某型設備接收組播數據異常現象研究

勇紅亮

（中國衛星海上測控部 江蘇 江陰 214431）

1 引言

2021年后，我國空間站建設及載人航天任務進入高密度發射階段。在任務中，需要傳輸相關實時數據。我部與中心以及飛行器之間需要傳輸相關數據信息以完成相關任務的要求。我部在交換機上接入某型設備用于數據通道的檢查，接收其他設備處理后環回的組播數據，然后經某型設備解碼后送監視設備用于監視監聽。

2 組播基本概念

組播可分為ASM（任意源組播）和SSM（指定源組播）[1]，相對于任意源組播，指定源組播的安全性更高。目前，我部使用的數據為指定源組播，為使組播數據能夠在網絡中正常傳輸，需要在數據途徑各網絡設備上開啟組播功能（multicast routing-enable），網絡設備的互聯接口開啟pim sm功能，用戶接收主機的交換機端口下開啟igmp功能。

2.1 組播靜態引入

在交換機接入端接入組播用戶，默認情況下為動態端口，存在老化時間。如果某終端需要接收固定組播組的數據，可以在接口下配置組播靜態引入，這樣就不存在端口老化的問題。

2.2 IGMP Snooping基本原理

當交換機收到組播報文后，由于組播報文的目的IP地址為組播組IP，交換機只能學習單播數據的MAC地址，而學習不到組播組這一類MAC表項，所以會在同一VLAN內所有接口進行廣播，同一VLAN組播成員及非成員都能收到組播報文，這樣就會造成交換機資源的浪費和無關用戶網卡的處理負擔。IGMP Snooping對路由設備和終端之間交互的IGMP協議報文進行偵聽，建立起端口和組播MAC地址的映射關系，實現按需轉發[2]。為了節省交換機資源，經常需要開啟IGMP-Snooping功能。

2.3 IGMP SSM-Mapping基本原理

SSM可以指定組播源，安全性更高，組播組管理協議只有IGMPv3版本協議支持SSM，如果用戶主機只能運行IGMPv1/IGMPv2，則不能使用指定源組播[3]。這時，為了使其能夠使用SSM服務，則需要借助SSM-Mapping功能，從而實現組播（*，G）表項向（S，G）表項的轉變。

3 設備數據收發異常分析

3.1 組播靜態引入方法

3.1.1 數據分析

通過使用wireshark軟件在交換機鏡像口抓包分析，發現發送的RTP數據存在異常，經過排查發現RTP數據包的包頭格式以及發送的包頻與規定配置不一致，協調修改相關參數后，某型設備仍然接收不到組播數據，說明還存在其他原因導致數據接收異常。

通過查閱相關資料及wireshark抓包分析，發現某型設備不支持IGMPv3協議，發送的組播加入請求為IGMPv2，由于發送的組播數據為指定源組播，用戶接收側只有IGMPv3版本協議支持指定源組播，所以不支持IGMPv3版本的主機無法使用指定源組播服務。見圖1。

圖1 組播加入請求

3.1.2 IGMP-Snooping功能研究

目前，在接入交換機上設備VLANIF內配置了組播組靜態引入。關閉IGMP-Snooping，設備能正常接收數據，開啟IGMP-Snooping后，導致設備接收不到組播數據，原理分析如下。

關閉IGMP-Snooping時，由于設備配置組播組靜態引入，所以無論交換機下是否有接收用戶，交換機都默認有組播接收成員，能夠建立正確的組播轉發表項，并向所有VLAN的端口轉發組播數據。

開啟IGMP-Snooping時，該功能偵聽組播用戶與上游交換機之間的IGMP報文從而建立二層組播轉發表，控制組播報文只轉發給加入組播組的用戶，非組播組用戶接收不到數據[4]。如圖2所示，由于某型設備不支持IGMPv3協議，發送的加入請求為IGMPv2，交換機直接忽略該請求報文。最終并沒有有效的igmp報文，查看組播用戶可以看出IGMP group記錄里沒有某型設備的IP地址（10.1.1.2），結果見圖3，從而不會向相應設備上轉發組播數據。

圖2 點播請求被忽略

圖3 組播用戶表項

從圖4可以看出，開啟組播組靜態引入，交換機匹配到的靜態引入組播數據數量一直在增加，但轉發的組播數據數量沒有變化，說明IGMP-Snooping在控制組播轉發的優先級上高于組播組靜態引入，從而導致組播數據無法正常轉發。

圖4 組播轉發表項

3.2 SSM-Mapping方法

利用eNSP平臺進行仿真，使用S5700交換機，VLANIF下啟用IGMPv3協議[5]，并且在信宿的VLAN下和全局都啟用了IGMP-Snooping enable，接收終端以IGMPv2通告加入指定源組播組進行測試。

3.2.1 測試驗證

在沒有啟用ssm-mapping的情況下，終端接收不到組播信息，點播請求被直接忽略，現象同圖2。在啟用IGMP-Snooping的情況下，接受不到組播數據。關閉IGMP-Snooping功能，可以正常接收組播數據。

3.2.2 IGMP-Snooping功能的影響

經測試，必須關閉信宿所在vlan的IGMP-Snooping，否則信宿收不到任何信息；但信宿不能和信源在同一個VLAN內，否則也點播不到信息。所以，信宿和信源在不同VLAN中時，必須在信宿VLANIF上執行IGMP ssm-mapping enable，并關閉IGMP-Snooping，否則無法收到信息。

3.3 總結

個人認為這是交換機軟件存在的問題，在IGMPv3通告到指定源組播或IGMPv2通告到任意源組播條件下，此時配置IGMP-Snooping才會正常生效，其他條件下均不可以正常傳輸數據。在IGMPv2通告到指定源條件下配置IGMP-Snooping，此時不能建立正確的組播路由表項，也不能建立正確的IGMP group表項，數據無法正常傳輸。

4 優化及建議

通過測試驗證，在交換機上使用組播組靜態引入或者使用IGMP SSM-Mapping都可以使設備正常接收組播數據，話音及圖像能夠正常解析，監控設備上觀察各項指標均正常。但是該方法需要關閉交換機的IGMP-Snooping功能，所以存在的弊端是交換機下相同VLAN下的用戶都會接收到同樣的數據，導致網絡資源的浪費以及非接收設備的網卡處理負擔[6]。

5 結語

本文完成了對某型設備及交換機轉發機制的分析與研究，后續空間站建設及載人航天任務密集，某型設備的使用頻率也會增加，需要全方位掌握設備的運行原理及設備性能，以保障設備能夠正確穩定的傳輸數據，通過本文的研究使崗位人員更準確、清晰地了解數據的轉發，為網絡及各設備的穩定運行提供了可靠保障。經過實驗驗證，證明了相關配置的制約性，具有較高的推廣使用價值[7]。

本文只針對無法使用IGMPv3的終端進行了研究，后續可以在組播各項配置生效的優先級及制約性方面進行進一步的深入研究。