ZXR10_Ⅲ_07_200904 组播原理与配置.doc

ZXR10_07_200904 组播原理与配置课程目标：l 掌握组播的概念l 掌握组播IP、MAC地址结构l 掌握反向路径转发和组播转发树l 掌握组播的几种协议（IGMP、PIM-SM）参考资料：l ZXR10路由器以太网交换机命令手册l ZXR10 路由器用户手册l ZXR10 以太网交换机用户手册目 录第1章 组播原理与实现11.1 组播基础11.1.1 组播的定义11.1.2 组播的应用环境31.2 组播IP、MAC地址的结构41.2.1 组播IP地址的结构41.2.2 组播MAC地址的结构51.3 组播特点61.4 逆向路径转发61.5 组播转发树71.5.1 源树81.5.2 共享树81.5.3 比较源树和共享树91.6 组播协议体系91.7 IGMP协议101.7.1 IGMPv2的消息格式111.7.2 路由器与主机之间的IGMPv2交互121.7.3 查询器121.7.4 报告消息抑制131.8 IGMP SNOOPING141.9 PIM151.9.1 PIM-DM151.9.2 PIM稀疏模式181.10 本章总结28-27- 第1章 组播原理与实现第1章 组播原理与实现& 知识点l 组播的概念l 组播IP、MAC地址结构l 反向路径转发和组播转发树l 组播的几种协议（IGMP、PIM-SM）l 组播协议的基本配置1.1 组播基础1.1.1 组播的定义图1.1- 1 ip网络通信方式IP网络的三种基本的通信方式分别是：单播、广播、组播。单播是一种点到点的通信方式，它要求在发送者和每一接收者之间实现点对点网络连接。广播是一种点到所有点的通信，如果在IP子网内广播数据包，不论子网内部主机是否愿意接收该数据包，所有在子网内部的主机都将收到这些数据包。广播的使用范围非常小，只在本地子网内有效，通过路由器和交换机网络设备控制广播传输。组播介于单播和广播之间，属于点对多点通信方式。当主机向一组主机发送信息，存在于某个组的所有主机都可以接收到信息。广播和组播都能实现点到多点的通信，但是二者还是存在显著区别的：广播方式时主机是被动的接收者，而组播方式则需要主机有选择的权利，只有当主机加入组时，组播数据才会发给主机。图1.1- 2 单播与组播单播方式也可以实现点到多点的通信，但是它是通过建立多个点对点的连接来达到点对多点的通信目的的。这种方式将在源点与各个接收点建立连接，从服务器开始，就将有多份数据流分别流向分散的接收点。这种方式将加重服务器的负荷，对服务器性能的要求很高；同时还在网络中造成大流量，消耗带宽资源，导致网络拥塞。组播则不然，发送方仅发一份数据包，此后数据包只是在需要复制分发的地方才会被复制分发，每一网段中都将保持只有一份数据流。这样就可以减轻服务器的负担，节省网络带宽。图1.1- 3 单播与组播比较1.1.2 组播的应用环境随着宽带多媒体网络的不断发展，各种宽带网络应用层出不穷。IPTV、视频会议、多媒体远程教育、视频点播、网络音频等组播应用将会给我们的生活带来更多的便利和乐趣。 IPTV网络电视IPTV网络电视业务和传统电视业务类似。不同之处是电视节目的接收端不再是我们传统的电视机，而是电脑或机顶盒加电视机。网络节目的传输不是使用传统的HFC网络，而是使用Internet。IPTV网络电视与传统电视相比，优势在于电视频道数量的极大丰富，电视节目的覆盖区域的扩大，电视台运营成本的下降。IP会议电视IP会议电视业务是在利用电视、计算机技术及设备，通过通信网络在两地或多地之间召开会议的一种可视通信业务。出席会议的人员通过会议电视系统，既可以听到对方的声音，又可以在屏幕上看到与会者的形象动作，还可以通过控制系统，传送图表，文件等资料，如同面对面的交流。IP会议电视业务和传统会议电视业务类似。不同之处是IP会议电视传输不再是使用会议电视专用网络，而是使用了Internet。IP会议电视与传统会议电视相比，优势在于会议电视Channel数量的极大丰富，会议电视的覆盖区域的扩大，线路速率没有了64kbit/s、128kbit/s和384kbit/s、2.048Mbit/s、6Mbit/s的速率限制，会议电视的运营成本的下降。 多媒体远程教育多媒体远程教育组播业务是在利用电视、计算机技术及设备，通过多媒体通信网络在两地或多地之间进行培训和教育的一种可视通信业务。参加学习的人员通过网上课室系统，既可以听到老师的声音，又可以在屏幕上看到老师的形象动作，还可以通过控制系统，传送图表，文件等学习资料，如同与老师面对面的交流。IP 网上课室组播和传统网上课室类似。不同之处是IP网上课室组播使用了Internet组播功能。IP 网上课室与传统的网上课室相比，优势在于通过组播技术，骨干网上网络流量大减，网络课室的覆盖区域的扩大，网络教育科目的极大丰富，网上教育的运营成本的下降。 视频点播IP组播受欢迎的一个应用领域就是在不消耗很多带宽的情况下对视频和音频的实时数据传送。比如说视频点播，用户选择相应的频道（加入不同的组播组），就可以接收到感兴趣的节目，这种互动的方式一举改变了传统的视频的弊端只能被动的接收，不能主动的选择。1.2 组播IP、MAC地址的结构1.2.1 组播IP地址的结构图1.2- 1 组播IP地址范围众所周知，IP地址可分为A、B、C、D、E五类。IANA（互联网编号授权委员会）把D类地址空间分配给IP组播。D类地址都以0x1110开始，即IP组播地址的范围从224.0.0.0到239.255.255.255。并不是所有的D类地址都可以分配给用户，IANA预留了两个地址范围：224.0.0.0224.0.0.255和239.0.0.0239.255.255.255。IANA将224.0.0.0224.0.0.255的地址也叫作链路本地目标地址。这些地址是保留给本地网段上的网络协议使用的。路由器不转发使用这些地址的数据包，因为这些数据包的TTL值被设置为1。网络协议使用这些地址来自动发现路由器并交流重要的路由选择信息。如：224.0.0.1表示所有组播成员（包括路由器），224.0.0.2表示所有组播路由器，OSPF使用224.0.0.5和224.0.0.6来交换链路状态信息。239.0.0.0239.255.255.255被称为管理范围地址。RFC2365规定，使用这些地址的组播被限定在本地，与internet相连的边缘路由器不会把这种组播帧转发到internet的外面。边缘路由器通常使用访问控制列表来阻止组播帧向外网的转发。在IP组播地址范围中除去保留地址和管理范围地址后，可以分配给用户使用的是：224.0.1.0238.255.255.255。1.2.2 组播MAC地址的结构图1.2- 2 组播MAC地址MAC地址是有48位2进制数组成的。组播MAC地址的前24位为0x01005E，第25位为0，剩余的23位由IP组播地址映射形成。IP组播地址的前4位都是1110，后28位映射到MAC地址的后23位形成组播MAC地址。具体的映射方法是，没有使用28位中的前5位，而是把28位中的后23位映射到MAC地址的后23位中。这样的映射就形成了25：1关系，即32个组播地址对应一个组播MAC地址。例如，组播IP地址224.1.1.2和238.129.1.2被映射到同一个组播MAC地址：01005E010203，加入到224.1.1.2中的主机将收到发送给组播组238.129.1.2的通信流，因为这两个IP组播流使用的MAC组播地址相同。在多层交换网络中实现组播应用时，建议在应用层调整目标IP组播地址，以避免重复。1.3 组播特点IP组播技术有效地解决了单点发送多点接收的问题，实现了IP网络中点到多点的高效数据传送,能够有效地节约网络带宽、减轻服务器及网络的负载，除此以外还有以下优点：支持动态的主机成员资格支持所有的主机组，而不管其位置和成员数量支持多个应用使用同一个组地址但是需要指出的是，IP组播是基于UDP的，所以IP组播可能会有信息传送不可靠、信息包重复、信息包不按序到达、无流量控制等缺点，组播的可靠性由接收方和网络中的Qos负责。1.4 逆向路径转发我们回顾一下单播转发，首先根据数据包的目的地址查找路由表，然后根据单播路由表确定路径和本地出接口。但是这种方式不适合组播转发。因为组播数据包中的目的地址是组地址而不是一个明确的主机地址；并且在与路由器相连的每条路径上或者说每个接口都可能有组成员。在组播转发过程中，信源将组播流发送给一个组播组。组播路由器收到组播数据后，需要确定上游方向（前往信源的方向）和下游方向（前往接收者的方向）。只有当组播数据是通过正确的上游方向收到时，路由器才会转发，否则将会丢弃组播数据。这种机制叫作RPF（Reverse Path Forwarding）。RPF是组播技术中一个重要概念，它能够确保组播分发树是没有环路的。具体的RPF检查过程如下：1路由器在单播路由表中查找源地址，以确定数据包到达的接口是否位于返回信源的反向路径上2如果数据包是在可返回源站点的接口上到达，则数据包被路由器转发3如果数据包不是在可返回源站点的接口上到达，则丢弃。图1.4- 1 RPF通过检查上面的实例中，组播数据到达的接口是S1。路由器查看单播路由表，发现S1是正确的入站接口。此时可以通过RPF检查，路由器转发该数据包。图1.4- 2 未通过RPF检查实例中，组播数据到达的接口是S0。路由器查看单播路由表，发现S2才是正确的入站接口。所以未通过RPF检查，路由器丢弃此数据包。1.5 组播转发树具有组播功能的路由器通过组播转发树来控制IP组播流在网络中的传送，以便将通信流传送给接收者。组播分发树有两种：源树和共享树。1.5.1 源树图1.5- 1 源树（SPT/最短路径树）源树是一种最简单的组播分发树，它的树根是信源，通往接受者的分支构成树枝。由于由信源到接收者使用最短路径，所以我们把源树也叫作SPT（最短路径树）。图上是组播组224.2.1.1的源树，树根是PC-A，接收者为PC-B和PC-C。通常我们使用（S，G）来表示源树，源树的二个要素是S（信源）和G（组播组）。这就是说对于每个将组播数据发给接收者的信源，都有一个独立的SPT。上图可以用（172.16.1.2，224.2.1.1）来表示以PC-A为根的源树。如果PC-C也作为224.2.1.1组的信源，那么可以用（172.16.3.2，224.2.1.1）来表示以PC-C为根的源树。1.5.2 共享树图1.5- 2 共享树共享树将网络中某个点作为共享树的树根，而不是象源树那样以信源作为树根。在共享树中，树根叫作RP（集中点）。图中共享树的树根为路由器D，信源PC-A和PC-D沿共享树将组播流传送到接收者PC-B和PC-C。将数据发送给同一组播组的所有信源使用同一个共享树，即树根是共享的。上图的共享树可以表示为（*，224.2.1.1），其中*表示所有的信源，G表示组播组224.2.1.1。1.5.3 比较源树和共享树源树和共享树都在网络中构造了一个没有环路的树型结构，并且都可以根据组播成员的变化（加入或离开）来动态更新转发树。源树的优点是，在信源和接收者之间转发的路径始终是最优路径，在某种程度上降低了跨越多台路由器导致的网络时延。但代价就是路由器需要保存每个信源的路径信息。当信源数量足够多时，会大量占用路由器的资源。共享树的优点是，同一个组播组的信源共享一个转发树，因而降低了对路由器的内存的需求。在单一的共享树的环境中，接收者从RP接收和直接从信源接收相比，可能路径不是最优的，会引入一定的网络时延。1.6 组播协议体系图1.6- 1 组播协议体系框架组播协议体系主机-路由器之间的组成员关系协议和路由器-路由器之间的组播路由协议。组成员关系协议包括IGMP。组播路由协议分为域内组播路由协议及域间组播路由协议。域内组播路由协议包括CBT、PIM-SM、PIM-DM、DVMRP等协议，域内的组播协议又分为稀疏与密集模式两种。DVMRP、PIM-DM属于密集模式，CBT、PIM-SM属于稀疏模式。CBT由于协议自身的原因，不适于用在全网性的组播应用中。所以域内组播路由协议主要使用PIM-SM、PIM-DM、DVMRP协议。域间组播路由协议有MBGP、MSDP等。MBGP（组播边界网关协议）用于在自治域间交换组播路由信息；MSDP（组播信源发现协议）用于在ISP之间交换组播信源信息。IGMP建立并且维护路由器直联网段的组成员关系信息。域内组播路由协议根据IGMP维护的这些组播组成员关系信息，运用一定的组播路由算法构造组播分发树进行组播数据包转发。域间组播路由协议在各自治域间发布具有组播能力的路由信息以及组播源信息，以使组播数据在域间进行转发。组播的目的MAC在二层交换机上没有相关的转发条目，为了避免将组播数据转发给所有的交换机端口，交换机可以配置IGMP Snooping。IGMP Snooping的实现机理是：交换机通过侦听主机发向路由器的IGMP成员报告消息的方式，形成组成员和交换机接口的对应关系；交换机根据该对应关系将收到组播数据包只转给具有组成员的接口。1.7 IGMP协议IGMP协议运行于主机和与主机直接相连的组播路由器之间，主机通过此协议告诉本地路由器希望加入并接受某个特定组播组的信息，同时路由器通过此协议周期性地查询局域网内某个已知组的成员是否处于活动状态（即该网段是否仍有属于某个组播组的成员），实现所连网络组成员关系的收集与维护。IGMP有三个版本，IGMPv1由RFC1112定义，目前使用最广泛的是IGMPv2，由RFC2236定义。IGMPv3 由RFC3376定义，目前仍然使用的很少。IGMPv1中定义了基本的组成员查询和报告过程。IGMPv2在此基础上添加了组成员快速离开的机制，IGMPv3中增加的主要功能是成员可以指定接收或指定不接收某些组播源的报文。通过IGMP机制，组播路由器上会形成一张表。这张表中记录路由器的各个端口以及在端口所对应的子网上都有哪些组的成员。当路由器接收到某个组G的数据报文后，只向那些有G的成员的端口上转发数据报文。至于数据报文在路由器之间如何转发则由路由协议决定，IGMP协议并不负责。1.7.1 IGMPv2的消息格式图1.7- 1 IGMPv2消息格式IGMP消息封装在IP报文内传送，协议号为2。路由器和主机之间交互的IGMP消息有四种类型：0x11表示组播组成员资格查询，根据组地址的不同可以分为两种类型：组地址为全0表示常规查询；组地址中写明地址表示对指定组进行成员资格查询。0x12表示版本1组播组报告消息，说明IGMPv2和IGMPv1兼容。0x16表示版本2组播组查询报告消息；0x17表示离开组播组。最长响应时间：描述了主机发送一个响应消息前的最大允许延时时间，仅对组播组查询消息才有意义。校验和：用于验证数据包的完整性。收到包在处理之前，先确认校验和。组播组地址：常规查询时，组播组地址被置0。指定组查询时，组播组地址置为查询的组播组地址。在报告消息中为主机的组地址。1.7.2 路由器与主机之间的IGMPv2交互图1.7- 2 主机与路由器交互主机想加入某个组时，主动发送组成员关系报告；路由器收到组报告后，如果是新组的报告则向该网段转发组播数据，如果组已存在则刷新组状态。路由器需要定发送常规查询消息，然后根据收到的组成员关系报告来确定某个特定组是否有主机存在；主机收到查询消息后，如果主机正属于某个组，则需要以组成员关系报告响应组播路由器的组成员关系查询，报告中包含主机加入组的组地址。路由器若长时间没收到关于某组的报告，将删除该组，不再向该网段转发组播数据。主机想离开某组时，将向路由器发送离开组消息；路由器收到离开组消息时，发出指定组查询，以确定某个特定组是否已无成员。如果路由器收到报告消息，则刷新组状态；如果在一段时间内路由器若没有收到该组的报告，说明组中已经没有成员，则删除该组。1.7.3 查询器如果有多台组播路由器连接在同一个共享网段上时，多台路由器都发出常规查询消息是没有必要的。为了减少网段上的查询消息，我们规定将由一台特殊的路由器（查询器）来发送查询消息，其它路由器监听并接收查询消息。查询器是由接在同一个LAN上的路由器中选举产生。任何路由器启动组播服务时，它都默认自己为查询器，并发送常规查询消息。查询器在收到更小源IP地址的查询消息后就停止发送常规查询消息，变成非查询器。当查询器失效后不再发送查询消息，非查询器将变成查询器重新发送查询消息。非查询器如何知道查询器失效？所有非查询器都启动一个查询定时器。无论何时，非查询器只要收到普遍查询消息就重新启动定时器。当定时器超时，非查询器立即发送查询消息，变成查询器。1.7.4 报告消息抑制图1.7- 3 主机报告抑制当组播路由器发出查询消息时，连接在共享网段上的同一组的多台主机有可能同时响应组查询消息。同一组的多台主机响应路由器的查询消息是没有必要的，而且会形成组成员报告消息的风暴。IGMP定义了报告消息抑制的机制，可以有效的防止同一组的多台主机响应组查询消息。报告抑制的工作原理：当主机收到查询消息并不立即发送响应报告，而是启动定时器，延时一个随机长短的时间才发送响应报告。在这段随机的时间内，主机只要收到自己所属组的任一台主机发出的组成员关系报告（这台主机计时器计时结束），就不再发送成员关系报告。这样，每一个组中只有一台主机发送响应报告，避免了报告风暴。1.8 IGMP SNOOPING图1.8- 1 二层交换机对组播包处理示意图在介绍IGMP SNOOPING之前，我们先回顾一下二层交换机对组播包的处理。上面的交换机端口2、3、4、5分别连接着PC，只有端口2下面的PC才是某组的成员。由于二层交换机对目的MAC未知、广播和组播包采用洪泛的方式，所以交换机从端口1收到路由器发送组播报文时，将向2、3、4、5端口转发，虽然3、4、5下面的PC并不是组中的成员。二层交换机这种洪泛的方式将会造成组包包泛滥，而且对不在组中PC灌入组播包，会使得该PC消耗额外的资源用于分析和解读组播包。IGMP SNOOPING可以解决以上组播包泛滥的问题。其工作原理如下：1主机向路由器发出IGMP成员报告消息时，工作在主机和路由器之间的交换机对这个报告消息进行监听，然后在交换机中形成组成员和端口的对应关系。2交换机在收到组播数据报文时，根据组成员和端口的对应关系，仅向具有组成员的端口转发组播报文。3当交换机收到IGMP查询消息后将向所有端口转发，但交换机只向路由器发送一次成员关系报告以响应查询。1.9 PIM前面介绍组播协议体系时提到，组播协议分为主机路由器协议和路由器路由器协议。主机路由器协议负责告诉路由器组成员关系信息，至于组播数据在路由器之间如何转发则由路由协议决定。组播路由协议有很多种，其中应用最流行最广泛的是PIM-SM协议。从字面上，PIM是与协议无关的组播协议。与协议无关并不是说PIM与单播路由协议一点关系都没有，只是表示PIM不依赖于某种具体的IP路由选择协议。PIM需要利用单播路由表来进行RPF检查，形成单播路由表的可以是包括静态路由在内的任何路由协议。PIM协议报文基于UDP协议，其端口号是103。PIM还有专门的组播地址224.0.0.13，表示所有的PIM路由器。组播应用环境可以分为两类：组成员密集环境，就是说在某一个范围内组成员众多。对于这种环境将采用PIM-DM来解决。组成员稀疏环境，即在某一范围内组成员比较少或分布比较散。PIM-DM在这种环境里应用将增加路由器的负担。因此，这种环境下我们使用PIM-SM协议。1.9.1 PIM-DM1.9.1.1 PIM-DM转发图1.9- 1 PIM-DMPIM-DM认为在网络中组成员密集，在运行PIM-DM协议的网络环境中，路由器将默认所有接口上都有接收者。PIM-DM以信源作为组播转发树的树根，转发路径为树枝。当组播数据到达路由器后，路由器立即建立起转发表。转发表的入接口应该是路由器依据单播到数据源的接口，如果不是，则丢弃组播包；出接口包括除入接口外的所有接口，如果数据RPF检查成功，它将根据转发表向除入接口外的所有接口转发。1.9.1.2 PIM-DM剪枝图1.9- 2 PIM-DM剪枝路由器所有出接口上都没有接收者的话，组播包再送至此路由器是没有必要的。它将清空转发表的出接口列表，并向其上游路由器发送剪枝消息，以使组播包不再流向本路由器。上游路由器收到剪枝消息后，从转发表出接口列表中删除接收到剪枝消息的接口。组播数据就不再从该接口转发出去。组播转发树剪枝后的状态只能维持一段时间。在经过一段时间后，上游路由器重新将曾经收到剪枝消息的出口添加到转发表的出接口列表中。这样，组播数据又能流向先前被剪枝的下游路由器（这叫做扩散）。然后，下游路由器再次发出剪枝消息。周而复始，PIM-DM组播转发树将不停处于扩散和剪枝的过程中。1.9.1.3 PIM-DM嫁接图1.9- 3 PIM-DM嫁接在PIM-DM剪枝期间，如果路由器下面连接的主机想加入组播组的话，不需要等到紧接的扩散时期。路由器将迅速向上游的路由器发送嫁接消息，要求上游路由器把本路由器加入到转发表中。上游路由器收到嫁接信息后，会给下游路由器一个嫁接的回应。回应的目的是告诉下游路由器已经收到嫁接消息。PIM使用UDP方式传递，嫁接回应会使得嫁接消息传递更加可靠。上游路由器将收到嫁接消息的接口添加到转发表出接口列表中。组播数据就能够传送到希望接收数据的路由器和主机成员。1.9.2 PIM稀疏模式1.9.2.1 PIM-SM转发图1.9- 4 PIM-SM转发PIM-DM适合接收成员多而且密集的情况，PIM-SM适合于接收成员较少的环境。两者的加入和转发机制有很大的区别：PIM-DM路由器默认所有接口上都有接收者；而PIM-SM路由器默认所有接口上都没有接收者，主机需要组播流的话，需要由主机进行IGMP加入，然后向上游发送报告消息。具体的处理流程如下：PIM-SM转发是由主机和RPF下游的加入消息来驱动的。需要组播流的主机先向DR发送IGMP加入消息。DR接收到IGMP加入后，就在该组转发表的出接口列表中添加刚才接收到IGMP加入消息的接口。如果DR出接口列表从空变成非空状态，则向其RP发送加入消息。中途所有路由器就会将收到加入消息的接口添加到出接口列表中。如果路由器的转发表出接口也从空变为非空状态，则路由器向RP转发该加入消息。如果路由器的转发表不为空，则路由器只是在出接口列表中添加收到消息的接口。这样路由器就建立起了转发表。组播流将根据转发表把组播数据送达所有组成员。当组播流到达组播路由器时，路由器也会创建转发表。转发表的入接口指向源，这里的源指的是RP，出接口列表如果没有收到加入消息的话为空。 ：注意DR和RP的概念和作用将在后面介绍。1.9.2.2 PIM-SM剪枝图1.9- 5 PIM-SM剪枝如果主机不再接收组播数据的话，主机会向DR发送IGMP离开消息。DR收到IGMP离开消息后，将接收到IGMP离开消息的接口从出接口列表中删除；如果出接口列表从非空变为空，即本路由器不再有组播的成员时，DR将向RP发送剪枝消息。DR的上游路由器收到剪枝消息后，也将收到剪枝消息的接口从出接口列表中删除。当其出接口列表从非空变为空时，上游路由器也向RP发送剪枝消息。 ：注意DM经过一段时间后会恢复剪枝后的接口，SM要恢复剪枝接口必须等待下游或主机发送加入消息。1.9.2.3 PIM-SM注册图1.9- 6 PIM-SM注册多播源向RP的注册过程稍微复杂一些，这点从图中不同的消息流可以看出来。下面解释一下整个过程：当关于组G的活动源向首跳路由器发送第一个多播包的时候，首跳路由器就知道它应该向RP注册这个源并请求RP构建一条由RP返回首跳路由器的源树。首跳路由器把该多播消息封装成注册消息，以单播的形式发送到RP.RP收到这个注册消息后，解封装注册消息将它沿着共享树向下传递。同时发送一个（S,G）加入消息到源S以创建一条(S，G)SPT，也就是说，在SPT途径的所有路由器（包括RP）中创建(S,G)转发条目。当SPT形成后，发自源S的多播数据流将沿SPT从源S直接传到RP。RP一旦接到从源S发出的沿SPT传来的多播包，则向首跳路由器发送注册停止消息，然后首跳路由器停止向RP发送注册消息。最后，多播数据包可沿从源树到RP的SPT传至RP，再沿着共享树从RP传至接收者。最后形成这样一幅图：图1.9- 7 注册完成后的转发树1.9.2.4 DR和RP图1.9- 8 DR和RP在共享网段中，如果没有DR的话，每一台路由器都可以向上游发起加入/剪枝消息显然是不合理的。DR主要应用在SM中，将在SM中由DR负责向上游发起加入/剪枝过程，或是将直连组播源的数据发向组播分发树。如果路由器是工作在IGMPv1下，DR同时也作为IGMP查询器。DR的选举靠路由器周期性发送的Hello消息比较产生的，当然PIM Hello消息除了用于为共享网段上选择DR外，还用来发现邻居、建立邻居关系。PIM Hello消息中包含优先级，当路由器收到PIM Hello消息时，先比较自己的优先级。优先级大的成为DR，如果优先级一样大，IP地址大的作为DR。PIM-SM采用共享树来进行组播数据包的传递。一棵共享树中有一个中心点，负责为一个组播组的所有源发送端发送数据包。每个源发送端沿最短路径路由到中心点，然后以中心点为根节点，沿最短路径将数据包分发到该组中的各个接收端。PIM-SM的组中心点称作“集中点”（Rendezvous Point，RP）。一个网络中可以有多个RP，但一个组播组中只能有一个RP。RP可以通过静态指定，也可以配置备选RP，然后动态选举。PIM-SM V2通过手工配置一些运行PIM-SM的路由器作为备选的BSR（引导路由器），选举其中优先级最高的备选BSR成为正式的BSR（优先级相同，IP地址大的作为BSR）。BSR负责收集各组播路由器的备选RP消息，发现组播域中有哪些备选RP，并统一通告给PIM域内所有PIM路由器，在同样的备选RP集合中，选举其中优先级最低的作为正式的RP（优先级相同，IP地址小的作为RP）。1.9.2.5 SPT切换还记得前面组播转发树的内容吗？组播转发树分为源树（SPT）和共享树（RPT）。源树的树根就在信源。网络中所有组成员都根据到源的单播最短路径获得组播数据。PIM-DM分发树就是这种模型。共享树的树根是网络中某一个作核心的路由器RP。源的DR首先将组播数据发到RP，RP将组播数据转发给组成员。PIM-SM分发树就是这种模型。我们看到图1.9- 7 注册完成后的转发树，这个转发路径并不理想，事实上有一条不经过RP的更短路径可以来传递这一多播数据流。对于这一次佳路径的修正我们是通过SPT切换实现。最短路径树切换由最后一跳路由器DR发起。发生切换的规则很多，ZXR10采用的是监控流量的方式，只要有流量就发生最短路径树到源树的切换。DR首先向其RPF上游发送带有源树标志的加入消息。上游路由器收到SPT加入后也向源方向发送SPT加入。如果本路由器的到源的出接口与到RP的出接口不是同一接口，路由器还需要向RP发送带有RPT标志的剪枝消息。这样路由器将不再从RP而是直接从源S获取组播数据。图1.9- 9 SPT切换后的转发树1.9.2.6 PIM-SM常用配置命令1启用组播路由命令格式命令模式命令功能ip multicast-routing全局启用IP组播路由功能2启用PIM-SM命令格式命令模式命令功能router pimsm全局启用IP组播协议PIM-SM3添加运行PIM-SM的接口命令格式命令模式命令功能ip pim sm接口在接口上启用PIM-SM协议4配置静态RP命令格式命令模式命令功能static-rp group-list priority 路由配置静态RP地址5配置候选BSR命令格式命令模式命令功能bsr-candidate 路由配置候选BSR6配置候选RP命令格式命令模式命令功能rp-candidate group-list priority 路由配置候选RP1.9.2.7 PIM-SM配置示例图1.9- 10 组网图R1的配置：R1(config)#interface loopback1R1(config-if)#ip address 1.1.1.1 255.255.255.255R1(config)#interface fei_1/1R1(config-if)#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0R1(config-if)#ip pim sm接口启用PIMSM，GAR的IGMP功能是基于PIM接口的，所有启动PIM的接口都自动启用IGMP功能。R1(config)#interface fei_2/1R1(config-if)#ip address 192.168.2.1 255.255.255.252R1(config-if)#ip pim smR1(config)#interface fei_0/1R1(config-if)#ip address 192.168.2.5 255.255.255.252R1(config-if)#ip pim smR1(config)#router ospf 1R1(config-router)#network 192.168.2.4 0.0.0.3 area 0.0.0.0R1(config-router)#network 192.168.2.0 0.0.0.3 area 0.0.0.0R1(config-router)#redistribute connectedPIMSM依赖单播路由才可以工作，单播路由可以是静态路由，也可以是动态路由。本配置中以OSPF为例。R1(config)#ip multicast-routing全局配置模式下，启动PIMSM协议。R1(config)#router pimsmR1(config-router)# static-rp 2.2.2.2配置PIMSM协议参数，本例中以静态RP为例。实际工作中RP的选择一般选性能优越的设备担任。R1(config-router)#exitR2的配置：R2(config)#interface loopback1R2(config-if)#ip address 2.2.2.2 255.255.255.255R2(config)#interface fei_1/1R2(config-if)#ip address 192.168.2.9 255.255.255.252R2(config-if)#ip pim smR2(config)#interface fei_0/1R2(config-if)#ip address 192.168.2.2 255.255.255.252R2(config-if)#ip pim smR2(config)#router ospf 1R2(config-router)#network 192.168.2.0 0.0.0.3 area 0.0.0.0R2(config-router)#network 192.168.2.8 0.0.0.3 area 0.0.0.0R1(config-router)#redistribute connectedR2(config)#ip multicast-routingR2(config)#router pimsmR2(config-router)# static-rp 2.2.2.2R2(config-router)#exitR3的配置：R3(config)#interface loopback1R3(config-if)#ip address 3.3.3.3 255.255.255.255R3(config)#interface fei_1/1R3(config-if)#ip address 192.168.3.1 255.255.255.0R3(config-if)#ip pim smR3(config)#interface fei_0/1R3(config-if)#ip address 192.168.2.6 255.255.255.252R3(config-if)#ip pim smR3(config)#interface fei_2/1R3(config-if)#ip address 192.168.2.9 255.255.255.252R3(config-if)#ip pim smR3(config)#router ospf 1R3(config-router)#network 192.168.2.4 0.0.0.3 area 0.0.0.0R3(config-router)#network 192.168.2.8 0.0.0.3 area 0.0.0.0R3(conf