1、PIM-SM 协议原理,1,前 言,所谓PIM，即Protocol Independent Multicast，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Sparse Mode，稀疏模式。,2,内容介绍,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,3,PIM概述,PIM（Protocol Independent Multicast）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
2、、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PIM,4,PIM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）,0,7,15,31,PIMv2报文头格式,5,
3、内容介绍,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,6,PIM-SM概述,PIM-SM（Protocol Independent Multicast Sparse Mode）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（Rendezvous Point）。组播数据通过RP沿共
4、享树向接收者转发。 接收者发现和选举DR (Designated Router)，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,7,PIM-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,内容介绍,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,内容介绍
5、,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：,0,7,15,31,Hello报文,11,内容介绍,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,12,DR选举,借助Hello消息可以为共享网络（如Ethernet）选举DR（Designated Router） DR将作为本网段中组播
6、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,13,DR选举,DR选举,DR,DR,RP,Ethernet,Ethernet,Source,Receiver,Receiver,Hello,Join,Register,14,内容介绍,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,15,RP发现,在PIM-SM组播网络里，担当共享树的树根的
7、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RP,RP (Rendezvous Point),16,RP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（Candidate
8、BootStrap Router，C-BSR）。,BSR (BootStrap Router),17,RR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,18,RP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
9、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,19,RR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
10、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,20,RP发现,PIM-SM网络,C-RP,C-RP,E,F,B,BSR,RP与BSR的关系（续）,21,内容介绍,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,22,RPT共享树加入,接收者,RP,(*, G) 仅在共享树沿途建立,加入共享树,23,内容介绍,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
11、 SPT切换,24,组播源注册,共享树,接收者,RP,注册过程,(S, G) 仅在源树沿途建立,DR,25,组播源注册,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,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,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,组播流转发过程,27,内容介绍,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,28,SPT切
12、换,接收者,RP,共享树,源树,组播源 （S，G）,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,29,SPT切换,接收者,RP,共享树,源树,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,30,SPT切换,接收者,RP,共享树,源树,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,31,SPT切换,接收者,RP,共享树,源树,(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,32,SPT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,内容介绍,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,34,PIM-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,
