勇紅亮

（中國衛(wèi)星海上測控部 江蘇 江陰 214431）

1 引言

2021年后，我國空間站建設(shè)及載人航天任務(wù)進(jìn)入高密度發(fā)射階段。在任務(wù)中，需要傳輸相關(guān)實時數(shù)據(jù)。我部與中心以及飛行器之間需要傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)信息以完成相關(guān)任務(wù)的要求。我部在交換機(jī)上接入某型設(shè)備用于數(shù)據(jù)通道的檢查，接收其他設(shè)備處理后環(huán)回的組播數(shù)據(jù)，然后經(jīng)某型設(shè)備解碼后送監(jiān)視設(shè)備用于監(jiān)視監(jiān)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(shù)據(jù)為指定源組播，為使組播數(shù)據(jù)能夠在網(wǎng)絡(luò)中正常傳輸，需要在數(shù)據(jù)途徑各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上開啟組播功能（multicast routing-enable），網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互聯(lián)接口開啟pim sm功能，用戶接收主機(jī)的交換機(jī)端口下開啟igmp功能。

2.1 組播靜態(tài)引入

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

2.2 IGMP Snooping基本原理

當(dāng)交換機(jī)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(jī)只能學(xué)習(xí)單播數(shù)據(jù)的MAC地址，而學(xué)習(xí)不到組播組這一類MAC表項，所以會在同一VLAN內(nèi)所有接口進(jìn)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(jī)資源的浪費和無關(guān)用戶網(wǎng)卡的處理負(fù)擔(dān)。IGMP Snooping對路由設(shè)備和終端之間交互的IGMP協(xié)議報文進(jìn)行偵聽，建立起端口和組播MAC地址的映射關(guān)系，實現(xiàn)按需轉(zhuǎn)發(fā)[2]。為了節(jié)省交換機(jī)資源，經(jīng)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(xié)議只有IGMPv3版本協(xié)議支持SSM，如果用戶主機(jī)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(wù)，則需要借助SSM-Mapping功能，從而實現(xiàn)組播（*，G）表項向（S，G）表項的轉(zhuǎn)變。

3 設(shè)備數(shù)據(jù)收發(fā)異常分析

3.1 組播靜態(tài)引入方法

3.1.1 數(shù)據(jù)分析

通過使用wireshark軟件在交換機(jī)鏡像口抓包分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)送的RTP數(shù)據(jù)存在異常，經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)RTP數(shù)據(jù)包的包頭格式以及發(fā)送的包頻與規(guī)定配置不一致，協(xié)調(diào)修改相關(guān)參數(shù)后，某型設(shè)備仍然接收不到組播數(shù)據(jù)，說明還存在其他原因?qū)е聰?shù)據(jù)接收異常。

通過查閱相關(guān)資料及wireshark抓包分析，發(fā)現(xiàn)某型設(shè)備不支持IGMPv3協(xié)議，發(fā)送的組播加入請求為IGMPv2，由于發(fā)送的組播數(shù)據(jù)為指定源組播，用戶接收側(cè)只有IGMPv3版本協(xié)議支持指定源組播，所以不支持IGMPv3版本的主機(jī)無法使用指定源組播服務(wù)。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(jī)上設(shè)備VLANIF內(nèi)配置了組播組靜態(tài)引入。關(guān)閉IGMP-Snooping，設(shè)備能正常接收數(shù)據(jù)，開啟IGMP-Snooping后，導(dǎo)致設(shè)備接收不到組播數(shù)據(jù)，原理分析如下。

關(guān)閉IGMP-Snooping時，由于設(shè)備配置組播組靜態(tài)引入，所以無論交換機(jī)下是否有接收用戶，交換機(jī)都默認(rèn)有組播接收成員，能夠建立正確的組播轉(zhuǎn)發(fā)表項，并向所有VLAN的端口轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)。

開啟IGMP-Snooping時，該功能偵聽組播用戶與上游交換機(jī)之間的IGMP報文從而建立二層組播轉(zhuǎn)發(fā)表，控制組播報文只轉(zhuǎn)發(fā)給加入組播組的用戶，非組播組用戶接收不到數(shù)據(jù)[4]。如圖2所示，由于某型設(shè)備不支持IGMPv3協(xié)議，發(fā)送的加入請求為IGMPv2，交換機(jī)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(shè)備的IP地址（10.1.1.2），結(jié)果見圖3，從而不會向相應(yīng)設(shè)備上轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)。

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(tài)引入，交換機(jī)匹配到的靜態(tài)引入組播數(shù)據(jù)數(shù)量一直在增加，但轉(zhuǎn)發(fā)的組播數(shù)據(jù)數(shù)量沒有變化，說明IGMP-Snooping在控制組播轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)先級上高于組播組靜態(tài)引入，從而導(dǎo)致組播數(shù)據(jù)無法正常轉(zhuǎn)發(fā)。

圖4 組播轉(zhuǎn)發(fā)表項

3.2 SSM-Mapping方法

利用eNSP平臺進(jìn)行仿真，使用S5700交換機(jī)，VLANIF下啟用IGMPv3協(xié)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(jìn)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(xiàn)象同圖2。在啟用IGMP-Snooping的情況下，接受不到組播數(shù)據(jù)。關(guān)閉IGMP-Snooping功能，可以正常接收組播數(shù)據(jù)。

3.2.2 IGMP-Snooping功能的影響

經(jīng)測試，必須關(guān)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(nèi)，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(zhí)行IGMP ssm-mapping enable，并關(guān)閉IGMP-Snooping，否則無法收到信息。

3.3 總結(jié)

個人認(rèn)為這是交換機(jī)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(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)無法正常傳輸。

4 優(yōu)化及建議

通過測試驗證，在交換機(jī)上使用組播組靜態(tài)引入或者使用IGMP SSM-Mapping都可以使設(shè)備正常接收組播數(shù)據(jù)，話音及圖像能夠正常解析，監(jiān)控設(shè)備上觀察各項指標(biāo)均正常。但是該方法需要關(guān)閉交換機(jī)的IGMP-Snooping功能，所以存在的弊端是交換機(jī)下相同VLAN下的用戶都會接收到同樣的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源的浪費以及非接收設(shè)備的網(wǎng)卡處理負(fù)擔(dān)[6]。

5 結(jié)語

本文完成了對某型設(shè)備及交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的分析與研究，后續(xù)空間站建設(shè)及載人航天任務(wù)密集，某型設(shè)備的使用頻率也會增加，需要全方位掌握設(shè)備的運行原理及設(shè)備性能，以保障設(shè)備能夠正確穩(wěn)定的傳輸數(shù)據(jù)，通過本文的研究使崗位人員更準(zhǔn)確、清晰地了解數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，為網(wǎng)絡(luò)及各設(shè)備的穩(wěn)定運行提供了可靠保障。經(jīng)過實驗驗證，證明了相關(guān)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(jìn)行了研究，后續(xù)可以在組播各項配置生效的優(yōu)先級及制約性方面進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究。