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關鍵詞：IPv6，組播，MLD，PIM，Embedded RP，SSM
摘 要：本文介紹了IPv6組播地址和IPv6組播協議等技術要點。
縮略語：
縮略語 | 英文全名 | 中文解釋 |
DM | Dense Mode | 密集模式 |
ICMP | Internet Control Message Protocol | 互聯網控製報文協議 |
IGMP | Internet Group Management Protocol | 互聯網組管理協議 |
MBGP | Multicast Border Gateway Protocol | 組播邊界網關協議 |
MLD | Multicast Listener Discovery | 組播偵聽者發現協議 |
MLD Snooping | Multicast Listener Discovery Snooping | 組播偵聽者發現協議窺探 |
MSDP | Multicast Source Discovery Protocol | 組播源發現協議 |
PIM | Protocol Independent Multicast | 協議無關組播 |
RP | Rendezvous Point | 彙集點 |
SM | Sparse Mode | 稀疏模式 |
SSM | Source-Specific Multicast | 指定信源組播 |
目 錄
作為IPv4協議的替代，IPv6協議使用128位的地址結構解決了IP地址不足的問題，同時對一些特性進行了優化處理。出現於IPv4時代的組播技術，由於其有效解決了單點發送、多點接收的問題，實現了網絡中點到多點的高效數據傳送，能夠大量節約網絡帶寬、降低網絡負載，因此在IPv6中的應用得到了進一步的豐富和加強。
IPv6組播與IPv4組播的最大不同在於IPv6組播地址機製的極大豐富，而其它諸如組成員管理、組播報文轉發以及組播路由建立等與IPv4組播基本相同。因此，本文將重點介紹組播地址對IPv6的支持情況；對於IPv6組播協議，隻對其與IPv4組播協議的異同進行大致的介紹。
在介紹IPv6組播地址之前，先簡單回顧一下IPv6的地址結構：IPv6地址的長度為128比特，由使用冒號分隔的八節16比特的十六進製數表示，例如：FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210。
IPv6組播地址用來標識一組接口，一般這些接口屬於不同的節點。一個節點可能屬於0到多個組播組。發往組播地址的報文被組播地址標識的所有接口接收。
圖1 IPv6組播地址格式
IPv6組播地址的格式如圖1所示，其中各字段的含義如下：
(1) 0xFF：最高8比特為11111111，標識此地址為組播地址。
(2) Flags：4比特。如圖2所示，Flags字段中各位的取值如下：
圖2 Flags字段格式
l 最高位為保留位，必須為0。
l R位取0表示非內嵌RP的組播地址；取1則表示內嵌RP的組播地址，此時P、T位也必須置1。
l P位取0表示非基於單播前綴的組播地址；取1則表示基於單播前綴的組播地址，此時T位也必須置1。
l T位取0表示永久分配組播地址；取1則表示非永久分配的組播地址。
(3) Scope：4比特。用來標識此組播組的應用範圍，其取值及含義如表1所示。
表1 Scope字段的取值及其含義
含義 | |
0、3、F | 保留（reserved） |
1 | 接口本地範圍（interface-local scope） |
2 | 鏈路本地範圍（link-local scope） |
4 | 管理本地範圍（admin-local scope） |
5 | 站點本地範圍（site-local scope） |
6、7、9～D | 未分配（unassigned） |
8 | 機構本地範圍（organization-local scope） |
E | 全球範圍（global scope） |
(4) Group ID：112比特，組播組標識號。用來在由Scope字段所指定的範圍內唯一標識組播組，該標識可能是永久分配的或臨時的，這由Flags字段的T位決定。
根據RFC 4291，目前已被永久分配的IPv6組播地址如表2所示。
表2 永久分配的IPv6組播地址
名稱 | 地址 | 說明 |
保留組播地址 | l FF0x:: | 不能分配給任何組播組 |
所有節點組播地址 | l FF01::1（節點本地） l FF02::1（鏈路本地） | - |
所有路由器組播地址 | l FF01::2（節點本地） l FF02::2（鏈路本地） l FF05::2（站點本地） | - |
被請求節點組播地址 | l FF02::1:FFxx:xxxx | 由在被請求節點單播或任播地址的低24位前增加地址前綴FF02::1:FF00::/104而得，如4037::01:800:200E:8C6C對應於FF02::1:FF0E:8C6C |
& 說明：
表2中的x代表0～F的任意一個十六進製數。
RFC 3306中規定了一種動態分配IPv6組播地址的方式——基於單播前綴的IPv6組播地址。這種IPv6組播地址中包含了其組播源網絡的單播地址前綴，通過這種方式分配全局唯一的組播地址。
圖3 基於單播前綴的IPv6組播地址格式
基於單播前綴的IPv6組播地址的格式如圖3所示，其中各字段的含義如下：
(1) Flags字段的R位置0，P、T位則分別置1，表示基於單播前綴的組播地址。
(2) Reserved：8比特。保留字段，必須為0。
(3) Plen：8比特。表示網絡前綴的有效長度（單位為比特）。
(4) Network prefix：64比特。表示該組播地址所屬子網的單播前綴，有效長度由Plen字段指定。
(5) Group ID：縮短為32比特，含義不變。
& 說明：
其它字段的介紹請參見“2.1.1 IPv6組播地址格式”一節。
例如：單播前綴為3FFE:FFFF:1::/48的網絡分配基於單播前綴的組播地址為FF3x:30:3FFE:FFFF:1::/96（x表示任意合法的Scope）。
嵌入式RP（Embedded RP）是IPv6 PIM中特有的RP發現機製，該機製使用內嵌RP地址的IPv6組播地址，使得組播路由器可以直接從該地址中解析出RP的地址。
圖4 內嵌RP地址的IPv6組播地址格式
如圖4所示，內嵌RP地址的IPv6組播地址使用基於單播前綴的IPv6組播地址格式，其中各字段的含義如下：
(1) Flags字段的R、P和T位均置1，表示內嵌RP地址的組播地址。
(2) Reserved：4比特。保留字段，必須為0。
(3) RIID：4比特。表示RP地址的接口ID。
(4) Plen：8比特。表示RP地址前綴的有效長度（單位為比特）。
(5) Network prefix：64比特。表示RP地址前綴，有效長度由Plen字段指定。
(6) Group ID：縮短為32比特，含義不變。
& 說明：
其它字段的介紹請參見“2.1.1 IPv6組播地址格式”一節。
內嵌於IPv6組播地址中的RP地址的計算規則如下：
(1) 先將IPv6組播地址Network prefix字段的前Plen位作為RP地址的網絡前綴；
(2) 再將IPv6組播地址RIID字段填充到RP地址的最低4位；
(3) 最後，將RP地址的所有剩餘位補0。
例如：對於IPv6組播地址FF7E:F40:2001:DB8:BEEF:FEED::1234，內嵌於其中的RP地址的前綴為Network prefix字段的前Plen（這裏為0x40 = 64 bits）位，最低4位與RIID字段同為0xF，其餘位均為0，如圖5所示。
圖5 嵌入式RP計算舉例
假設網絡管理員想在2001:DB8:BEEF:FEED::/64網段中設置RP，則內嵌RP地址的IPv6組播地址為FF7x:y40:2001:DB8:BEEF:FEED::/96，可分配32比特的Group ID，內嵌於其中的RP地址為2001:DB8:BEEF:FEED::y/64。
如果網絡管理員想在IPv6組播地址中保留更多可分配的Group ID，可以選擇更短的RP地址前綴：譬如取Plen = 0x20 = 32 bits，則此時內嵌RP地址的IPv6組播地址為FF7x:y20:2001:DB8::/64，可分配64比特的Group ID，內嵌於其中的RP地址為2001:DB8::y/32。
& 說明：
本節中的x表示任意合法的Scope，y代表1～F的任意一個十六進製數。
IPv6 SSM組播地址也使用基於單播前綴的IPv6組播地址格式，其中的Plen字段和Network prefix字段均取0。按照這個規定，IPv6 SSM組播地址範圍為FF3x::/32（x表示任意合法的Scope）。
IPv6組播MAC地址以0x3333開頭，低32位為IPv6組播地址的低32位，最終形成48比特的組播MAC地址。如圖6所示，IPv6組播地址FF1E::F30E:101所對應的組播MAC地址為33-33-F3-0E-01-01。
圖6 IPv6組播地址的MAC地址映射舉例
IPv6支持的組播協議包括MLD、MLD Snooping、IPv6 PIM和IPv6 MBGP等。
MLD協議源自IGMP協議——MLDv1對應於IGMPv2，MLDv2對應於IGMPv3。與IGMP協議采用IP協議號為2的報文類型不同，MLD協議采用ICMPv6（IP協議號為58）的報文類型，包括MLD查詢報文（類型值130）、MLDv1報告報文（類型值131）、MLDv1離開報文（類型值132）和MLDv2報告報文（類型值143）。MLD協議與IGMP協議除報文格式不同外，協議行為完全相同。
同樣地，MLD Snooping與IGMP Snooping協議也基本相同。
IPv6 PIM協議與IPv4 PIM協議除報文中IP地址結構不同外，其它協議行為基本相同，IPv6 PIM也支持SM、DM和SSM這三種模式。
IPv6 PIM發送鏈路本地範圍的協議報文（包括PIM Hello、Join-Prune、Assert、Bootstrap、Graft、Graft-Ack和State-refresh報文）時，報文的源IPv6地址使用發送接口的鏈路本地地址；IPv6 PIM發送全球範圍的協議報文（包括Register、Register-Stop和C-RP Advertisement報文）時，報文的源IPv6地址使用發送接口的全球單播地址。
IPv6組播並不支持MSDP協議，如果需要接收來自其它IPv6 PIM域的組播數據，有以下兩種實現方式：
l 通過其它方式（譬如廣告等）直接獲取其它IPv6 PIM域內的組播源地址，使用IPv6 PIM-SSM發起指定源組的加入；
l 使用嵌入式RP機製，通過嵌入RP地址的IPv6組播地址來獲取其它IPv6 PIM域內的RP地址，向其它域內的RP發起組加入。
對於域間IPv6組播路由信息的傳遞，則可以使用IPv6的MBGP協議，其與IPv4的MBGP協議也基本相同。
l RFC 4291：IP Version 6 Addressing Architecture
l RFC 3306：Unicast-Prefix-based IPv6 Multicast Addresses
l RFC 3956：Embedding the Rendezvous Point (RP) Address in an IPv6 Multicast Address
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