数通面试私房菜之组播专题第六期： PIM SM详解

Posted 2020-12-06

PIM-DM的局限

? PIM-DM适用于组播成员分布较为密集的园区网络。在组播成员分布相对较为稀疏的大规模网络中（Internet），组播流量的周期性扩散/剪枝将给网络带来极大的负担。

? 对于PIM-DM的局限性，PIM-SM可以提供相对更加有效的解决方案。

PIM SM基本原理

相对于PIM-DM的“推（Push）模式”，PIM-SM使用“拉（Pull）模式”转发组播报文。PIM-SM假设网络中的组成员分布非常稀疏，几乎所有网段均不存在组成员，直到某网段出现组成员时，才构建组播路由，向该网段转发组播数据。一般应用于组播组成员规模相对较大、相对稀疏的网络。

基于这一种稀疏的网络模型，它的实现方法是：

? 在网络中维护一台重要的PIM路由器：汇聚点RP（Rendezvous Point），可以为随时出现的组成员或组播源服务。网络中所有PIM路由器都知道RP的位置。

? 当网络中出现组成员（用户主机通过IGMP加入某组播组G）时，最后一跳路由器向RP发送Join报文，逐跳创建（*，G）表项，生成一棵以RP为根的RPT。

? 当网络中出现活跃的组播源（信源向某组播组G发送第一个组播数据）时，第一跳路由器将组播数据封装在Register报文中单播发往RP，在RP上创建（S，G）表项，注册源信息。

PIM-SM的关键机制包括邻居建立、DR竞选、RP发现、RPT构建、组播源注册、SPT切换、Assert；同时也可通过配置BSR（Bootstrap Router）管理域来实现单个PIM-SM域的精细化管理。PIM-SM中PIM邻居建立过程以及Assert机制与PIM-DM相同。

汇聚点RP（Rendezvous Point）

RP的作用：

? RP是PIM-SM域中的核心路由器，担当RPT树根节点。

? 共享树里所有组播流量都要经过RP转发给接收者。

RP可以静态指定也可动态选举：

? 静态指定是指由管理员在每台PIM-SM路由器上进行配置，使得每台路由器获知RP的位置。

? 动态选举是指通过专用协议在若干台C-RP（Candidate-RP）中选举产生。管理员需要开启选举协议并配置若干台PIM-SM路由器成为C-RP。

RPT及其建立过程

RPT的建立过程：

1) 主机加入某个组播组时，发送IGMP成员通告。

2) 最后一跳路由器向RP发送（*，G）Join消息。

3) （，G）Join消息到达RP的过程中，沿途各路由器都会生成相应的（，G）组播转发条目。

RPT实现了组播数据按需转发的目的，减少了数据泛洪对网络带宽的占用。

SPT及其建立过程

在PIM-SM网络中，任何一个新出现的组播源都必须首先在RP处“注册”，继而才能将组播报文传输到组成员。具体过程如下：

1) 组播源向组播组发送第一个组播报文。

2) 源端DR将该组播报文封装成Register报文并以单播方式发送给相应的RP。

3) RP收到注册消息后，一方面从Register消息中提取出组播报文，并将该组播报文沿RPT分支转发给接收者。

4) 另一方面，RP向源端DR发送(S，G)Join消息，沿途路由器上都会生成相应(S，G)表项。从而建立了一颗由组播源至RP的SPT树。

5) SPT树建立后，组播源发出的组播报文沿该SPT转发至RP。

6) RP沿SPT收到该组播报文后，向源端DR单播发送Register-stop消息。

Switchover机制

PIM-SM通过指定一个利用带宽的SPT阈值可以实现RPT到SPT的切换。

用户端DR周期性检测组播报文的转发速率，一旦发现从RP发往组播组G的报文速率超过阈值，则触发SPT切换：

? 用户端DR逐跳向源端DR发送（S，G）Join报文并创建（S，G）表项，建立源端DR到用户端DR的SPT。

? SPT建立后，用户端DR会沿着RPT逐跳向RP发送剪枝报文，收到剪枝报文的路由器将（*，G）复制成相应的（S，G）,并将相应的下游接口置为剪枝状态。剪枝结束后，RP不再沿RPT转发组播报文到组成员端。

? 如果SPT不经过RP，RP会继续向源端DR逐跳发送剪枝报文，删除（S，G）表项中相应的下游接口。剪枝结束后，源端DR不再沿“源端DR-RP”的SPT转发组播报文到RP。

在VRP中，缺省情况下连接接收者的路由器在探测到组播源之后（即接收到第一个数据报文），便立即加入最短路径树，即从RPT向SPT切换。