0.0.0/4 с абсолютно одинаковой метрикой 276. Причем первым в списке шёл маршрут через некий интерфейс с адресом 169.254.55.11. И только вторым шёл маршрут через нормальный интерфейс данного компьютера (172.17.16.11).
В связи с этим все multicast-пакеты заворачивались на непонятный интерфейс. Заглянув в сетевые подключения, я обнаружил активированный интерфейс Cisco Systems VPN Adapter. Данный интерфейс появляется в системе, когда на компьютер устанавливается Cisco VPN client. Это достаточно старое решение для подключения по VPN и, видимо, его просто забыли удалить.
Отключение данного интерфейса решило проблему.
Далее на клиенте включаем VLC проигрыватель в режиме получения потокового аудио для группы 230.255.0.1.
Когда я перешёл к настройке получателя потокового аудио, у меня сходу не заработало. Тут я нисколечко не удивился, а сразу полез в таблицу маршрутизации. На этом компьютере симптомы были идентичные: multicast-пакеты не появлялись на проводном интерфейсе.
И опять я обнаружил два маршрута в сеть 224.0.0.0/4 с абсолютно одинаковой метрикой 306. Но теперь первым был стандартный маршрут loopback интерфейса. Обычно метрика маршрута для этого интерфейса больше, метрики через другие интересы. По какой-то причине в моём случае они были равны.
Как оказалось, кто-то на данном ноутбуке в ручном режиме выставил метрику проводного интерфейса.
После того, как я установил галочку «Автоматическое изучение метрики», multicast-пакеты стали нормально уходить с данного компьютера.
В итоге на обоих компьютерах была проблема с маршрутизацией multicast-трафика, но в каждом случае источник проблемы был свой.
Сразу видим, как пошёл multicast-трафик. В нашем случае это пакеты потокового вещания, на транспортном уровне использующее протокол UDP.
По дампу видно, что получатель запросил трафик (отправил сообщение IGMP Report) и маршрутизатор сразу же начал транслировать в сеть нужный multicast-трафик. Сообщений IGMP Report целых два. Видимо, второе VLC проигрыватель отправляет для верности. Одного сообщения вполне было бы достаточно.
Проверяем таблицу маршрутизации multicast-трафика на маршрутизаторе. В ней появились записи, свидетельствующие о том, откуда и куда передаётся трафик:
Видим, что источником multicast-трафика является хост 172.17.16.11. При этом получатели находятся за интерфейсом GigabitEthernet0/0/1.115. Маршрутизатор запоминает только, куда слать трафик. Базу самих получателей он не ведёт (такая возможность есть в IGMPv3).
Давайте посмотрим на дамп трафика на клиенте, отфильтрованный по сообщениям IGMP:
Получив данное сообщение, маршрутизатор начинает трансляцию multicast-трафика (потокового аудио) в локальную сеть и на нашем клиенте мы начинаем слышать передаваемую по сети музыку.
Дамп трафика с компьютера в том же сегменте сети, но не участвующего в получении потокового трафика:
Точно также будут обстоять дела со всеми IGMP сообщениями. Они будут рассылаться на все порты без исключения. Что является абсолютно логичным, так как во всех этих сообщениях в качестве адреса получателя используется multicast-адрес.
IGMP snooping включён, источник multicast-трафика находится в другой сети
Теперь перейдём к рассмотрению ситуации, когда на коммутаторе включен IGMP snooping. Запускаем IGMP snooping на Cisco 2960x:
Для начала проверяем, удалось ли коммутатору обнаружить маршрутизатор. Как мы помним, это первый пункт в списке задач IGMP snooping:
Видим, что за портом Gi1/0/19 спрятался наш маршрутизатор. Как мы ранее обсуждали, коммутатор подсматривает за наличием в сети пакетов, свидетельствующих о присутствии маршрутизатора. В случае 2960x коммутатор ждёт пакеты IGMP General Query, PIM или DVMRP.
Коммутатор увидел сообщение PIMV2 Hello от маршрутизатора на порту Gi1/0/19 и добавил себе об этом информацию.
Снова запускаем нашу трансляцию потокового аудио и смотрим, что мы имеем на маршрутизаторе:
Появился источник трафика — 172.17.16.11. Получателей пока нет, о чём свидетельствует строка: Outgoing interface list: Null.
Запускаем клиент VLC, нажимаем кнопку «Воспроизведение» и наслаждаемся музыкой. Параллельно смотрим Wireshark, где видим, как идут multicast-пакеты потокового вещания:
Теперь самое интересное. Анализируем сообщения IGMP на стыке получатель-коммутатор и коммутатор-маршрутизатор.
Пройдём по основным шагам:
1. После нажатия кнопки «Воспроизведение» в проигрывателе VLC, наш компьютер запрашивает получение multicast-трафика для группы 230.255.0.1, отправив сообщение IGMP Report.
Прим. Пакеты на получателе
Коммутатор, когда получил сообщение IGMP Report, заносит себе информацию, о том, что за его портом (в нашем случае – это порт GE0/0/15) есть получатель трафика для группы с MAC-адресом 01:00:5e:7f:00:01.
Замечание. Найти запись о данном MAC-адресе на коммутаторе не удастся. Он нигде не фигурирует, в том числе в стандартном выводе «show mac address-table».
2. IGMP Report попадает на маршрутизатор. Если мы заглянем в само сообщение, то увидим, что это оригинальное сообщение от нашего ПК. Коммутатор его просто переслал на порт, куда подключен маршрутизатор:
Прим. Пакеты на маршрутизаторе. Подчёркнутый MAC адрес принадлежит ПК
Если бы на коммутаторе уже был клиент, который получал трафик для группы 230.255.0.1, коммутатор бы просто начал трансляцию трафика через наш порт (GE0/0/15) и больше ничего не предпринимал бы. Это логично, так как у коммутатора уже был бы нужный трафик, который следовало просто завернуть на ещё один порт. Но в нашем примере, данный клиент первый.
3. Маршрутизатор начинает трансляцию потокового трафика в локальную сеть.
Прим. Пакеты на маршрутизаторе
4. Коммутатор в свою очередь передаёт трафик на порт GE0/0/15, куда подключен наш ПК.
Прим. Пакеты на получателе
5. Компьютер отправляет повторный запрос на получение multicast-трафика (специфика реализации поддержки IGMP на VLC проигрывателе).
Прим. Пакеты на получателе
Так как оно не очень вписывается в нормальное поведение, коммутатор данное сообщение сбрасывает. В связи с этим на маршрутизаторе мы его уже не видим.
6. Периодически маршрутизатор рассылает сообщения IGMP General Query.
7. Коммутатор транслирует их без изменений на все свои порты.
Прим. Пакеты на получателе. Подчёркнутый MAC адрес принадлежит маршрутизатору
8. Компьютер откликается на данное сообщение, отправляя в обратную сторону IGMP Report для группы 230.255.0.1.
9. Коммутатор пересылает первое полученное сообщение IGMP Report (а в данном примере сообщение от нашего компьютера и является первым) в сторону маршрутизатора.
Прим. Пакеты на маршрутизаторе. Подчёркнутый MAC адрес принадлежит получателю
Коммутатор, получив первое сообщение IGMP Report пересылает его только в сторону маршрутизатора. Другим получателям данное сообщение не передаётся, в отличии от обычной схемы работы без IGMP snooping. Т.е. механизм Report Suppression нарушается. Таким образом каждый получатель вынужден будет отправить своё сообщение IGMP Report в ответ на IGMP General Query. Получив такие сообщения, коммутатор актуализирует свою базу соответствия получателей multicast-трафика и внутренних портов.
10. Наживаем кнопку «Остановить» в проигрывателе VLC. Компьютер отправляет сообщение IGMP Leave, о том, что он больше не хочет получать multicast-трафик для группы 230.255.0.1.
Прим. Пакеты на получателе
11. На компьютер приходит сообщение IGMP Group-Specific Query для группы 230.255.0.1. Если мы его развернём, мы увидим, что данное сообщение отправил коммутатор:
Прим. Пакеты на получателе. Подчёркнутый MAC адрес принадлежит коммутатору. При этом IP-адрес отправителя коммутатор использовал 172.17.15.1 (это адрес маршрутизатора)
Т.е. коммутатор, получив сообщение IGMP Leave, выполняет проверку, нет ли других устройств за данным портом, желающих получать multicast-трафика для группы 230.255.0.1.
В сторону маршрутизатора коммутатор ничего не отправляет. Пока коммутатор никак не тревожит маршрутизатор, так как он ещё не уверен, что нужно что-то делать с multicast-трафиком.
12. Ровно через одну секунду коммутатор отправляет повторное сообщение IGMP Group-Specific Query.
13. И ещё через одну секунду, не получив в ответ ни одного IGMP Report, прекращает передавать multicast-трафик на данный порт.
Прим. Пакеты на получателе. Трансляция прекратилась в 13:32:58:58
14. После того, как коммутатор понял, что за портом, где было принято сообщение IGMP Leave, больше нет получателей, он проверяет, а есть ли у него получатели за другими портами. Для этого он смотрит у себя в таблице MAC-адресов наличие записей для MAC-адреса 01:00:5e:7f:00:01 (как мы помним, это MAC-адрес группы 230.255.0.1). Если бы к данному коммутатору были подключены другие получатели, коммутатор на этом бы остановился и продолжил передавать multicast-трафик. Но в нашем случае, других получателей нет. Поэтому он отправляет маршрутизатору сообщение IGMP Leave.
Прим. Пакеты на маршрутизаторе. Подчёркнутый MAC адрес принадлежит коммутатору
15. Получив сообщение IGMP Leave, маршрутизатор, начинает проверку наличия других получателей трафика. Он же не знает, что коммутатор уже сам всё проверил. Маршрутизатор отправляет сообщение IGMP Group-Specific Query для группы 230.255.0.1.
16. Это сообщение коммутатор транслирует на все свои порты. В том числе на порт, куда подключён наш компьютер. Как видно из дампа теперь данное сообщение отправлено маршрутизатором:
Прим. Пакеты на получателе. Подчёркнутый MAC адрес принадлежит маршрутизатору
17. Через одну секунду после отправки первого сообщения маршрутизатор отправляет повторное сообщение IGMP Group-Specific Query.
18. И ещё через одну секунду, не получив в ответ ни одного IGMP Report (что ожидаемо, так как мы уже знаем, что коммутатору до этого никто не откликнулся), маршрутизатор прекращает передавать потоковый трафик в данный сегмент локальной сети.
Прим. Пакеты на маршрутизаторе. Трансляция прекратилась в 13:33:00:65
19. Маршрутизатор продолжает раз в минуту рассылать сообщение IGMP General Query.
20. Коммутатор в свою очередь транслирует его на все свои порты.
Я специально отфильтровал дампы таким образом, чтобы было точно видно, в какой момент начинается трансляция трафика, а в какой завершается. Большую часть UDP пакетов я убрал для большей наглядности.
Дамп на получателе (получатель-коммутатор):
Дамп на маршрутизаторе (коммутатор-маршрутизатор):
Резюмируя, можно сказать следующее. Коммутатор перехватывает все сообщения IGMP от клиентов. Анализирует их. И в зависимости от ситуации пересылает эти сообщения на маршрутизатор или же удаляет. Так же коммутатор сам участвует в процессе создания IGMP сообщений. Когда последний клиент решает прекратить получать multicast-трафик, мы имеем две проверки наличия получателей. Первую выполняет коммутатор, а вторую – маршрутизатор. Во всей этой схеме маршрутизатор ведёт себя абсолютно также, как в случае, когда у нас на коммутаторе нет IGMP snooping. Т.е. маршрутизатор никак не догадывается о наличии коммутатора с включенной технологией IGMP snooping.
Давайте ещё посмотрим на дамп трафика компьютера, который не участвует в получении потокового трафика, но находится в той же локальной сети.
Прим. Подчёркнутый MAC адрес принадлежит маршрутизатору
Из дампа видно, что данный компьютер за всё время получил только два вида сообщений и ни одного multicast-пакета потокового вещания:
Во-вторых, уменьшает количество IGMP сообщений в сторону маршрутизатора. Фактически маршрутизатор узнаёт только о присутствии первого и об отключении последнего получателей multicast-трафика. Подключение и отключение остальных получателей полностью регулируется коммутатором, что является логичным.
В-третьих, существенно уменьшает количество IGMP сообщений, которые попадают на все порты коммутатора, не вовлечённые в передачу multicast-трафика. Как мы помним, в случае отсутствия IGMP snooping все пакеты IGMP без исключения рассылаются на все порты.
Осталось посмотреть, что мы увидим на самом коммутаторе:
Мы видим, что получатели multicast-трафика для группы 230.255.0.1 находятся за портами Gi1/0/14, Gi1/0/15 и Gi1/0/19. За портом Gi1/0/19 находится сам маршрутизатор. Коммутатор автоматически добавил порт с маршрутизатором. Для получения более детальной информации на коммутаторе можно запустить отладчик debug ip igmp snooping.
IGMP snooping включён, источник multicast-трафика находится в той же сети
И так, когда источник находится где-то в другом месте нашей сети, всё прекрасно работает. Но давайте теперь перенесём наш источник multicast-трафика в тот же сегмент сети, где находятся получатели. Ситуация вполне себе житейская. Например, мы имеем систему приёма телевизионных каналов со спутника и несколько STB-приставок. Или же используем VLC проигрыватель или, например, камеры-видео наблюдения, передающие данные сразу нескольким потребителям, находящимся в том же сегменте сети. Ещё один кейс – передача multicast-трафика между контроллером беспроводной сети и точками доступа. Как в этой ситуации отработает IGMP snooping?
Для чистоты эксперимента на маршрутизаторе отключаем PIM, так как теперь нам не нужно больше маршрутизировать multicast-трафик.
Рассматривать вариант с отключённым IGMP snooping смысла нет: весь трафик будет просто передаваться как широковещательный. Поэтому проверяем, что IGMP snooping включён, и запускаем потоковую трансляцию на нашем импровизированном сервере. На клиенте пока VLC проигрыватель не запускаем (т.е. клиент никаких IGMP сообщений не отправляет).
Видим, что на наш компьютер, выполняющий роль клиента, стал сразу же сыпаться multicast-трафик:
Странно, ведь IGMP snooping включен. Посмотрим, как изменится ситуация, если на клиенте запустить VLC проигрыватель и подключиться к группе 230.255.0.1 (именно её мы продолжаем использовать для трансляции нашего потокового аудио). Нажимаем кнопку «Воспроизведение», видим, как наш компьютер отправил сообщение IGMP Report, начинаем слышать музыку. Понятное дело, что multicast-трафик на компьютер приходил всё время. Просто теперь клиент VLC стал его обрабатывать:
Теперь нужно убедиться, продолжает ли коммутатор рассылать multicast-трафик через все остальные порты. Или наконец заработал IGMP snooping и коммутатор стал слать трафик только туда, где есть клиенты. Но нет. Ничего не поменялось. На другом компьютере, который никак не участвует в нашем эксперименте, мы видим multicast-трафик (сам дамп приводить не буду, multicast-пакеты мы уже хорошо знаем в лицо). Стоит отметить, в дампе мы не обнаружим ни одного сообщения IGMP Report, которые ранее отправил наш клиент, и которые, по идее, должны были также рассылаться на все порты. Значит IGMP snooping на коммутаторе всё-таки частично работает: как минимум коммутатор перехватывает IGMP сообщения.
Впору заглянуть в консоль коммутатора. Информация о получателях для различных групп пуста:
Запустив отладчик (debug), видим:
Из этих сообщений единственно, что становится ясным, — коммутатор получил сообщение IGMPv3 Report, при этом версия некого Querier не советует IGMPv3 (о Querier поговорим немного позже). А что мы получим, если переключим IGMPv3 на нашем компьютере на IGMPv2 (данная процедура делается через реестр). Вдруг заведётся.
Проверяем. Поведение коммутатора осталось таким же, но вот сообщения в отладчике поменялись:
Из этих сообщений становится понятно, что коммутатор игнорирует информацию в сообщениях IGMP (и более того их удаляет), так как у него нет «mroute». И тут мы начинаем вспоминать, что первым пунктом программы IGMP snooping является определение, где находится маршрутизатор. И не важно собираемся ли мы маршрутизировать multicast-трафик или нет. В предыдущем разделе мы проверяли вывод команды «show ip igmp snooping mrouter». Там был указан номер порта, куда был подключен наш маршрутизатор, рассылающий сообщения IGMP General Query. Так вот, коммутатору с IGMP snooping обязательно нужно знать, где находится маршрутизатор multicast-трафика. Порт на коммутаторе, куда будет подключен такой маршрутизатор, как раз и получает название mrouter-порт (multicast router port). Без mrouter-порта IGMP snooping работать нормально не будет. А у нас такого порта нет, так как мы отключили на маршрутизаторе IGMP.
Включаем обратно IGMP на маршрутизаторе (для этого активируем на интерфейсе протокол PIM). Проверяем, что на коммутаторе появился mrouter-порт:
И снова запускаем наш источник потокового аудио. Пока VLC проигрыватель не включаем. Проверяем, рассылается ли трафик по всем портам коммутатора. Нет. Единственно, куда коммутатор теперь транслирует multicast-трафик – это через mrouter-порт. Делается он это всегда, так как маршрутизатор в нормальных условиях никогда не отсылает сообщений IGMP Report для групп, multicast-трафик которых он будет маршрутизировать. А значит коммутатор никак не сможет узнать, нужен или нет маршрутизатору тот или иной multicast-трафик.
Замечание. Когда мы рассматривали схемы, где источник multicast-трафика находился в другой сети, multicast пакеты попадали на маршрутизатор от источника ровно по той же причине, которую мы описывали. Маршрутизатор не отправлял в сеть с источником multicast-трафика сообщения IGMP Report для группы 230.255.0.1.
Как только мы запускаем VLC проигрыватель, коммутатор сразу начинает передавать multicast-трафик на данный компьютер. В целом схема взаимодействия между клиентом-коммутатором-маршрутизатором в рамках протокола IGMP не отличается от того, что мы рассматривали ранее, когда источник находился в другой сети. Но есть небольшой нюанс.
Взглянем на дамп, полученный с маршрутизатора (часть UDP-пакетов было отфильтровано для большей наглядности):
Из дампа видно, следующее:
И так, мы поняли, что для корректной работы IGMP snooping на коммутаторе Cisco нам нужен маршрутизатор. Но можно ли получить на коммутаторе mrouter-порт без запуска протокола IGMP на маршрутизаторе? Да и вообще, можно ли обойтись совсем без маршрутизатора? Да, для это существует несколько способов. Первый вариант – статически прописать mrouter-порт. Смотреть он может, куда угодно. Главное, чтобы был. Безусловно, это не самый элегантный способ. Второй вариант – запустить на коммутаторе режим IGMP Querier. В этом режиме коммутатор вообразит себя multicast-маршрутизатором и начнёт рассылать и обрабатывать сообщения IGMP. При этом в качестве mrouter-порта будет указывать сам на себя:
Наш коммутатор будет отсылать в том числе от своего имени сообщения IGMP General Query. Это большой плюс. Остальные коммутаторы в сети, получив его, решат, что наш коммутатор – это multicast-маршрутизатор, а значит у них появятся свои mrouter-порты. Таким образом, IGMP snooping будет работать корректно во всей сети.
Замечание. Коммутатор весь multicast-трафик всегда передаёт через mrouter-порт. Если такого трафика будет много, он легко может забить транковые порты между коммутаторами, которые и окажутся в конечном итоге mrouter-портами. Поэтому к дизайну сети стоит подходить аккуратно, правильно выбирая расположение устройств, которые будут выполнять роль IGMP Querier.
Подытожу. Для того чтобы на коммутаторах Cisco корректно работал IGMP snooping, необходимо, чтобы на нём был хотя бы один mrouter-порт. Если на коммутаторе нет ни одного mrouter-порта:
IGMP snooping и 224.0.0.X
Когда я первый раз познакомился с IGMP snooping, первое о чём я подумал, можно ли ограничить с помощью данной технологии multicast-трафик, адресованный группам из диапазона 224.0.0.0-255 (224.0.0.0/24).
Как мы помним, данный диапазон адресов используется только для локальных коммуникаций внутри одного сегмента сети (широковещательного домена). Многие IP-адреса из него зарезервированы под различные служебные протоколы. Например, адрес 224.0.0.5 используется протоколом OSPF, а адрес 224.0.0.10 – протоколом EIGRP. Но так как эти адреса используются сугубо для локально взаимодействия никакие механизмы присоединения/отключения к этим группам не используются. Т.е. для этих адресов не будет сообщений IGMP Report. Поэтому все они полностью исключены из процесса IGMP snooping и коммутатор Cisco будет рассылать трафик для данных групп на все порты.
Бывают исключения в плане отсылки сообщений IGMP Report. Например, мой компьютер пытается присоединиться к группам 224.0.0.251 и 224.0.0.252. Это сервисы Multicast DNS и Link-Local Multicast Name Resolution, которые в своей работе используют механизм присоединения к группе.
Правда коммутатор Cisco считает такое поведение не достойным для сервисов, которые используют адреса, начинающееся с «224.0.0.». В связи с чем игнорирует сообщение IGMP Report.
В заключение
Мы разобрали общие аспекты работы IGMP snooping на примере оборудования Cisco. Причём рассмотренное поведение является поведением «по умолчанию». За кадром остались вопросы, связанные с тюнингом различных параметров данной технологии (например, тайм аутов между посылками сообщений IGMP Group-Specific Query), изменением схемы работы коммутатора в случае получения от клиентов сообщений IGMP Leave (например, мы знаем, что за портом точно нет других устройств), взаимодействием с протоколом STP (точнее, что делать, когда происходит перестройка топологии сети) и пр. Обычно данные элементы являются уже более вендоро зависимыми и хорошо описаны в документации.
Если мы посмотрим на коммутаторы других производителей, на многих из них мы также найдём технологию IGMP snooping. Конечно же, будут отличия в синтаксисе настройки, каких-то терминах (например, вместо mrouter-порта у многих используется просто router-порт), различных дополнениях и параметрах, которые можно подкрутить. Но по большей части общая схема работы IGMP snooping будет сходной с тем, что мы рассмотрели.