08멀티캐스트 라우팅 — IGMP·PIM멀티캐스트 라우팅 — IGMP·PIM

큰 그림은 이렇습니다. IGMP로 "내 인터페이스 너머에 어떤 그룹의 수신자가 있는지"를 알고, PIM으로 "출발지 → 수신자 경로(분배 트리)"를 만들 어 멀티캐스트를 라우팅합니다. 수신자 분포에 따라 PIM의 Sparse·Dense·SSM 모드를 고르고, 필요하면 Static Multicast Route로 멀티캐스트 RPF 경로를 유니캐스트와 분리하며, 동적 프로토콜 없이 정적으로만 전달할 때는 MFC Static Entry를 씁니다.

IGMP가 하는 일

IGMP(Internet Group Management Protocol) 는 멀티액세스 네트워크의 호스트가 자신의 그룹 멤버십 정보를 가까이 붙어 있는 라우터에 알리는 프로토콜입니다. 호스트는 자신이 어떤 멀티캐스트 그룹에 속하는지를 IGMP host membership report를 멀티캐스트 해서 공유하고, 멀티캐스트 라우터는 이 report를 들으면서 그 정보를 다른 멀티캐스트 라우터와 교환합니다.

그룹 멤버십을 보고하는 이 프로토콜에는 두 종류의 메시지가 있습니다 — host membership query 와 host membership report 입니다. IGMP 메시지는 IP 프로토콜 번호 2번 으로 IP 데이터그램에 실려 다닙니다. 동작하려면 각 서브넷마다 지정 querier(designated querier) 라우터가 선출 되어, 그 querier가 주기적으로 all-hosts 그룹에 host membership query를 멀티캐스트해야 합니다.

호스트는 query를 받으면 자신이 속한 각 멀티캐스트 그룹에 대해 host membership report를 만들어 응답합니다. 이 report는 보고 대상 그룹 자체로 전송 되는데, 그러면 같은 서브넷의 다른 활성 멤버가 자기 report를 취소할 수 있습니다. 덕분에 서브넷의 활성 그룹 하나당 report가 한 개 로 제한됩니다. 이 주고받음을 통해 멀티캐스트 라우터는 자기에게 붙은 각 서브넷의 모든 활성 호스트 그룹 데이터베이스를 유지합니다. 어떤 그룹은 여러 query interval 동안 report가 한 번도 오지 않으면 비활성(만료, expired) 으로 선언됩니다.

IGMPv2 는 여기에 leave group 메시지 를 추가하고, IGMPv1 host membership query의 쓰지 않던 필드를 활용해 최대 응답 시간을 지정합니다. leave group 메시지는 호스트가 어떤 멀티캐스트 그룹에서 멤버십이 끝났음을 알릴 수 있게 해 줍니다. 그러면 IGMP querier 라우터는 최대 응답 시간을 아주 짧게 잡은 group-directed query 를 보내 남은 활성 멤버가 있는지 조사합니다. 이 가속 leave(accelerated leave) 확장 덕분에 그룹 만료와 분배 트리의 pruning(가지치기)에 걸리던 시간이 수 분에서 수 초 로 줄어듭니다.

Gaia는 IGMPv1, IGMPv2(기본값으로 동작), IGMPv3 를 모두 지원합니다.

IGMPv3와 SSM

Gaia는 IGMP version 3 source filtering(출발지 필터링) 을 제공해 Source-Specific Multicast(SSM) 를 지원합니다. 이 기능 덕분에 Gaia 시스템은 Rendezvous Point(RP) 없이도 PIM join/prune 메시지로 특정 출발지의 트래픽을 요청 할 수 있고, 결과적으로 수신자가 실제로 요청한 출발지의 트래픽만 전달하게 됩니다. IGMPv3는 받고 싶은 출발지를 애플리케이션이 명시적으로 신호 하는 방식을 뒷받침합니다.

IGMPv3에서 수신자(호스트)는 다음 두 가지 모드로 그룹 멤버십을 알립니다.

멀티캐스트 그룹 주소 범위 232/8(232.0.0.0 ~ 232.255.255.255) 은 SSM 프로토콜·애플리케이션 전용으로 예약되어 있습니다. SSM 그룹 범위에서는 sender의 DR이 어떤 RP에도 register 패킷을 보내지 않 습니다. SSM이 켜져 있을 때 그 밖의 모든 멀티캐스트 그룹은 일반 sparse-mode 처럼 처리됩니다.

로컬 그룹과 정적 그룹

IGMP local group(로컬 그룹) 과 static group(정적 그룹) 을 만들면 멀티캐스트 라우팅을 더 수월하게 할 수 있습니다. 이 그룹들은 인터페이스 단위로 만들 며, 각 그룹마다 멀티캐스트 그룹 주소를 하나 지정합니다. 그러면 Gaia가 그 멀티캐스트 그룹의 수신자처럼 행동 하면서, 다운스트림 LAN에 실제로 그 그룹 트래픽을 받고 싶어 하는 호스트가 있든 없든 출발지까지의 라우팅 트리를 미리 구축 합니다. 나중에 호스트가 그 그룹에 가입하면 트리가 이미 만들어져 있으므로 더 빨리 트래픽을 받기 시작합니다.

이 기능은 멀티캐스트 수신자가 다운스트림 LAN에 항상 붙어 있지는 않은 상황에서 특히 유용합니다. 예를 들어 노트북 사용자가 평소에는 LAN에서 떨어졌다가 출근하면 다시 붙는데, 연결되어 있는 동안 알려진 출발지의 멀티캐스트 트래픽을 받고 싶어 한다면, 그 알려진 출발지의 멀티캐스트 주소로 로컬 그룹이나 정적 그룹을 만들어 둘 수 있습니다. 그러면 Gaia가 노트북의 요청을 기다리지 않고도 reverse path forwarding 트리를 미리 유지 합니다.

로컬 그룹과 정적 그룹의 차이는 다음과 같습니다.

Gaia Portal에서 IGMP 구성하기

IGMP 인터페이스 파라미터

이어서 Multicast Group 을 선택적으로 추가합니다.

Multicast Group 파라미터

마지막으로 Save 를 클릭합니다.

Gaia Clish에서 IGMP 구성하기

쓸 수 있는 명령을 둘러보려면 Gaia Clish에서 다음을 칩니다.

set igmp[Esc][Esc]      # 사용 가능한 set 명령 보기
show igmp[Esc][Esc]     # 사용 가능한 show 명령 보기

전체 구문은 다음과 같습니다.

set igmp interface <Name of Interface>
      default
      last-member-query-interval {<1-25> | default}
      local-group <Multicast Group IP Address> {off | on}
      loss-robustness {<1-255> | default}
      query-interval {<1-3600> | default}
      query-response-interval {<1-25> | default}
      router-alert {off | on}
      static-group <Multicast Group IP Address>
            group-count <1-512> group-increment {<Set of 4 Octets> | default} {off | on}
            source <SSM Source IP Address> {off | on}
                  [source-count <1-512> source-increment {<Set of 4 Octets> | default} {off | on}]
            source-all-off
            {off | on}
      version {1 | 2 | 3}

IGMP Clish 파라미터

IGMP 모니터링·문제 해결

Gaia Portal에서

Gaia Clish에서 — 사용 가능한 show 명령을 보려면 show igmp[Esc][Esc] 를 칩니다. 문제 해결은 Trace Options 절을 참고하세요.

PIM 개요

PIM(Protocol-Independent Multicast) 은 유니캐스트 프로토콜을 활용해 멀티캐스트 패킷을 전달 합니다. 광역(그리고 도메인 간) 네트워크를 가로지르는 그룹의 멀티캐스트 트래픽을 효율적으로 라우팅하며, 기존의 모든 유니캐스트 라우팅 프로토콜과 함께 동작합니다(그래서 이름이 "Protocol-Independent"입니다).

PIM은 세 가지 모드를 지원합니다.

PIM Dense Mode (DM)

Dense Mode는 다음 상황에서 가장 유용합니다.

PIM Dense Mode는 flood-and-prune(일단 흘리고 가지치기) 원리로 동작하는 출발지 기반(source-based) 분배 트리 를 만듭니다. 출발지의 멀티캐스트 패킷이 PIM dense mode 네트워크 전체에 flood 되고, 패킷을 받았지만 직접 연결된 멀티캐스트 그룹 멤버도 PIM 이웃도 없는 라우터는 출발지 방향으로 prune 메시지를 거슬러 올려 보냅니다. 그러면 이후 멀티캐스트 패킷은 prune된 가지로는 가지 않습니다. 그런데 pruned 상태는 대략 3분마다 타임아웃 되어, 그때마다 dense mode 네트워크 전체가 다시 멀티캐스트 패킷과 prune 메시지로 reflood 됩니다. 이 원치 않는 트래픽의 reflooding이 네트워크 대역폭을 불필요하게 소모 합니다.

이를 막는 것이 PIM Dense Mode State Refresh 옵션입니다. dense mode와 함께 쓰며, 활성 수신자가 없는 멀티캐스트 데이터의 주기적 flood-and-prune을 없 앱니다. 분배 트리 아래로 주기적으로 제어 메시지를 흘려 보내 각 라우터 outgoing 인터페이스의 prune 상태를 갱신(refresh) 함으로써, pruned 상태가 타임아웃되지 않게 유지합니다. 그 결과 prune된 가지로의 reflooding이 크게 줄어 대역폭을 절약 합니다.

PIM Sparse Mode (SM)

Sparse Mode는 다음 상황에서 가장 유용합니다.

Sparse Mode는 수신자가 명시적으로 가입할 때만 트리를 만드는 방식이라, 수신자가 드문드문할 때 효율적입니다. shared tree와 Rendezvous Point(RP)를 통해 동작하며, 자세한 RP·Bootstrap 구성은 아래 절에서 다룹니다.

PIM Source-Specific Multicast (SSM) Mode

SSM Mode는 다음 상황에서 가장 유용합니다.

SSM은 PIM Sparse Mode의 한 버전 입니다. IGMP v3와 함께 써서 특정 출발지의 멀티캐스트 트래픽을 요청하거나 차단합니다. 예를 들어 호스트가 특정 출발지에서 오는 멀티캐스트 그룹 트래픽을 요청하면, SSM은 그 출발지 방향으로 PIM join/prune 메시지를 보냅니다.

멀티캐스트 그룹 범위 232.0.0.0/8 은 SSM 전용 으로 예약됩니다. SSM이 켜지면 Sparse Mode는 이 범위에 드는 그룹에 대해 IGMP v3 report만 받 고, 이 범위의 IGMP v1·v2 report는 무시 합니다. 또한 이 그룹들에 대해서는 이웃 라우터로부터 shortest-path-tree(SPT) join/prune 메시지만 받습니다. 그 밖의 모든 멀티캐스트 그룹은 일반 Sparse Mode처럼 처리됩니다.

SSM은 Rendezvous Point(RP)가 필요 없 습니다. SSM 그룹 중 어느 것에 RP가 있더라도 join/prune 처리에 아무 영향을 주지 않습니다.

Gaia Portal에서 PIM 모드 구성하기

PIM Sparse Mode(SM) 구성

PIM Dense Mode(DM) 구성

PIM Source-Specific Multicast(SSM) 구성

Gaia Portal에서 인터페이스에 PIM 구성하기

인터페이스에서 PIM 끄기 — PIM Interfaces 섹션에서 인터페이스를 선택하고 Delete 를 클릭합니다(확인 프롬프트 없음). 모든 인터페이스에서 PIM 끄기 — Delete All 을 클릭하고 OK 로 확인합니다. 모든 인터페이스에서 PIM 재시작 — Restart All 을 클릭하고 OK 로 확인합니다.

Gaia Portal에서 PIM 고급 옵션 구성하기

이 설정은 모두 선택사항입니다. Advanced Routing > PIM > Advanced Options 섹션에서 Edit Settings 를 클릭해 구성합니다.

General Timers(일반 타이머)

Assert Ranks(assert 순위)

State Refresh Parameters(Dense Mode용)

Sparse Mode Timers

구성을 마치면 Save 를 클릭합니다.

Gaia Portal에서 Bootstrap·Rendezvous Point 설정하기

이 설정은 모두 선택사항이며, PIM Protocol 이 Sparse Mode(SM) 또는 SSM 일 때 씁니다.

Bootstrap Router로 켜기 — Enable Bootstrap Router 를 선택합니다.

Candidate Rendezvous Point로 켜기 — Enable Candidate RP 를 선택해 Gaia를 candidate RP 라우터로 구성합니다.

Static Rendezvous Point로 켜기 — Enable Static RP 를 선택합니다.

구성을 마치면 Save 를 클릭합니다.

Gaia Clish에서 PIM 구성하기

사용 가능한 명령을 둘러보려면 다음을 칩니다.

set pim[Esc][Esc]       # 사용 가능한 set 명령 보기
show pim[Esc][Esc]      # 사용 가능한 show 명령 보기
restart pim[Esc][Esc]   # 사용 가능한 restart 명령 보기

전체 구문은 다음과 같습니다.

set pim
      assert-interval {<1-3600> | default}
      assert-rank protocol <Protocol> rank {<0-255> | default}
      bootstrap-candidate
            local-address {<IPv4 address> | default} {off | on}
            priority {<0-255> | default}
      candidate-rp
            advertise-interval {<1-3600> | default}
            local-address {<IPv4 address> | default}
            multicast-group <IPv4 address>/<Subnet mask> {off | on} {off | on}
            priority {<0-255> | default}
      data-interval {<11-3600> | default}
      hello-interval {<1-21845> | default}
      interface <Name of Interface>
            dr-priority {<0-4294967295> | default} {off | on}
            virtual-address {off | on}
      interface-all-off
      jp-delay-interval {<1-3600> | default}
      jp-interval {<1-3600> | default}
      mode {dense | sparse | ssm}
      register-suppress-interval {<60-3600> | default}
      state-refresh {off | on}
      state-refresh-interval {<1-255> | default}
      state-refresh-ttl {<1-255> | default}
      static-rp {off | on}
            rp-address <IPv4 address>
                  multicast-group <IPv4 address>/<Subnet mask> {off | on} {off | on}

필수(Mandatory) 파라미터는 표에 표시 했고 나머지는 모두 선택입니다.

PIM Clish 파라미터

PIM 모니터링·문제 해결

Gaia Portal에서

Gaia Clish에서 — 사용 가능한 show 명령을 보려면 show pim[Esc][Esc] 를 칩니다. 문제 해결은 Trace Options 절을 참고하세요.

Static Multicast Route(정적 멀티캐스트 라우트) 는 PIM 같은 상위 멀티캐스트 프로토콜에 RPF(reverse-path-forwarding) 검사용으로 쓸 다른 nexthop 집합 을 제공합니다. RPF 검사를 할 때 이 라우트를 먼저 살피고, nexthop을 못 찾으면 유니캐스트 라우팅 테이블 을 봅니다.

PIM은 멀티캐스트 데이터의 출발지에 도달하는 인터페이스, 즉 RPF 인터페이스로 패킷이 들어오기를 기대 하며, join/prune 메시지를 어느 인터페이스로 보낼지도 RPF로 판단 합니다. 기본적으로 PIM은 유니캐스트 라우팅 테이블에서 RPF 인터페이스를 찾 습니다. Static Multicast Route는 이 RPF 검사에 쓸 대체 라우트 테이블 을 제공합니다.

특정 목적지에 정적 멀티캐스트 라우트와 유니캐스트 라우트가 둘 다 있으면, PIM은 정적 멀티캐스트 라우트를 씁니다. 덕분에 PIM이 유니캐스트 라우팅에 독립적이 되어, 멀티캐스트와 유니캐스트 트래픽이 서로 다른 경로로 흐르는 토폴로지를 만들 수 있습니다. 예를 들어 부하 분산을 위해 HTTP 트래픽과 시세(stock quotes) 트래픽을 분리하고 싶다면, 출발지 네트워크로 가는 정적 멀티캐스트 라우트를 만들되 유니캐스트 테이블의 nexthop과 다른 nexthop 게이트웨이 주소 를 지정하면 됩니다.

Gaia Portal에서 정적 멀티캐스트 라우트 구성하기

추가하기

같은 정적 멀티캐스트 라우트에 nexthop 게이트웨이가 여러 개일 때 어느 것을 nexthop으로 고를지 를 우선순위 값으로 정합니다. 값이 낮을수록 더 선호 되고, 같은 우선순위면 IPv4 주소가 낮은 쪽 (예: 192.168.10.2 대신 192.168.10.1)이 선택됩니다. 우선순위를 아예 지정하지 않은 게이트웨이가, 우선순위 값을 지정한 게이트웨이보다 더 선호 됩니다. 범위 None 또는 1–8, 기본값 None(기본값으로 되돌리려면 현재 1–8 값을 지웁니다). - OK 를 클릭합니다. 5. Save 를 클릭합니다.

편집하기 — Static Multicast Routes 섹션에서 라우트를 선택하고 Edit → 설정 구성 → OK → Save. 삭제하기 — 라우트를 선택하고 Delete.

Gaia Clish에서 정적 멀티캐스트 라우트 구성하기

사용 가능한 명령을 둘러보려면 다음을 칩니다.

set static-mroute[Esc][Esc]      # 사용 가능한 set 명령 보기
show static-mroute[Esc][Esc]     # 사용 가능한 show 명령 보기

전체 구문은 다음과 같습니다.

set static-mroute {<IPv4 Network Address>/<Subnet mask> | default}
      nexthop gateway address <IPv4 Address> {off | on}
            [priority {<1-8> | default} on]
      off

Static Multicast Route 파라미터

라우트 추가·편집 — Gaia Clish에 로그인한 뒤 다음을 실행하고 저장합니다.

set static-mroute {<IPv4 Network Address>/<Subnet mask> | default}
      nexthop gateway address <IPv4 Address>
            on
            [priority {<1-8> | default} on]
save config

nexthop 게이트웨이 하나만 삭제

set static-mroute {<IPv4 Network Address>/<Subnet mask> | default} nexthop gateway address <IPv4 Address> off
save config

정적 멀티캐스트 라우트 통째로 삭제

set static-mroute {<IPv4 Network Address>/<Subnet mask> | default} off
save config

정적 멀티캐스트 라우트 모니터링

Gaia Portal에서 — Advanced Routing > Static Multicast Routes 를 클릭하고 오른쪽 위의 Monitoring 을 클릭합니다.

Gaia Clish에서

show static-mroute

문제 해결은 Trace Options 절을 참고하세요.

개요와 알려진 제약

Gaia Portal에서 MFC 구성하기

새 MFC Static Entry 추가

편집 — MFC Static Entries 에서 해당 항목을 선택해 수정한 뒤 Save. 삭제 — 항목을 선택하고 Delete.

Gaia Clish에서 MFC 구성하기

MFC 항목을 구성하는 구문은 다음과 같습니다.

set mfc-static source <Source IP Address> group <Destination Group IP Address>
      group-count <1-512> group-increment <Group Increment IP Address> {on | off}
      iif <Name of Incoming Interface> on
      off
      oif <Name of Outgoing Interface> {on | off}
      source-count <1-512> source-increment <Source Increment IP Address> {on | off}

MFC Clish 파라미터

MFC 항목·구성을 보는 구문은 다음과 같습니다.

show mfc
      cache [static]
      interface
      orphans
      stats
      summary

예시 1 — MFC 통계 (show mfc stats)

MyGW> show mfc stats
Multicast Forwarding Cache Stats
Resolve Task MyGW
Total:                       0
Errors:
  Truncated:                 0
  Unsupported Version:       0
  Multicast Disabled:        0
  Unsupported Type:          0
Resolve Requests
  Normal:                    0
  PIM:                       0
Errors:
  Unsupported Operation:     0
  Truncated:                 0
  Unsupported Type:          0
RPF Failure Notifications
  Normal:                    0
  PIM Register:              0
  SPT Switchover:            0
Errors:
  Truncated:                 0
  Unsupported Type:          0
  No MFC Active:             0
  Interface Not Activ:       0
MFC Maintenance
  Packet Count Request:      0
  Packet Count Response:     0
  Xresolve Request:          0
  Mcast Forward Request:     0
Errors:
  Packet Count Request:      0
  Packet Count Response:     0
  Xresolve Request:          0
  Mcast Forwarding Request:  0
MyGW>

예시 2 — MFC 구성 요약 (show mfc)

MyGW> show mfc
Multicast Forwarding Cache State
Number of interfaces enabled:        0
Number of cache entries:             0
Kernel forwarding entry limit:       unlimited
Number of kernel forwarding entries: 0
Cache entry average lifetime:        300 seconds
Prune average lifetime:              7200 seconds
Cache age cycle:                     10 seconds
Datarate update interval:            10 seconds
Multicast Protocol(Instance):        Any(0)
Multicast Forwarding Cache Static Entry State
Number of interfaces enabled:        0
Number of cache entries:             0
Number of kernel forwarding entries: 0
Multicast Protocol(Instance):        MFC Static(N/A)
MyGW>

MFC 항목 모니터링

Gaia Clish에서 — IPv4·IPv6 멀티캐스트 항목을 보려면 다음을 칩니다.

show mfc cache

예시:

MyGW> show mfc cache
Multicast Forwarding Cache State
Prefix                    Type     Age   Expire   RPF
2.2.2.2,224.10.10.10/64   Static   N/A   N/A      eth1.10
  Forwarding:                                     eth1.20  eth1.30
80::1,ff0e::101/256       Static   N/A   N/A      eth1.10
  Forwarding:                                     eth1.20
MyGW>

Expert mode에서 — IPv4 멀티캐스트 항목은 ip mroute, IPv6 멀티캐스트 항목은 ip -6 mroute 로 봅니다.

[Expert@MyGW:0]# ip mroute
(2.2.2.2, 224.10.10.10)
  Iif: eth1.10
  Oifs: eth1.20 eth1.30
[Expert@MyGW:0]#

[Expert@MyGW:0]# ip -6 mroute
(80::1, ff0e::101)
  Iif: eth1.10
  Oifs: eth1.20
[Expert@MyGW:0]#

이렇게 IGMP·PIM·Static Multicast Route·MFC가 맞물려 동작합니다. IGMP로 수신자의 가입을 파악 하고, PIM(SM·DM·SSM)으로 분배 트리를 세 우며, 필요하면 Static Multicast Route로 RPF 경로를 유니캐스트와 분리 하고, 동적 프로토콜 없이 정적 전달만 할 때는 MFC Static Entry 를 씁니다(단 MFC static entry와 PIM은 동시에 켜지 마세요).