PIM-SNOOPING协议的分析与测试摘要组播技术早已自成为一个系统，组播协议分为组播路由协议和组播组管理协议，其中组播路由协议包含基本的PIM协议、类似IGMP和MLD的组播成员管理协议，还有跨域的MSDP和MBGP协议，在局域网部的二层组播协议IGMP-SNOOPING等等。近年来新出了一种组播协议PIM SNOOPING，它是对IGMP-SNOOPING的补充和改进，更加利于减少带宽占用率，增强网络的健壮性。本论文详细探讨了PIM-SNOOPING的协议分析和测试。文章首先介绍了组播在局域网领域的应用，而后引申出PIM-SNOOPING，其中包括它的工作原理和配置指导。而后探讨了软件测试的流程并引申出协议测试的特点，最后重点诠释了作者在PIM-SNOOPING协议的测试过程中所做的工作。在测试过程中，主要有对配置，功能，性能等方面进行测试，使用公司系统的和自己通过对协议的学习设计的测试用例，在测试的同时，加深了对协议的理解，也保证了协议在实际设备上的实用性。关键词：组播协议，PIM-SNOOPING，协议测试 / AbstractMulticast technology has long since become a system, multicast protocols and multicast routing protocols into the multicast group management protocol, multicast routing protocols that include basic PIM protocol, similar to the IGMP and MLD multicast members of the management agreement, as well as inter- domain MSDP and MBGP protocol, in the internal LAN Layer 2 multicast protocol IGMP-SNOOPING and so on. In recent years, out of a new multicast protocol - PIM SNOOPING, it is the IGMP-SNOOPING supplement and improved, more beneficial to reduce bandwidth utilization, enhance network robustness. This paper discusses the PIM-SNOOPING detailed protocol analysis and testing. The article first describes the application of multicast in the LAN area, and then come out of PIM-SNOOPING, including its working principle and configuration instructions. Then explore the software testing process and derive the characteristics of the test protocol, the final interpretation of the authors focus on PIM-SNOOPING protocol testing process work. During the test, mainly on the configuration, features, performance and other aspects of testing, the use of the company within the system and their own learning through the design of the protocol test cases, test at the same time, deepen the understanding of the agreement, but also to ensure agreement on the usefulness of the actual device. Key Words：Multicast protocol, PIM SNOOPING, Protocol test目录摘要iAbstractii图目录III表目录IV第1章 绪论11.1 课题背景11.2 组播体系结构21.3 组播地址21.3.1 组播IP地址21.3.2 组播地址划分21.3.3 组播地址映射31.4 组管理协议IGMP（Internet Group Management Protocol）41.5 二层交换环境中组管理的实现IGMP SNOOPING41.6 现状71.7 本章小结8第2章 相关技术综述102.1 PIM-SNOOPING的提出102.2 软件测试工作规流程102.3 软件测试的原则132.4 对网络协议测试特性的个人理解152.5 本章小结16第3章 PIM-SNOOPING的测试173.1 PIM-SNOOPING的测试173.2 PIM-SNOOPING验收测试的具体过程183.2.1 协调与熟悉测试设备和工具183.2.2 如何搭建测试环境203.2.3 如何配置环境203.2.4 配置测试223.2.5 对设计方案的功能实现测试313.2.6 流量分析测试463.3 本章小结50第4章 基于思科设备的测试实现514.1 思科设备测试实例514.2 本章小结55第5章 论文总结56参考文献57作者简历59致60图目录图1.1 组播地址划分3图1.2 组播地址映射3图1.3 IGMP-SNOOPING工作原理图5图1.4 未使能pimsnooping时7图1.5 使能pimsnooping时8图2.2 每个阶段的问题发现率14图3.1 IXIA机图19图3.2 PIM SNOOPING 测试拓扑图21图3.3 PIM SNOOPING 配置测试拓扑图30图3.4 Hello报文格式34图3.5 Holdtime报文格式35图3.6 LAN Prune Delay报文格式35图3.7 J/P报文格式36图3.8 Unicast 格式图36图3.9 Source 格式图37图3.10 Group 格式图37图3.11 PIM SNOOPING 分片报文测试拓扑图42图3.12 组播跃迁状态图44图3.13 PIM SNOOPING 测试拓扑修改图45图3.14 PIM SNOOPING 测试正常流量图46图3.15 PIM SNOOPING 测试流量丢失图47图3.16 PIM SNOOPING 测试流量冗余图48图3.17 PIM SNOOPING 测试流量小波动图49表目录表1.1 D类IP地址格式2表3.1 测试用例模板表20表3.2 配置测试用例表24表3.3 PIM-SNOOPING配置表25表3.4 功能测试用例表33表3.5 下游状态与跃迁表38表3.6 二层转发表项状态机39表3.7 分片报文处理测试41表3.8 PIMv1报文处理测试43第1章 绪论1.1 课题背景历经20多年的研究和发展，从1988年Deering提出了将组播的功能机制增加到数据网IP层的组播实现体系结构开始，IP组播已经形成了较为完整的组播协议体系，包括组播主机和网络的交互协议、组播路由协议、组播的地址管理协议等。IETF RFC1112作为IP组播的标准业务模型的定义，对IP组播的业务提供的方式和形式进行了描述和定义。计算机技术与通信技术的结合促进了局域网的飞速发展。从20世纪60年代末ALOHA的出现到90年代中期千兆交换式以太网的登台亮相，短短30年间，局域网经过了从单工到双工，从共享到交换，从低速到高速，从简单到复杂，从昂贵到普与的飞跃。短短几年来，第2层局域网交换设备从一种昂贵的尖端设备变成一种成熟的耗费比较好的设备，交换机的使用已经十分广泛，但是同时带来一些在交换拓扑网络中使用组播的新问题。传统的IP通信是在一个源IP主机和一个目标IP主机之间（单播）或者一个源IP主机和网络中所有的IP主机之间（广播）进行的。如果我们要将信息发送给网络中的多个而非所有IP主机，要么采用广播方式，要么由源IP主机分别向网络中的多个目标IP主机单播发送IP包。广播方式不仅会将信息发送给不需要的IP主机而浪费带宽，也可能由于路由回环引起一场严重的广播风暴；单播方式由于IP包的重复发送而白白浪费掉大量带宽，也增加了服务器的负载。可以说传统的IP通信技术不能有效地解决单点发送多点接收的问题。组播是指信源将信息发向所有网络节点的某个确定子集的点到多点的通信形式。IP组播是指在IP网络中数据包以尽力传送的形式发送到所有网络节点的某个确定子集，这个子集称为组播组。IP组播的基本思想是源IP主机只发送一份数据，一个或多个接收者可接收一样数据的拷贝。即允许源IP主机向网上所有IP主机的一部分（子集）发送IP分组，只有该子集的主机（目标主机）可以接收该分组，而网络中其它IP主机不能收到该分组。这种逻辑上的子集（目标主机）就是组播组，用D类IP地址（224.0.0.0239.255.255.255）来标识。IP组播技术有效地解决了单点发送多点接收、多点发送多点接收的问题，实现了IP网络中点到多点的高效数据传送,能够有效地节约网络带宽、降低网络负载。IP组播技术在实时数据传送、网络电视、多媒体会议、数据拷贝、游戏和仿真等诸多方面都有广泛的应用。1.2 组播体系结构组播协议按照作用围分（在此为了叙述简洁，只对IPV4的组播协议进行划分，IPV6协议可类同），分为主机-路由器之间的组成员关系协议和路由器-路由器之间的组播路由协议。组成员关系协议包括IGMP(互连网组管理协议)。组播路由协议分为域组播路由协议与域间组播路由协议。域组播路由协议包括PIM-SM、PIM-DM、DVMRP等协议，域间组播路由协议包括MBGP、MSDP等协议。同时为了有效抑制组播数据在链路层的扩散，引入了IGMP Snooping、HGMP等二层组播协议，而今还有现在已开发并投入实现的PIM Snooping。IGMP建立并且维护路由器直联网段的组成员关系信息。域组播路由协议根据IGMP维护的这些组播组成员关系信息，运用一定的组播路由算法构造组播分发树进行组播数据包转发。域间组播路由协议在各自治域间发布具有组播能力的路由信息以与组播源信息，以使组播数据在域间进行转发。1.3 组播地址1.3.1 组播IP地址在各种公共资料中均可以知晓，IP组播地址用于标识一个IP组播组。IANA把D类地址空间的一部分分配给IP组播，其围从224.0.0.0到239.255.255.255。如表1.1所示(二进制表示),因此IP组播地址前四位均是1110。表1.1 D类IP地址格式八位组（1）八位组（2）八位组（3）八位组（4）1110XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1.3.2 组播地址划分如图1.1所示，224.0.0.0保留不做分配。IANA预留了22