IP マルチキャスト：PIM コンフィギュレーション ガイド、Cisco IOS XE Release 3S（Cisco ASR 1000）

IPv6 マルチキャスト グループは、特定のデータ ストリームを受信する受信側の任意のグループです。 このグループには、物理的境界または地理的境界はありません。受信側は、インターネット上または任意のプライベート ネットワーク内の任意の場所に配置できます。 特定のグループへのデータ フローの受信に関与する受信側は、ローカル デバイスに対してシグナリングすることによってそのグループに加入する必要があります。 このシグナリングは、MLD プロトコルを使用して行われます。

デバイスは、MLD プロトコルを使用して、直接接続されているサブネットにグループのメンバが存在するかどうかを学習します。 ホストは、MLD レポート メッセージを送信することによってマルチキャスト グループに加入します。 ネットワークでは、各サブネットでマルチキャスト データのコピーを 1 つだけ使用して、潜在的に無制限の受信側にデータが伝送されます。 トラフィックの受信を希望する IPv6 ホストはグループ メンバと呼ばれます。

グループ メンバに伝送されるパケットは、単一のマルチキャスト グループ アドレスによって識別されます。 マルチキャスト パケットは、IPv6 ユニキャスト パケットと同様に、ベストエフォート型の信頼性を使用してグループに伝送されます。

マルチキャスト環境は、送信側と受信側で構成されます。 どのホストも、グループのメンバであるかどうかにかかわらず、グループに送信できます。 ただし、グループのメンバだけがメッセージを受信します。

マルチキャスト アドレスがマルチキャスト グループの受信先として選択されます。 送信者は、データグラムの宛先アドレスとしてグループのすべてのメンバに到達するためにそのアドレスを使用します。

マルチキャスト グループ内のメンバーシップはダイナミックです。ホストはいつでも加入および脱退できます。 マルチキャスト グループ内のメンバの場所または数に制約はありません。 ホストは、一度に複数のマルチキャスト グループのメンバにすることができます。

マルチキャスト グループがどの程度アクティブであるか、その期間、およびメンバーシップはグループおよび状況によって異なります。 メンバを含むグループにアクティビティがない場合もあります。

IPv6 マルチキャスト アドレスは、FF00::/8（1111 1111）というプレフィックスを持つ IPv6 アドレスです。 IPv6 マルチキャスト アドレスは、通常は異なるノードに属するインターフェイス セットの識別子です。 マルチキャスト アドレスに送信されたパケットは、マルチキャスト アドレスが示すすべてのインターフェイスに配信されます。 プレフィックスに続く 2 番めのオクテットで、マルチキャスト アドレスのライフタイムとスコープが定義されます。 永久マルチキャスト アドレスはライフタイム パラメータが 0 に等しく、一時マルチキャスト アドレスのライフタイム パラメータは 1 に等しくなっています。 ノード、リンク、サイト、組織のスコープ、またはグローバル スコープを持つマルチキャスト アドレスのスコープ パラメータは、それぞれ 1、2、5、8、または E です。 たとえば、プレフィックスが FF02::/16 のマルチキャスト アドレスは、リンク スコープを持つ永続マルチキャスト アドレスです。 下の図は、IPv6 マルチキャスト アドレスの形式を示しています。

図 1. IPv6 マルチキャスト アドレス形式

IPv6 ノード（ホストとルータ）は、（受信パケットの宛先となる）次のマルチキャスト グループに加入する必要があります。

• 全ノード マルチキャスト グループ FF02:0:0:0:0:0:0:1（スコープはリンクローカル）
• 割り当てられたユニキャスト アドレスおよびエニーキャスト アドレスごとの送信要求ノード マルチキャスト グループ FF02:0:0:0:0:1:FF00:0000/104

IPv6 ルータは、全ルータ マルチキャスト グループ FF02:0:0:0:0:0:0:2（スコープはリンクローカル）にも加入する必要があります。

送信要求ノード マルチキャスト アドレスは、IPv6 ユニキャスト アドレスまたはエニーキャスト アドレスに対応するマルチキャスト グループです。 IPv6 ノードは、割り当てられているユニキャスト アドレスおよびエニーキャスト アドレスごとに、関連付けられた送信要求ノード マルチキャスト グループに加入する必要があります。 IPv6 送信要求ノード マルチキャスト アドレスには、対応する IPv6 ユニキャスト アドレスまたは IPv6 エニーキャスト アドレスの下位 24 ビットに連結されたプレフィックス FF02:0:0:0:0:1:FF00:0000/104 があります（下の図を参照）。 たとえば、IPv6 アドレス 2037::01:800:200E:8C6C に対応する請求ノード マルチキャスト アドレスは FF02::1:FF0E:8C6C です。 送信要求ノード アドレスは、ネイバー送信要求メッセージで使用されます。

図 2. IPv6 送信要求ノード マルチキャスト アドレス形式

（注）	IPv6 にはブロードキャスト アドレスはありません。 ブロードキャスト アドレスの代わりに IPv6 マルチキャスト アドレスが使用されます。

インターフェイスで IPv6 トラフィックを転送できるようにするには、そのインターフェイスで IPv6 アドレスを設定する必要があります。 インターフェイスでサイトローカルまたはグローバル IPv6 アドレスを設定すると、リンクローカル アドレスが自動的に設定され、そのインターフェイスに対して IPv6 がアクティブになります。 また、設定されたインターフェイスは、そのリンクに必要な次のマルチキャスト グループに自動的に加入します。

• インターフェイスに割り当てられたユニキャスト アドレスおよびエニーキャスト アドレスごとの請求ノード マルチキャスト グループ FF02:0:0:0:0:1:FF00::/104

  （注）	送信要求ノード マルチキャスト アドレスは、ネイバー探索プロセスで使用されます。

• 全ノード リンクローカル マルチキャスト グループ FF02::1
• 全ルータ リンクローカル マルチキャスト グループ FF02::2

IPv6 では、グローバル アドレスと非グローバル アドレスがサポートされています。 ここでは、異なるスコープの IPv6 アドレスの使用方法について説明します。

スコープ ゾーン（簡単にはゾーン）とは、特定のスコープのトポロジの、接続されているリージョンです。 たとえば、特定のサイト内のデバイスが接続しているリンクのセット、およびこれらのリンクに接続されているインターフェイスは、サイトローカル スコープの単一のゾーンを構成します。

ゾーンはトポロジ リージョンの特定のインスタンス（たとえば、ゾーン 1 のサイトまたはゾーン 2 のサイト）であるのに対し、スコープはトポロジ リージョンの規模（たとえば、サイトまたはリンク）です。 特定の非グローバル アドレスに関連するゾーンは、アドレス自体では符号化されません。ただし、その代わりに、その送受信を行うインターフェイスなどのコンテキストによって判別されます。 したがって、特定の非グローバル スコープのアドレスは、そのスコープの別々のゾーンで再利用される場合があります。 たとえば、ゾーン 1 のサイトとゾーン 2 のサイトのそれぞれに、サイトローカル アドレス FEC0::1 を持つノードが含まれている場合があります。

ゾーン境界は、比較的スタティックな機能であり、トポロジにおける短期的な変更に応じて変化することはありません。 したがって、ゾーン内のトポロジが「接続されている必要がある」という要件は、一時的にだけ接続されることがあるリンクとインターフェイスを含めるためのものです。 たとえば、ダイヤルアップにより従業員のサイトへのインターネット アクセスを取得するレジデンシャル ノードまたはネットワークは、ダイヤルアップ リンクが切断された場合でも、従業員のサイトローカル ゾーンの一部として扱われることがあります。 同様に、ゾーンのパーティション化を引き起こすデバイス、インターフェイス、またはリンクの障害が発生しても、そのゾーンが複数のゾーンに分割されることはありません。厳密には、別個のパーティションが引き続き同じゾーンに属しているものと見なされます。

マルチキャストルーティング情報ベース（MRIB）は、マルチキャスト ルーティング プロトコル（ルーティング クライアント）によってインスタンス化されるマルチキャスト ルーティング エントリのプロトコル非依存リポジトリです。 その主要機能は、ルーティング プロトコルとマルチキャスト転送情報ベース（MFIB）間の非依存性を実現することです。 また、クライアント間の調整および通信ポイントとしても機能します。

ルーティング クライアントは、MRIB が提供するサービスを使用して、ルーティング エントリをインスタンス化し、他のクライアントによってルーティング エントリに加えられた変更を取得します。 MRIB では、ルーティング クライアント以外に、転送クライアント（MFIB インスタンス）や特別なクライアント（MLD など）も扱われます。 MFIB は、MRIB からその転送エントリを取得し、パケットの受信に関連するイベントについて MRIB に通知します。 これらの通知は、ルーティング クライアントによって明示的に要求されることも、MFIB によって自発的に生成されることもあります。

MRIB のもう 1 つの重要な機能は、同じマルチキャスト セッション内でマルチキャスト接続を確立する際に、複数のルーティング クライアントの調整を可能にすることです。 また、MRIB では、MLD とルーティング プロトコル間の調整も可能です。

統合 MFIB は、IPv6 マルチキャストでの PIM-SM および PIM-SSM に対するファスト スイッチングおよびプロセス スイッチングの両サポートを提供するために使用されます。 プロセス スイッチングでは、ルート プロセッサが各パケットの調査、書き換え、および転送を行う必要があります。 最初にパケットが受信され、システム メモリにコピーされます。 次に、デバイスがルーティング テーブル内でレイヤ 3 ネットワーク アドレスを検索します。 そのあと、レイヤ 2 フレームがネクストホップの宛先アドレスで書き換えられ、発信インターフェイスに送信されます。 また、RP は、巡回冗長検査（CRC）も計算します。 このスイッチング方式は、IPv6 パケットをスイッチングする方式の中でスケーラビリティが最も低い方式です。

IPv6 マルチキャストの高速スイッチングを使用すると、デバイスはプロセス スイッチングよりも高いパケット転送パフォーマンスを実現できます。 従来ルート キャッシュに格納される情報は、IPv6 マルチキャスト スイッチング用にいくつかのデータ構造に格納されます。 これらのデータ構造では、ルックアップが最適化され、パケット転送を効率的に行えるようになっています。

IPv6 マルチキャスト転送では、PIM プロトコル ロジックで許可されていれば、最初のパケットのファスト スイッチングが行われます。 IPv6 マルチキャストの高速スイッチングでは、MAC カプセル化ヘッダーが事前に計算されます。 IPv6 マルチキャストの高速スイッチングでは、MFIB を使用して、IPv6 送信先プレフィックス ベースのスイッチング判定が行われます。 IPv6 マルチキャストの高速スイッチングでは、MFIB に加えて、隣接関係テーブルを使用して、レイヤ 2 アドレッシング情報が付加されます。 隣接関係テーブルでは、すべての MFIB エントリのレイヤ 2 ネクストホップ アドレスが管理されます。

隣接が検出されると、隣接関係テーブルにそのデータが入力されます。 （ARP などを使用して）隣接エントリが作成されるたびに、その隣接ノードのリンク層ヘッダーが事前に計算され、隣接関係テーブルに格納されます。 ルートが決定されると、そのヘッダーはネクスト ホップおよび対応する隣接エントリを指します。 そのあと、そのヘッダーはパケット スイッチング時のカプセル化に使用されます。

ロード バランシングと冗長性の両方に対応するようにデバイスが設定されている場合など、ルートには送信先プレフィックスへの複数のパスが存在することがあります。 解決されたパスごとに、そのパスのネクストホップ インターフェイスに対応する隣接へのポインタが追加されます。 このメカニズムは、複数のパスでのロード バランシングに使用されます。

IPv6 PIM のエニーキャスト RP ソリューションは、IPv6 ネットワークによる PIM-SM RP のエニーキャスト サービスのサポートを可能にします。 これにより、PIM のみを実行するドメイン内でエニーキャスト RP を使用できるようになります。 エニーキャスト RP は、IPv4 および IPv6 で使用できますが、IPv4 だけで動作する Multicast Source Discovery Protocol（MSDP）には依存しません。 この機能は、ドメイン間接続が不要な場合に便利です。

エニーキャスト RP は、PIM RP のデバイスに障害が発生した場合に、高速コンバージェンスを取得するために ISP ベースのバックボーンが使用するメカニズムです。 受信側および送信元が最も近くの RP にランデブーできるようにするには、送信元からのパケットがすべての RP に到達して、加入している受信側を検出する必要があります。

ユニキャスト IP アドレスは RP アドレスとして選択されます。 このアドレスは、静的に設定されるか、またはダイナミック プロトコルを使用して、ドメイン全体のすべての PIM デバイスに配信されます。 ドメイン内の一連のデバイスが、この RP アドレスの RP として動作するように選択されます。これらのデバイスは、エニーキャスト RP セットと呼ばれます。 エニーキャスト RP セット内の各デバイスは、RP アドレスを使用してループバック インターフェイスで設定されます。 また、エニーキャスト RP セット内の各デバイスには、RP 間の通信に使用する別の物理 IP アドレスも必要です。

RP アドレス、または RP アドレスに対応するプレフィックスは、ドメイン内部のユニキャスト ルーティング システムに挿入されます。 エニーキャスト RP セット内の各デバイスは、エニーキャスト RP セット内のその他すべてのデバイスのアドレスで設定されます。また、この設定は、セット内のすべての RP で一致している必要があります。

S11 がパケットの送信を開始すると、次のイベント シーケンスが発生します。

1. DR1 は（S, G）ステートを作成し、RP1 へ register を送信します。 DR1 はデータ パケットを register にカプセル化する場合もあります。
2. register を受信すると、RP1 は通常の PIM-SM RP 機能を実行し、パケットを R11 と R12 へ転送します。
3. RP1 は、register（データ パケットをカプセル化する場合もあります）を RP2、RP3、RP4 にも送信します。
4. RP2、RP3、RP4 がさらに register を相互に転送することはありません。
5. RP2、RP3、RP4 は通常の PIM-SM RP 機能を実行し、カプセル化されたデータ パケットがある場合、RP2 はデータ パケットを R2 に転送し、RP3 はデータ パケットを R31 と R32 にそれぞれ転送します。
6. DR1 から送信された null registers に対して上記の 5 ステップが繰り返されます。

次の図は、PIM エニーキャスト RP フェールオーバーを示しています。

このように、RP の損失（この場合は RP1）は DR1、R11、および R12 に対してトランスペアレントであり、ネットワークは、IGP が収束するとすぐに収束します。

ドメイン内の PIM デバイスは、各マルチキャスト グループを正しい RP アドレスにマッピングできる必要があります。 PIM-SM 対応の BSR プロトコルは、グループと RP のマッピング情報をドメイン全体に迅速に配布するためのダイナミック適応メカニズムを備えています。 IPv6 BSR 機能を使用すると、到達不能になった RP が検出され、マッピング テーブルが変更されます。これにより、到達不能な RP が今後使用されなくなり、新しいテーブルがドメイン全体に迅速に配布されるようになります。

すべての PIM-SM マルチキャスト グループを RP の IP または IPv6 アドレスに関連付ける必要があります。 新しいマルチキャスト送信側が送信を開始すると、そのローカル DR がこれらのデータ パケットを PIM register メッセージにカプセル化し、そのマルチキャスト グループの RP に送信します。 新しいマルチキャスト受信側が加入すると、そのローカル DR がそのマルチキャスト グループの RP に PIM join メッセージを送信します。 PIM デバイスは、（*, G）join メッセージを送信するとき、RP 方向への次のデバイスを認識して、G（グループ）がそのデバイスにメッセージを送信できるようにする必要があります。 また、PIM デバイスは、（*, G）ステートを使用してデータ パケットを転送するとき、G を宛先としたパケットの正しい着信インターフェイスを認識する必要があります。これは、他のインターフェイスに着信するパケットを拒否する必要があるためです。

ドメイン内の少数のデバイスが候補ブートストラップ ルータ（C-BSR）として設定され、単一の BSR がそのドメイン用に選択されます。 また、ドメイン内の一連のデバイスが候補 RP（C-RP）として設定されます。通常、これらのデバイスは、C-BSR として設定されているものと同じデバイスです。 候補 RP は、候補 RP アドバタイズメント（C-RP-Adv）メッセージをそのドメインの BSR に定期的にユニキャストし、RP になる意思をアドバタイズします。 C-RP-Adv メッセージには、アドバタイズを行っている C-RP のアドレス、およびグループ アドレスとマスク長のフィールドの任意のリストが含まれています。これらのフィールドは、立候補のアドバタイズの対象となるグループ プレフィックスを示します。 BSR は、定期的に発信するブートストラップ メッセージ（BSM）にこれらの一連の C-RP とそれに対応するグループ プレフィックスを含めます。 BSM は、ドメイン全体にホップバイホップで配布されます。

双方向 BSR がサポートされているため、双方向 RP を C-RP メッセージおよび BSM の双方向範囲でアドバタイズできます。 システム内のすべてのデバイスは、BSM で双方向範囲を使用できる必要があります。使用できない場合は、双方向 RP 機能が機能しません。

RP マッピングを設定するための IPv6 BSR 機能を使用すると、スコープと RP のマッピングを候補 RP メッセージから学習する代わりに、BSR から直接アナウンスするように、IPv6 マルチキャスト デバイスをスタティックに設定できます。 BSR から RP マッピングをアナウンスすると、次のいくつかの状況で役立ちます。

• RP が 1 つしか存在しないか、またはグループ範囲でエニーキャスト RP が使用されているために、RP アドレスが変わらない場合、候補 BSR で RP アドレス通知をスタティックに設定することは容易になります。
• RP アドレスが仮想 RP アドレスである場合（双方向 PIM を使用している場合など）、BSR はそのアドレスを候補 RP から学習できません。 その代わりに、候補 BSR で仮想 RP アドレスをアナウンス対象 RP として設定する必要があります。

BSR では、管理用スコープのマルチキャストを使用してネットワークでグループと RP のマッピングを配布することによって、限定スコープ ゾーンをサポートしています。 ユーザは、ドメイン内の管理用スコープ領域ごとに候補 BSR と一連の候補 RP を設定できます。

BSR が管理用スコープで正しく機能するためには、BSR および少なくとも 1 つの C-RP がすべての管理用スコープ領域内に存在している必要があります。 管理用スコープ ゾーンの境界は、ゾーン境界デバイスで設定する必要があります。これは、エラー条件が原因で境界を間違って越える可能性がある PIM join メッセージをフィルタリングする必要があるためです。 また、管理用スコープ ゾーン内の少なくとも 1 つの C-BSR が、管理用スコープ ゾーンのアドレス範囲の C-BSR になるように設定する必要があります。

BSR 選択は、（BSM を使用して）管理用スコープ範囲ごとに 1 回、およびグローバル範囲に対して 1 回行われるようになります。 管理用スコープ範囲は BSM で識別されます。これは、特定の RP セットで処理するように設定されている範囲だけでなく、管理用スコープ範囲であることを示すように、グループ範囲がマーク付けされているためです。

C-RP にスコープが設定されていない場合、その C-RP は、スコープ ゾーンのグループ範囲を含む選択 BSR から BSM を受信することによって、管理用スコープ ゾーンの有無およびそのグループ範囲を検出します。 C-RP には、各選択 BSR のアドレスとその BSM に含まれる管理用スコープ範囲が格納されます。 C-RP は、RP として動作する意思のある管理用スコープ範囲ごとに C-RP-Adv メッセージを適切な BSR に個別にユニキャストします。

管理用スコープ範囲が使用中の PIM ブートストラップ ドメイン内のすべての PIM デバイスが、BSM を受信し、該当するすべての管理用スコープ ゾーンに対する選択 BSR と RP のセットを格納できる必要があります。

シスコの IPv6 デバイスでは、BSM のフローを妨げることがないように、BSR パケットの RPF フラッディングがサポートされています。 デバイスは、BSM を十分に認識および解析して、BSR アドレスを識別します。 デバイスは、この BSR アドレスの RPF チェックを実行し、RPF インターフェイスで受信したパケットだけを転送します。 また、RPF 情報を含む BSR エントリを作成し、同じ BSR からの今後の BSM に使用できるようにします。 特定の BSR から BSM を今後受信しなくなると、BSR エントリはタイムアウトします。

この機能は、IPv6 マルチキャスト エッジ ルーティングにアクセス コントロール メカニズムを提供します。 ACL では、許可または拒否されるマルチキャスト グループまたはチャネルを指定します。 拒否されたグループまたはチャネルについて、デバイスはプロトコル トラフィックおよびアクションを無視し（たとえば、MLD ステートは作成されず、mroute ステートは作成されず、PIM join は転送されません）、システムのすべてのインターフェイス上でデータ トラフィックをドロップし、ACL によって拒否されたグループまたはチャネルのマルチキャストをディセーブルにします。