PIM SM

目錄

• PIM SM路由協議基礎：
  • PIM SM基本原理：
  • PIM SM的工作機制：
    • RP的發現：
    • RPT的構建：
    • 組播源注冊：
    • SPT的構建：
  • BSR-自舉協議：
  • RP的發現：
  • RPT/SPT樹的切換：
  • 注冊消息：
  • 斷言機制：

PIM SM路由協議基礎：

PIM SM基本原理：

• PIM-SM使用拉的模式轉發組播報文，類似於按需使用的方法，一般應用於組播組成員多，相對稀疏，規模較大的網絡，

PIM SM的工作機制：

RP的發現：

• RP-匯聚點

• 在網絡中維護一台RP,所有的pim路由器都知道RP的位置，RP負責接受組播數據，並向組播接受者進行轉發，RP跟組播源構建一顆SPT樹，RP跟組播接受者構建一顆RPT樹。

RPT的構建：

• 當網絡中出現組成員，用戶通過IGMP加入某組播組，然后由最后一跳路由器（成員端DR）向RP發送（* G）表項的join報文，並逐跳在pim路由器上建立（* G）表項。
• 成員端DR發送的（* G）表項的join報文中，其中join字段中IP地址會置位，其中，分為SWR置位
  • S置位：所有的join/prune報文均為置該位
  • W置位：（* G）表項中的join/prune報文置該位
  • R置為：向RP發送的所有join/prune報文均會置位
  • 發往RP的（* G）join/prune報文會置SWR位
  • 發往組播源的（S G）join/prune報文會S位
  • 發往組播源的（S G）join/prune報文會置SR位
• 成員端DR會每隔60S向上游pim路由器發送join報文，收到join報文后，重置接口計時器（210s）接口計時器是根據join/prune報文中的heldtime時間來設定的，超時后就會將此接口從下游接口中移除
• 只要接受者存在，成員端DR會每隔60S向上游pim路由器發送join報文，用來刷新（* G）條目。維護RPT樹。

組播源注冊：

• 當網絡中出現活躍的組播源，源端DR會將此組播數據封裝在register報文中，以單播的形式發送給RP,

SPT的構建：

• RP收到此register報文后，就得知了組播源的地址，然后向組播源發送（S G）表項的join報文，然后在沿途的pim路由器上創建相應的（S G）表項，構建一顆SPT樹，之后的組播數據就根據（S G）進行轉發,
• RP這時可以通過兩個方向收到組播數據，一個是從SPT，另一個是根據單播注冊隧道，這時就會由RP向源端DR發送register stop 報文，注冊停止報文，DR收到之后，就會啟動一個注冊抑制計時器，60s，超時后，繼續發送注冊報文。
• 為了降低RP的系統開銷，在注冊抑制計時器超時前5s，會像RP發送probe（空注冊報文）報文中僅含組播源和組播組的信息，不含組播數據。
• 空注冊報文的作用：向RP通告組播源處於活躍，通知RP發送注冊停止報文刷新注冊抑制計時器時間
• SPT樹構建好之后，RP就可以收到組播的數據了，這時，會沿着RPT樹向下發送組播數據，這時，會觸發RPT樹上的每一台路由器都創建一個跟（* G）一樣的（S G）表項，該表項不置SPT位，只置ACT位，代表只有數據通過該表項，數據因（S G）表項無效，所以使用（* G）表項來進行RPF校驗。
• 當SPT樹和RPT樹在當前路由器上同時存在，若SPT樹的（S G）表項置SPT位，則組播數據使用該表項進行轉發。若無SPT置位，則使用（* G）表項轉發。只要沒有從(S G)表項中接收到組播數據，SPT永不置位。

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BSR-自舉協議：

RP的發現：

• 靜態RP:

  • 在每一台路由器上進行靜態部署

• 動態RP/C-RP

  • 將多個pim路由器部署為C-RP,來動態選出RP,同時還需要配置C-BSR,選舉出BSR,來收集所有C-RP的通告信息。

• C-BSR的競選：

  • 開始，所有的C-BSR都認為自己的BSR,以組播地址224.0.0.13向全網發送bootstarp報文，TTL值為1，周期性的60s發送一次，用來刷新PIM路由器緩存的BSR的信息，重置130計時器。
  • bootstarp攜帶C-BSR優先級（默認是0），地址，每一台Pim路由器收到后，通過比較選出BSR
  • 先比較優先級再比較地址。都比大。

• C-RP的競選：

  • 所有的C-RP都會以單播的形式向BSR發送Advertisement報文，60s一次。超時時間為150s
  • Advertisement報文攜帶C-RP的服務的組地址范圍，C-RP的地址，優先級。
  • BSR收到之后，會將所有C-RP發送過來的報文進行一個匯總，匯總成AS-set，並封裝在boostarp報文中，進行全網發送。
  • pim路由器收到之后，使用相同的規則進行計算和比較，選出一個RP.
    1. C-RP服務的組地址范圍，越精確越優，（掩碼長者優先）
    2. 比較C-RP的優先級，比小,（默認為0）
    3. 將組地址、C-RP的地址、BSR的hash掩碼長度（默認為30），進行hash運算，進行比較,比較值最大的。
    4. 比較C-RP的地址。比大
  • 比較出RP后，將組播組和RP的對應關系保存下來，指導后續的建樹過程。

• RFP校驗：

  • BSR發送bootstarp報文，要進行RPF檢驗。
    1. 接受組播數據的入接口是到達組播源的出接口
    2. 接受的組播數據源地址是到達組播源的下一跳。
  • 滿足兩個要求后，才可發送bootstarp報文。
  • 因為bootstarp報文的ttl值為1，所以路由器轉發時，源地址逐跳封裝。

RPT/SPT樹的切換：

• 第一次SPT的切換：從單播注冊隧道到SPT樹的切換

• 第二次SPT的切換：從RPT到SPT的切換。

• STP切換機制：成員端DR周期性的檢測組播報文的轉發速率，一旦發現（S G）報文的轉發速率超過閾值（閾值默認為0），則觸發SPT切換。

  1. 組成員端DR逐跳向源端DR逐跳發送（S G）join報文，並沿途創建（S G）表項，建立源端DR到成員端DR的SPT樹
  2. 成員端DR與緣端DR的SPT樹建立后，成員端DR會從兩個地方同時收到組播數據，這時進行RPF校驗，如果（S G）表項的RPF接口和RPF鄰居與（* G）表項的RPF接口和PRF鄰居不一致，則成員端DR會沿着RPT樹逐跳向RP發送（S , G）剪枝報文，其中RPT置位，代表這是發送給RP的，收到（S , G）剪枝報文的PIM路由器會刪除（S G）表項中相應的下游接口，之后再不必向下轉發數據。
  3. 如果SPT不經過RP,那么RP會繼續逐跳向源端DR發送（S , G）剪枝報文，刪除（S G）表項中相應的下游接口，之后再不必向下轉發數據。

缺省情況下，設備一般沒有配置閾值，所以當成員端DR知道了組播源的地址時，就會觸發SPT的切換。

注冊消息：

• 組播數據從上游接口流入，然后轉發進注冊隧道，隧道使用PIM協議封裝組播報文，其中隧道的源IP是源端DR的IP地址，目的IP是RP的IP地址。
• PIM register作為隧道協議直接封裝組播數據並發送給RP，注冊報文中，有兩個flag位，B位和N位。其中B位置位的話，代表組播源和源端DR不直連，N位置位的話，代表是空的注冊報文。

斷言機制：

• 當從其下游接口發送一份組播數據，又從其下游接口收到該數據時，啟動斷言機制：
• 剛開始設備都認為自己的winner，並發送assert報文，里面攜帶了到達組播源的協議優先級和開銷，通過對比來選出winner，先比較到達RP的協議優先級和開銷，比小優先，如若相等就比較數據的源地址和自己接口的ip地址，比大優先，
• 優勝者為winner，失敗者為loser，winner只能有一個，loser可以有多個。
• 成為loser的設備后，會自動剪除自己的下游接口，當下游接口列表為空時，發起剪枝，winner也會收到這個剪枝報文，同時開啟斷言計時器180s。在超時之前，接口一直處於剪枝狀態。
• winner會周期性的向下游接口發送狀態刷新報文，用來給loser刷新斷言計時器。
• winner從下游接口收到剪枝報文，啟動剪枝延時計時器，等待join報文的到來。否決剪枝行為。
• 關於斷言場景下網絡拓撲變化時，組播路徑的切換：
  • winner的上游接口中斷：會從下游接口發送最差的assert報文來通知其他的loser。
  • 最差的assert報文：協議優先級無限大，開銷無限大。
  • winner的下游接口中斷：此時無法從下游接口發送assert cancel報文，那么loser路由器只有等待與winner鄰居失效后（默認105s），才會知道winner掛掉。