MVPNv4 over BIERv6实验指导2024
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2025-01-13
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MVPNv4 over BIERv6 实验
1 实验内容
组网配置实现 MVPNv4 over BIERv6 方案，分析并理解基于 IPv6 网络承载 IPv4 组播
业务的技术原理。
2 实验原理
2.1 BIERv6 发展概述
2.1.1 组播技术发展
图 1 展示了组播技术的发展历程。组播技术的发展经历了公网组播方案、 IP 组播
VPN 方案以及 MPLS 组播 VPN 方案等几个阶段。
图 1 组播技术的发展阶段
第一阶段是公网组播方案，在公网 IP 网络中，采用 PIM 组播技术。PIM 与单播路由
协议类型无关，只要网络设备间存在可达的单播路由，PIM 协议就可以借助单播路由创建
组播分发树（转发表），指导组播数据转发。组播分发树随着组成员的动态加入和退出而
动态变化。
第二阶段是 IP 组播 VPN 方案，在组播 VPN 业务中用 Rosen MVPN 技术，公网组播
采用 PIM 技术。Rosen MVPN 是将私网 PIM 实例中的组播数据和控制报文透过公网传递到
VPN 的远端站点。其特点是 PIM 协议报文不经过扩展的 BGP 协议处理，直接通过隧道转
发，且所有 VPN 协议和数据报文在公网上透明传输。
第三阶段是 MPLS 组播 VPN 方案，采用基于 MPLS 隧道技术的 NG-MVPN，通过 BGP
协议传递私网组播路由，借助 MPLS P2MP 隧道传递私网组播流量。PIM 报文转换为 BGP
MVPN 协议报文，在 PE 之间传递。MVPN 数据报文通过承载网 P2MP 隧道上的 MPLS 标签
转发表快速转发。
2.1.2 已有组播技术的局限性
业务在不断地发展，已有的组播技术存在的局限性也更加显著，限制了组播在网络中
的大规模应用，例如：
1. 协议复杂，可扩展性弱：中间节点维护每条流的组播状态，依赖组播路由协议（如
PIM、mLDP、RSVP-TE P2MP 等）来创建组播树，在网络中引入复杂的控制信令。同时，创
建组播树也会占用大量的资源，如内存、CPU 等，不利于在大规模网络中部署。
2. 可靠性弱，用户体验不佳：组播流量越多，网络中需要建立的组播树越多，网络开
销大。在这种情况下，网络故障后的收敛受组播状态数量影响，业务重新收敛的时间会延
长。这样对于需要低时延、快收敛的业务来说，会严重影响用户体验。
3. 部署和运维困难：由于需要网络支持 PIM、mLDP、RSVP-TE P2MP 等众多协议，部
署复杂度高，同时也给网络和业务运维带来困难。
2.1.3 BIER 的产生
为了解决公网组播方案、IP 组播 VPN 等传统组播技术方案的问题，业界提出了
BIER（Bit Index Explicit Replication，比特索引显式复制）技术。BIER 技术不再依赖
PIM、mLDP 或 RSVP-TE 等技术，而是使用 BIER 报文中的 BitString 指示设备将组播报
文 复 制 给指定的 接 收 者 PE 。BIER 报 文封 装 BIER 头， 将 BitString 携 带 在 其 中 ，
BitString 中的每个比特位即表示一个接收者。中间节点不感知组播组状态，仅根据
BitString 完成报文的复制和转发。因此 BIER 转发不需要维护组播组状态，是一种全新
的组播转发架构。BIER 的基本原理如图 2 所示。
图 2 BIER 基本原理示意图
在 BIER 组播协议中，支持 BIER 转发的网络域被称为 BIER 域。BIER 域可以划分成
多个子域（sub-domain）。每个 BIER 域包含至少一个子域。域内支持 BIER 转发能力的
路由器被称作 BFR（Bit Forwarding Router）。当 BFR 作为 BIER 域的入口路由器时，
这个 BFR 就是 BFIR（Bit Forwarding Ingress Router）。当它作为 BIER 域的出口路由
器时，这个 BFR 就是 BFER（Bit Forwarding Engress Router）。
BFIR 和 BFER 还有一个共同的名字——边缘 BFR，也是 BIER 域中的源节点或目的节
点。边缘 BFR 拥有一个专属 BFR-ID（BIER Forwarding Router Identifier，BIER 转发
路由器标识符），用一个 1 到 65535 范围内的整数表示。例如，一个网络中拥有 256 个
边缘节点，每个边缘节点需要配置一个 1~256 的唯一值，目的节点集合则使用一个 256
bit（或 32 字节）的 BitString 来表示，BitString 中的每个 Bit 所在的位置或索引表
示一个边缘节点。
BIER 解决了传统组播需要组播转发树建立协议的问题，使得没有组播业务的网络中间
设备不再需要为每个组播流建立组播转发树，这样就取消了建立组播转发树的协议如
PIM，避免了网络中间设备因建立组播转发树而产生的开销。
2.1.4 BIERv6 的产生
在单播转发领域，基于 IPv6 数据平面的 SRv6 技术发展迅猛，势头超越了使用 MPLS
数据平面的 SR-MPLS。在组播领域，如何应用 BIER 架构和封装，实现不依赖 MPLS 并且
顺应 IPv6 网络发展趋势的技术成为了亟待解决的问题。在这样的背景下，业界提出了
BIERv6（Bit Index Explicit Replication IPv6 encapsulation）技术。BIERv6 继承了
BIER 的核心设计理念，它使用 BitString 将组播报文复制给指定的接收者，中间节点无
需建立组播转发树，实现无状态转发。BIERv6 和 BIER 一样使用分层方式，层次之间相互
衔接，实现组播数据流的转发，如图 3 所示。
图 3 实现 BIER 组播报文承载的两种方式
基于 MPLS 实现 BIER 组播报文转发的特点：
（1） 基于 MPLS 技术架构；
（2） 标签不包含可达性信息；
（3） 标签长度 20bits，可表示 VPN 业务；
（4） 要求所有设备支持 BIER MPLS。
基于 IPv6 实现 BIER 组播报文转发（BIERv6）的特点：
（1） 基于 Native IPv6；
（2） 采用 IPv6 地址做指令，路由可聚合；
（3） 地址长度 128bits，可标识VPN 业务；
（4） 可跨不支持 BIERv6 的设备，易部署。
2.2 BIERv6 技术原理
1.2.1 BIERv6 的基本概念
（2） BFR（Bit Forwarding Router，比特转发路由器）：按BIERv6 流程转发报文的节
点。
（3） BFIR（Bit Forwarding Ingress Router，比特转发入口路由器）：BIER 域的边缘
路由器，组播报文从此路由器进入 BIER 域，负责为组播报文封装 BIER 头部。
（4） BFER（Bit Forwarding Egress Router，比特转发出口路由器）：BIER 域的边缘
路由器，接收 BIER 域内的组播报文，是比特转发出口路由器。
（5） Domain：一个由所有 BFR 组成的网络域。一个 Domain 可以包含一个或多个 Sub-
Domain，最多可包含 8 个 Sub-Domain。
（6） Sub-Domain：指组播数据报文通过 BIERv6 转发的网络子域。在一个 Sub-Domain 内，
组播报文目的节点（即BFER）的总数最大支持 65535。
（7） BFR-ID：指为 BFR手工配置的 ID，范围为 1—65535。仅BFER 需要配置 BFR-ID。
以上概念可结合图 4 进行理解。
图 4 BIERv6 网络中的各角色
（8） BFR prefix：相当于路由协议中的 Router ID，用来标识BFR。在同一个 BIER 子域
中，每个 BFR必须配置唯一的 BFR前缀，且该前缀必须是 BIER 子域内路由可达的。
目前 BFR prefix 只支持配置为 Loopback 口的地址。
（9） BitString：BFIR 为组播数据进行 BIERv6 封装时，将 BitString 写入
DOH，BitString中的每一位代表一个组播报文目的节点。BIERv6 网络根据报文中
的 BitString将报文复制发送出去。
（10） BSL（BitString Length）：BitString的长度，支持 64/128/256灵活配置。
（11） Set ID：BSL 长度有限，有时难以满足大规模网络需求，因此 BIERv6 引入
Set。Set指一组 BFR 的集合。设备通过 Set ID 和 BitString 唯一确定 Sub-Domain
内接收组播报文的一组节点。
（12） Bit Position：设备自动根据每个 BFER 的 BFR-ID 数值映射为 BitString中的一位
（Bit Position），同时计算出该设备所属的 Set ID。
（13） BIRT（Bit Index Routing Table，比特索引路由表）：其表项指示当前节点到每
个 BFER 的 BFR邻居。
（14） BIFT（Bit Index Forwarding Table，比特索引转发表）：每个 BFR 转发组播报文
的关键表项，依赖 BIRT 生成，其中包含转发比特掩码及 BFR邻居信息。
（15）F-BM（Forwarding-Bit Mask，转发位串掩码）：用来表示 BFR往下一跳邻居复制
发送组播报文时，通过该邻居能到达的 BIER 子域边缘节点集合。F-BM 是 BFR 通过
将该邻居所能到达的所有 BIER 子域边缘节点的 Bit String 进行“或”操作后得到。
（16） 从BFR-ID 到 Set ID、BitString的映射：
为 BIERv6 网络配置 BSL 后，设备自动根据每个 BFER 的 BFR-ID 映射为 BitString中的
一位，同时计算出该设备所属的 Set ID。每个 BEFR 的 Bit Position 和 Set ID 的计算为：
a) Bit Posotion = （BFR-ID - 1）mod BSL+1
b) Set ID = int[（BFR-ID - 1）/ BSL]
图5 BFR-ID 与 BitString、Set ID 的映射示意图（以 BSL=256bit 为例）
2.2.2 BIERv6 报文格式
BIERv6 报文头采用 IPv6 协议扩展报文头中目的选项头 DOH（报文头类型为 60）定义。
IPv6 报文中的目的地址标识 BIER 转发节点的 IPv6 地址，即 End.BIER 地址，表示需要
在本节点进行 BIERv6 转发处理。IPv6 报文中的源地址标识 BIERv6 报文的来源，同时也
能指示组播报文所属的组播 VPN 实例。IPv6 报文中的目的选项扩展报文头DOH 携带标准
BIER 头，与 IPv6 报头共同组成 BIERv6 报文头。BFR 读取 BIERv6 扩展头部中的
BitString，根据 BIFT 进行复制、转发并更新 BitString。BIERv6 的报文头格式如图 6
所示。
图 6 BIERv6 报文头格式
BIERv6 DOH 中的关键字段如下：
（1）Option Length：表示比特索引表 BIFT 的 ID。
（2）TTL：表示报文经过 BIERv6 转发处理的跳数。每经过一个 BIERv6 转发节点后，
TTL 值减 1。当 TTL 为 0 时，报文被丢弃。
（3）Ver：表示 BIERv6 报文格式版本。
（4）BSL：表示 BitString Length。值为 0001 表示 BSL 长度为 64bit，0010 表示 BSL
长度为 128bit，0011 表示 BSL 长度为 256bit。在一个 BIERv6 子域内，允许配
置一个或多个 BSL。
（5）Proto：下一层协议标识，用于标识 BIERv6 报文头后面的 Payload 类型。
Payload 类型由 IANA（Internet Assigned Numbers Authority）定义。
（6）BFIR-ID：缺省为 BFIR 的 BFR-ID（Bit Forwarding Router-ID）。如果未配置，
则缺省为 0。
（7）BitString：用于标识组播报文目的节点的集合。
2.2.3 End.BIER
为了支持基于 IPv6 扩展报文头的报文转发，BIERv6 网络定义了一种新类型的 SID，
称为 End.BIER 地址，它作为 IPv6 目的地址指示设备的转发平面处理报文中的 BIERv6
扩展头。每个节点在接收并处理 BIERv6 报文时，将下一跳节点的 End.BIER SID 封装为
BIERv6 报文的外层 IPv6 目的地址（组播报文目的节点已通过 BitString 定义），以便
下一跳节点按 BIERv6 流程转发报文。End.BIER SID 还能够很好地利用 IPv6 单播路由的
可达性，跨越不支持 BIERv6 的 IPv6 节点。
如图 7所示，End.BIER SID 可以分为两部分：Locator 和其他比特位。Locator 表示
一个 BIERv6 转发节点。Locator 的定义与 SRv6 里一致，Locator 具有定位功能，节点
配置 Locator 之后，系统会生成一条 Locator 网段路由，并且通过 IGP 在 SRv6 域内扩
散。网络里其他节点通过 Locator 网段路由就可以定位到本节点，同时本节点发布的所有
SRv6 SID 也都可以通过该条 Locator 网段路由到达。End.BIER SID 可以将报文引导到指
定的 BFR，BFR 接收到一个组播报文，识别出报文目的地址为本地的 End.BIER SID，判定
为按 BIERv6 流程转发。
图7 End.BIER 格式
2.2.4 BIERv6 路由和转发信息生成
1、IGP BIERv6 扩展
BFR 转发 BIERv6 报文依赖于 BIER 转发表 BIFT，转发表 BIFT 的建立依赖于 IGP 泛
洪 BFR 信息以确定下一跳 BFR，并由路由层建立 BFR 之间的路由。因此，要实现 BIERv6
协议的功能，需要对 IGP 进行扩展。下面将介绍 IGP 协议是如何扩展以支持 BIERv6 的。
BIERv6 的扩展是在 IGP for BIER 协议的基础上，增加 BIERv6 封装信息的 Sub-
sub-TLV 和泛洪 End.BIER 的 Sub-sub-TLV。目前定义了 IS-IS 针对 BIERv6 的协议扩展。
表 1 展示了 IS-IS 针对 BIERv6 的协议扩展类型。
表 1 IS-IS 针对 BIERv6 的扩展
类型 名称 作用携带位置
TLV
Extended IS
Reachability
TLV（IPv6）
用于通告BFR-prefix，将 BFR
节点信息在 Sub-Domain 中泛
洪。BFR-prefix 为 BFR 在
Sub-Domain 中的一个 IPv6 地
址，必须为 BFR 的 LoopBack
接口地址
IS-IS 报文
Sub-TLV BIER Info Sub-
TLV
用于通告Sub-Domain ID 和
BFR-ID 等信息
IS-IS 报文的
237类 TLV 中
Sub-Sub-
TLV
End.BIER 信息
Sub-sub-TLV
MPRA信息Sub-
sub-TLV
用于通告End.BIER SID 或
MPRA
BIER Info
Sub-TLV 中
BIERv6 封装信息
Sub-sub-TLV
用于通告Max SI（Set
ID）、BSL 和 BIFT-ID 起始值
BIER Info
Sub-TLV 中
摘要：
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MVPNv4overBIERv6实验1实验内容组网配置实现MVPNv4overBIERv6方案，分析并理解基于IPv6网络承载IPv4组播业务的技术原理。2实验原理2.1BIERv6发展概述2.1.1组播技术发展图1展示了组播技术的发展历程。组播技术的发展经历了公网组播方案、IP组播VPN方案以及MPLS组播VPN方案等几个阶段。图1组播技术的发展阶段第一阶段是公网组播方案，在公网IP网络中，采用PIM组播技术。PIM与单播路由协议类型无关，只要网络设备间存在可达的单播路由，PIM协议就可以借助单播路由创建组播分发树（转发表），指导组播数据转发。组播分发树随着组成员的动态加入和退出而动态变化。...
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