PIM组播路由协议
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大家知道直播，小区视频点播等是怎么实现数据准确到达接收者的吗，和小罗一起学习今天的组播路由协议，相信大家会清晰很多
组播路由协议：运行在三层在组播设备之间，用于建立和维护组播路由表，并正确高效的转发组播报文
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建立了一个从组播源到组播接收者的无环传输路径，即组播分发树，组播分发树模型
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SPT（Shortest Point Tree）模型：树根为组播源，从树根触发到达每一个接收者所经过的路径都是最优的
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RPT（Rendezvous Point Tree）模型：树根为网络中某一台路由器称为RP（Rendezvous Point 汇聚点），所有接收者共享RP，组播源发出的数据必须首先到达RP，再由RP分发给各个接收者。无法保证路径最优
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根据不同的组播模型分为：基于ASM（任意信源模型），和基于SSM（指定信源模型）
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对于ASM模型，分为域内和域间组播路由协议
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域内组播路由协议用于在AS内发现组播源并构建组播分发树
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域间组播路由协议用于实现组播信息在AS之间传递，与域内侧重点不一样
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SSM模型为指定源组播提供解决方案，IANA为SSM分配了特定的组播地址段：232.0.0.0~232.255.255.255
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根据应用环境中组播接收者疏密程度有密集和稀疏模式
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组播数据流采用“推”的方式从组播源泛洪道每一个角落，接收者被动接收。适用成员众多的场合
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组播数据流采用“拉”的方式从组播源发送到组播接收者，接收者主动向组播源发送接收请求，组播只会发送到真正有需求的端。适用较复杂但节省带宽，接收者较少场合，如小区视频点播
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域内组播路由协议：DVMRP（距离矢量组播路由协议），MOSPF（组播OSPF协议），PIM（协议无关组播）。知道计算路由算法是什么即可
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PIM-DM
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PIM-SM
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PIM-SSM
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PIM协议报文基于UDP协议，端口号103，专门组播IP地址224.0.0.13，根据实现机制不同分为三种
PIM-DM（Protocol Independent Multicast-Dense Mode-密集模式）是基于SPT模型且采用密集模式的组播路由协议，采用“推”的方式将组播流量周期性的扩散到网络中所有设备上，适用于组播组成员较密集的小型网络。
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邻居发现机制
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周期性以组播方式发送PIM Hello消息，地址为224.0.0.13，所有PIM路由器都是该组播组成员，发现PIM邻居并建立维护PIM邻居关系
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仅当组播接收者共享网段上有多台路由器，且路由器运行IGMPv1时才选举DR，通过PIM的Hello消息为该网段接收者主机选举DR，且DR充当IGMPv1的查询器（发布查询报文的路由器）
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选举规则：Hello消息优先级，路由器接口IP地址。越大越优先
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超时没有收到DR发送的Hello消息触发新的DR选举
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扩散过程
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将组播报文扩散到每一个运行PIM-DM网段沿途每一台路由器都创建（S,G）表项。
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从入接口接收，进行RPF检查，检查正确，从除RPF接口外所有连接PIM-DM邻居接口（只有PIM-DM网段才有扩散）以及直接连接组播组G成员主机的接口转发出去
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剪枝/加入过程：Prune消息，Join消息组播
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如果不需要PIM邻居发送组播报文给自己，发送Prune消息给PIM邻居，收到消息后不再转发该组播组报文到本网段
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如果共享网段上有路由器连接接收者，则向上游发送Join消息覆盖自己收到的其他路由器的Prune消息
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两种情况发生Prune消息：将接收到Prune消息接口从出接口列表删除
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路由器维护的（S,G）表项中出接口列表为空，向上游RPF邻居发生Prune消息
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路由器从非RPF接口收到组播报文，触发Assert过程，Assert失败的一方向获胜的一方发送Prune消息
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发送Join消息（加入需要Prune消息**）：将接收到Join消息接口加入出接口列表
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路由器从RPF接口收到Prune消息，但下游还存在接收者时，向RPF邻居发生Join消息
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SPT的形成
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SPT的形成即是扩散-剪枝的过程才形成组播源和接收者之间的SPT
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网络中所有路由器都会维护（S,G）表项，只有当组播源S不再发生组播流之后，才会删除该组播源对应的（S,G）表项信息
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剪枝计时器，扩散-剪枝是周期性发生的，各个被剪枝的接口提供超时机制
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嫁接过程：Graft消息，Graft ACK消息单播
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被剪枝的路由器上出现组播接收者，不需要等待下一次的扩散
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Graft机制快速恢复上游RPF邻居对组播报文的转发，收到Graft消息的将收到Graft消息的接口添加到（S,G）表项出接口列表中，并回复Graft ACK消息
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断言机制
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同一网段出现多台转发组播路由器，相同的组播报文可能被重复发送到此网段
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断言机制选择网段唯一组播数据转发者，在收到重复组播报文接口上发生Assert消息，其中携带了组播源S，组播组G，到达组播源的单播路由优先级和度量值
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选举规则：
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1.到S的单播路由优先级，值小获胜
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2.到S的度量值，值小获胜
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3.接口IP地址，值大获胜
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唯一转发者上游接口故障时，会发送度量值无穷大的Assert消息引发新一轮的断言
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PIM-DM状态刷新机制
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通过“扩散-剪枝”过程可以快速建立组播源到接收者的SPT，但由于存在剪枝计时器，该过程是周期性的，过一段时间后被剪枝的接口又会向下游设备发送组播报文，网络中每隔一段时间就充斥组播报文，而不需要接收组播报文的接口又需要重新发送剪枝消息，很浪费占用带宽
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使用周期性的协议报文代替周期性的组播数据扩散，减少网络消耗，优化网络资源
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PIM-DM状态刷新机制，和组播源直接相连的路由器发出State Refresh消息，沿途收到此消息后都会重置剪枝超时定时器，同时向除入接口之外的所有连接PIM邻居的接口发送State Refresh消息，处于转发状态时剪枝标志位置0，剪枝状态时剪枝标志位置1
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关于查询器，DR，断言：都是选举出来负责转发组播数据。当只配置IGMP协议，查询器负责，当配置了PIM协议，DR负责，当Assert竞选则Assert负责
PIM-SM（Protocol Independent Multicast-Sparse Mode-稀疏模式）是稀疏模式的组播路由协议，采用“拉”的方式根据接收者的需求在组播源和接收者之间建立RPT组播分发树，适用于任何形式的网络。
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PIM-SM与DM不同，使用了RP汇聚点
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组播源侧的DR向RP注册
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接收者侧的DR向RP发起加入
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邻居发现和DR选举
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邻居发现和PIM-DM过程相同组播发送Hello消息
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DR选举，与PIM-DM不同，PIM-SM无论路由器运行什么样的IGMP版本，接收者侧或发送源侧路由器都需要进行DR选举
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选举规则：和PIM-DM一样，Hello消息后接口IP地址，大优先
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加入过程
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接收侧
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接收者发送Report通知DR加入某组播组，DR在本地建立（*，G）表项，向RP发送Join消息，接收Report接口加入表项出接口列表，指向RP单播路由下一跳出接口作为表项入接口。
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（助理解：因为是接收者主动发起的join还并没有任何组播源的信息，所以建立的是（*，G）表项，不像PIM-DM是组播源扩散是带有组播源信息建立的是（S,G）表项）
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Join消息指向RP沿途经过的路由器建立对应的（*，G）表项
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只要DR有组播组G接收者，就会周期性向上游发送Join消息，当没有组播组G的接收者即出接口列表空，发送Prune消息
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组播源侧如下
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组播源注册：Register消息单播
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组播源不关心有没有接收者，会一直向某组播组G发送组播数据，组播源侧DR收到组播组G报文时，会建立（S,G）表项同时选择入出接口
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DR将收到的报文封装在Register消息中，单播到对应的RP，RP收到后将查看（*，G）表项是否存在将组播报文从（*，G）表项出接口列表转发
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RP为该组播源建立（S,G）表项，并选择入出接口，随后向组播源发送特定源和组的Join消息沿途建立（S,G）表项形成一棵组播源DR到RP的SPT
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组播源注册停止
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组播源发出的报文会有两种形式到达RP
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单播封装在注册报文中到达；通过DR本地的（S,G）表项沿着SPT到达
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两种报文到达RP时，RP会丢弃单播注册封装的报文，而以组播方式将接收到的报文发送到RPT上。同时，也向组播源侧DR发送Register Stop单播消息通知DR停止发送注册报文
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注册抑制计时器，组播源侧DR维护，定时器范围内第一次接收到stop消息后有的定时器，以组播方式发送数据而不通过单播注册发送组播数据。
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在定时器快超时之前，DR为了提示RP该发送Register Stop消息了，DR会发送一些空的没有封装组播数据的Register消息
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RP收到之后，更新本地（S,G）表项（其实我觉得是（*，G）表项因为单播会通过此表项出接口列表转发），回应Register Stop消息。DR收到Stop重置注册抑制计时器
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RPT向SPT切换
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DR收到第一个组播报文时，可以获取到组播源地址，为了获得更小的报文延迟，会向组播源发送特定源组的Join消息沿途建立路由器建立（S,G）表示生成一棵接收者DR到组播源的SPT
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此后，组播源的报文会沿着两个方向到达接收者侧DR，沿着SPT和沿着RP来的RPT。收到两封报文的路由器会丢弃从RP收到的报文并向RP发送Prune消息（即是RPT上RP的下游发出的Prune消息），而RP当出接口列表为空了，也向组播源DR发送Prune消息
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1.向组播源发送特定源组的Join消息沿途建立路由器建立（S,G）表示生成一棵接收者DR到组播源的SPT
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2.收到两封报文的路由器会丢弃从RP收到的报文并向RP发送Prune消息（即是RPT上RP的下游发出的Prune消息）
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3.最终形成组播源到接收者的SPT
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RP的选择
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静态指定RP
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但当网络规模比较大，RP转发组播信息量巨大，所以为了缓解RP优化RPT的拓扑结构
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动态选举
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在PIM-SM域中配置多个候选C-RP，通过BootStrap机制动态选举RP，使不同的RP服务于不同的组播组
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BSR自举路由器是PIM-SM域的管理核心，一个域内只能有一个BSP，多个C-BSR备份自动选举BSR，它可以将所有C-RP的信息收集起来汇总成一个RP-Set集然后发布到整个PIM-SM域内
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C-RP周期性单播发送宣告报文(包括C-RP地址，优先，服务组播组范围)给BSR，BSR收集所有C-RP信息汇总成RP-Set集封装在BootStrap报文中以组播方式发送到整个PIM-SM域内，路由器自行比较选举出RP
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RP选举规则：
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C-RP优先级，值低获胜
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计算出的Hash值，较大获胜
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C-RP地址，较大获胜
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BSP选举规则：
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优先级，值低获胜
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接口IP地址，较大获胜
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PIM-SSM可以看作是PIM-SM的子集，采用PIM-SM一部分技术实现PIM-SSM，机制包含邻居发现和DR选举以及加入过程，邻居发现和DR选举和PIM-SM机制相同，由于通过某些途径接收者事先知道了组播源的IP地址，加入过程有点区别
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PIM-SSM接收者加入过程，必须
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主机端DR会周期发送IGMPv3查询报文，若网段上有主机想要接入某特定源的组播报文，回复Report报文包含组播源S和组播组G。或当主机想要接收某组播源发送的报文时，也可以主动发起Report报文向DR发出请求。
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DR收到Report报文，判断组播组是否属于SSM模型规定的232.0.0.0~232.255.255.255范围内，若是则维护组成员信息，建立（S,G）表项，随后DR向组播源发出Join消息，途径路由器建立（S,G）表项形成一棵从组播源到接收者的SPT
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