论文总字数：18715字

摘 要

本课题（基于拓扑转发的组播通信网络的设计与实现）主要是基于IGMP V3和PIM-SSM协议的源特定组播技术以及CEF（思科快速转发）技术所实现的，使用的软件主要为Cisco Packet Tracer软件模拟实验，搭建网络拓扑和具体策略，并通过对不同转发方式的结果进行对比。通过Cisco Packet Tracer搭建需要进行实验的网络拓扑，使用putty来进行设备命令的配置。通过对组播，SSM以及CEF等技术和模拟仿真软件的学习，从整个的网络拓扑图的规划、网络设备的命令配置、初期网络构想要求的验证等几个方面完成最初的实验构想：利用CEF的转发机制搭建网络拓扑图，在此拓扑图基础上，利用CEF与组播相结合，并且通过以下方式测试出传输效率以及对CPU的影响：

1.不启用CEF，单播传输。

2.启用CEF，单播传输。

3.启用CEF，组播传输。

通过以上方式测试出实验数据，并对实验数据进行比较、分析，从而得出结果。

在本人的毕业设计课题中，主要采用的是cisco 2811路由器，交换机为cisco 2960.通过搭建大型的路由网络，来对基于拓扑转发的组播通信网络的转发效率进行实验，从而得出最终实验结论。

关键词：思科快速转发;源特定组播;PIM;IGMP v3

ABSTRACT

This topic (design and implementation of a multicast communication network based on topology forwarding) is mainly based on the source-specific multicast technology of IGMP V3 and PIM-SSM protocol and CEF (Cisco Express Forwarding) technology. The software used is mainly Simulate experiments for Cisco Packet Tracer software, build network topology and specific strategies, and present the project in simulation. Build a network topology through Cisco Packet Tracer, and use putty to configure device commands. Through the study of multicast, SSM, CEF and other technologies and simulation software, the initial experimental conception is completed from several aspects such as the planning of the entire network topology, the command configuration of network equipment, and the verification of the initial network conception requirements: use CEF The forwarding mechanism is used to build a network topology map. On the basis of this topology map, CEF is combined with multicast, and the transmission efficiency and impact on the CPU are tested in the following ways:

1. Do not enable CEF, unicast transmission.

2. Enable CEF, unicast transmission.

3. Enable CEF, multicast transmission.

Test the experimental data through the above methods, and compare and analyze the experimental data to get the results.

In my graduation project, I mainly used the cisco 2811 router, and the switch was cisco 2960. By building a large routing network, I experimented with the forwarding efficiency of the multicast communication network based on topology forwarding, so as to draw the final experimental conclusion.

Keywords: Cisco Express Forwarding;Source Specific Multicast;PIM;IGMP v3

目录

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2课题题目的意义 1

1.3课题任务的要求 2

1.4软件的介绍 2

1.5本人工作开展 3

1.6论文框架结构 3

第二章 网络平台的搭建 5

2.1 cisco packet tracer 5

2.2 本章小结 8

第三章 技术介绍 9

3.1组播 9

3.1.1 IGMP 10

3.1.2 PIM 10

3.1.3汇聚点 10

3.1.4 SSM（Source Specific Multicast） 11

3.2 CEF（Cisco Express Forwarding） 12

3.3组播分发树 13

3.4 IGMP V3协议介绍 13

3.5 基于IGMPv3和PIM -SSM协议的源特定组播工作机制 14

3. 5.1 组播通道的建立 14

3. 5.2 组播通道的删除 14

3.6 ASM和SSM比较 15

第四章 仿真模拟实验搭建 16

第五章 仿真实验现象分析 18

第六章 结束语 20

谢辞 21

参考文献 21

绪论

1.1课题背景

随着网络技术的不断改进和发展，世界各国以互联网为代表的各种网络得到了迅速发展。宽带网络访问服务正在迅速发展，并且新的网络多媒体应用对网络性能和宽带的要求越来越严格。作为网络上的核心路由设备，路由器转发和处理数据包的能力是影响IP网络性能的重要原因。随着网络服务的多元化发展，在线视频播放，远程在线教学，实时新闻发布，网络电视等服务已成为新时代网络运营竞争的重中之重。这些新服务都需要新服务来支持，并且接收端有大量的数据包，并且数量是不固定的。发生这种情况时，那些传统模型（例如C / S结构）将严重浪费大量网络资源，有时还会造成严重的通信瓶颈。与单播传输及其QOS保证机制相比，它们都无法适应当今的业务发展。组播技术为解决这些问题提供了可能性。但是，传统的多播转发是数据驱动的缺点，它限制了多播转发。在这种情况下，使用促进在基于拓扑的多播转发机制上的研究已成为业务运营中的热点。

1.2课题题目的意义

在日常生活中，报文转发最常用的方式是进程交换。这是目前生产实践汇中最常用的交换模式，不过其实这些都属于数据驱动的交换。在基于数据驱动交换进程的这个模式下，这条数据流中的最开始的数据包将被放置在系统缓存中。目的地址将在路由器的路由表中进行对比检验，路由器的处理器与此同时也执行一次CRC检查，通过对比来看看数据包是否正确。然后将报文的二层MAC地址改写为下一跳接口的MAC地址。这个过程将继续处理这个流中的第二个、第三个数据包…相同的操作，包括查询路由表，重写MAC地址，CRC检查等。这种方式无疑是延迟最大的，因为它要利用system buffer以及processor去处理每个收到的包。

所以为了提高转发效率，我们可以使用另一种基于拓扑来实现的转发:Cisco Express Forwarding CEF是目前来讲最高效的传输层协议，而很多人往往会存在一些对CEF的错误的认知，所以我们还是需要解释它是如何产生的。CEF它主要是依靠硬件来实现的,仅仅通过一些软件上的配置是不行的，因为有些路由器的硬件就不支持CEF，它不仅需要将需要转发的数据包都存入缓存，而且还要把路由中所有元素都进行存储，其中包括路由表、拓扑表，当然还有next hoop，以及mac address。因此，在发送新的数据时，cpu就不需要查询目的interface，以及目标mac address，可以直接将这些数据从buffer中提取出来，因此可以在很大程度上提高转发的效率。

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