Что такое IGMP snooping в роутере
Ряд платформ в интернете используют метод multicast для передачи данных группе пользователей. Такая технология применяется для онлайн-игр, прямых трансляций, дистанционного обучения и даже для почтовых рассылок. Но мультивещание не всегда грамотно оптимизирует ретрансляцию трафика и нагружает сеть пользователя, поэтому для устранения этой проблемы создали функцию IGMP snooping. Разберёмся, что это за функция, и как включить её для оптимизации своего трафика.
Что такое и зачем нужна функция IGMP snooping
Для начала дадим определение IGMP, чтобы понять принцип работы технологии. Internet Group Management Protocol – протокол управления сетью мультивещания, который организует несколько устройств в группы. Он основан на протоколе IP и применяется в интернете повсеместно, эффективно используя ресурсы сети.
IGMP snooping – процесс отслеживания multicast-трафика между группой потребителей и хостом. Включенная функция snooping начинает анализировать запросы пользователя на соединение с мультивещательной группой и добавляет порт в список IGMP-вещания. После завершения использования мультитрафика, пользователь оставляет запрос и протокол, удаляет порт из списка групповой передачи данных.
Таким образом snooping исключает передачу пользователю ненужных данных через multicast каналы. Это делает обмен данными на канальном уровне сети более эффективным и учитывает потребности сетевого уровня, что в особенности важно для поставщиков информации. Пользователи также получат оптимизированный контент, хотя в итоге нагрузка на сеть возрастёт.
Без отслеживания и анализа данных, конечные потребители в виде конкретных IP-адресов, будут вынуждены «переваривать» дополнительную бесполезную для них информацию. IGMP snooping не только избавит пользователей от лишнего трафика, но и сделает обмен информацией более безопасным. Включенный режим отслеживания вовремя пресечёт попытки DDoS-атаки на сеть или конкретные адреса, к которым уязвим протокол Internet Group Management.
Активация функции IGMP snooping
Функция отслеживания и анализа трафика доступна на управляемых сетевых коммутаторах или свичах. Это устройство помогает реализовывать принципы группового вещания на канальном уровне сети. Для активации IGMP snooping требуется вручную включить и настроить её на коммутаторе. Неуправляемые аналоги не поддерживают режим анализа трафика, так как не могут быть настроены через интерфейс.
Перед использованием коммуникатора в вашей сети убедитесь, что конечный получатель (например, smart-tv) поддерживает режим snooping. Обычно устройства имеют соответствующий пункт в разделе «Настройка сетевого подключения», что заметно упрощает регулировку мультивещания.
Рассмотрим способ подключения функции через командную строку на примере популярных коммутаторов D-Link:
Последняя команда включает функцию IGMP Snooping Fast Leave, которая исключает порт из сети, как только пользователь сделал запрос «leave». Благодаря Fast Leave, потребитель не получит ненужные данные и не будет их обрабатывать. Это уменьшит нагрузку на сеть и позволит коммутатору работать более эффективно.
Виды IGMP snooping
Прослушка и анализ данных делится на два вида:
Snooping с активным алгоритмом ускоряет передачу данных и улучшает качество сети, но при этом создаёт дополнительную нагрузку на коммутатор. Фильтрация требует от устройства определённых затрат ресурсов памяти и CPU, тогда как простое отслеживание или ретрансляция – менее требовательная процедура. При этом активное отслеживание передаёт маршрутизатору данные только о самом последнем участнике группы, чтобы устройство не определило это, как отсутствие потребителей в канале, и не исключило порт из списка.
Функция IGMP snooping отлично сочетается с домашними сетями, если вы используете много технологий групповой IP-связи. Купив и настроив коммутатор с функцией активного отслеживания, вы значительно ускорите работу интернет-протокола и обезопасите домашнюю группу от взлома и проникновения злоумышленников.
Mld snooping что это
Продукты, решения и услуги для организаций
MLD Snooping
Используемые сетевые элементы
Источник многоадресной рассылки
Устройство, которое отправляет многоадресные данные на хосты-получатели. Например, видеосервер является источником многоадресной рассылки.
Устройство независимой от протокола многоадресной рассылки IPv6 (PIM)
Устройство, которое использует протокол PIM IPv6 для генерации и ведения записей многоадресной маршрутизации и пересылки многоадресных данных на основе записей многоадресной маршрутизации. В сети многоадресной рассылки IPv6 все устройства уровня 3 должны запускать IPv6 PIM; в противном случае пути многоадресной передачи не могут быть установлены
Устройство, которое обменивается сообщениями MLD с хостами-получателями для создания и обслуживания группового членства. В сети многоадресной рассылки на устройствах уровня 3, подключенных к сетевым сегментам получателей, должен работать протокол MLD или должны быть настроены статические группы MLD. В противном случае вышестоящие PIM-устройства не смогут распознать группы многоадресной рассылки, к которым пользователи хотят присоединиться и, следовательно, не смогут устанавливать тракты многоадресной передачи.
Устройство MLD snooping
Устройство, которое прослушивает IGMP-сообщения, которыми обмениваются вышестоящие устройства многоадресной рассылки уровня 3 и хосты-получатели для создания и ведения записей многоадресной рассылки уровня 2, которые используются для точной пересылки многоадресных данных в сети уровня 2. Чтобы предотвратить широковещательную рассылку многоадресных пакетов в сети уровня 2 и сохранить полосу пропускания сети, рекомендуется настроить MLD snooping на устройствах уровня 2.
Пользователь многоадресной рассылки, который принимает многоадресные данные. Получателем может быть ПК, телевизионная приставка или любое устройство с установленным клиентом многоадресной рассылки.
В главе «Конфигурирование MLD Snooping» описано, как настроить MLD Snooping на устройстве уровня 2.
Поддержка лицензий
MLD snooping является базовой функцией коммутатора и не находится под контролем лицензии.
Поддержка версий
Табл. 7-11 Продукты и версии, поддерживающие MLD Snooping
| Продукт | Модель продукта | Версия ПО |
|---|---|---|
| V200R005C00, V200R006C00, V200R007C00, V200R007C20, V200R008C00, V200R009C00, V200R010C00, V200R011C10, V200R012C00 V200R010C00, V200R011C10, V200R012C00 V200R008C00, V200R009C00, V200R010C00, V200R011C10, V200R012C00 MLD SnoopingDefinitionMulticast Listener Discovery Snooping (MLD snooping) is an IPv6 Layer 2 multicast protocol. The MLD snooping protocol maintains information about the outbound interfaces of multicast packets by snooping multicast protocol packets exchanged between the Layer 3 multicast device and user hosts. MLD snooping manages and controls multicast packet forwarding at the data link layer. PurposeSimilar to an IPv4 multicast network, multicast data on an IPv6 multicast network (especially on an LAN) have to pass through Layer 2 switching devices. As shown in Figure 12-13, a Layer 2 switch locates between multicast users and the Layer 3 multicast device, Router. After receiving multicast packets from Router, Switch forwards the multicast packets to the multicast receivers. The destination address of the multicast packets is a multicast group address. Switch cannot learn multicast MAC address entries, so it broadcasts the multicast packets in the broadcast domain. All hosts in the broadcast domain will receive the multicast packets, regardless of whether they are members of the multicast group. This wastes network bandwidth and threatens network security. MLD snooping solves this problem. MLD snooping is a Layer 2 multicast protocol on the IPv6 network. After MLD snooping is configured, Switch can snoop and analyze MLD messages between multicast users and Router. The Layer 2 multicast device sets up Layer 2 multicast forwarding entries to control forwarding of multicast data. In this way, multicast data is not broadcast on the Layer 2 network. PrinciplesMLD snooping is a basic IPv6 Layer 2 multicast function that forwards and controls multicast traffic at Layer 2. MLD snooping runs on a Layer 2 device and analyzes MLD messages exchanged between a Layer 3 device and hosts to set up and maintain a Layer 2 multicast forwarding table. The Layer 2 device forwards multicast packets based on the Layer 2 multicast forwarding table. On an IPv6 multicast network shown in Figure 12-14, after receiving multicast packets from Router, Switch at the edge of the access layer forwards the multicast packets to receiver hosts. If Switch does not run MLD snooping, it broadcasts multicast packets at Layer 2. After MLD snooping is configured, Switch forwards multicast packets only to specified hosts. With MLD snooping configured, Switch listens on MLD messages exchanged between Router and hosts. It analyzes packet information (such as packet type, group address, and receiving interface) to set up and maintain a Layer 2 multicast forwarding table, and forwards multicast packets based on the Layer 2 multicast forwarding table. ConceptsAs shown in Figure 12-15, Router connects to the multicast source. MLD snooping is configured on SwitchA and SwitchB. HostA, HostB, and HostC are receiver hosts. Figure 12-15 shows MLD snooping ports. The following table describes these ports. Ports marked as blue points on SwitchA and SwitchB. A router port is a port on a Layer 2 multicast device and connects to an upstream multicast router. A router port receives multicast packets from a Layer 3 multicast device such as a designated router (DR) or MLD querier. A dynamic router port is generated by MLD snooping. A port becomes a dynamic router port when it receives an MLD General Query message or IPv6 PIM Hello message with any source address except 0::0. The IPv6 PIM Hello messages are sent from the PIM port on a Layer 3 multicast device to discover and maintain neighbor relationships. A static router port is manually configured. Ports marked as yellow points on SwitchA and SwitchB. A member port is a member of a multicast group. A Layer 2 multicast device sends multicast data to the receiver hosts through member ports. A dynamic member port is generated by MLD snooping. A Layer 2 multicast device sets a port as a dynamic member port when the port receives an MLD Report message. A static member port is manually configured. The router port and member port are outbound interfaces in Layer 2 multicast forwarding entries. A router port functions as an upstream interface, while a member port functions as a downstream interface. Port information learned through protocol packets is saved as dynamic entries, and port information manually configured is saved as static entries. ImplementationAfter MLD snooping is configured, the Layer 2 multicast device processes the received MLD protocol packets in different ways and sets up Layer 2 multicast forwarding entries. MLD Message Received on a Layer 2 Device The MLD querier periodically sends General Query messages to all hosts and the router (FF02::1) on the local network segment, to check which multicast groups have members on the network segment. MLD General Query message MLD Report message Aging time of a dynamic router port = Robustness variable × General query interval + Maximum response time for General Query messages Leave of multicast members Multicast-Address-Specific Query/Multicast-Address-and-Source-Specific Query message | A Multicast-Address-Specific Query/Multicast-Address-and-Source-Specific Query message is forwarded to the ports connected to members of specific groups. |
When the Layer 2 device receives an IPv6 PIM Hello message, it sets the aging time of the router port to the Holdtime value in the Hello message.
If a static router port is configured, the Layer 2 device forwards received MLD Report and Done messages to the static router port. If a static member port is configured for a multicast group, the Layer 2 device adds the port to the outbound interface list for the multicast group.
After a Layer 2 multicast forwarding table is set up, the Layer 2 device searches the multicast forwarding table for outbound interfaces of multicast data packets according to the VLAN IDs and destination addresses (IPv6 group addresses) of the packets. If outbound interfaces are found for a packet, the Layer 2 device forwards the packet to all the member ports of the multicast group. If no outbound interface is found, the Layer 2 device drops the packet or broadcasts the packet in the VLAN.
MLD Snooping Proxy
Principles
MLD snooping proxy can be configured on a Layer 2 device. The Layer 2 device then functions as a host to send MLD Report messages to the upstream Layer 3 device. This function reduces the number of MLD Report and MLD Done messages sent to the upstream Layer 3 device. A device configured with MLD snooping proxy functions as a host for its upstream device and a querier for its downstream hosts.
As shown in Figure 12-16, when Switch runs MLD snooping, it forwards MLD Query, Report, and Done messages transparently to the upstream Router. When numerous hosts exist on the network, redundant MLD messages increase the burden of Router.
With MLD snooping proxy configured, Switch can terminate MLD Query messages sent from Router and MLD Report/Done sent from downstream hosts. When receiving these messages, Switch constructs new messages to send them to Router.
After MLD snooping proxy is deployed on the Layer 2 device, the Layer 3 device considers that it interacts with only one user. The Layer 2 device interacts with the upstream device and downstream hosts. The MLD snooping proxy function conserves bandwidth by reducing MLD message exchanges. In addition, MLD snooping proxy functions as a querier to process protocol messages received from downstream hosts and maintain group memberships. This reduces the load of the upstream Layer 3 device.
Implementation
A device that runs MLD snooping proxy sets up and maintains a Layer 2 multicast forwarding table and sends multicast data to hosts based on the multicast forwarding table. Table 12-4 describes how the MLD snooping proxy device processes MLD messages.
MLD General Query message
The Layer 2 device forwards the message to all ports excluding the port receiving the message. The device generates an MLD Report message based on the group memberships and sends the MLD Report message to all router ports.
Multicast-Address-Specific Query/Multicast Address and Source Specific Query message
If the group specified in the message has member ports in the multicast forwarding table, the Layer 2 device responds with an MLD Report message to all router ports.
MLD Report message
The Layer 2 device sends a Group-Specific Query message to the port that receives the MLD Done message. The Layer 2 device sends an MLD Done message to all router ports only when the last member port is deleted from the forwarding entry.
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.
