PIM原理之PIM-SM

PIM原理之PIM-SM知识梳理，包括使用场景、工作方式、PIM-SM（ASM）介绍、PIM-SM（SSM）介绍、PIM模型比较等等。

PIM原理

• PIM-SM
  • 使用场景：主要用在组成员较多且相对稀疏的组播网络中
  • 工作方式：先收集组成员信息，再建立组播分发树，对网络的影响小
  • 根据组播服务类型分为
    • ASM 任意源组播建立组播分发树
    • SSM 特定源组播建立组播分发树
  • PIM-SM（ASM）介绍
    • 建立分发树过程
      • 1、将组成员的位置告知某台路由器（RP），形成RPT
      • 2、组播源在发送组播数据时，组播网络现将组播数据发送到RP，再由RP发送给组成员（存在次优路径问题）
      • 3、对于次优路径，ASM可以自动优化为最优路径（SPT）
    • 报文类型
      • Hello报文
        • 用于PIM邻居发现，协议参数协商，PIM邻居关系维护
      • Register（注册）报文
        • 用于实现源的注册过程，单播报文
      • Register-Stop（注册停止）报文
        • RP使用该报文通知第一跳路由器停止通过注册报文发送组播流量
      • Join/Prune（加入/剪枝）报文
        • 加入报文用于加入组播分发树
        • 剪枝报文用于修剪组播分发树
      • Assert（断言）报文
        • 用于断言机制
      • Bootstrap（自举）报文
        • 用于BSR选举，另外BSR也使用该报文向网络中扩散C-RP（Candidate-RP，候选RP）的汇总信息
        • 选举过程
          • 优先级大的获胜--->IP地址大的获胜
      • Candidate-RP Advertisement（候选RP通告）
        • C-RP通过该报文向BSR发送通告，报文中包含该C-RP的IP地址及优先级等
    • RP介绍
      • 汇聚节点RP（Rendezvous Point），所有PIM路由器都要知道RP的地址
        • 用于处理源端DR注册信息及组成员加入请求
      • 配置方式
        • 静态RP：在网络中的所有PIM路由器上配置相同的RP地址，静态指定RP的位置
        • 动态RP：通过选举机制在多个C-RP中选举出RP
          • 动态选举涉及的两种角色C-BSR和C-RP
          • C-BSR通过竞选能选出唯一的BSR
            • BSR作用是收集C-RP信息，并生成RP-Set信息， 通过PIM协议将RP-Set信息发送至所有PIM路由器， PIM路由器收到后，根据RP选举规则选举出RP
      • 建立生成树
        • 首次主要依赖于RPT构建机制、组播源注册机制、DR选举机制
        • RPT构建机制
          • 组播叶子路由器主动建立到RP的组播分发树（RPT）
          • RPT是以RP为根，以存在组成员关系的PIM路由器为叶子的组播分发树
          • 构建过程
            • 1、最后一跳路由器收到IGMP成员加组消息后，生成组播相关表项
            • 2、最后一跳路由器再基于RP-Info将加入报文发送至RP
            • 3、到RP的沿途组播路由器生成（*，G）表项
        • 组播源注册机制
          • 形成组播源到RP的组播分发树（SPT）
          • 建立过程
            • 1、源端DR基于RP-Info将Register报文发送给RP
              • 2、组播数据被封装入Register报文
            • 3、RP基于组播报文的源IP，发送加入报文，反向建立SPT
            • 4、沿途的路由器建立（S，G）条目
            • 5、RP将Register报文解封装后，沿RPT发送组播报文
            • 6、SPT建立后，RP使用Register-Stpp报文通告源端DR后续报文使用组播形式发送
          • 存在的问题
            • 源端DR最初始发送的是单播Register报文，但是该方式会加重源端DR与RP的工作量
            • 源端DR形成到RP的SPT后，会同时发送单播Register报文和组播报文，造成重复组播包的问题
        • DR选举机制
          • DR负责源端或组成员端组播报文的收发，避免重复组播报文，同时成员端DR还负责发送加组消息
          • 选举过程
            • 比较Hello消息中携带的优先级和IP地址
            • DR接口优先级高的--->接口IP地址大的
            • DR出现故障后，邻居路由器之间重新选举DR
        • 在PIM-SM网络中，一个组播组只对应一个RP，存在问题
          • 过大的组播流量对RP形成巨大的负担
          • 组播转发路径有可能是次优路径
      • 优化组播分发树
        • SPT切换机制
          • 为了解决RPT潜在的次有路径问题
          • 成员端DR会基于组播数据包中的源IP，反向建立从成员端DR到源的SPT
          • 过程
            • 1、成员端DR触发SPT切换
            • 2、成员端DR向源IP沿最短路径发送Join消息/对于次优路径使用Prune消息进行剪枝
            • 3、源端DR基于Join消息形成SPT
            • 4、组播源沿最优路径发送组播报文
      • 维护组播分发树
        • 当组播分发树（SPT或RPT）稳定后，成员端DR会周期性（60s）发送Join/Prune报文，用于维护组播分发树
        • 如果组播在一段时间后（默认为210s）没有流量则SPT树会消失，成员端DR恢复到RP的RPT树
  • PIM-SM（SSM）介绍
    • 接收者主机可以指定只接收哪些源的数据或指定拒绝哪些源的数据
    • SSM模型对组地址不再要求全网唯一，只需要每个组播源保持唯一
    • 优点
      • 节省了组播组地址
      • 不会造成网络拥塞
    • 工作方式
      • 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组成员之间建立SPT
      • 关键机制：邻居发现、DR竞选、构建SPT
    • 建立分发树
      • 构建组播分发树主要依赖于IGMPv3报文与Join报文
      • 过程：
        • 1、主机发送IGMPv3成员报告报文，加组（S，G）
        • 2、成员端DR根据IGMPv3成员报告报文中的组播源（S），发送Join报文
        • 3、沿途路由器形成组播路由表，最终形成组播分发树SPT
    • 维护分发树
      • 组播分发树会一直存在，不会因为没有组播流量而消失，因为成员端DR会周期性发（60s）送Join报文，维护组播分发树
  • PIM模型比较