PIM-DM

1. 邻居发现（Neighbor Discovery）

使能了PIM协议的接口都会对外发送Hello报文。目的地址224.0.0.13、源地址是接口的IP地址、TTL为1。

Hello报文的作用：发现PIM邻居、协调各项PIM协议报文参数、维持邻居关系。

协调各项PIM协议报文参数：

DR_priority：只在PIM-SM网络的DR竞选中用到。

Holdtime：

LAN_Delay：

Neighbor-Tracking：

Override-Interval

2. 扩散（Flooding）

出现活跃组播源

RPF检查

通过，创建（S,G）表项

下游接口列表包括：除上游接口外的所有PIM邻居相连的接口

后续到达的报文从各个下游接口转发出去

3. 剪枝（Prune）

RPF检测通过，但是不存在成员端

发送剪枝报文

将该下游接口从（S，G）表项中删除

当路由器存在其他下游接口时，剪枝过程停止

4. 嫁接（Graft）

发送嫁接报文

收到报文后，恢复其接口转发，将该接口添加到（S，G）表项中的下游接口列表中

直到路由器上存在组播报文的时，嫁接过程停止

5. 状态刷新（State Refresh）

为了避免被裁剪的接口因为“剪枝定时器”超时而恢复转发，离组播源最近的第一跳路由器会周期性地触发State Refresh报文在全网内扩散。收到State Refresh报文的PIM路由器会刷新剪枝定时器的状态。被裁剪接口的下游叶子路由器如果一直没有组成员加入，该接口将一直处于抑制转发状态。

6. 断言（Assert）

什么时候需要断言机制？

当一个网段内有多个相连的PIM路由器RPF检查通过向该网段转发组播报文时，则需要通过断言机制来保证只有一个PIM路由器向该网段转发组播报文。

PIM路由器在接收到邻居路由器发送的相同组播报文后，会以组播的方式向本网段的所有PIM路由器发送Assert报文，其中目的地址为永久组地址224.0.0.13。其它PIM路由器在接收到Assert报文后，将自身参数与对方报文中携带的参数做比较，进行Assert竞选。竞选规则如下：

£ 单播路由协议优先级较高者获胜。

£ 如果优先级相同，则到组播源的开销较小者获胜。

£ 如果以上都相同，则下游接口IP地址最大者获胜。

根据Assert竞选结果，路由器将执行不同的操作：

£ 获胜一方的下游接口称为Assert Winner，将负责后续对该网段组播报文的转发。

£ 落败一方的下游接口称为Assert Loser，后续不会对该网段转发组播报文，PIM路由器也会将其从（S，G）表项下游接口列表中删除。

Assert竞选结束后，该网段上只存在一个下游接口，只传输一份组播报文。所有Assert Loser可以周期性地恢复组播报文转发，从而引发周期性的Assert竞选。

RouterB和RouterC均通过了RPF检查，创建了（S，G）表项。并且两者的下游接口连接在同一网段，RouterB和RouterC都向该网段发送组播报文。

断言过程如下：

RouterB和RouterC从各自下游接口接收到对方发来的组播报文，RPF检查都失败，报文被丢弃。同时，RouterB和RouterC分别向该网段发送Assert报文。

RouterB将自身的路由信息与RouterC发来的Assert报文中携带的路由信息进行比较，由于自身到组播源的开销较小而获胜。于是后续组播报文仍然向该网段转发，RouterC在接收到组播报文后仍然由于RPF检查失败而丢弃。

RouterC将自身的路由信息与RouterB发来的Assert报文中携带的路由信息进行比较，由于自身到组播源的开销较大而落败。于是禁止相应下游接口向该网段转发组播报文，将其从（S，G）表项的下游接口列表中删除。

PIM-SM（ASM模型）

1. 邻居发现

使能了PIM协议的接口都会对外发送Hello报文。目的地址224.0.0.13、源地址是接口的IP地址、TTL为1。

Hello报文的作用：发现PIM邻居、协调各项PIM协议报文参数、维持邻居关系。

发现PIM邻居：

同一网段中的PIM路由器都必须接收目的地址为224.0.0.13的组播报文。这样直接相连的PIM路由器之间通过交互Hello报文以后，就可以彼此知道自己的邻居信息，建立邻居关系。

只有邻居关系建立成功后，PIM路由器才能接收其他PIM协议报文，从而创建组播路由表项。

协调各项PIM协议报文参数

DR_priority：各路由器接口竞选DR的优先级，只在PIM-SM网络的DR竞选中用到。

Holdtime：表示保持邻居为可达状态的超时时间。

LAN_Delay：表示共享网段内传输Prune报文的延迟时间。

Neighbor-Tracking：表示邻居跟踪功能。

Override-Interval：表示Hello报文中携带的否决剪枝的时间间隔。

维持邻居关系

PIM路由器之间周期性地发送Hello报文。如果Holdtime超时还没有收到该PIM邻居发出的新的Hello报文，PIM路由器就认为该邻居不可达，将其从邻居列表中清除。

PIM邻居的变化将导致网络中组播拓扑的变化。如果组播分发树上的某上游邻居或下游邻居不可达，将导致组播路由重新收敛，组播分发树迁移。

2. DR选举

a) 为什么需要DR？

在组播源或组成员所在的网段，通常同时连接着多台PIM路由器。这些PIM路由器之间通过交互Hello报文成为PIM邻居，Hello报文中携带DR优先级和该网段接口地址。PIM路由器将自身条件与对方报文中携带的信息进行比较，选举出DR来负责源端或组成员端组播报文的收发。

b) DR选举规则？

£ DR优先级较高者获胜（网段中所有PIM路由器都支持DR优先级）。

£ 如果DR优先级相同或该网段存在至少一台PIM路由器不支持在Hello报文中携带DR优先级，则IP地址较大者获胜。

c) DR的作用？

£ 源端DR：在连接组播源的共享网段，由DR负责向RP发送Register注册报文。

£ 成员端DR：在连接组成员的共享网段，由DR负责向RP发送Join加入报文。

3. RP发现

a) RP（汇聚点）的作用？

用于处理源端DR注册信息及组成员加入请求，网络中的所有PIM路由器都必须知道RP的地址。

b) RP的配置方式？

£ 静态RP：在网络中的所有PIM路由器上配置相同的RP地址，静态指定RP的位置。

£ 动态RP：在PIM域内选择几台PIM路由器，配置C-RP（Candidate-RP，候选RP）来动态竞选出RP。同时，还需要通过配置C-BSR（Candidate-BSR，候选BSR）选举出BSR，来收集C-RP的通告信息，向PIM-SM域内的所有PIM路由器发布。

c) BSR如何选举？选举规则？

C-BSR在竞选的时候，开始时每个C-BSR都认为自己是BSR，向全网发送自举报文（Bootstrap）。

自举报文（Bootstrap）中携带C-BSR地址、C-BSR的优先级。每一台PIM路由器都收到所有C-BSR发出的Bootstrap报文，通过比较这些C-BSR信息，竞选产生BSR。

BSR选举规则：

£ 优先级较高者获胜（优先级数值越大越优先）

£ 如果优先级相同，IP地址较大者获胜

d) C-RP竞选过程

£ C-RP向BSR发送Advertisement报文，报文中携带C-RP地址、服务的组范围和C-RP优先级。

£ BSR将这些信息汇总为RP-Set，封装在Bootstrap报文中，发布给全网的每一台PIM-SM路由器。

£ 各PIM路由器根据RP-Set，使用相同的规则进行计算和比较，从多个针对特定组的C-RP中竞选出该组RP。

£ 由于所有PIM路由器使用相同的RP-Set和竞选规则，所以得到的组播组与RP之间的对应关系也相同。PIM路由器将“组播组-RP”对应关系保存下来，指导后续的组播操作。

e) C-RP竞选规则

£ 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。

4. RPT构建

a) 什么是RPT树？以RP为根，以存在组成员关系的PIM路由器为叶子的组播分发树。

b) RPT的构建过程？

网络中出现组成员（主机通过IGMP加入某组播组G）时，组成员端DR向RP发送Join报文，在通向RP的路径上逐跳创建（*，G）表项，生成一棵以RP为根的RPT。

注意：

在RPT构建过程中，PIM路由器在发送Join报文时，会进行RPF检查：查找到达RP的单播路由，单播路由的出接口为上游接口，下一跳为RPF邻居。Join报文从组成员端DR开始逐跳发送，直至到RP。

5. 组播源注册

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。

组播源注册过程：

£ 组播源将组播报文发给源端DR。

£ 源端DR接收到组播报文后，将其封装在Register报文中，发送给RP。

£ RP接收到Register报文，将其解封装，建立（S，G）表项，并将组播数据沿RPT发送到达组成员。

6. SPT切换

l 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。

l 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：

p 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。

p 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。

p 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。

l 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（阈值为0）），便立即加入最短路径树，即从RPT向SPT切换。

l 通过RPT树到SPT树的切换，PIM-SM能够以比PIM-DM更精确的方式建立SPT转发树。

7. 断言Assert

什么时候需要断言机制？

当一个网段内有多个相连的PIM路由器RPF检查通过向该网段转发组播报文时，则需要通过断言机制来保证只有一个PIM路由器向该网段转发组播报文。

£ 单播路由协议优先级较高者获胜。

£ 如果优先级相同，则到组播源的开销较小者获胜。

£ 如果以上都相同，则下游接口IP地址最大者获胜。

根据Assert竞选结果，路由器将执行不同的操作：

£ 获胜一方的下游接口称为Assert Winner，将负责后续对该网段组播报文的转发。

£ 落败一方的下游接口称为Assert Loser，后续不会对该网段转发组播报文，PIM路由器也会将其从（S，G）表项下游接口列表中删除。

Assert竞选结束后，该网段上只存在一个下游接口，只传输一份组播报文。所有Assert Loser可以周期性地恢复组播报文转发，从而引发周期性的Assert竞选。

RouterB和RouterC均通过了RPF检查，创建了（S，G）表项。并且两者的下游接口连接在同一网段，RouterB和RouterC都向该网段发送组播报文

断言过程如下：

RouterB和RouterC从各自下游接口接收到对方发来的组播报文，RPF检查都失败，报文被丢弃。同时，RouterB和RouterC分别向该网段发送Assert报文。

PIM-SM（SSM模型）

1. 基本原理

SSM模型是借助PIM-SM的部分技术和IGMPv3/MLDv2来实现的，无需维护RP、无需构建RPT、无需注册组播源，可以直接在源与组成员之间建立SPT。

SSM的特点是网络用户能够预先知道组播源的具体位置。因此用户在加入组播组时，可以明确指定从哪些源接收信息。组成员端DR了解到用户主机的需求后，直接向源端DR发送Join报文。Join报文逐跳向上传输，在源与组成员之间建立SPT。

在SSM模型中，PIM-SM的关键机制包括邻居发现、DR竞选、STP构建。

2. 邻居发现

同PIM-DM

3. DR竞选