IP组播3_PIM协议简介

目录

1.PIM协议简介

2. PIM基本概念

2.1 PIM路由器

2.2 PIM路由表项

2.3 组播分发树

3.PIM工作模式

3.1 PIM-DM密集模式

3.2 PIM-SM（ASM）模式

3.3 PIM-SM（SSM）模式

---

1.PIM协议简介

PIM（Protocol Independent Multicast）协议是一种IP组播协议，它可以在不同的网络层协议上实现组播功能。PIM协议的主要作用是构建组播树，以便将组播数据从源主机传递到所有需要接收数据的主机。

PIM协议有两种模式：PIM Sparse Mode（PIM-SM）和PIM Dense Mode（PIM-DM）。PIM-SM是一种基于源的协议，它会动态地构建组播树来传递组播数据。PIM-DM是一种基于接收者的协议，它会将组播数据在整个网络中广播，直到所有需要接收数据的主机都接收到了数据为止。

在PIM-SM模式下，PIM协议使用的是一种叫做“贪婪算法”的机制。当一个主机需要接收组播数据时，它会向网络中发送一个加入请求，然后PIM协议会自动选择一个最优路径来传递组播数据。PIM协议会构建一棵组播树，以便将组播数据从源主机传递到所有需要接收数据的主机。

在PIM-DM模式下，PIM协议会将组播数据在整个网络中广播，直到所有需要接收数据的主机都接收到了数据为止。这种模式适用于网络中的接收者比较密集的情况。但是，由于它会将组播数据广播到整个网络中，所以会导致网络负载较大。

PIM IP子协议号为103，以太网帧格式如下图：

 图 1 PIM以太网帧

2. PIM基本概念

 图 2 PIM基本概念图

2.1 PIM路由器

PIM路由器是指运行PIM协议的路由器,PIM路由器可以分为：第一跳路由器，中间路由器，最后一跳路由器，叶子路由器。

• 第一跳路由器：和组播源相连，负责转发组播源组播报文。
• 中间路由器：第一跳路由器和最后一跳路由器之间路由器。
• 最后一跳路由器：最后一跳路由器和组播成员相连路由器。
• 叶子路由器：和主机相连路由器，最后一跳路由器为叶子路由器子集，最后一跳路由器连接的主机必须是组播组成员。叶子路由器只要连接的是主机就可以。

2.2 PIM路由表项

PIM路由表项是指通过PIM建立的组播路由表项，PIM路由表项用于转发组播报文。

PIM路由表项由4要素组成：源IP地址，组播组地址，上游接口，下游接口。

源IP地址可以分为任意源和指定源，源IP地址和组播地址可以构成（*，G）和（S，G）路由表项。（*，G）表示任意源组播，（S，G）表示指定源组播。

上游接口

下游接口

2.3 组播分发树

组播分发树（MDT，Multicast Distribution Tree）是以组播组为核心的组播转发路径。该组播转发路径呈现树形结构，所以称为组播分发树 。

组播分法树分为两种： 最短路径树（SPT，Shortest Path tree），汇聚点树（RPT，RP Tree）。 以组播源为根，以组播组成员为叶子的组播分发树成为SPT。 以汇聚点（RP）为根，以组播组成员为叶子的组播分发树为RPT。

3.PIM工作模式

PIM有两种工作模式：PIM-DM（PIM密集模式），PIM-SM（PIM稀疏模式）。

PIM稀疏模式又分为PIM-SM（ASM）任意源组播模式和PIM-SM（SSM）指定源组播模式。

3.1 PIM-DM密集模式

PIM-DM密集模式是扩散和剪枝，扩散剪枝工作方式是以组播源推送组播组播数据建立组播路由表项，组播源推送组播报文至组播路由器，组播路由器将组播数据扩散至PIM邻居路由器，依此类推，直至扩散至所有的组播路由器。

当组播报文推送至叶子路由器，如果叶子路由器有组播组成员，则会将组播数据包推送至组播组成员。

如果叶子路由器没有组播组成员，叶子路由器将会执行PIM剪枝操作，执行完剪枝操作后，后续组播报文不会再推送至该叶子路由器，除非该叶子路由器有组播组成员加入。

 图 3 PIM-DM工作原理

3.2 PIM-SM（ASM）模式

PIM-SM（ASM）模式是以RP为中心建立RPT（汇聚点树），通过RPT树进行组播报文转发。

RPT创建通过IGMPv2组播组成员触发，最后一跳路由器收到IGMPv2报告报文后，会向RP发送PIM Join报文，最后一跳路由器到RP之间的路由器收到PIM Join报文后会建立组播路由表项，最后形成RPT树。

组播源发送组播数据给第一跳路由器，第一跳路由器通过PIM Register（注册）报文向RP注册，RP应答stop Register（停止注册）报文至第一跳路由器，第一跳路由器和RP之间形成SPT。

组播源组播数据通过SPT发送给RP，RP再通过RPT转发组播数据至最后一跳路由器，最后一跳路由器将组播数据转发给组播组成员。

  图 4 PIM-SM（ASM）工作原理

3.3 PIM-SM（SSM）模式

PIM-SM（SSM）模式无需维护RPT，无需注册组播源，最后一条路由器和第一跳路由器直接通过PIM Join报文建立SPT树，通过SPT树进行组播数据转发。

PIM-SM（SSM）是通过IGMPv3进行组播组成员报告，收到IGMPv3报告报文后，最后一跳路由器发送PIM Join报文至第一跳路由器，PIM Join报文经过的路由器会形成SPT树。

  图 4 PIM-SM（SSM）工作原理