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4PIM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：103o PIM路由器组播地址为：224.0.0.13o 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PIMPIM5PIM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071531PIMv2PIMv2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7PIM-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8PIM-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：071531HelloHello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13DR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14DR选举DRDR选举选举DRDRRPEthernetEthernetSourceReceiverReceiverHelloJoinRegister15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16RP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 RPo 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RPn 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RPRP (Rendezvous Point)RP (Rendezvous Point)17RP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)18RR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19RP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20RR发现o 候选RP（C-RP）将声明发送到BSRnC-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RPn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21RP发现PIM-SM网络C-RPC-RPEFBSR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BBSRRPRP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23RPT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DR26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29SPT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30SPT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31SPT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32SPT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33SPT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协议机制第第4 4章章 PIM-SMPIM-SM评价评价35PIM-SM评价o 对于稀疏和密集模式应用都很高效o 优势: n数据流仅沿“加入”的分支向下发送 n可以根据流量等条件动态地切换到源树 n与具体的单播路由协议无关。 n是域间组播路由的基础 o 和MBGP、MSDP共同结合使用可以完成跨域的组 播PIM-SMPIM-SM评价评价36小结小结o PIM-SM的工作原理 o 共享树的加入过程 o 源的注册过程 o RPT向SPT的切换