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PIM-SM 协议原理 2 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。 3 第第1 1章章 PIMPIM概述概述 第2章 PIM-SM概述 第3章 PIM-SM协议机制 第4章 PIM-SM评价 4 PIM概述 o 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、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。 o 协议号：103 o PIM路由器组播地址为：224.0.0.13 o PIM协议分为： nPIM-DM（协议无关组播-密集模式） nPIM-SM（协议无关组播-稀疏模式） 协议无关组播协议无关组播PIMPIM 5 PIM概述 o 版本 n版本字段标识版本信息，当前为2 o 类型 n0：Hello n1：注册（仅用于SM） n2：停止注册（仅用于SM） n3：加入/剪枝 n4：Bootstrap（仅用于SM） n5：Assert n6：嫁接（仅用于DM） n7：嫁接回应（仅用于DM） n8：候选RP公告（仅用于SM） 版本类型保留校验和 071531 PIMv2PIMv2报文头格式报文头格式 6 第1章 PIM概述 第第2 2章章 PIM-SMPIM-SM概述概述 第3章 PIM-SM协议机制 第4章 PIM-SM评价 7 PIM-SM概述 o 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。 o 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。 o 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沿共享树向接收者转发。 o 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。 o 组播源同样选举DR，并通过DR在RP上注册源信息。 概述概述 8 PIM-SM概述 o PIM-SM同时包含两种树： n共享树 n源路径树 o 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。 o RPF检查根据树的种类进行： n在共享树下，使用RP地址作为检测地址。 n在源路径树下，使用组播源地址作为检测地址。 概述（续）概述（续） 9 第1章 PIM概述 第2章 PIM-SM概述 第第3 3章章 PIM-SMPIM-SM协议机制协议机制 第4章 PIM-SM评价 10 第第3 3章章 PIM-SMPIM-SM协议机制协议机制 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 11 邻居发现 o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 oHello报文格式： 071531 HelloHello报文报文 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 12 第第3 3章章 PIM-SMPIM-SM协议机制协议机制 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 13 DR选举 o 借助Hello消息可以为共享网络（如Ethernet）选举DR（ Designated Router） o DR将作为本网段中组播信息的唯一转发者 o 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 n接收者侧DR向RP发送Join加入消息 n组播源侧DR向RP发送Register注册消息 DRDR的作用的作用 14 DR选举 DRDR选举选举 DR DR RP EthernetEthernet Source Receiver Receiver Hello Join Register 15 第第3 3章章 PIM-SMPIM-SM协议机制协议机制 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 16 RP发现 o 在PIM-SM组播网络里，担当共享树的树根的节点被称为 RP o RP的作用 n 共享树里所有组播流都通过RP转发到接收者 n 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 o 如何发现RP n 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 n 启动BootStrap 协议，利用自举机制来动态选举RP RP (Rendezvous Point)RP (Rendezvous Point) 17 RP发现 o 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 。 o 一个PIM-SM域里只有一台BSR，并同时可以存在多台 候选BSR（Candidate BootStrap Router，C-BSR） 。 BSR (BootStrap Router)BSR (BootStrap Router) 18 RR发现 o 如果域中只有一台C-BSR，该台路由器就是该域里的BSR。 o 如果域中存在多台C-BSR，则拥有最高优先级的路由器为 BSR。 o 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。 BSRBSR的选举的选举 19 RP发现 o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。 o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。 o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。 nHash算法参数： o组地址； o掩码长度； oC-RP地址。 o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。 RPRP的选举的选举 20 RR发现 o 候选RP（C-RP）将声明发送到BSR nC-RP通过单播周期发送通告（每60秒） nBSR在RP集存储所有的 C-RP通告 o BSR周期性地向所有PIM路由器（224.0.0.13）发送 BSR消 息（每60秒） nBSR消息包含整个RP-set和 BSR地址 n消息一跳一跳地自BSR向整个网络泛滥（flood） o 所有的路由器使用收到的RP集来确定RP n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 RPRP与与BSRBSR的关系的关系 21 RP发现 PIM-SM网络 C-RP C-RP E F BSR消息 BSR消息BSR消息 BSR消息 C-RP 通告 (单播) C-RP C-RP 通告通告 ( (单播单播) ) BSR消息一跳一跳向外扩散 B BSR RPRP与与BSRBSR的关系（续）的关系（续） 22 第第3 3章章 PIM-SMPIM-SM协议机制协议机制 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 23 RPT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 加入共享树加入共享树 24 第第3 3章章 PIM-SMPIM-SM协议机制协议机制 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 25 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 注册过程注册过程 (S, G) 仅在源树沿途建立 DR 26 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 停止注册过程停止注册过程 27 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 组播流转发过程组播流转发过程 28 第第3 3章章 PIM-SMPIM-SM协议机制协议机制 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 29 SPT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 RPTRPT向向SPTSPT切换切换 30 SPT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） 切换后的组播转发切换后的组播转发 31 SPT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） 切换后的剪枝切换后的剪枝 32 SPT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） 切换后的剪枝切换后的剪枝 33 SPT切换 o 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。 SPTSPT切换条件切换条件 34 第1章 PIM概述 第2章 PIM-SM概述 第3章 PIM-SM协议