PIM-SM——BSR工作机制

BSR

• RP相当于组播网络中的一个组播数据汇聚中心，
• 而BSR ( Bootstrap Router)则相当于组播网络中的管理中心，它管理着动态选举RP的整个过程。

BSR工作机制简述

1. 首先网络中会选举出一台BSR，BSR被选举出来之后，它会将向整个网络通告自己的存在。
2. 网络中的PIM-SM路由器会侦听BSR所泛洪的通告并保存BSR的相关信息，而C-RP ( Candidate-RP，候选RP)则纷纷向BSR发送自己的候选通告（通告中含义RP地址和所服务的组播组信息）。
3. BSR收集所有C-RP发送过来的候选通告后，将这些通告加以汇总，然后将汇总的信息向全网进行泛洪。
4. 网络中所有的PIM-SM路由器都会收到这个汇总信息，然后各自基于这些信息，采用相同的算法进行计算，最终得到组播组与RP的映射关系。由于每台PIM-SM路由器所收到的C-RP信息集合是一致的，而且基于这些信息采用相同的算法进行计算，因此得出的组播组与RP的映射关系必然也是相同的。

BSR相关设备类型

C-BSR

• 网络中允许存在一台或者多台C-BSR。C-BSR (Candidate-BSR，候选BSR)是BSR的候选者，它们都有意愿成为BSR，在成为BSR之前，它们之间要进行选举，胜出的C-BSR成为该网络的BSR。
• BSR的选举是通过PIM自举(Bootstrap)报文进行的，报文中包含C-BSR的优先级、哈希掩码长度，以及其IP地址等信息。网络中优先级值最大的C-BSR胜出成为BSR，如果优先级相等，那么拥有最大IP地址的C-BSR将会胜出。

BSR

• 在一个PIM-SM网络中，可以存在一台或多台C-BSR，但只会存在一台BSR，它是从所有C-BSR中选举产生的。
• BSR周期性地向网络中泛洪自举报文，以通告自己的信息。所有C-RP都会知晓BSR的地址。
• BSR负责收集C-RP发送过来的信息，将C-RP信息汇总后泛洪到整个PIM-SM网络中。从这个层面可以看出，实际上BSR并不决定组播组与RP的映射关系，它只是简单地将C-RP的信息汇总并扩散，而决定组播组与RP映射关系的是每一台PIM-SM路由器自己。

C-RP

• C-RP是RP的候选者，网络中允许存在一台或多台C-RP，这些C-RP可以为不同的组播组范围服务，而且组播组范围可以有重叠。
• C-RP获知BSR的地址后，将自己服务的组播组范围、RP优先级及IP地址等信息以单播的形式发送给BSR。

RP

• 如果PIM-SM路由器采用BSR自动发现RP，那么每一台PIM-SM路由器会基于BSR泛洪的、关于所有C-RP配信息进行计算，最终将组播组映射到RP。
• 所有PIM-SM路由器针对相同的组播组，都会映射到同一台RP。

一台PIM-SM路由器可以是C-BSR，同时又是一台C-RP，当然，路由器也可以既不是C-BSR，又不是C-RP，此时它将不会参与BSR的竞选，也不会参与RP的竞选，但是它们会侦听BSR通告的C-RP汇总信息。

BSR工作机制示例

如下图所示，所有的路由器都运行了PIM-SM，其中R3及R5是C-BSR，R2、R4是C-RP。假设R5的BSR优先级值为100，R3的BSR优先级值为50。

（1）C-BSR信息扩散过程：

• 初始时，R3、R5都认为自己是BSR，它们都向网络中泛洪PIM自举报文，如下图所示，该报文以组播的方式发送，目的IP地址是组播IP地址224.0.0.13。

• 自举报文会被扩散到全网(实际上自举报文是逐跳地传遍整个网络的，报文的跳数只有一跳，TTL值为1)，可以使得所有的C-BSR都能知晓网络中其他C-BSR的信息。

• 自举报文中包含着多个重要信息，其中有两个信息在这个过程中发挥着关键作用，一是发送该报文的C-BSR的优先级，二是该C-BSR的IP地址。

• 对于R5而言，做为C-BSR，它会从自己连接R3、R4及R6的接口都发送自举报文，其中，从连接R4的接口发出的自举报文的源地址为10.1.45.5，目的IP地址是224.0.0.13。下图描述了这个报文的结构，需要注意的是，该报文的TTL值为1，也就是只会传递1跳。
  

• 对于R4而言，它会收到这个自举报文后，会记录报文中的相关信息，并重新产生自举报文，然后继续向其连接R1及R2的接口泛洪。

• 需要注意的一点是，R4在其连接R1的接口上泛洪的自举报文时，源IP地址为该接口的IP地址，目的IP地址为224.0.0.13，报文中承载着C-BSR R5的信息。此外，这个报文的TTL值也是为1，这就是所谓的逐跳传递。

• R3做为C-BSR，也会将自己的C-BSR信息随着自举报文逐跳传递，最终扩散全网。也就是说R3和R5的C-BSR信息能够随着自举报文传递，最终扩散到全网。

（2）BSR选举过程：

• 经过C-BSR信息的扩散，R3和R5都知道了对方的存在，也知道了对方的BSR优先级和IP地址。
• 接下来开始BSR的选举过程：由于R5的优先级更高，因此它胜出成为该网络的BSR。
• 在BSR选举胜出后，R5将继续周期性(缺省发送间隔为60秒)地向网络中泛洪自举报文，而R3则不再发送包含自己C-BSR信息的自举报文。

在路由器上使用display pim bsr-info命令可以查询当前的BSR信息：

（3）C-RP选举信息收集过程：

• 当网络中的C-RP (R2、R4)明确了当前的BSR后，便立即开始周期性地发送PIM C-RP通告(Candidate-RP-Advertisement，候选RP通告)报文。

• C-RP通告报文是以单播的形式发送的，报文发往当前的BSR。

• 如下图所示，假设R2使用其Loopback0接口的地址(2.2.2.2/32)作为C-RP的地址，那么R2所产生的C-RP通告报文的源IP地址为2.2.2.2，而目的IP地址为5.5.5.5。R2、R4通过查询自己的单播路由表获取到达BSR的路径。
  

• 如下图所示显示了R2发往BSR的C-RP通告报文，该报文中包含一些用于RP选举的信息：

1. “Priority”字段填写的是该C-RP的优先级，这个优先级的值越大，则优先级越低；
2. "Holdtime”字段则指示BSR等待接收该C-RP发送的C-RP通告报文的超时时间；
3. “RP”字段填写的是该C-RP的IP地址；
4. "Group”字段填写的是C-RP所服务的组播组范围。
   

（4）C-RP选举信息汇总通告过程：

• BSR收到了C-RP发送过来的通告后，便知晓了每台C-RP的信息，它将这些信息进行汇总，然后封装在自己的自举报文中，周期性地向网络中泛洪。如下图所示，描述了这个过程。
  

• 经过BSR通告所有C-RP通告的汇总信息后，最终全网的PIM-SM路由器都发现了网络中所有的C-RP及其相关信息。

• 需要强调的是，由于PIM-SM路由器都是从同一台BSR接收了C-RP的汇总信息，因此每台PIM-SM路由器最终获取到的信息是一致的。以R1为例，使用display pim rp-info命令可以看到如下输出：
  

从上述C-RP信息可以看出，R1发现了两个C-RP：服务于组播组范围224.0.0.0/4(所有组播组)的C-RP有一个：2.2.2.2；服务于组播组范围239.0.0.0/24的C-RP也有一个：4.4.4.4。
其中2.2.2.2的优先级值为0，4.4.4.4的优先级值为100。实际上网络中所有的PIM-SM路由器都拥有一致的信息。

（5）C-RP选举过程：
每台PIM-SM路由器都基于C-RP汇总信息，使用相同的算法进行计算，得到每个组播组对应的RP。采用的算法如下：

1. C-RP所服务的组播组范围与该组播组地址匹配度最长的C-RP胜出。
2. 如果C-RP所服务的组播组范围相同，则C-RP优先级值最小的胜出。
3. 如果C-RP的优先级都相同，那么进行哈希计算，将组播组地址、BSR哈希掩码、C-RP的IP地址作为哈希函数的输入，得到哈希结果，哈希值最大的胜出。
4. 如果哈希值相等，则C-RP的IP地址最大的胜出。

基于上述选举规则，在本例中，由于R4服务的组范围是239.0.0.0/24，而R2则是224.0.0.0/4，因此对于组播组239.0.0.1至239.0.0.255而言，网络中所有的PIM-SM路由器将会认为R4是这些组播组对应的RP。因为虽然R2及R4都可以为这些组播组服务，但是这些组地址与R4所服务的组范围的匹配度更长(R4的组范围掩码长度更长)。

而对于除了上述组地址之外的其他组播组，由于超出了R4所服务的范围，因此R2将会成为它们的RP。

如果此时网络中出现了新的C-RP，而且它服务的组范围与R2相同，那么两者的RP优先级将决定谁将胜出成为这些组播组的RP。而如果优先级相等，则比较哈希函数计算的结果。通过适当地设置BSR哈希掩码长度，可以将一部分组播组映射到一个C-RP而将另一部分组播组映射到另一个C-RP，从而实现RP的负载分担。