NG MVPN私网组播路由原理

NE20E-S2 V800R010C10SPC500 特性描述 - IP组播 01

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NG MVPN私网组播路由原理

NG MVPN两端的网络分别为组播源所在的网络和组播用户所在的网络，也即组播源侧私网和用户侧私网，两者分别通过Sender PE和Receiver PE与公网连接。

组播源可由直连的组播源DR向RP注册，也可接收由接收者DR发送的加入消息，从而将组播数据发送至接收者。组播源的注册请参见PIM-SM和PIM-SSM。
组播用户通过IGMP/MLD协议加入组播组，再由组播组所属的组播设备通过PIM协议向组播源发送加入消息，从而实现组播用户接收到组播数据。私网中组播用户加入组播组的原理可参见IGMP和MLD。

NG MVPN网络中，PE之间建立BGP MVPN地址族下的BGP邻居之后，可以利用BGP的MVPN扩展团体属性（Extended Community）携带私网组播路由（C-multicast route），传递组播用户的加入/离开信息。

MVPN扩展团体属性

MVPN扩展团体属性（Extended Community）主要用于C-multicast路由的发布和接收，MVPN扩展团体属性分为两种：

Source AS Extended Community：PE发布的VPNv4路由包含此属性，是属于AS类型的扩展团体属性。主要用于跨域场景。
VRF Route Import Extended Community：Sender PE发布给Receiver PE的VPNv4路由中包含此属性，Receiver PE再向Sender PE发送BGP C-multicast route时会将此属性附带在路由中。这样当存在多个Sender PE时，接收到BGP C-multicast route的Sender PE就可以识别Receiver PE发来的BGP C-multicast route是不是该由自己处理，以及该路由应该安装到自己的哪一个VPN实例路由表。

VRF Route Import Extended Community的取值格式是Administrator field：Local Administrator field，其中Administrator field的取值是本机MVPN ID，Local Administrator field是Sender PE本地VPN实例的标识。

如图8-13所示，PE1和PE2都是Sender PE，PE3是Receiver PE。PE1和PE2都与vpn1和vpn2相连，PE1上vpn1的VRF Route Import Extended Community是1.1.1.9：1，vpn2的VRF Route Import Extended Community是1.1.1.9：2；PE2上vpn1的VRF Route Import Extended Community是2.2.2.9：1，vpn2的VRF Route Import Extended Community是2.2.2.9：2。

当PE1、PE2都与PE3建立BGP MVPN地址族的BGP邻居后，PE1和PE2都会向PE3发布到组播源192.168.1.2的VPNv4路由，此时PE1发布的VPNv4路由携带的VRF Route Import Extended Community是1.1.1.9：1，PE2发布的VPNv4路由携带的VRF Route Import Extended Community是2.2.2.9：1，PE3收到VPNv4路由后，会将优选的路由安装到vpn1的路由表中，然后将路由的VRF Route Import Extended Community存储下来，用于构造BGP C-multicast route。本例假设优选路由是PE1发布的，也即路由的VRF Route Import Extended Community是1.1.1.9：1。
当PE3收到CE3的PIM Join消息后，会构造BGP C-multicast route，然后向PE1和PE2发送，其中这个路由携带Rt-import属性，取值是之前存储的VRF Route Import Extended Community，也即1.1.1.9：1。
- 当PE1收到BGP C-multicast route后，发现BGP C-multicast route的Rt-import属性里Administrator field是1.1.1.9，也就是本机的MVPN ID，所以接收此路由，然后发现Local Administrator field是1，所以将这条路由安装到vpn1的路由表中。
- 当PE2收到BGP C-multicast route后，发现BGP C-multicast route的Rt-import属性里Administrator field是1.1.1.9，与本机的MVPN ID 2.2.2.9不匹配，所以丢弃该BGP C-multicast route，不予处理。
图8-13 VRF Route Import Extended Community应用示意图

本节将通过组播成员的(S, G)和(*, G)加入/离开过程，介绍私网组播路由的传递过程。

PIM (S, G) Join/Prune
组播成员通过(S, G)加入/离开的过程。
PIM (*, G) Join/Prune
组播成员通过(*, G)加入/离开的过程。

PIM (S, G) Join/Prune

组播成员通过(S, G)加入/离开的过程。

NG MVPN的典型组网如下图所示，CE1连接组播源，CE2连接组播用户。下面将以CE2向CE1发起PIM (S, G) Join/Prune为例来描述组播成员加入与离开过程。

图8-14 NG MVPN典型组网图

由图8-15可以看出，组播成员加入过程可以概括为表8-12：

图8-15 组播成员加入时序图

由图8-14可以看出，组播成员加入过程可以概括为表8-12：

表8-12 组播成员加入过程

步骤	设备	关键动作
	PE1	PE1从CE1接收到组播源的单播路由后，转换成VPNv4路由发布给PE2，该路由携带扩展团体属性Source AS Extended Community和VRF Route Import Extended Community。有关Source AS Extended Community和VRF Route Import Extended Community，请参考MVPN扩展团体属性。
	PE2	PE2匹配本地VPN实例配置的Import RT：如果匹配，则接收PE1发送的VPNv4路由，存储Source AS Extended Community和VRF Route Import Extended Community，用于构造BGP C-multicast route。如果不匹配，则丢弃该VPNv4路由。
	CE2	CE2通过IGMP协议获得用户加入信息后，通过PIM协议向PE2发送PIM SSM Join报文。
	PE2	PE2收到PIM加入后：生成组播表项，其中下游接口是收到PIM加入的实际接口，另外查找通往组播源的单播路由，发现上游是PE1，然后PE2通过BGP发送组加入信息给PE1。根据步骤存储的Source AS Extended Community和VRF Route Import Extended Community，构造BGP C-multicast route，设置BGP C-multicast route的RT-import为VRF Route Import Extended Community。说明：携带MVPN信息的BGP路由中NLRI字段被称为MVPN NLRI，其中Route type值为6、7的两类为C-multicast route。有关C-multicast route的构造请参考MVPN NLRI。
	PE2	将BGP C-multicast route通过BGP邻居关系发送给PE1。
	PE1	PE1收到BGP C-multicast route后：判断RT-import里的Administrator field和Local Administrator field，如果Administrator field是本地的MVPN ID，则接收该BGP C-multicast route。对于接收后的BGP C-multicast route，PE1根据RT-import的Local Administrator field（VPN序号）确定路由属于哪一个VPN实例。处理C-multicast route，将路由加入对应的VPN实例路由表，创建私网组播表项，用于指导组播数据流量转发，其中组播表项的下游接口是P2MP隧道接口。将BGP C-multicast route转换成PIM SSM Join报文。
	PE1	PE1通过PIM协议将PIM SSM Join向上游设备CE1发送。
	CE1	CE1收到PIM SSM Join报文后生成组播路由表项，添加下游接口为接收到PIM SSM Join报文的实际接口。至此，组播用户加入完成，CE1可以转发该组播组的数据给CE2。

由图8-16可以看出，组播成员离开过程可以概括为表8-13：

图8-16 组播成员离开时序图

表8-13 组播成员离开过程

步骤	设备	关键动作
	CE2	用户下线，离开组播组。
	PE2	组播路由表项老化超时，PE2删除了组播路由表项，然后生成BGP Withdraw消息。
	PE2	通过BGP邻居关系向PE1发送BGP Withdraw消息。
	PE1	PE1收到BGP Withdraw消息后，删除组播表项，生成PIM SSM Prune消息。
	PE1	PE1通过PIM协议向CE1发送PIM SSM Prune消息。
	CE1	CE1收到PIM SSM Prune消息后，停止转发该组播组的数据。

PIM (*, G) Join/Prune

组播成员通过(*, G)加入/离开的过程。

PIM (*, G) Join/Prune过程有两种实现方式，如表8-14：

表8-14 PIM (*, G) Join/Prune的两种实现方式

实现方式	原理	优点	缺点
(*, G)跨越公网方式	(*, G)表项通过公网传输到远端PE。组播成员的加入过程包括： RPT（Rendezvous Point Tree）共享树的建立，详细请参见表8-15。 SPT（Shortest Path Tree）切换，详细请参见表8-16。	私网RP（Rendezvous Point）可以部署在PE或CE上。	RPT共享树切换到SPT树可能发生在公网，因此PE需要维护较多的状态。目前私网RP只能是静态RP。
(*, G)不跨越公网方式	(, G)表项不会通过公网传输到远端PE。(, G)表项会转换成(S, G)表项再通过公网传输到远端PE。	PIM (*, G)表项不会通过公网传输，所以RPT共享树到SPT切换不会发生在公网隧道上，降低PE处理的复杂度，减少PE维护的状态。私网RP可以是静态RP或动态RP。	如果私网RP部署在CE上，则PE与CE之间还需要建立MSDP Peer。

说明：

PIM (*, G) Join/Prune过程的VPNv4路由的发布与PIM (S, G) Join/Prune过程相同，详细请参见PIM (S, G) Join/Prune。

(*, G)跨越公网方式

在组网图8-17中，CE3部署为RP，由图8-18可以看出，RPT共享树的建立可以概括为表8-15：

图8-17 PIM (*, G) Join/Prune组网图

图8-18 RPT共享树建立时序图

表8-15 RPT共享树建立

步骤	设备	关键动作
	CE2	CE2通过IGMP协议获得用户加入信息后，通过PIM协议向PE2发送PIM (*, G) Join消息。
	PE2	PE2收到PIM (, G) Join消息后，生成(, G)表项，其中下游接口是收到PIM加入的实际接口，另外查找通往RP的单播路由，发现上游是PE3。PE2构造BGP C-multicast route（Shared Tree Join route），通过BGP邻居关系发送给PE3。说明： BGP C-multicast route的构造与PIM (S, G) Join/Prune过程相同，详细请参见MVPN NLRI。
	PE3	PE3收到BGP C-multicast route（Shared Tree Join route）后：判断RT-import里的Administrator field和Local Administrator field，如果Administrator field是本地的MVPN ID，则接收该BGP C-multicast route。对于接收后的BGP C-multicast route，PE3根据RT-import的Local Administrator field（VPN序号）确定路由属于哪一个VPN实例。处理C-multicast route，将路由加入对应的VPN实例路由表，创建私网组播表项，用于指导组播数据流量转发，其中组播表项的下游接口是P2MP隧道接口。将BGP C-multicast route转换成PIM (*, G) Join消息，并向CE3发送此消息。
	CE3	CE3为RP，CE3收到PIM (, G) Join消息后生成PIM (, G)表项，添加下游接口为接收到PIM (*, G) Join消息的实际接口。至此，以CE3为根，以CE2为叶子节点的组播RPT共享树建立完成。
	CE1	组播服务器开始发送组播数据，CE1向CE3发送PIM Register消息。
	CE3	CE3收到PIM Register消息后，生成(S, G)表项，并继承(*, G)表项的出接口。同时，CE3向PE3发送组播数据。
	PE3	PE3收到组播数据后，生成(S, G)表项，并继承(, G)表项的出接口。由于(, G)表项的出接口是P2MP隧道接口，因此组播数据导入到公网隧道I-PMSI。
	PE2	组播数据通过I-PMSI到达PE2，PE2生成(S, G)表项，并继承(*, G)表项的出接口。
	CE2	CE2收到组播数据，最终组播数据转发给组播用户。

当组播服务器流量超过门限值时，CE2需要由RPT共享树向SPT树切换，即SPT切换（如果CE2没有配置门限值，则CE2立即进行SPT切换）。由图8-19可以看出，SPT切换可以概括为表8-16：

说明：

当接收端PE收到RPT树上组播数据时，也会立即进行SPT切换。其切换过程与CE2上的SPT切换类似，此处不再赘述。

图8-19 SPT切换时序图

表8-16 SPT切换

步骤	设备	关键动作
	CE2	当组播服务器流量超过门限值时，CE2发起SPT切换，向PE2发送PIM (S, G) Join消息。
	PE2	PE2收到PIM (S, G) Join报后，更新PIM表项的出接口状态，并将(S, G)表项切换到SPT树。PE2查找到组播源的路由，发现上游是PE1。PE2向PE1发送BGP C-multicast route（Source Tree Join route）。
	PE1	PE1收到BGP C-multicast route（Source Tree Join route）后，生成(S, G)表项。PE1向上游CE1发送PIM (S, G) Join消息。
	CE1	CE1收到PIM (S, G) Join消息后，生成(S, G)表项。至此，SPT切换完成，CE1可以转发组播数据给PE1。
	PE1	为了避免重复的组播流量，PE1向所有BGP邻居发送Source Active AD route，该路由中携带(S, G)表项信息。
	PE3	PE3收到PE1发送过来的Source Active AD route后，记录该路由。由于PE3是RPT共享树的组播数据的隧道入接口，完成SPT树切换后，需要删除对应共享树上的组播数据，所以PE3生成(S, G, RPT)状态，向上游发送PIM (S, G, RPT) Prune消息，删除(S, G)的数据。同时PE3更新私网组播路由表项，停止转发组播数据。说明： PIM (S, G, RPT) Prune操作将会有延迟，以确保PE2完成SPT切换，避免在SPT切换过程中出现丢包现象。
	PE2	PE2收到PE1发送过来的Source Active AD route后，记录该路由。由于此路由存在RPT的(S, G)表项，则需要将流量切换到SPT树上。PE2向PE1发送BGP C-multicast route（Source Tree Join route），从而可以接收PE1发送过来的组播流量。

由图8-20可以看出，组播成员离开过程可以概括为表8-17：

图8-20 组播成员离开过程时序图

表8-17 组播成员离开过程

步骤	设备	关键动作
	CE2	用户下线，离开组播组，发送IGMP (, G)离开消息。并向PE2发送PIM (, G) Prune消息。若CE2已经切换到SPT树，还需要发送PIM (S, G) Prune消息。
	PE2	PE2收到(, G) Prune消息后，删除(, G)表项。PE2收到(S, G) Prune消息后，删除(S, G)表项。
	PE2	PE2向PE3发送BGP Withdraw（Shared Tree Join route）消息。PE2向PE1发送BGP Withdraw（Source Tree Join route）消息。
	PE1	PE1收到BGP Withdraw（Source Tree Join route）消息后，删除以前记录的BGP C-multicast route（Source Tree Join route），并删除PIM (S, G)表项出接口。
	PE3	PE3收到BGP Withdraw（Shared Tree Join route）消息后，删除以前记录的BGP C-multicast route（Shared Tree Join route）消息，并删除PIM (*, G)表项出接口。

(*, G)不跨越公网方式

在组网图8-17中，MVPN的每个Site作为一个PIM SM BSR域，将RP部署在PE上。由图8-21可以看出，PE部署成为RP的组播成员加入过程可以概括为表8-18：

图8-21 PE部署成为RP的组播成员加入过程时序图

表8-18 PE部署成为RP的组播成员加入过程

步骤	设备	关键动作
	CE2	CE2通过IGMP协议获得用户加入信息后，通过PIM协议向PE2发送PIM (*, G) Join消息。
	PE2	PE2收到PIM (, G) Join后，生成(, G)表项。由于PE2是RP，不发送BGP C-multicast route（Shared Tree Join route）。至此，以PE2为根，CE2为叶子的共享树建立完成。
	CE1	组播服务器开始发送组播数据，CE1向PE1发送PIM Register消息。
	PE1	PE1收到PIM Register消息后，生成(S, G)表项。
	PE1	PE1向所有BGP邻居发送Source Active AD route。
	PE2	PE2收到Source Active AD route后，生成(S, G)表项，并继承(*, G)表项的出接口。
	PE2	PE2直接发起SPT切换，向组播源PE1发送BGP C-multicast route（Source Tree Join route）。
	PE1	PE1收到BGP C-multicast route（Source Tree Join route）后，根据私网组播转发表项将组播数据导入公网隧道I-PMSI，最终组播数据到达CE2。

由图8-22可以看出，PE部署成为RP的组播成员离开过程可以概括为表8-19：

图8-22 PE部署成为RP的组播成员离开过程时序图

表8-19 PE部署成为RP的组播成员离开过程

步骤	设备	关键动作
	CE2	用户下线，离开组播组，发送IGMP (, G)离开消息。CE2向PE2发送PIM (, G) Prune消息。
	PE2	PE2收到(, G) Prune消息后，删除(, G)表项。
	CE2	CE2向PE2发送PIM (S, G) Prune消息。
	PE2	PE2收到PIM (S, G) Prune消息后，删除(S, G)表项。PE2向PE1发送BGP Withdraw（Source Tree Join route）消息。
	PE1	PE1收到BGP Withdraw（Source Tree Join route）消息后，删除以前记录的BGP C-multicast route（Source Tree Join route），并删除PIM (S, G)表项对应的出接口。同时PE1向上游发送PIM (S, G) Prune消息。
	CE1	CE1收到PIM (S, G) Prune消息后，停止转发该组播组的数据。

在组网图8-17中，MVPN的每个Site作为一个PIM SM BSR域，将RP部署在CE上，CE与PE之间建立MSDP（Multicast Source Discovery Protocol） Peer。由图8-23可以看出，CE部署成为RP的组播成员加入过程可以概括为表8-20：

图8-23 CE部署成为RP的组播成员加入过程时序图

表8-20 CE部署成为RP的组播成员加入过程

步骤	设备	关键动作
	CE2	CE2通过IGMP协议获得用户加入信息后，生成PIM (, G)表项。由于CE2自身就是RP，CE2不会继续向上游发送(, G)表项。
	CE1	组播服务器开始发送组播数据，CE1向CE3发送PIM Register消息。
	CE3	CE3收到PIM Register消息后，生成(S, G)表项。
	CE3	CE3将生成的(S, G)表项信息通过MSDP SA消息发送给MSDP Peer PE3。
	PE3	PE3收到MSDP SA（Source Active）消息后，生成(S, G)表项。
	PE3	PE3发送Source Active AD route，将(S, G)表项信息传输给其他PE。
	PE2	PE2通过Source Active AD route学习到(S, G)表项信息后，发送MSDP SA消息将(S, G)表项信息传输给MSDP Peer CE2。
	CE2	CE2通过MSDP SA消息学习到(S, G)表项信息，生成(S, G)表项。CE2直接向组播源发起(S, G)加入，最终将组播数据转发给组播用户。

由图8-24可以看出，CE部署成为RP的组播成员离开过程可以概括为表8-21：

图8-24 CE部署成为RP的组播成员离开过程时序图

表8-21 CE部署成为RP的组播成员离开过程

步骤	设备	关键动作
	CE2	用户下线，离开组播组，发送IGMP (, G)离开消息。由于CE2自身就是RP，CE2不会继续向上游发送PIM (, G) Prune消息。
	CE2	CE2向PE2发送PIM (S, G) Prune消息。
	PE2	PE2收到PIM (S, G) Prune消息后，删除(S, G)表项。PE2向PE1发送BGP Withdraw（Source Tree Join route）消息。
	PE1	PE1收到BGP Withdraw（Source Tree Join route）消息后，删除以前记录的BGP C-multicast route（Source Tree Join route），并删除PIM (S, G)表项对应的出接口。同时PE1向上游发送PIM (S, G) Prune消息。
	CE1	CE1收到PIM (S, G) Prune消息后，停止转发该组播组的数据。

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更新时间：2019-01-02

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