PIM SM

目录

• PIM SM路由协议基础：
  • • PIM SM基本原理：
    • PIM SM的工作机制：
      • RP的发现：
      • RPT的构建：
      • 组播源注册：
      • SPT的构建：
    • BSR-自举协议：
    • RP的发现：
    • RPT/SPT树的切换：
    • 注册消息：
    • 断言机制：

PIM SM路由协议基础：

PIM SM基本原理：

• PIM-SM使用拉的模式转发组播报文，类似于按需使用的方法，一般应用于组播组成员多，相对稀疏，规模较大的网络，

PIM SM的工作机制：

RP的发现：

• RP-汇聚点

• 在网络中维护一台RP,所有的pim路由器都知道RP的位置，RP负责接受组播数据，并向组播接受者进行转发，RP跟组播源构建一颗SPT树，RP跟组播接受者构建一颗RPT树。

RPT的构建：

• 当网络中出现组成员，用户通过IGMP加入某组播组，然后由最后一跳路由器（成员端DR）向RP发送（* G）表项的join报文，并逐跳在pim路由器上建立（* G）表项。
• 成员端DR发送的（* G）表项的join报文中，其中join字段中IP地址会置位，其中，分为SWR置位
  • S置位：所有的join/prune报文均为置该位
  • W置位：（* G）表项中的join/prune报文置该位
  • R置为：向RP发送的所有join/prune报文均会置位
  • 发往RP的（* G）join/prune报文会置SWR位
  • 发往组播源的（S G）join/prune报文会S位
  • 发往组播源的（S G）join/prune报文会置SR位
• 成员端DR会每隔60S向上游pim路由器发送join报文，收到join报文后，重置接口计时器（210s）接口计时器是根据join/prune报文中的heldtime时间来设定的，超时后就会将此接口从下游接口中移除
• 只要接受者存在，成员端DR会每隔60S向上游pim路由器发送join报文，用来刷新（* G）条目。维护RPT树。

组播源注册：

• 当网络中出现活跃的组播源，源端DR会将此组播数据封装在register报文中，以单播的形式发送给RP,

SPT的构建：

• RP收到此register报文后，就得知了组播源的地址，然后向组播源发送（S G）表项的join报文，然后在沿途的pim路由器上创建相应的（S G）表项，构建一颗SPT树，之后的组播数据就根据（S G）进行转发,
• RP这时可以通过两个方向收到组播数据，一个是从SPT，另一个是根据单播注册隧道，这时就会由RP向源端DR发送register stop 报文，注册停止报文，DR收到之后，就会启动一个注册抑制计时器，60s，超时后，继续发送注册报文。
• 为了降低RP的系统开销，在注册抑制计时器超时前5s，会像RP发送probe（空注册报文）报文中仅含组播源和组播组的信息，不含组播数据。
• 空注册报文的作用：向RP通告组播源处于活跃，通知RP发送注册停止报文刷新注册抑制计时器时间
• SPT树构建好之后，RP就可以收到组播的数据了，这时，会沿着RPT树向下发送组播数据，这时，会触发RPT树上的每一台路由器都创建一个跟（* G）一样的（S G）表项，该表项不置SPT位，只置ACT位，代表只有数据通过该表项，数据因（S G）表项无效，所以使用（* G）表项来进行RPF校验。
• 当SPT树和RPT树在当前路由器上同时存在，若SPT树的（S G）表项置SPT位，则组播数据使用该表项进行转发。若无SPT置位，则使用（* G）表项转发。只要没有从(S G)表项中接收到组播数据，SPT永不置位。

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BSR-自举协议：

RP的发现：

• 静态RP:

  • 在每一台路由器上进行静态部署

• 动态RP/C-RP

  • 将多个pim路由器部署为C-RP,来动态选出RP,同时还需要配置C-BSR,选举出BSR,来收集所有C-RP的通告信息。

• C-BSR的竞选：

  • 开始，所有的C-BSR都认为自己的BSR,以组播地址224.0.0.13向全网发送bootstarp报文，TTL值为1，周期性的60s发送一次，用来刷新PIM路由器缓存的BSR的信息，重置130计时器。
  • bootstarp携带C-BSR优先级（默认是0），地址，每一台Pim路由器收到后，通过比较选出BSR
  • 先比较优先级再比较地址。都比大。

• C-RP的竞选：

  • 所有的C-RP都会以单播的形式向BSR发送Advertisement报文，60s一次。超时时间为150s
  • Advertisement报文携带C-RP的服务的组地址范围，C-RP的地址，优先级。
  • BSR收到之后，会将所有C-RP发送过来的报文进行一个汇总，汇总成AS-set，并封装在boostarp报文中，进行全网发送。
  • pim路由器收到之后，使用相同的规则进行计算和比较，选出一个RP.
    1. C-RP服务的组地址范围，越精确越优，（掩码长者优先）
    2. 比较C-RP的优先级，比小,（默认为0）
    3. 将组地址、C-RP的地址、BSR的hash掩码长度（默认为30），进行hash运算，进行比较,比较值最大的。
    4. 比较C-RP的地址。比大
  • 比较出RP后，将组播组和RP的对应关系保存下来，指导后续的建树过程。

• RFP校验：

  • BSR发送bootstarp报文，要进行RPF检验。
    1. 接受组播数据的入接口是到达组播源的出接口
    2. 接受的组播数据源地址是到达组播源的下一跳。
  • 满足两个要求后，才可发送bootstarp报文。
  • 因为bootstarp报文的ttl值为1，所以路由器转发时，源地址逐跳封装。

RPT/SPT树的切换：

• 第一次SPT的切换：从单播注册隧道到SPT树的切换

• 第二次SPT的切换：从RPT到SPT的切换。

• STP切换机制：成员端DR周期性的检测组播报文的转发速率，一旦发现（S G）报文的转发速率超过阈值（阈值默认为0），则触发SPT切换。

  1. 组成员端DR逐跳向源端DR逐跳发送（S G）join报文，并沿途创建（S G）表项，建立源端DR到成员端DR的SPT树
  2. 成员端DR与缘端DR的SPT树建立后，成员端DR会从两个地方同时收到组播数据，这时进行RPF校验，如果（S G）表项的RPF接口和RPF邻居与（* G）表项的RPF接口和PRF邻居不一致，则成员端DR会沿着RPT树逐跳向RP发送（S , G）剪枝报文，其中RPT置位，代表这是发送给RP的，收到（S , G）剪枝报文的PIM路由器会删除（S G）表项中相应的下游接口，之后再不必向下转发数据。
  3. 如果SPT不经过RP,那么RP会继续逐跳向源端DR发送（S , G）剪枝报文，删除（S G）表项中相应的下游接口，之后再不必向下转发数据。

缺省情况下，设备一般没有配置阈值，所以当成员端DR知道了组播源的地址时，就会触发SPT的切换。

注册消息：

• 组播数据从上游接口流入，然后转发进注册隧道，隧道使用PIM协议封装组播报文，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作为隧道协议直接封装组播数据并发送给RP，注册报文中，有两个flag位，B位和N位。其中B位置位的话，代表组播源和源端DR不直连，N位置位的话，代表是空的注册报文。

断言机制：

• 当从其下游接口发送一份组播数据，又从其下游接口收到该数据时，启动断言机制：
• 刚开始设备都认为自己的winner，并发送assert报文，里面携带了到达组播源的协议优先级和开销，通过对比来选出winner，先比较到达RP的协议优先级和开销，比小优先，如若相等就比较数据的源地址和自己接口的ip地址，比大优先，
• 优胜者为winner，失败者为loser，winner只能有一个，loser可以有多个。
• 成为loser的设备后，会自动剪除自己的下游接口，当下游接口列表为空时，发起剪枝，winner也会收到这个剪枝报文，同时开启断言计时器180s。在超时之前，接口一直处于剪枝状态。
• winner会周期性的向下游接口发送状态刷新报文，用来给loser刷新断言计时器。
• winner从下游接口收到剪枝报文，启动剪枝延时计时器，等待join报文的到来。否决剪枝行为。
• 关于断言场景下网络拓扑变化时，组播路径的切换：
  • winner的上游接口中断：会从下游接口发送最差的assert报文来通知其他的loser。
  • 最差的assert报文：协议优先级无限大，开销无限大。
  • winner的下游接口中断：此时无法从下游接口发送assert cancel报文，那么loser路由器只有等待与winner邻居失效后（默认105s），才会知道winner挂掉。