PIM-SM协议原理

PIM-SM协议原理1所谓PIM，即ProtocolIndependentMulticast，协议无关组播。其含义是在做RPF检查以及发送特定的协议单播报文的时候利用单播路由表，而和具体采用何种单播路由协议并没有关系，该协议也不保持自己独立的路由表；SM，即SparseMode，稀疏模式。2第1章PIM概述第2章PIM-SM概述第3章PIM-SM协议机制第4章PIM-SM评价3PIM概述PIM（ProtocolIndependentMulticast）称为协议无关组播，表示为IP组播提供路由的单播路由协议可以是静态路由、RIP、OSPF、IS-IS、BGP等，组播路由和单播路由协议无关，只要单播路由协议能产生路由表项即可。协议号：103PIM路由器组播地址为：224.0.0.13PIM协议分为：PIM-DM（协议无关组播-密集模式）PIM-SM（协议无关组播-稀疏模式）协议无关组播PIM4PIM概述版本版本字段标识版本信息，当前为2类型0：Hello1：注册（仅用于SM）2：停止注册（仅用于SM）3：加入/剪枝4：Bootstrap（仅用于SM）5：Assert6：嫁接（仅用于DM）7：嫁接回应（仅用于DM）8：候选RP公告（仅用于SM）版本类型保留校验和071531PIMv2报文头格式5第1章PIM概述第2章PIM-SM概述第3章PIM-SM协议机制第4章PIM-SM评价6PIM-SM概述PIM-SM（ProtocolIndependentMulticastSparseMode）称为协议独立组播－稀疏模式，属于稀疏模式的组播路由协议，主要用于组成员分布相对分散、范围较广、大规模的网络。协议假设：当组播源开始发送组播数据时，域内所有的网络节点都不需要接收数据。PIM-SM模型实现组播转发的核心任务是构造并维护一棵单向共享树。共享树选择PIM中某一路由器作为公用根节点，称为汇聚点RP（RendezvousPoint）。组播数据通过RP沿共享树向接收者转发。接收者发现和选举DR(DesignatedRouter)，由DR创建（*,G）项并以Join消息发送到RP。组播源同样选举DR，并通过DR在RP上注册源信息。概述7PIM-SM概述PIM-SM同时包含两种树：共享树源路径树PIM-SM不依赖于特定的单播路由协议，而是使用现存的单播路由表进行RPF检查。RPF检查根据树的种类进行：在共享树下，使用RP地址作为检测地址。在源路径树下，使用组播源地址作为检测地址。概述（续）8第1章PIM概述第2章PIM-SM概述第3章PIM-SM协议机制第4章PIM-SM评价9第3章PIM-SM协议机制第1节邻居发现第2节DR选举第3节RP发现第4节RPT共享树加入第5节组播源注册第6节SPT切换10邻居发现刚启动的组播路由器需要使用Hello消息来发现邻居，并维护邻居关系Hello报文格式：071531Hello报文版本类型保留校验和选项类型选项长度选项值…………选项类型选项长度选项值11第3章PIM-SM协议机制第1节邻居发现第2节DR选举第3节RP发现第4节RPT共享树加入第5节组播源注册第6节SPT切换12DR选举借助Hello消息可以为共享网络（如Ethernet）选举DR（DesignatedRouter）DR将作为本网段中组播信息的唯一转发者无论是和组播源连接的网络，还是和接收者连接的网络，只要网络为共享媒介则都需要选举DR接收者侧DR向RP发送Join加入消息组播源侧DR向RP发送Register注册消息DR的作用13DR选举RRRRRRDR选举RRRRRRDRDRRPEthernetEthernetSourceReceiverReceiverHelloJoinRegister14第3章PIM-SM协议机制第1节邻居发现第2节DR选举第3节RP发现第4节RPT共享树加入第5节组播源注册第6节SPT切换15RP发现在PIM-SM组播网络里，担当共享树的树根的节点被称为RPRP的作用共享树里所有组播流都通过RP转发到接收者RP可以负责几个或者所有组播组的转发，所以网络中可以有一个到多个RP如何发现RP在DR和叶子路由器以及组播数据流将要经过的所有路由器上手工指定RP的IP地址启动BootStrap协议，利用自举机制来动态选举RPRP(RendezvousPoint)16RP发现在PIM-SM网络启动后，负责收集网络内的RP信息，为每个组播组选举出RP，然后将RP集（即组-RP的映射数据库）发布到整个PIM-SM网络的路由器，称之为BSR。一个PIM-SM域里只有一台BSR，并同时可以存在多台候选BSR（CandidateBootStrapRouter，C-BSR）。BSR(BootStrapRouter)17RR发现如果域中只有一台C-BSR，该台路由器就是该域里的BSR。如果域中存在多台C-BSR，则拥有最高优先级的路由器为BSR。如果域里存在多台拥有相同优先级的C-BSR，则拥有最高IP地址的路由器为BSR。BSR的选举18RP发现如果PIM-SM域中只有一个候选RP（Candidate-RP，C-RP），那么这个节点就是域里的RP。如果域中存在多个C-RP并都拥有不同的优先级时，则优先级最高（优先级数值越小优先级越高）的将会被选举为域中的RP。如果域中存在多个C-RP并都拥有相同的优先级时，则依靠Hash算法算出的数值来决定RP，数值最大的成为RP。Hash算法参数：组地址；掩码长度；C-RP地址。如果域中存在多个C-RP并都拥有相同的优先级与Hash数值时，则拥有最高IP地址的C-RP为该域的RP。RP的选举19RR发现候选RP（C-RP）将声明发送到BSRC-RP通过单播周期发送通告（每60秒）BSR在RP集存储所有的C-RP通告BSR周期性地向所有PIM路由器（224.0.0.13）发送BSR消息（每60秒）BSR消息包含整个RP-set和BSR地址消息一跳一跳地自BSR向整个网络泛滥（flood）所有的路由器使用收到的RP集来确定RP所有路由器都使用相同的RP选择算法，选择的RP也是一致的RP与BSR的关系20RP发现PIM-SM网络C-RPC-RPEFBSR消息BSR消息BSR消息BSR消息BSR消息一跳一跳向外扩散BBSRRP与BSR的关系（续）21第3章PIM-SM协议机制第1节邻居发现第2节DR选举第3节RP发现第4节RPT共享树加入第5节组播源注册第6节SPT切换22RPT共享树加入接收者RP共享树(*,G)仅在共享树沿途建立(*,G)加入IGMP报告加入共享树23第3章PIM-SM协议机制第1节邻居发现第2节DR选举第3节RP发现第4节RPT共享树加入第5节组播源注册第6节SPT切换24组播源注册(S,G)加入组播源共享树(S,G)注册(单播)源树数据流接收者RP注册过程(S,G)仅在源树沿途建立DR25组播源注册组播源共享树源树RP向第一跳路由器发送注册停止（Register-Stop）消息，停止注册过程(S,G)注册停止(单播)数据流(S,G)注册(单播)数据流从组播源通过源树到达RP接收者RP停止注册过程26组播源注册接收者RP共享树源树数据流源数据流延源树（SPT）流向RP从RP开始，数据流延共享树（RPT）流向接收者组播源组播流转发过程27第3章PIM-SM协议机制第1节邻居发现第2节DR选举第3节RP发现第4节RPT共享树加入第5节组播源注册第6节SPT切换28SPT切换接收者RP共享树源树数据流组播源（S，G）(S,G)加入最后一跳路由器加入源树(S,G)状态被沿着源树新分支创建RPT向SPT切换29SPT切换接收者RP共享树源树数据流(S,G)RP位剪枝组播数据流沿源树转发(S,G)RP位剪枝减掉了共享树上的数据流组播源（S，G）切换后的组播转发30SPT切换接收者RP共享树源树数据流(S,G)RP位剪枝RP不再需要(S,G)数据流，所以剪枝掉(S,G)数据。组播源（S，G）切换后的剪枝31SPT切换接收者RP共享树源树数据流(S,G)数据流现在从源树的一个分支流向接收者。组播源（S，G）切换后的剪枝32SPT切换当信息吞吐率超过预定的值时，PIM-SM就会从共享树切换到组播源路径树。SPT切换条件33第1章PIM概述第2章PIM-SM概述第3章PIM-SM协议机制第4章PIM-SM评价34PIM-SM评价对于稀疏和密集模式应用都很高效优势:数据流仅沿“加入”的分支向下发送可以根据流量等条件动态地切换到源树与具体的单播路由协议无关。是域间组播路由的基础和MBGP、MSDP共同结合使用可以完成跨域的组播PIM-SM评价35小结PIM-SM的工作原理共享树的加入过程源的注册过程RPT向SPT的切换