华为数通HCIP-PIM原理与配置

组播网络概念

组播网络由组播源 ,组播组成员与组播路由器组成。

组播源的主要作用是发送组播数据。

组播组成员的主要作用是接收组播数据,因此需要通过IGMP让组播网络感知组成员位置与加组信息。

组播路由器的主要作用是将数据从组播源发送到组播组成员。组播数据转发需要依赖组播分发树,因此组播路由器需要通过协议来构建组播分发树。

PIM(Protocol Independent Multicast,协议无关组播)协议的主要作用就是构建组播分发树。

组播网络基本架构回顾

组播网络大体可以分为三个部分:

源端网络:将组播源产生的组播数据发送至组播网络。

组播转发网络:形成无环的组播转发路径,该转发路径也被称为组播分发树(Multicast Distribution Tree)。

成员端网络:通过IGMP协议,让组播网络感知组播组成员位置与加入的组播组。

PIM(协议无关组播协议)

前提:底层网络能够实现单播互通;

应用:在组播路由器之间运行;

作用:在组播路由器上构建组播路由表,形成组播流量分发树(无环、无次优、无重复组播流);

组播流量分发树:

SPT:组播源到组播接收者组播流量分发树(pim dm、pim sm)

RPT:RP到组播接收者的组播流量分发树(pim sm)

pim-dm(密集模式):由组播源发起,以推的形式构建组播流量分发树;

适用于组播成员分布密集的时候;

pim-sm(稀疏模式):由组播接收者发起,以拉的形式构建组播流量分发树;

适用于组播成员分布稀疏的时候;

RPF检测(逆向路径转发检测)

作用:1、用于构建组播路由表,确定组播路由表的上游接口以及下游接口

2、确保组播流量无环无次优;

检测机制:

pim dm:

1、pim dm路由器收到组播流量时,会直接在本地生成对应的(s g)组播路由表项,然后会根据组播流量的sip查看本地单播路由表,找到去往组播源的最优路由,将该路由的最优出接口设置为对应(s g)表项的上游接口,最优下一跳为上游邻居,其余建立了pim邻居的接口为该表项的下游接口;

如果路由器去往组播源存在多条负载的最优路径时,则选择下一跳更大的路由,其中出接口设置为对应(s g)表项的上游接口,下一跳为上游邻居,其余建立了pim邻居的接口为该表项的下游接口;

2、只有从上游接口收到的组播流量才会从下游接口发送出去;

pim sm:

1、当接收端DR通过IGMP生成了(* g)表项时,根据RP地址进行RPF检测,找到去往RP的最优路由,将该路由的出接口设置为(* g)表项的上游接口,最优下一跳设置为上游邻居;

配置:

R1\]multicast routing-enable //全局下开启组播功能 \[R1\]pim //全局开启pim interface Ethernet0/0/0 pim dm //所有的物理接口开启pim dm功能 # PIM DM 工作过程: 1、建立PIM邻居 2、选举DR 3、扩散------剪枝 4、状态刷新 5、嫁接 6、断言 报文结构:pim层------IPv4------数据链路层头部 组播发送:224.0.0.13(所有pim路由器均能接收) 1、建立pim邻居 组播路由器开启pim dm后,发送hello报文发现并且建立pim邻居; hello周期:35s,超时时间为105s hello时间不一致会向小协商; interface Ethernet0/0/0 pim hello-option holdtime 90 //修改超时时间为90s display pim neighbor //查看pim邻居; display pim interface //查看pim接口信息,其中包含DR优先级、DRIP地址、hello时间; 2、选举DR 选举规则: (1)接口优先级,越大越优;(默认为1) interface Ethernet0/0/0 pim hello-option dr-priority 2 //修改接口DR优先级 display pim interface //查看pim的DR以及DR优先级 (2)接口ip越大越优 每个网段有且仅有一个; 其中源端DR为组播源与路由器之间网段的DR,接收端DR为最后一跳路由器与接收者之间网段的DR; DR在PIM DM中的作用: (1)负责转发从组播源收到的组播流量(源端DR) (2)充当IGMPv1的查询器(接收端DR) (3)当充当多台最后一跳路由器时,只有接收端DR会转发组播流量; (4)周期发送状态刷新报文(源端DR) 3、扩散-剪枝 3.1 扩散 当组播源需要发送组播流量时,则直接发送,触发扩散机制; pim dm路由器收到组播流量时,会直接在本地生成对应的(s g)组播路由表项,其中s为组播流量的sip、g为组播流量的dip; 上游接口:通过RPF检测确定,有且仅有一个; 下游接口:除上游接口以外的所有建立了pim邻居的接口; 确定好上下游接口后,将组播流量从下游接口扩散出去; 直到组播流量扩散到最后一跳路由器,在确定了上下游接口后,还会检查,自身是否存在对应组别的(\* g)表项,如果存在则说明该路由器下游存在该组别的接收者,则将(\* g)表项的下游接口复制到(s g)表项的下游接口,并且将组播流量从所有下游接口发送出去; 3.2 剪枝(prune) 当pim dm路由器发现自身的(s g)组播路由表项中不存在下游接口时,说明下游没有该组播流量的接收者,则触发剪枝;(触发条件) 机制:发送剪枝报文(dip为224.0.0.13,携带需要剪枝的表项,以及针对的上游邻居) 当上游邻居收到该剪枝报文后,则将收到该报文的接口,从对应表项中移除,并且检查该表项是否存在其他的下游接口,如果存在则停止剪枝,如果不存在则继续向上游发送剪枝报文,过程与上述一致; 作用:防止组播流发送到没有接收者的区域,浪费设备以及链路资源; 缺陷:被剪枝了的接口,不是永久性删除,而是被暂时抑制,抑制时间为210s; 每隔210s被剪枝的接口会恢复,需要重复剪枝的步骤,浪费设备资源; ![](https://file.jishuzhan.net/article/1686316730554519554/52e6216112f7461ba3f78b9d598e84a3.png) ![](https://file.jishuzhan.net/article/1686316730554519554/7e6bdbaeef514f32bb73978068c77d95.png) 4、状态刷新 作用:解决剪枝抑制时间所带来的问题,防止被剪枝的接口恢复; 机制:源端DR会周期性发送状态刷新(state-refresh)报文,处于键值抑制状态的接口收到后,会刷新抑制计时器,从头开始计时; 被剪枝的接口永久不会恢复 ![](https://file.jishuzhan.net/article/1686316730554519554/a5664010fe67469294258710f1781545.png) 5、嫁接 机制:当新加入组播接收者时,路由器通过IGMP生成了(\* g)表项后,如果自身存在对应的(s g)表项,则直接将(\* g)表项的下游接口复制到(s g)表项,并且向上游邻居发送嫁接报文(携带需要嫁接的s g表项,以及上游邻居的地址),上游邻居收到后,新增收到该报文的接口为下游接口; 作用:确保网络中新增组播接收者时,可以收到组播流量; 6、断言(assert) 作用:防止pim dm网络中出现重复组播流,导致链路资源的浪费; 触发条件:当pim dm路由器从下游接口收到从该接口发送出去的一模一样的组播流量; 机制:双方会发送断言报文,其中会携带: 发送者去往组播源的路由优先级、开销; 会进行如下比较: 优先级:越小越优; 开销:越小越优; 接口ip:越大越优; 胜出的一方:winner; 失败的一方:loser; loser会将自身的断言竞选失败的端口,从(s g)表项中删除,并且从该接口向外发送该(s g)表项的剪枝报文,对端收到后也会删除对应的下游接口,可以消除网络中的重复组播流; 缺陷:只能适用于ASM模型; 不适用于网络分支较多的场景(需要频繁剪枝); # PIM-SM 工作过程: 1、建立pim邻居 2、选举DR(DR在PIM SM作用更多) 3、选举RP RP(汇聚点) 作用:作为接收端构建RPT树的终点; 向源端发起SPT树构建; 作为组播源向接收端发送组播流量的中间点; 一般越中间越好; 静态:常用 pim static-rp 3.3.3.3 //指定的地址需要全网可达,必须所有设备都要配置; 动态; 选举过程如下: 在C-BSR中选出一个BSR: 优先级较高者获胜(优先级数值越大优先级越高)。 如果优先级相同,IP地址较大者获胜。 BSR会周期性发送BSR消息,收集网络中的C-RP的参数; 收集完成后,将所有C-RP的选举参数加入到RP-SET中,根据BSR消息泛洪至整个组播网络; 其他pim路由器收到后,则会选举出RP; 与用户加入的组地址匹配的C-RP服务的组范围掩码最长者获胜。 如果以上比较结果相同,则C-RP优先级较高者获胜(优先级数值越小优先级越高)。 如果以上比较结果都相同,则执行Hash函数,计算结果较大者获胜。 如果以上比较结果都相同,则C-RP的IP地址较大者获胜。 pim c-bsr 接口 //指定自身的某个接口为C-BSR c-rp 接口 //指定自身的某个接口为C-RP c-bsr priority x //修改bsr优先级 c-rp priority x //修改rp优先级 4、RPT树构建 RPT:指RP到接收端的组播流量分发路径树; 当接收端DR通过IGMP生成了(\* g)表项时,根据RP地址进行RPF检测,找到去往RP的最优路由,将该路由的出接口设置为(\* g)表项的上游接口,最优下一跳设置为上游邻居; 并且产生一份join报文(携带需要构建的RPT树的组播表项以及上游邻居的地址),向上游邻居发送; 上游邻居收到后,会在本地生成(\* g)表项,并且将收到该join报文的接口设置为下游接口,并且根据RP地址进行RPF检测,确定上游接口与上游邻居,直至RP收到join报文为止; RP收到join报文后,生成(\* g)表项,接收到join报文的接口为下游接口,并且暂无上游接口; ![](https://file.jishuzhan.net/article/1686316730554519554/7de606ef47564fe0a6c2ebf043f7db95.png) 5、源活跃阶段(注册阶段/停止注册) 组播源发送组播流量后,源端DR会将组播流量打包成注册报文,单播发送给RP; RP收到后,拆除外层封装,看到原始组播流量,会进行如下操作; (1)判断本设备的组播路由表,是否存在匹配该组播流量的(\* g)表项,如果存在则根据(\* g)表项进行转发,一直给到接收端,并且沿途经过的pim sm路由器会创建(s g)表项,上下游接口直接从(\* g)表项中复制过来; (2)生成(s g)表项,并且根据组播流量的sip,进行RPF检测,找到去往组播源的最优路径,其中最优出接口作为上游接口,最优下一跳作为上游邻居,并且向上游邻居发送join报文,上游邻居收到join报文后生成(s g)表项,重复上述动作,直到源端DR;(构建SPT树) 当RP可以直接通过组播流量分发树收到组播流量时,则向源端DR发送注册停止报文,源端DR收到后,则停止发送注册报文; 至此,网络中存在两颗组播流量分发树: RPT(RP到接收端):存在两张表(\* g)、(s g) SPT(源端到RP):存在一张表(s g) 6、SPT切换 当接收端DR收到组播流量后,会向组播源发起SPT树构建; 构建过程:本地生成(s g)表项,上游接口与上游邻居通过RPF检测确定,下游接口从(\* g)表项复制; 向上游邻居发送join报文,上游邻居收到后,生成(s g)表项,下游接口为收到报文的接口,上游接口与邻居通过RPF检测确定,重复上述步骤,直到组播源; 当接收端DR可以通过SPT树收到组播流量时,则发起RPT树(S G)表项的剪枝,一直到RP,如果RP删除了(S G)表项的下游接口后,没有其余的下游接口,则说明网络中存在次优路径,则继续向上游发起剪枝; 作用:防止组播流量的次优路径; DR在PIM SM中的作用: 1、充当IGMPv1的查询器;(接收端DR) 2、向RP发起RPT树构建;(接收端DR) 3、发送注册报文、接收注册停止报文;(源端DR) 4、向组播源发起SPT树切换(接收端DR) # PIM-SSM 定义:PIM-SM工作与SSM模型下; 工作过程: 1、建立邻居; 2、选举DR; 3、接收端DR在通过IGMP生成了(S G)表项后,直接向源端构建SPT树;

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