[Global Support] VMware SD-WAN 環境でマルチキャストを設定する方法

こんにちは VMware SASE テクニカルサポートチームの加藤です。このドキュメントでは VMware SD-WAN の機能の一つであるマルチキャストについて設定方法・確認方法についてご紹介します。このドキュメントを読むことで VMware SD-WAN 環境でマルチキャストを設定、確認する方法が理解できます。

1. マルチキャストとは

「マルチキャスト」は一つの送信元 (Sender) から複数の受信者 (Receiver) に対して同一データを一斉に送信する（一対多の）通信方式です。

一対一の通信方式（ユニキャスト）の場合、受信者の数だけ同じデータを送出する必要があるため、受信者が増加するに従って通信回線への負荷が大きくなります。一方、マルチキャストは受信者が増加しても、同じデータは通信回線を一つしか通りません。マルチキャストは通信回線の負荷を抑えながら、複数の受信者に同じデータを届けるソリューションです。

ビジネスにおいてはIPテレビなどの映像配信サービスや監視カメラの管理サービスに利用されています。

2. マルチキャスト用語集

マルチキャストの説明においては、関連用語が多数登場するため、必要に応じて以下の「マルチキャスト用語集」をご参照ください。

Receiver	マルチキャスト受信ホスト
Sender	マルチキャスト送信ホスト
LHR (Last Hop Router)	Receiver のセグメントに接続されているルータ
FHR (First Hop Router)	Sender のセグメントに接続されているルータ
マルチキャストグループ	マルチキャストを受信する Receiver の集まり(グループ) マルチキャストグループ毎に 1 つのグループアドレスを持つ
グループアドレス	マルチキャストグループに割り当てられたマルチキャストアドレス。クラス D アドレス（224.0.0.0から239.255.255.255）を使用する。・リンクローカル (224.0.0.0 ～ 224.0.0.255) ・グローバルスコープ (224.0.1.0 ～ 238.255.255.255) ・プライベートスコープ (239.0.0.0 ～ 239.255.255.255) の 3 つの分類があり、企業が組織内で使用する上ではプライベートスコープを利用する。
IGMP (Internet Group Management Protocol)	Receiver が LHR にマルチキャスト受信の要求を行うプロトコル
PIM (Protocol Independent Multicast)	マルチキャストルーティングプロトコル
PIM-DM (Dense-Mode)	Dense モードのマルチキャストルーティングプロトコル。マルチキャストネットワーク全体にトラフィックをフラッドする。VMware SD-WAN Edge は未対応。
PIM-SM (Sparse-Mode)	Sparse モードのマルチキャストルーティングプロトコル。Receiver が存在するインターフェイスのみにマルチキャストトラフィックを転送する。中継ポイントが必要。
RP (Rendezvous Point)	PIM-SM の共有ツリーの中継ポイント
共有ツリー	RP と Receiver を結ぶ共通のマルチキャストルーティング経路
送信元ツリー	Sender と Receiver を結ぶ個別のマルチキャストルーティング経路
IIF (Incoming Interface）	マルチキャストトラフィックの受信インタフェース
OIF (Outgoing Interface）	マルチキャストトラフィックの送信インタフェース

3. 試験構成

今回は以下の構成でマルチキャストの設定を行います。この構成で Sender から Receiver に SD-WAN オーバーレイを経由したマルチキャスト通信を行うことを目標とします。

・マルチキャスト通信は VMware SD-WAN Edge である Edge1 と Edge3 を経由します。
・Edge1 は Hub、Edge3 は Branch として機能し、Edge 間は SD-WAN オーバーレイが動作しています。
・Router(RP) の Loopback の IP アドレス 5.1.1.1 を Rendezvous Point として設定します。
・Sender からグループアドレス 239.1.1.1 にマルチキャストを送信します。
・Receiver をグループアドレス 239.1.1.1 のマルチキャストグループに参加させます。

IGMP と PIM の動作は「Step4 – Senderの設定」および「Step5 – Receiverの設定」で詳しく説明します。

4. マルチキャストの前提としてのユニキャストルーティング

マルチキャストを設定するにあたっては、ユニキャストルーティングの疎通性が必要となります。Router(RP) と Edge1 の間で OSPF を動作させて、Edge1 で OSPF の経路を SD-WAN オーバレイに広報します。

Edge3 においては Receiver と接続しているリンクを SD-WAN オーバレイに広報します。Router(RP) の設定については今回割愛しますが、RP となる Loopback のアドレスを OSPF に広報することをお忘れなく。

5. マルチキャストの設定　Step1 – Profile 設定

ここからは VMware SD-WAN 環境でマルチキャストを設定する方法について説明します。Edge1 に適用する Profile で Cloud VPN を有効にします。

Edge1 に適用する Profile で OSPF を有効にします。OSPF の経路を Overlay に広報するため「Overlay Prefixes」にチェックを入れます。

Edge3 に適用する Profile で Cloud VPN を有効にします。Hub として Edge1 を指定します。

Step2 – Edge1 の設定

Edge1 の「Multicast」の設定は以下の通りです（なお、Multicast の設定は Profile レベルでも設定可能です)。「Enable PIM on Overlay」をチェックすることで、SD-WAN オーバレイを通したPIMのやり取りが可能となります。

Edge1 の GE5 で OSPF と PIM を動作させます。

Step3 – Edge3 の設定

Edge3 の「Multicast」も同様に設定します。

なお、LHR の Receiver が接続しているインタフェースは IGMP と PIM の両方が有効になっている必要があります。

今回、Receiver が接続しているEdge3 の GE2 は、VLAN1 を割り当てた Switch ポートです。そのため VLAN1 に IGMP と PIM の設定を行います。Receiver の経路をオーバレイに広報するため、「Advertise」の設定にもチェックが必要です。

Step4 – Sender の設定

Sender で iperf を用いてグループアドレス 239.1.1.1 宛の通信を行います。この時点では Sender から RP に通信が行われるのみで、Edge にマルチキャスト通信は到達しません。

iperf の出力は以下の通りです。Receiver が受信しているかどうかに関わらず、Sender は FHR に対してパケットを送出し続けます。

iperf -c 239.1.1.1 -u -i 1 -T 5 -t 1000

————————————————————

Client connecting to 239.1.1.1, UDP port 5001

Sending 1470 byte datagrams

Setting multicast TTL to 5

UDP buffer size: 208 KByte (default)

————————————————————

[ 3] local 172.16.1.19 port 37436 connected with 239.1.1.1 port 5001

[ ID] Interval Transfer Bandwidth

[ 3] 0.0- 1.0 sec 129 KBytes 1.06 Mbits/sec

[ 3] 1.0- 2.0 sec 128 KBytes 1.05 Mbits/sec

[ 3] 2.0- 3.0 sec 128 KBytes 1.05 Mbits/sec

[ 3] 3.0- 4.0 sec 128 KBytes 1.05 Mbits/sec

[ 3] 4.0- 5.0 sec 128 KBytes 1.05 Mbits/sec

[ 3] 5.0- 6.0 sec 128 KBytes 1.05 Mbits/sec

Step5 – Receiver の設定

Receiver でiperf を用いてグループアドレス 239.1.1.1 のマルチキャストグループに参加します。実際の動作は以下の通りです。

まず Receiver が LHR の Edge3 に IGMP を送信します。それを受けて Edge3 の PIM が動作し、共有ツリーと送信元ツリーが生成されます。Edge3 と RP の経路上にある Edge1 でも同じツリーが生成されます。これにより RP と Receiver を結ぶマルチキャストの経路が確立され、Sender から Receiver までマルチキャスト通信が届くようになります。

iperfの出力は以下の通りです。Receiverがパケットを受信している場合、受信バイト数やbpsの値が出力されます。

iperf -s -u -B 239.1.1.1 -i 1

————————————————————

Server listening on UDP port 5001

Binding to local address 239.1.1.1

Joining multicast group 239.1.1.1

Receiving 1470 byte datagrams

UDP buffer size: 208 KByte (default)

————————————————————

[ 3] local 239.1.1.1 port 5001 connected with 172.16.1.19 port 37436

[ ID] Interval Transfer Bandwidth Jitter Lost/Total Datagrams

[ 3] 0.0- 1.0 sec 128 KBytes 1.05 Mbits/sec 0.197 ms 187/ 276 (68%)

[ 3] 1.0- 2.0 sec 128 KBytes 1.05 Mbits/sec 0.107 ms 0/ 89 (0%)

[ 3] 2.0- 3.0 sec 128 KBytes 1.05 Mbits/sec 0.138 ms 0/ 89 (0%)

[ 3] 3.0- 4.0 sec 128 KBytes 1.05 Mbits/sec 0.187 ms 0/ 89 (0%)

[ 3] 4.0- 5.0 sec 128 KBytes 1.05 Mbits/sec 0.210 ms 0/ 89 (0%)

Step6 –マルチキャストの状態確認

「Monitor->Routing->Multicast Groups」から、マルチキャストグループの情報を確認できます。マルチキャストグループが正しく表示されない場合は、ルーティングや PIM Neighbor に問題がある可能性があります。

「Multicast Groups」タブを選択すると、マルチキャストグループに参加している Edge の Upstream と Downstream インタフェースが表示されます。

Upstream インタフェースはマルチキャストを受信する IIF であり、Downstream のインタフェースはマルチキャストを送信する OIF です。トラブルシューティングの際には、Upstream と Downstream インタフェースが想定通りになっているかを確認してください。想定通りでない場合は、ルーティングに問題がある可能性があります。