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；
       

 

  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

 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；

 

  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；