Multicast 패킷을 처리하기 위해 필요한 라우팅 프로토콜.
보통 PIM-DM 이나 PIM-SM을 사용한다. PIM은 ‘Protocol Independent Multicast’의 약자인데, 프로토콜과 독립된 멀티캐스트 즉, 유니캐스트 라우팅은 아무거나 사용할 수 있다는 의미다.

1. PIM-DM
2. PIM-SM

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1. PIM-DM

Protocol Independent Multicast – Dense Mode

보통 LAN처럼 Multicast 목적지가 밀집(Dense)한 망에서 사용한다. 주기적으로 Multicast 정보를 전송하고, 만일 Neighbor로부터 일정 기간 동안 정보를 받지 못하면 해당 경로를 삭제한다.

PIM-DM 동작 방식

PIM-DM 설정

[기본]
– Access 포트 설정 ( L3SW1, L3SW2, SW1 )
– IP주소할당 ( SW1 제외 )
– 라우팅 ( OSPF )

[PIM-DM 설정]

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L3SW1(config)# ip multicast-routing
L3SW1(config)#
L3SW1(config)# int vlan 10
L3SW1(config-if)# ip pim dense-mode
L3SW1(config-if)# int vlan 20
L3SW1(config-if)# ip pim dense-mode

L3SW2(config)# ip multicast-routing
L3SW2(config)#
L3SW2(config)# int vlan 20
L3SW2(config-if)# ip pim dense-mode
L3SW2(config-if)# int vlan 30
L3SW2(config-if)# ip pim dense-mode
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[확인]

– show ip pim neighbor

– Multicast 시뮬레이션

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PC(config)# int fa0/0
PC(config-if)# ip igmp join-group 239.1.1.2

Server# ping 239.1.1.2 repeat 10000 
-

(10.10.1.2, 239.1.1.2) = 소스IP, Multicast 그룹번호

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2. PIM-SM

Protocol Independent Multicast – Sparse Mode

Multicast 패킷을 수신하는 장비들이 여러 곳으로 분산되었을 때 사용한다. 다양한 기능으로 LAN에서 사용하기도 한다.

PIM-SM 동작방식

(1) 사용 중인 Multicast Source 정보를 갖고 있는 Redezvous Point(RP)를 지정한다. 지정방식에는 Static RP / Auto RP / BSR 이 있다.

(2) Designated Router ( Multicast Source와 인접한 장비 )가 Source IP, Multicast Group 번호를 RP에게 통보한다.

(3) 위 정보를 바탕으로 RP는 Multicast Routing Table을 생성한다. DR에게 패킷 전송 중지를 요청한다.

(4) 해당 경로가 MRT에 삭제 되지 않도록 주기적으로 DR이 RP로 Source 관련 정보를 전송한다.

(5) Host가 라우터에게 Multicast 그룹 가입 요청한다. 이 때 IGMP를 사용한다.

(6) 라우터가 RP에게 PIM-SM을 이용해 Multicast 패킷을 요청한다.

(7) RP가 MRT를 참고하여, Source에 인접한 DR로부터 Multicast 패킷을 요청한다. 이 패킷을 수신하면, Host로 전송한다.

PIM-SM 설정

1. Static RP

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L3SW1(config)# ip multicast-routing
L3SW1(config)# ip pim rp-address 1.1.1.1
L3SW1(config)# int vlan 10
L3SW1(config-if)# ip pim sparse-mode
L3SW1(config-if)# int vlan 20
L3SW1(config-if)# ip pim sparse-mode

L3SW2(config)# ip multicast-routing
L3SW2(config)# ip pim rp-address 1.1.1.1
L3SW2(config)# int vlan 20
L3SW2(config-if)# ip pim sparse-mode
L3SW2(config-if)# int vlan 30
L3SW2(config-if)# ip pim sparse-mode
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2. Auto RP ; Cisco 전용
– 동작과정
(1) Candidate RP가 224.0.1.39를 이용해 자신이 RP 후보임을 알림.
(2) RP Mapping Agent가 RP 후보 취합 및 Multicast 그룹 별 RP를 지정하여 224.0.1.40으로 다른 라우터에게 알림.
(3) Multicast 동작하는 라우터들은 Mapping Agent가 보낸 주소를 RP로 설정.

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L3SW1(config)# ip multicast-routing
L3SW1(config)# 
L3SW1(config)# int lo 0
L3SW1(config-if)# ip pim sparse-dense-mode
L3SW1(config-if)# exit
L3SW1(config)# 
L3SW1(config)# ip pim send-rp-announce lo0 scope 10
L3SW1(config)# ip pim send-rp-deiscovery lo0 scope 10
L3SW1(config)# 
L3SW2(config)# int vlan 10
L3SW2(config-if)# ip pim sparse-dense-mode
L3SW1(config-if)# int vlan 20
L3SW1(config-if)# ip pim sparse-dense-mode

L3SW2(config)# ip multicast-routing
L3SW2(config)# 
L3SW2(config)# int vlan 20
L3SW2(config-if)# ip pim sparse-dense-mode
L3SW2(config-if)# int vlan 30
L3SW2(config-if)# ip pim sparse-dense-mode
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3. BSR (Bootstrap Router) ; 표준

-동작과정
(1) BSR이 224.0.0.13을 이용해 자신이 BSR임을 알림.
(2) RP후보가 BSR Unicast 주소로 자신이 RP 후보임을 알림.
(3) BSR이 224.0.0.13을 이용해 각 라우터로 RP 후보리스트를 전송한다.
(4) 후보 리스트를 받은 라우터들이 알아서 RP를 선택한다.

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L3SW1(config)# ip multicast-routing
L3SW1(config)# 
L3SW1(config)# int lo 0
L3SW1(config-if)# ip pim sparse-mode
L3SW1(config-if)# exit
L3SW1(config)# 
L3SW1(config)# ip pim bsr-candidate lo0
L3SW1(config)# ip pim rp-candidate lo0
L3SW1(config)# 
L3SW2(config)# int vlan 10
L3SW2(config-if)# ip pim sparse-mode
L3SW1(config-if)# int vlan 20
L3SW1(config-if)# ip pim sparse-mode

L3SW2(config)# ip multicast-routing
L3SW2(config)# 
L3SW2(config)# int vlan 20
L3SW2(config-if)# ip pim sparse-mode
L3SW2(config-if)# int vlan 30
L3SW2(config-if)# ip pim sparse-mode
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1. Multicast
2. Multicast와 관련된 프로토콜

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네트워크 통신 형태에는 Unicast, Multicast, Broadcast가 있다.
Unicast는 수신자를 지정하여 ‘1 : 1’ 통신할 때, Broadcast는 수신자를 지정하지 않고 ‘1 : 모든 불특정N’ 으로 통신할 때 사용한다.

Multicast는 그럼 언제 사용할까?
특정 그룹에 속한 수신자를 지정하여 ‘1 : 특정N’으로 통신할 때 사용한다.

Multicast IP

A , B, C 클래스의 IP는 네트워크 부분과 호스트 부분으로 나눈다. 하지만 D클래스 대역을 사용하는 Multicast IP는 네트워크와 호스트의 구분이 없다. (참고로 D클래스 범위는 224.0.0.0~239.255.255.255).
하나의 주소가 곧 특정 그룹 전체를 지칭한다. 오직 동일 그룹인지 도일한 그룹이 아닌지만 판단할 수 있다.

Multicast가 IP패킷을 보낼 때, 주소는 아래와 같이 지정한다.
출발지: ‘송신 장비의 인터페이스 IP’
목적지: ‘Multicast IP’

Multicast MAC

 ” XXXX . XXXX . XXXX “
MAC 주소는 16진수로 이루어져있으므로
각 자리당 4 Bit, 즉, 두 자리당 1 Byte이다.

IP주소 1번째 Byte → MAC주소의 첫 3 Byte  0100.5e 로 변환.
IP주소 2번째 Byte → 첫번째 Bit를 0으로 변경한 뒤 16진수로 변환.
IP주소 3, 4번째 Byte → 16진수로 변환.

그래서 Multicast MAC은
0100.5eXX.XXXX

Multicast IP 와 MAC 관계

(1) Multicast IP는 첫번째 옥텟이 224~239이므로 항상 첫 4 Bit는 1110으로 고정된다. 224~239는 1110 0000 ~ 1110 1111이다.

(2) 근데 위에 언급한 바와 같이 IP주소 1번째 Byte를 MAC주소 3 Byte로 변환한다고 했다. 다시말해, IP주소 8 Bit를 MAC주소 24 Bit로 변환한 것이고,  변환 후 IP주소는 24Bit, MAC주소는 24 Bit가 남는다.

(3) 남는 IP주소 24Bit는 MAC주소 24Bit로 변환한다.

위 순서대로 진행해보면

1110 _ _ _ _ . _ XXX XXXX . XXXX XXXX

이렇게 나오는데
“_”는 0이나 1이 올 수 있는 Bit.
“X”는 IP가 MAC으로 변환된 Bit.

2⁵ = 32, 즉 32개의 IP 주소가 같은 MAC 주소를 사용한다.

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2. Multicast 관련 프로토콜

동작과정

(1) IGMP
PC가 라우터에게 Multicast IP가 239.1.1.1인 패킷을 달라고 요청.

(2) IGMP Snooping
스위치는 239.1.1.1 패킷을 요청한 PC로만 보내기 위해
나중에 239.1.1.1 패킷을 받으면 해당 PC로 보낼 준비를 한다.
만약, IGMP Snooping을 하지 않는다면 해당 패킷을 Flooding 한다.

(3) Multicast Routing Protocol
PC로부터 239.1.1.1 패킷을 요청받은 라우터는 어느 경로를 통해 해당 패킷을 받을 수 있는지 알고 있다. PIM-DM / PIM-SM 같은 MRP가 있다.

2-1. IGMP : Internet Group Management Protocol

– Multicast가 동작하는 호스트와 라우터 간에 사용된다.
– 호스트가 특정 Multicast Group에 가입 or 가입 중지할 때 사용한다.
– IGMP는 버전 1, 2, 3, 3 Lite가 있다. ( 버전 별 차이 )
– 인터페이스에 Multicast Routing Protocol을 설정하면 자동으로 동작한다.
– IPv4 패킷  ‘Protocol’ 필드번호 2, TTL 1로 고정된다.

2-2. Multicast Routing Protocol

MULTICAST ROUTING PROTOCOL: PIM-DM / PIM-SM 참고

2-3. IGMP Snooping

Transparent Bridging에 의하면, Multicast 패킷은 Flooding 해야한다.
하지만 Multicast 패킷이 많아질수록 장비에게 오는 부하도 커진다.
이런 문제를 해결하고자 IGMP Snooping과 CGMP가 있다.

IGMP Snooping 동작과정
(1) PC가 라우터로 IGMP를 이용해 특정 Multicast 패킷을 요청한다.
(2) 이 때, 스위치가 이 패킷을 엿보고, 이후에 라우터로부터 해당 Multicast 패킷을 수신하면 요청한 PC로 보낼 수 있도록 준비한다.
(3) 라우터에서 PC로 Multicast 패킷을 전송할 때, 스위치가 해당 인터페이스로만 패킷을 중계한다.

CGMP 동작과정
Cisco Group Management Protocol
라우터가 스위치에게 특정 Multicast 패킷은 특정 Unicast MAC을 소유한 호스트로 전송하라고 알려준다.

2-4. RPF

Reverse Path Forwarding Check.

Multicast 패킷 루프를 방지하기 위해 RPF를 확인해야 한다. 또한, RPF를 확인하기 위해선 Unicast 라우팅이 동작 중이어야 한다.
항상 Multicast 패킷의 Source IP를 확인한다.

우선 SW1에서 10.10.0.0/24로 오는 패킷은 F0/5로 수신한다.

①은 정상이다.

②는 F0/2로 수신한다.
Source IP – 인터페이스가 일치하지 않아 폐기된다.