PIM—SM理论讲解

目录

PIM SM基本概念

PIM工作步骤

DR竞选

RP基本概念（Bootstrap自举报文）

RP的作用

RP的两种类型

RP的缺点

PIM SM建树过程

成员接收者到RP建树过程（Join加入报文）

组播源到RP建树过程（Register注册报文、Join加入报文）

SPT切换

SSM模型

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PIM SM基本概念

PIM SM采用“拉”（Pull）的方式来转发组播报文并生成组播表，建立SPT（最短路径树）、RPT（共享树）转发组播报文。它假定每条链路都没有需求。

PIM工作步骤

邻居建立

全网开启组播、配置PIM

通过Hello报文建立PIM邻居，并选举DR

选举RP

通过RP建立SPT以及RPT树

RPT树建立

在RP与组成员端建立RPT树（*,G）树

SPT树建立

在组播源与RP之间建立（S,G）树

通过组播源流量在RP与组成员端之间也建立（S,G）表项

SPT切换

为了减少RP的负担和避免次优路径，进行SPT切换

DR竞选

当组播源或组成员所在的网段，同时连接着多个PIM路由器时，会通过选举一个DR来负责源段或组成员端组播报文的收发

DR的选举规则（通过Hello报文来选举）

DR优先级高的为DR（前提网段中的所有PIM路由器都支持DR优先级）

优先级相同或有PIM路由器不支持DR优先级的情况，IP地址大的优先

当DR故障时，会重新选举新的DR

DR的主要作用

DR分为两种类型，不同类型的DR作用不同

源DR：连接组播源的，负责向RP发送Register注册报文

组成员端DR：连接组成员的，负责向RP发送Join加入报文

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RP基本概念（Bootstrap自举报文）

如果采用组播源去拉流量的话，对于使用IGMPv1、v2的组成员来说是无法找到组播源的

所以在PIM SM模式中，定义了RP（汇聚点，其实就是一台被设备为RP的网络设备），通过RP作为中介实现成员与组播源建树（即成员无法直接与组播源建SPT树）

RP的作用

RP是PIM SM中一台“核心”的路由器，它起到的是“汇聚”的作用，汇聚组播接收者的加入/剪枝请求和组播源的组播数据与注册请求。

具体如何汇聚如下

组播接收者所在网段的DR路由器向RP发（*，G）Join报文，建立RPT共享树

RP在收到组播路由器发送的Register注册报文后，向组播源转发（S，G）Join报文，建立SPT树

收到组播数据的最后一跳路由器（DR）向组播源建立SPT树（可选过程）

RP的注意事项

在PIM SM中，每一个PIM组播组都需要且只需要一个RP地址来建树，因此要求全网的路由器都要事先知道某个组的RP地址。（每个PIM域可以有多个RP）

RP的两种类型

按照RP部署维护的复杂性和方式，可以分为静态RP和动态RP部署

静态RP部署

手工添加RP和组的对应关系（全网PIM路由器都要配置）

注意

1. 如果配置的静态RP地址是本机状态为UP的某个接口地址，本机就作为静态RP，作为静态RP的接口不必使能PIM协议。
2. 如果没有指定ACL，配置的静态RP为所有组播组224.0.0.0/4服务
3. 重复执行静态RP的配置命令，会创建多个RP
4. 当存在多个静态RP为某个组服务的情况，则选择IP地址最大的RP为该组服务
5. 当配置静态RP时携带了Preferred命令，静态RP的优先级高于动态RP。当配置静态RP时没有携带Preferred命令，则动态RP优先级高于静态RP

动态RP部署（Bootstrap自举报文）

目前动态RP协议使用的是PIMv2的BSR（自举协议）

BSR协议概念

1. 在BSR协议中，定义了两种角色的设备：C-RP(Candidate-RP)、C-BSR(Candidate-BSR)两种
2. 手动配置多台路由器为C-RP与C-BSR，从C-RP中竞选出RP，从C-BSR中竞选出BSR
3. 这两种角色都可以定义多台，以提供冗余备份能力

从C-BSR选举BSR——通过BSR报文选举

C-BSR启动时会启动BSR超时计时器130s，并逐跳泛洪自身的Boostrap（BSR）报文

• 1、在130s内未收到其它Boostrap报文，则自己选举为BSR
• 2、在130s内收到其它Boostrap报文，则提取报文中的部分信息进行选举

1. BSR报文中的优先级值越大，越优先
2. BSR报文中的BSR的IP地址越大，越优先

BSR全网通告自己的IP地址

BSR会将自己是BSR的消息通过Boostrap报文全网泛洪

C-RP发送自己的RP映射信息给BSR

每个C-RP定义自己的一个接口IP地址和多个组播地址范围的对应关系

每一对IP地址和组播地址范围的对应关系都叫做RP映射

C-RP通过接收泛洪的BSR通告报文，获取BSR的地址。

之后每个C-RP会以单播的方式周期性60s把RP映射发往BSR

BSR全网通告C-RR的RP映射信息

BSR将收集到的RP映射通过周期性每隔60s发送的BSR报文通告出去

此时Boostrap报文会额外包含组范围、C-RP的优先级、C-RP的地址信息

如果路由器130s未收到BSR报文，则会清除本地已有的BSR信息和RP映射关系

全网路由器从C-RP中选举RP

接收端收到BSR泛洪的关于RR映射消息，从收到的RP映射关系中选择最优的C-RP作为RP

• 由于收到的RP映射关系中，组范围可能会重叠，会优选最最小的组范围所对应的RP

例如：C-RP1的组播范围为224.0.0.0/4，C-RP2的组播范围为224.1.2.0/24，当为组224.1.2.3选择RP时，会选择C-RP2为RP

• 优选C-RP优先级值小的（默认为0，值越小越优先）
• 执行Hash算法，结果大的优选
• C-RP地址大的获胜

RP的缺点

RP是PIM SM的核心，容易出现瓶颈，发生单点故障

RP未必处于源和接收者路由器之间的最优路径上，经过的RPT树路径未必是最优路径

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PIM SM建树过程

成员接收者到RP建树过程（Join加入报文）

由接收端DR逐跳向RP建立RPT，发送（*,G）Join报文

• 当连接组成员的DR路由器收到IGMP成员报告报文，创建（*，G）表项，并查找对应此组播组的RP地址（收到IGMP报告报文的接口为下游接口）
• 根据RP地址进行RPF检查，找到去往RP的RPF接口，并发送（*，G）Join报文（此RPF接口为上游接口）
• 上游路由器收到（*，G）Join报文后，创建（*，G）的表项（收到此报文的接口为下游接口），并查找对应此接口的RP地址，并向RPF接口发送（*，G）Join报文，逐跳构建RPT树直到找到RP为止

只要接收者存在，连接组成员的设备会每60s向上游发送（*，G）Join刷新组播路由表（*，G）条目

为什么组成员到RP生成的是（*,G）表项？

对于组成员来说，当组成员使用IGMPv1和v2时，不知道组播源IP，只知道组播地址，因此刚开始成员端与RP建立（*,G）表项。

组播源到RP建树过程（Register注册报文、Join加入报文）

• 当连接组播源的DR路由器收到组播流量后，根据组地址查到RP的地址。然后将组播报文通过单播的注册报文（携带源信息和组信息）发送给RP

• 如果RP存在（*，G）表项，并存在下游接口，则解封装注册报文，根据RPT树转发组播流量。并根据组播源地址检查RPF接口，发送（S，G）Join报文，逐渐构建SPT树。源端DR构建SPT树后，会沿着SPT树转发组播流量到RP，RP收到后发送注册停止报文
• 如果RP不存在（*，G）表项或者没有下游接口，则直接注册停止报文给源端DR。源端DR停止将组播报文封装在注册报文中，RP也不会发送（S，G）Join报文

注册报文和注册停止报文在组播源活跃期间会一直发送

源端DR会在组播源活跃期间每个55s发送一次空的注册报文给RP

• RP如果已经存在关于组播源的（S,G）表项，则会发送注册停止报文（表示自己已经有此组播源表项）
• RP如果不存在关于组播的（*,G）表项，则会发送注册停止报文（表示此组播源下无成员，不需要）
• RP如果存在关于组播的（*,G）表项，但是没有关于组播源的（S,G）表项，则不会发送注册停止报文（表示自己需要组播源注册建立SPT树）

源端DR在发送空的注册报文后，如果5s内收不到注册停止报文，就会发送带组播流量的单播注册报文到RP

• RP收到后建立关于组播源的（S,G）表项，重复上述建立SPT树的过程

为什么也要与成员端DR建立SPT树

因为转发流量一定需要（S，G）表项

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SPT切换

对于一些接收者来说，通过RP的组播转发路径并不是最优的路径，此时就需要Switchover机制（即SPT切换），SPT切换由与组成员直连的路由器触发的

接收者到组播源也会建立SPT树，之前RP与源建立的树就不用了，这个过程就称为SPT切换

什么时候进行SPT切换

当用户端DR收到组播报文的速率超过阈值时，会进行SPT切换，由组成员端DR发起

华为设备上阈值默认为0，即只要有流量就会进行SPT切换

SPT切换的工作过程

组成员DR检查自己（S,G）表项的上游接口是否为组源接口

如果是则继续向上游检查，如果不是则向真正的上游接口发送（S,G）表项发送Join报文

当真正的上游接口收到组播源流量后，会向之前的上游接口发送剪枝报文

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SSM模型

上述介绍的PIM为ASM模型的建树过程，SSM模型需要借助PIM-SM的部分技术和IGMPv3/MLDv2来实现

SSM模型的特点

SSM模型无需维护RP、无需构建RPT、无需注册组播源、可以直接在组播源与成员之建立SPT（需要选举DR，建立邻居，然后直接建立SPT树）

当成员端使用IGMPv3/MLDv2加入组播组时，为SSM模型

SPT建树

接收端DR直接发送关于（S,G）表项的Join报文，逐跳向源发送

PIM路由器通过Join报文创建（S,G）表项

SPT建立后，源段就会将组播报文沿着SPT分发给组成员

PIM实现方式比较

华为PIM-SM 动态RP实验配置_静下心来敲木鱼的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/m0_49864110/article/details/128685766?csdn_share_tail=%7B%22type%22%3A%22blog%22%2C%22rType%22%3A%22article%22%2C%22rId%22%3A%22128685766%22%2C%22source%22%3A%22m0_49864110%22%7D