PIM

概述
- 前言
  - 作为IP传输三种方式之一，IP组播通信指的是IP报文从一个源发出，而被转发到一组特定的接收者。相较于传统的单播和广播，IP组播可以有效地节约网络带宽、降低网络负载，所以组播在IPTV、多媒体会议等诸多方面都有广泛的应用。
  - 本章主要介绍与IP组播知识，组播路由和转发原理、各种IP组播协议的主要功能及工作原理，以及各种组播协议的主要应用。
  - 现代网络传输技术对以下两项目标给予更高的关注：
    - 资源发现
    - 点对多点的IP传输
  - 实现这两项目标有三种解决方案：单播（Unicast）、广播（Broadcast）、组播（Multicast）
  - 通过比较三种解决方案的数据传输方式，说明组播方式更适合点对多点的IP传输。
- 目标
  - 掌握什么是组播及组播的地址结构
  - 阐述组播的转发流程
  - 阐述源路径树以及共享树等相关概念
  - 阐述IPv4组播和IPv6组播的异同点
- PIM-SM协议机制
  - 组播相关协议
    - 组播协议包括用于主机注册的组播组管理协议，和用于组播选路转发的组播路由协议

组播协议包括用于主机注册的组播组管理协议，和用于组播选路转发的组播路由协议。各种组播协议在网络中的如图所示。
IGMP（InternetGroup Management Protocol）在接收者主机和组播路由器之间运行，该协议定义了主机与路由器之间建立和维护组播成员关系的机制。
组播路由器之间运行组播路由协议，组播路由协议用于建立和维护组播路由，并正确、高效地转发组播数据包。
对于ASM模型，可以将组播路由分为域内和域间两大类。
- 域内组播路由协议用来在自治系统AS（AutonomousSystem）内发现组播源并构建组播分发树，将信息传递到接收者。域内组播路由协议包括：DVRMP、MOSPF、PIM。
  - DVRMP是距离矢量组播路由协议（DistanceVector Multicast Routing Protocol）是一种密集模式协议。该协议有跳数限制，最大跳数32跳。
  - MOSPF是OSPF路由协议的扩展协议。它通过定义新的LSA来支持组播。
  - PIM（ProtocolIndependent Multicast）是典型的域内组播路由协议，分为DM（DenseMode）和SM（SparseMode）两种模型。当接收者在网络中的分布较为密集时，适用DM；较为稀疏时，适用SM。PIM必须和单播路由协议协同工作。
- 域间组播路由协议用来实现组播信息在AS之间的传递。
  - MSDP（MulticastSource Discovery Protocol）能够跨越AS传播组播源信息。
  - MPBGP（MultiProtocolBorder Gateway Protocol）的组播扩展MBGP（MulticastBGP）能够跨越AS传播组播路由。
- 组播网络中应用的协议

对于SSM模型，没有域内和域间的划分。由于接收者预先知道组播源的具体位置，因此可以借助PIMSM的部分功能直接创建组播传输路径。
为了使不同的PIM-SM 域之间组播数据能够互通，需要在域间部署MSDP 协议。MSDP通过在各个 PIM-SM域之间建立 MSDP对等体关系，对等体之间交互 SA消息来传递组播信息，从而实现接收者主机可以接收其他 PIM-SM域的组播源数据。MSDP仅用于 IPv4网络，只对 ASM服务模型有意义。在单个 PIM域内，使用 IGMP管理组成员关系，使用 PIM-SM建立组播路由指导数据转发。
由于PIM 协议依赖于单播路由表，从而组播转发路径与单播转发路径是一致的。当组播源与接收者分布在不同的AS中时，需要跨AS建立组播转发树。此时可以部署MBGP协议，生成一张独立于单播路由的组播路由表，使组播数据通过组播路由表进行传输。

PIM-SM基本概述
- PIM-SM的关键任务：
  - 建立RPT（Rendezvous Point Tree，汇聚点树也称共享树）。
  - 建立SPT（Shortest Path Tree，最短路径树）。
- 适用于组播成员分布较为稀疏的网络环境。
- 相对于PIM-DM的“推（Push）模式”，PIM-SM使用“拉（Pull）模式”转发组播报文。PIM-SM假设网络中的组成员分布非常稀疏，几乎所有网段均不存在组成员，直到某网段出现组成员时，才构建组播路由，向该网段转发组播数据。一般应用于组播组成员规模相对较大、相对稀疏的网络。
- 基于这一种稀疏的网络模型，它的实现方法是：
  - 在网络中维护一台重要的PIM路由器：汇聚点RP（RendezvousPoint），可以为随时出现的组成员或组播源服务。网络中所有PIM路由器都知道RP的位置。
  - 当网络中出现组成员（用户主机通过IGMP加入某组播组G）时，最后一跳路由器向RP发送Join报文，逐跳创建（*，G）表项，生成一棵以RP为根的RPT。
  - 当网络中出现活跃的组播源（信源向某组播组G发送第一个组播数据）时，第一跳路由器将组播数据封装在Register报文中单播发往RP，在RP上创建（S，G）表项，注册源信息。
- PIM-SM的关键机制包括邻居建立、DR竞选、RP发现、RPT构建、组播源注册、SPT切换、Assert；同时也可通过配置BSR（BootstrapRouter）管理域来实现单个PIM-SM域的精细化管理。PIM-SM中PIM邻居建立过程以及Assert机制与PIM-DM相同。
源路径树
- 每一个组播源与接收者之间建立一棵独立的SPT

源路径树以组播源作为树根，将组播源到每一个接收者的最短路径结合起来构成的转发树。
源路径树使用的是从组播源到接收者的最短路径，也称为最短路径树（shortestpath tree，SPT）。对于某个组，网络要为任何一个向该组发送报文的组播源建立一棵树。
本例中有两个组播源（源S1和源S2），接收者R1和RT2。所以本例中有两棵源路径树，分别是：
- S1—A—C（R1）—–E（R2）
- S2—F—-D—C（R1）——E（R2）
共享树
- 对应某个组，网络中只有一棵树

共享树以某个路由器作为路由树的树根，该路由器称为汇集点（RendezvousPoint，RP），将RP 到所有接收者的最短路径结合起来构成转发树。使用共享树时，对应某个组，网络中只有一棵树。所有的组播源和接收者都使用这棵树来收发报文，组播源先向树根发送数据报文，之后报文又向下转发到达所有的接收者。
本例中两个源S1和S2共享一颗树D（RP）—-C（R1）—-E（R2）

IPv6 PIM-SM概述

PIMIPv6是与静态路由、RIPng、OSPFv3、IS-ISv6、BGP4+等IPv6单播路由协议类型无关的组播路由协议，其借助上述单播路由协议生成的路由项和RPF（ReversePath Forwarding）机制创建组播路由表，实现组播报文转发。PIMIPv6域是指由支持PIMIPv6协议的组播路由器构成的网络。
目前，存在两种组播模型：任意源组播ASM（Any-SourceMulticast）和指定源组播SSM（Source-SpecificMulticast）。IPv6中，ASM模型包括IPv6PIM-DM（ProtocolIndependent Multicast-Dense Mode）和IPv6PIM-SM（ProtocolIndependent Multicast Sparse Mode）；SSM模型则使用MLDv2和IPv6PIM-SM的部分机制来实现。
在组成员稀疏分布的大规模IPv6网络中，使用IPv6PIM-SM，其主要特性是接收者需要显式加入。缺省情况下，IPv6PIM-SM假设网络中的所有节点都不需要接收组播报文，上游节点只有接收到下游节点的加入消息后才进行组播数据的转发。
IPv6PIM-SM中，汇集点RP（RendezvousPoint）只向拥有接收者的下游分枝转发组播信息。这样可以节省数据报文和控制报文占用的网络带宽，减少路由器的处理开销。
当主机希望从指定组播组接收数据时，与之相连的路由器向这个组的RP发送加入（Join）消息，沿途建立以RP为根节点的共享树RPT（RendezvousPoint Tree）。共享树的含义是不同组播源向相同组播组转发组播数据时，都使用此共享路径。
当组播源向组播组发送数据时，与源相连的DR把组播数据封装在注册消息中以单播方式向RP发送。注册消息到达RP后，由RP对组播数据解封装，再沿RPT向接收者发送。当以注册消息方式发送的组播数据达到一定速率后，RP向组播源发送加入消息，建立组播源与RP之间的组播分发树。然后，RP向组播源的DR发送注册停止消息，指示DR直接以非封装方式根据组播转发表发送组播数据。

DR选举

借助Hello消息可以为共享网络（如Ethernet）选举DR（DesignatedRouter），DR将作为本网段中组播信息的唯一转发者。无论是和组播源S连接的网络，还是和接收者连接的网络，只要网络为共享媒介则需要选举DR，接收者侧DR向RP发送Join加入消息；组播源侧DR向RP发送Register注册消息。
DR的选举过程如下所述：
- 共享网段上的各路由器相互间发送带有DR优先级选项的Hello消息；
- 具有最高优先级的路由器被选举为此网段的DR。如果路由器具有相同的优先级，则IPv6地址最大的路由器被选举为DR。
当DR出现异常，其他路由器将接收不到其发出的Hello消息。在此DR超时后，会触发共享网段上新一轮的DR选举。
l果网络中至少有一台路由器不支持在Hello报文中携带DR优先级，由IPv6链路本地地址最大的路由器充当DR。

RP (Rendezvous Point)发现
- 在PIM-SM组播网络里，担当共享树的树根的节点被称为RP
- RP的作用
  - 共享树里所有组播流都通过RP转发到接收者
  - RP可以负责几个或者所有组播组的转发，所以网络中可以有一个到多个RP
- 如何发现RP
  - 静态配置RP
    - 在DR和叶子路由器以及组播数据流将要经过的所有路由器上手工指定RP的IP地址
    - 简单，维护方便
    - 适合小型网络
      - 对于小规模的简单网络，一个RP用于全网转发信息就足够了，此RP的位置可通过静态指定，在DR和叶子路由器以及组播数据流将要经过的所有路由器上手工指定RP的IP地址
    - 自举机制动态选举RP
      - 自举路由器BSR（Bootstrap Router）
        
        自举路由器BSR（BootStrap Router）是IPv6 PIM-SM网络的管理核心。
        
        BSR收集来自各候选RP即C-RP（Candidate-RP）的通告（Advertisement）消息，选择合适的C-RP来构成组播组的RP-Set信息。
        
        RP-Set是各组播组与对应C-RP的数据库。
        
        BSR通过自举消息向整个IPv6 PIM-SM网络通告RP-Set信息。
        
        包括DR在内的所有路由器学习到各组播组对应的C-RP后，根据哈希算法计算出各组播组对应的唯一RP
        
        一个网络（或一个管理域）只能有一个BSR，但可以有多个候选BSR即 C-BSR （Candidate-BSR）。
        
        一旦BSR发生故障后，可以通过自举机制从C-BSR中选举出新的BSR，从而避免业务的中断。
        
        IPv6 PIM-SM域中可以配置多个C-RP。
        
        BSR负责收集并发送各组播组的RP-Set信息。
      - 减少配置工作量
        
        RP配置方式建议
        
        中小型网络：建议选择静态RP方式，对设备要求低，也比较稳定。
        
        如果网络中只有一个组播源，建议选择直连组播源的设备作为静态RP，这样可以省略源端DR向RP注册的过程。
        
        采用静态RP方式要确保域内所有路由器（包括RP本身）的RP信息以及服务的组播组范围全网一致。
        
        大型网络：可以采用动态RP方式，可靠性高，可维护性强。
        
        如果网络中存在多个组播源，且分布密集，建议选择与组播源比较近的核心设备作为C-RP；如果网络中存在多个用户，且分布密集，建议选择与用户比较近的核心设备作为C-RP。
        
        更好适应网络实时变化
        
        在大多数应用中，IPv6 PIM-SM网络覆盖了很大的区域，需要通过RP转发大量的组播流量。
        
        因此，不同的组播组应该具有各自的RP。
        
        为了减少配置多个静态RP的工作量以及更好的适应网络的实时变化，采用自举（Bootstrap）机制来动态选举RP。
        
        RP选举
        
        BSR消息一跳一跳向外扩散

BootStrap router工作的原理和过程
- 首先要在网络中选择合适的路由器把它配置成候选BSR（C-BSR，Candidate BootStrap Router），每个C-BSR都有优先级，当它得知自己是C-BSR后，
- 首先启动一个定时器（默认为150秒），监听网络中的 BootStrap Message。
- BootStrap Message 初始时通告发送路由器的优先级、BSR的IPv6地址，
- 当C-BSR收到一个BootStrap Message后，它会把自己的优先级和报文里的优先级做比较，
- 如果对方的优先级高，它就把自己的定时器重置，继续监听BootStrap Message；
- 如果是自己的高，那么它就发送BootStrap Message声明自己是BSR，
- 如果优先级相等，则比较IPv6地址，谁的IPv6地址大谁就是BSR。
- BSR消息发送的目的地址是FF02::13，所有的PIM IPv6路由器都能接收到这个报文，该报文TTL一般被置为1，但每个PIM IPv6路由器收到此报文后都是把它以泛洪的方式从自己所有的使能PIM IPv6的接口上发送出去，
- 这就能保证网络中的每台PIM IPv6设备都能收到BootStrap Message。
RP就像C-BSR一样需要在设备上手工配置
- 首先配置C-RP（Candidate Rendezvous Point），包括RP IPv6地址、优先级和它所能服务的组。
- 正如上文所述，一个RP可以给所有的IPv6组播组提供服务，也可以只给部分组提供服务。
- 当C-RP收到BootStrap Message后，它可以从该message中得知网络中谁是BSR，
- 然后C-RP通过Candidate-RP-Advertisement Message把自己所能服务的组单播给BSR，
- 每个C-RP都这么做的话那么BSR就收集到了网络中所有C-RP的信息并把这些信息整理成一个集RP-Set。
- 此后BSR通过BootStrap Message把RP-Set的信息通告给全网所有的路由器。
RP的选举规则
- 如果RP-Set对应该IPv6组地址的C-RP只有一个,那么DR就选该C-RP做RP；
- 如果对应该IPv6组地址的有多个C-RP，那么优先级最高的是RP（优先级数越小优先级越高）；
- 如果大家优先级相等，那么DR将开始Hash运算，把组地址、hash掩码、和C-RP的地址做为输入参数，输出是一些数字，数字高的C-RP将是该组的RP；
- 如果hash的结果大家也相等，那么IPv6地址最大的C-RP将成为该组的RP。
嵌入式RP的原理
- 使能嵌入RP功能允许路由器从IPv6组播组地址中分析出RP的地址，从而取代静态配置RP或由BSR动态计算的RP
  - 使能嵌入RP功能允许路由器从IPv6组播组地址中分析出RP的地址，从而取代静态配置RP或由BSR动态计算的RP。
  - 使用嵌入式RP的组播组地址范围是FF7x::/16和FFFx::/16，x表示0～F的任意一个十六进制数
- 接收者主机发布MLD报告消息，加入组播组；接收侧DR提取内嵌在组播组地址中的RP地址，向其发送IPv6 PIM-SM加入消息
  - 接收者主机发布MLD报告消息，加入组播组；
  - 接收侧的DR提取内嵌在组播组地址中的RP地址，向其发送IPv6PIM-SM加入消息
- 组播源知道组播地址后，向此组播组发送报文；源侧DR提取内嵌在组地址中的RP地址，向其以单播方式发送IPv6 PIM-SM注册消息
  - 组播源知道组播地址后，向此组播组发送报文；
  - 组播源侧的DR提取内嵌在组播地址中的RP地址，向其以单播方式发送IPv6PIM-SM注册消息
- 嵌入RP地址的组播组地址
  - RP地址转换
    - 一个128bits的RP地址如何嵌入到一个128bits的IPv6组播组地址中去？
      - 如何由组播组地址得到RP地址？
        
        提取“plen”字段，转换为十进制数
        
        将“Network Prefix”字段的前“plen” bits提取出来作为RP地址的地址前缀
        
        将“RIID”字段提取出来作为RP地址的Interface ID的最后4bits，Interface ID其余部分用0补齐
      - 嵌入RP实例
        
        组播地址FF70:140:2001:DB8:BEEF:FEED::/96，则从组播地址中获取的RP地址为2001:DB8:BEEF:FEED::1/64
      - 定义特殊的组播地址
        
        嵌入RP地址的组播组地址格式

头8bits为FF说明是IPv6组播地址。
Flags字段的范围是7-F，说明是一个嵌入了RP地址的IPv6组播组地址。
RIID字段：RPInterface ID，抽取出来填充在RP地址的最后4bits。
Plen字段：RP地址的前缀长度，换算成十进制数后不能为0，也不能大于64。
Network Prefix字段：RP的地址前缀。
Group ID：组ID。

加入共享树

当接收者主机加入一个组播组G时，通过MLD报文知会与该主机直接相连的叶子路由器，叶子路由器掌握组播组G的接收者信息，然后朝着RP方向往上游节点发送加入组播组的Report消息。
从叶子路由器到RP之间途经的每个路由器都会在转发表中生成（*，G）表项，这些沿途经过的路由器就形成了RP共享树（RPT）的一个分支。
其中（*，G）表示从任意源来的信息去往组播组G。
RPT共享树以RP为根，以接收者为叶子。
当从组播源S来的发往组播组G的报文流经RP时，报文就会沿着已经建立好的RPT共享树路径到达叶子路由器，进而到达接收者主机。
当某接收者对组播信息不再感兴趣时，离该接收者最近的组播路由器会逆着RPT树朝RP方向逐跳发送Prune剪枝消息。
第一个上游路由器接收到该剪枝消息，在接口列表中删除连接此下游路由器的接口，并检查自己是否拥有感兴趣的接收者，如果没有则继续向上游转发该剪枝消息

组播源注册

为了向RP通知组播源S的存在，当组播源S向组播组G发送了一个组播报文时，与组播源S直接相连的路由器接收到该组播报文后，就将该报文封装成IPv6PIM Register注册报文，并单播发送给对应的RP。
当RP接收到来自组播源S的注册消息后，一方面解封装注册消息并将组播信息沿着RPT树转发到接收者，另一方面朝组播源S逐跳发送（S，G）加入消息，从而让RP和组播源S之间的所有路由器上都生成了（S，G）表项，这些沿途经过的路由器就形成了SPT树的一个分支。SPT源树以组播源S为根，以RP为目的地。

停止注册过程

组播源S发出的组播信息沿着已经建立好的SPT树到达RP，然后由RP将信息沿着RPT共享树进行转发。
当RP收到沿着SPT树转发的组播流量后，向与组播源S直连的路由器单播发送注册停止报文。
组播源注册过程结束。

组播流转发过程
- 源数据流延源树（SPT）流向RP，从RP开始，数据流延共享树（RPT）流向接收者。

RPT向SPT切换（切换中）

针对特定的源，PIM-SM通过指定一个利用带宽的SPT阈值可以实现将最后一跳路由器(即离接收者最近的DR)从RPT切换到SPT。当最后一跳路由器发现从RP发往组播组G的组播报文速率超过了该阈值时，就向单播路由表中到组播源S的下一跳路由器发送（S，G）加入消息，Join加入消息经过一个个路由器后到达第一跳路由器（即离组播源最近的DR），沿途经过的所有路由器都拥有了（S，G）表项，从而建立了SPT树分支。
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：
- 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。
- 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。
- 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。
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），便立即加入最短路径树，即从RPT向SPT切换。

切换后的剪枝

当路由器在不同接口接收到RPT和SPT两条路径上传输的相同组播数据时，丢弃沿RPT接收的数据，并向RP逐跳发送剪枝消息。
RP接收到剪枝消息后，更新转发状态，并停止沿RPT转发（S, G）的组播流量；
同时RP向组播源发送剪枝消息删除或更新相关的（S, G）转发项。
通过这种方法，组播数据从RPT切换到SPT

IPv6 PIM-SM配置
- IPv6 PIM-SM配置实例
  - 举例
    - Host A和Host C分别是两个叶子网络中的组播信息接收者。这些接收者通过Router A、Router B、Router C和Router D连接到组播源。

配置思路
- 配置各路由器接口的IPv6地址和IPv6单播路由协议
  - 配置各路由器接口的IPv6地址和掩码。
  - 配置各路由器之间采用OSPFv3进行互连，进程号为1，区域号为0，确保网络中各路由器RouterA、RouterB、RouterC和RouterD之间能够在网络层互通。
- 在各路由器上使能IPv6组播功能，在路由器各接口上使能IPv6PIM-SM，主机侧接口上配置MLD，采用缺省版本2。
- 配置C-BSR和C-RP，充当C-BSR和C-RP的IPv6全球单播地址，此例中都为RouterD上的2004::2。
- 检查配置结果。
配置Router A

system-view //进入系统视图
multicast ipv6 routing-enable //使能IPv6组播路由
interface interface-type interface-number //进入接口视图
pim ipv6 sm //使能IPv6PIM-SM功能
IPv6PIM-SM只有在使能IPv6组播后才能配置。在接口上配置IPv6PIM-SM后，路由器周期性发送Hello消息来发现PIMIPv6邻居，并处理邻居发来的报文。当路由器加入IPv6PIM-SM域时，建议在非边界路由器的所有接口上使能IPv6PIM-SM。
不能在一个接口上同时使能IPv6PIM-SM和IPv6PIM-DM。同一路由器上所有接口的PIMIPv6模式必须相同。
RouterB、RouterC和RouterD上的配置过程与RouterA上的配置相似。
与接受者相连的路由器上需要使能MLD。

配置Router D

在PIM域中可配置一个或多个C-BSR。从C-BSR选举出的BSR负责收集和通告C-RP信息。由于BSR和域中的其他设备需要交换大量信息，因此C-BSR与域中的其它设备之间应预留较大的带宽。所以由骨干网的路由器来充当C-BSR。
在指定本路由器的某接口地址作为C-BSR时，必须同时使能接口的IPv6PIM-SM。C-BSR之间自动选举BSR的过程简要描述如下：
初始时，每个C-BSR都认为自己是PIM-SM域内的BSR，使用自己接口的IPv6地址作为BSR地址来发送自举报文。
当C-BSR从其他路由器接收到自举报文时，把报文中的BSR地址与自己的BSR地址相比较。比较的标准包括优先级和BSR地址。如果优先级相同，优选BSR地址大的，即如果接收的自举报文中的BSR地址更高，则用此地址来代替自己的BSR地址，并不再认为自己是BSR；如果自举报文的BSR地址并不大于自己的BSR地址，则继续认为自己是BSR。
pim-ipv6 //进入PIMIPv6视图
c-bsr ipv6-address [ hash-length ] [ priority-value ] //配置自己的接口地址为C-BSR
c-rpipv6-address[ prioritypriority] //配置C-RP
static-rp rp-address [basic-acl6-number] [ preferred] //配置静态RP
embedded-rp [basic-acl6-number] //配置嵌入式RP
c-bsr命令用来在希望自己成为BSR的路由器上配置自身某接口地址为C-BSR的地址。
- ipv6-address：指定候选自举路由器C-BSR的IPv6全球单播地址。
- hash-length：指定计算RP的哈希函数的掩码长度。整数形式，取值范围是0～128。
pim ipv6 bsr-boundary命令用来设置作为BSR域边界的接口。在接口上配置此命令后，自举消息不能通过此接口，而其他PIM报文可以通过。
c-rp命令用来配置路由器向BSR通告自身是C-RP。配置成为C-RP的路由器和其他设备之间需要保留相对大的带宽。通过配置希望成为RP的接口地址，并选择合适的优先级。
- ipv6-address：指定C-RP的IPv6全球单播地址。
- 如果网络中仅有一个动态RP，配置静态RP能避免由于单个RP发生故障引起的通信中断。使用静态RP转发组播数据时，应该在IPv6PIM-SM域中所有路由器上配置完全相同的静态RP命令。
static-rp命令用来配置静态RP。
- rp-address：指定静态RP地址。此地址必须是有效的IPv6全球单播地址。
- basic-acl6-number：指定用于控制静态RP服务的组播组范围的基本访问控制列表号。取值范围是2000～2999。
- preferred：表示配置的静态RP和由BSR机制选择的RP不同时，优先选择此静态RP。不指定此参数时，优先选择BSR机制选择的RP。
嵌入式RP用于路由器从组播地址中获取RP地址，从而取代静态RP或从BSR机制选举的动态RP。使用嵌入式RP的组播地址范围是FF7x::/16～FFFx::/16，x表示0～F的任意一个十六进制数。

查看接口的PIM配置和BSR选举信息
- 查看接口的PIM配置:display pim ipv6 interface [ interface-type interface-number ]

查看接口的BSR选举信息:display pim ipv6 bsr-info

查看RP信息
- 查看RP信息:display pim ipv6 rp-info [ ipv6-group-address ]

查看IPv6组播路由信息－源侧DR
- 查看IPv6组播路由信息－源侧DR

假设HostA加入组G（FF0E::1），RouterD和RouterB之间建立RPT树，在RPT路径上的路由器（RouterD和RouterB）生成（*, G）项。
组播源S（2001::5）向组播组G发送组播报文后，在源树路径上的路由器（RouterA和RouterD）生成（S, G）项。

查看IPv6组播路由信息－RP
- 查看IPv6组播路由信息－RP

IPv6 PIM-SSM工作原理
- IPv6 PIM-SSM概述
  - SSM模型提供了指定源组播的解决方案，配合MLDv2采用IPv6 PIM-SM的部分机制来实现。
    - 定义了特殊的组播地址：FF3x::/32，不存在源发现问题
    - 需要和MLDv2配合使用
    - 扩展了PIM SM协议，PIM-SSM不涉及RP、BSR、RPT生成、组播源注册等复杂机制
    - 基于组播源的单播路由直接生成SPT树，可以实现跨域组播
  - 由于最后一跳路由器通过MLDv2协议已经知道了组播源的地址，可以直接发起指定源-组的加入过程，在SSM网络中创建组播源到接收者的SPT
  - IPv6 PIM-SSM的实现可以概括成邻居发现、DR选举和SPT生成：
    - 邻居发现和DR选举过程与IPv6PIM-SM中的描述相同，是通过在路由器间发送Hello消息来实现的；
    - 由于PIM-SSM也使用PIM-SM协议，路由器生成RPT还是生成SPT的判决取决于组播地址是否在SSM组地址范围内。
  - IPv6 PIM-SSM工作原理

SSM模型中，用信道（Channel）概念来表示（S,G）组合，用定制（Subscribed）消息概念来表示加入消息。
假定网络中的UserA和UserB需要接收组播源S的信息，就通过MLDv2向最近的查询器发送一个标为（includeS, G）的报告信息。如果UserA和UserB不需要接收组播源S的信息，发送一个标为（excludeS, G）或包含其他组播源的报告消息。无论使用上述哪个报告消息，接收者是明确指定组播源S的。
接收到报告消息的查询器检查此消息的组播地址是否在SSM组地址的范围内。如果是，则路由器根据SSM模型建立组播分发树，随后向指定源逐跳发送定制消息（也称加入消息）。沿途上的所有路由器创建（S,G）项。以源S为根节点、接收者为叶子的SPT树就生成了。SSM模型使用此SPT树作为传输路径。
如果查询器发现组播地址在SSM组范围外，就在IPv6PIM-SM基础上建立组播分发树。

IPv6 PIM-SSM配置实例
- 举例
  - Host A和Host C分别是两个叶子网络中的组播信息接收者。这些接收者通过Router A、Router B、Router C和Router D连接到组播源。

RouterB和N1、RouterC和N2之间的主机侧接口必须运行MLDv2协议。
配置思路：
- 配置各路由器接口的IPv6地址和IPv6单播路由协议。
  - 配置各路由器接口的IPv6地址和掩码。
  - 配置各路由器之间采用OSPFv3进行互连，进程号为1，区域号为0，确保网络中各路由器RouterA、RouterB、RouterC和RouterD之间能够在网络层互通。
- 在各路由器上使能IPv6组播功能，在路由器各接口上使能IPv6PIM-SM。
- 在各路由器配置IPv6PIM-SSM 组播组的地址范围。
- 在路由器的主机侧接口上配置MLDv2。
- 检查配置结果。
配置Router A

在RouterA上配置IPv6PIM-SSM组播组的地址范围是FF3E::1。
RouterB、RouterC和RouterD上的配置过程与RouterA上的配置相似。
SSM模型采用的是IPv6PIM-SM的子集，所以必须先在网络中所有的路由器上使能IPv6PIM-SM功能。同时，配置SSM组的地址范围。缺省情况下，采用IANA定义的SSM组范围。
如果用户希望从指定源S接收信息，或从指定源外的所有源S接收信息，必须发送含有信道（S,G）的MLDv2报告消息。接收侧的DR接收到此消息后，判断消息中的组播地址G是否在SSM组的地址范围内。如果是，DR向组播源S发送加入消息，并在沿途各路由器上创建（S,G）项，从而建立SPT树，SSM模型就此建立。如果组播地址G在SSM组地址范围外，或用户没有显式指定源地址S，DR触发建立IPv6PIM-SM基础上的ASM模型。
SSM模型通过IPv6PIM-SM的子集来实现。使能IPv6PIM-SM的同时也就使路由器具有SSM处理能力。路由器周期性发送Hello报文来发现PIMIPv6邻居，并处理邻居发来的报文。当路由器加入IPv6PIM-SSM时，建议在非边界路由器所有接口上使能IPv6PIM-SSM。
组播源的信息通过IPv6PIM-SSM模式还是IPv6PIM-SM模式传递到接收者，取决于信道（S,G）的组播地址是否在SSM组地址范围内。因此，IPv6PIM-SSM模式中，组地址信息十分重要。
如果没有指定SSM组地址范围，系统采用IANA为SSM保留的FF3x::/12网段作为缺省的地址范围。
system-view //进入系统视图
multicast ipv6 routing-enable //使能IPv6组播路由
interface interface-type interface-number //进入接口视图
pim ipv6 sm //使能IPv6PIM-SSM功能
pim-ipv6 //进入PIMIPv6视图
ssm-policybasic-acl6-number //配置IPv6PIM-SSM组播地址范围

查看IPv6组播路由信息
- 查看IPv6组播路由信息：display pim ipv6 routing-table

如果Host A需要接收组播源S（2001::5）发给组G（FF3E::1）的信息，Router B建立到源的SPT。
SPT路径上的Router A和Router B生成（S,G）项，SPT路径外的Router D不存在（S,G）项。

组播路由管理
- 组播路由管理简介（IPv6）
  - 为了实现组播路由转发路径的控制与维护，组播路由管理提供了一系列特性。
  - 主要分为RPF（ Reverse Path Forwarding ）和组播负载分担。

组播路由和转发与单播路由和转发类似，首先每个组播路由协议都各自建立并维护了一张协议路由表。
各组播路由协议的组播路由信息经过综合形成一个总的组播路由表（MulticastRouting-Table）。
最后，路由器根据组播路由和转发策略，从组播路由表中选出最优的组播路由，并下发到组播转发表（MulticastForwarding-Table），直接用于控制组播数据的转发。
通过组播转发表，整个网络建立了一条以组播源为根，组成员为叶子的一点到多点的转发路径。
为了实现转发路径的控制与维护，组播路由管理提供了一系列特性。

IPv6组播协议路由表
- 组播协议路由表是运行各种组播路由协议时由各个协议自己维护的表项，是组播路由和转发的基础。
- PIM路由表项信息如下：

(FC00::2,FFE3::1) (S, G)表项。
Protocol:pim-sm协议类型。第一个Protocol表示生成表项的协议类型，第二个Protocol表示生成下游接口的协议类型。
Flag:SPT LOC ACT PIM路由表项的标志。
UpTime:00:04:24 存在时间。第一个UpTime表示表项已存在的时间，第二个UpTime表示下游接口已存在的时间。
Upstreaminterface: Vlanif20 上游接口。
Upstreamneighbor: FE80::A01:100:1 上游邻居。NULL表示不存在上游邻居。
RPFprime neighbor: FE80::A01:100:1 RPF邻居。NULL表示不存在RPF邻居。
Downstreaminterface(s) information: 下游接口信息。
Totalnumber of downstreams:1 下游接口数量。
Expires:00:02:47 下游接口老化时间。

IPv6组播路由表
- 组播路由表是组播路由管理模块生成的路由表。
- 如果组播路由管理支持多种组播协议，那这里应该能看到多种协议生成的优选出的路由信息。

(FC00::2, FFE3::1) 第00001号表项，是(S,G)形式。
Uptime:00:00:14 组播路由表项更新时间。
UpstreamInterface: Vlanif10 上游接口。
Listof 1 downstream interface 下游接口列表。

组播转发表
- 组播转发表是路由管理模块依据组播路由表信息生成的用于指导组播数据实际转发的表项，通常称为MFIB。
- 真正指导组播数据转发的是组播转发表，转发表项中概括性记录了报文转发的统计信息。
- 这张表与单播中FIB表的功能是一样的，用于指导组播数据转发。

(FC00:1::3, FF1E::1) 第00001号表项，是(S,G)形式。
MID:10 组播转发表项在MFIB表中的唯一标识，用于快速检索组播转发表。
Flags:ACT 组播转发表项的标志。
UpTime:02:54:43 组播转发表项已存在的时间。
Timeoutin: 00:03:26 组播转发表项超时时间。
Incominginterface: Vlanif10 表项入接口。
Listof 1 outgoing interfaces 表项出接口列表。
Activetime:00:23:15 出接口已存在时间。
Matched38264 packets(1071392 bytes) 匹配该表项的报文数目。
Wrong If 0 packets 从错误接口进入的报文数目。
Forwarded38264 packets(1071392 bytes) 已转发的报文数目。

RPF检查
- 确保组播流量沿正确路径转发，避免环路
  - 组播路由协议通过已有的单播路由信息来确定上、下游邻居设备，创建组播路由表项。
  - 运用RPF检查机制，来确保组播数据流能够沿组播分发树（路径）正确的传输，同时可以避免转发路径上环路的产生。
- 基于单播路由表
  - 在实际组播数据转发过程中，如果对每一份接收到的组播数据报文都通过单播路由表进行RPF检查，会给路由器带来很大负担。
  - 因此，路由器在收到一份来自源S发往组G的组播数据报文之后，首先会在组播转发表中查找有无相应的（S，G）组播转发表项：
    - 如果不存在（S，G）转发表项，则对该报文执行RPF检查，将检查到的RPF接口作为入接口，创建组播路由表项，下发到组播转发表中。其中，对RPF检查结果的处理方式为：如果检查通过，表明接收接口为RPF接口，向转发表项的所有出接口转发；如果检查失败，表明报文来源路径错误，丢弃该报文。
    - 如果存在（S，G）转发表项，并且接收该报文的接口与转发表项的入接口一致，则向所有的出接口转发该报文。
    - 如果存在（S，G）转发表项，但是接收该报文的接口与转发表项的入接口不一致，则对此报文进行RPF检查。对RPF检查结果的处理方式为：
      - 若RPF检查选取出的RPF接口与转发表项的入接口一致，则说明（S，G）表项正确，报文来源路径错误，将其丢弃。
      - 若RPF检查选取出的RPF接口与转发表项的入接口不符，则说明（S，G）表项已过时，于是把表项中的入接口更新为RPF接口。
      - 然后再根据RPF检查规则进行判断：如果接收该报文的接口正是其RPF接口，则向转发表项的所有出接口转发该报文，否则将其丢弃。
    - 检查过程：
      - 路由器确认组播报文是从自身连接到组播源的接口上收到的，才进行转发，否则丢弃
    - RPF检查原理：
      - 路由器收到一份组播报文后，会根据报文的源地址通过单播路由表查找到达“报文源”的路由，查看到“报文源”的路由表项的出接口是否与收到组播报文的入接口一致。
      - 如果一致，则认为该组播报文从正确的接口到达，从而保证了整个转发路径的正确性和唯一性。这个过程就被称为RPF检查。
      - 如果这几条等价路由都是来自同一张路由表项，则选取下一跳地址最大的路由作为RPF路由。
      - RPF检验可以基于单播路由、MBGP路由和组播静态路由。他们之间的优先顺序为组播静态路由、MBGP路由、单播路由。
    - 拓扑描述

来自组播源FC00:0:0:2001::1/64的组播流从S1口到达路由器，路由器检查路由表，发现可以转发该组播流的端口为S0，RPF检查失败。因此达到S1口的数据流被丢弃。
来自组播源FC00:0:0:2001::1/64的组播流从S0口达到路由器，检查路由表发现入接口与接收该组播流的接口S0一致，RPF检查成功。因此组播流将被正确的转发。

组播负载分担
- “负载分担”与“负载均衡”是不同的概念。
  - “负载分担”是指如果发往某一目的地的数据流存在多条等价的转发路径，就将数据在这多条路径上转发，达到分流的目的。在进行数据转发时，每一条路径上转发的数据流量并不一定相同，转发流量多少需要根据负载分担方式来决定。
  - “负载均衡”属于“负载分担”的一种特殊形式，不仅将数据流在这多条路径上转发，并且每条路径转发等量的数据流量。
- 缺省情况下，组播报文转发过程中如果存在多条等价的最优转发路径，按照RPF检查对等价路由的处理规则，只会从IGP路由表中选取出下一跳地址最大的路由作为RPF路由。
- 组播负载分担前后对比示意
  - 组播负载分担是指如果存在多条等价的最优转发路径时，不按照RPF检查规则来选取下一跳地址最大的路由，而是根据配置的组播负载分担方式将组播流在这多条路径上进行分流转发。

组播源Source向组播组G发送组播流，路由器RouterA和RouterD之间运行某种IGP协议（如OSPF），RouterA→RouterB→RouterD和RouterA→RouterC→RouterD是2条等价转发路径。
缺省情况下，根据RPF检查规则，组播流会从Int1端口转发，因为Int1的IP地址比Int0地址大。配置组播负载分担之后，就不会根据下一跳地址来选取转发路径，RouterA→RouterB→RouterD和RouterA→RouterC→RouterD都会转发组播流。

IPv6组播典型应用
- 域内组播:PIM SM + MLD

如图所示，域内路由器运行PIMSM，和接收者相临的接口运行MLDv1，在IPv6组播中MLDv1协议等同于IPv4组播中的IGMPv2，用于获取组播组成员信息并通知上层协议。
区域内所有路由器通过RP的静态配置、BSR、或者自动发现方式得到RP信息。
和IPv6接收者相连的倒数第一跳路由器收到接收者发送的MLDreport报文，沿RPF邻居向上游发送(*，G)加入消息，直到RP收到(*，G)加入消息，沿途路由器都创建(*，G)项，生成以RP为根的共享树。
组播源发出组播数据，第一跳路由器向RP发送PIM注册消息，RP收到后回应注册停止消息。
RP向通过RPF邻居向第一跳路由器发(S，G)加入消息，沿途路由器创建(S，G)项，生成以第一跳路由器为根的源路径树。
组播数据沿源路径树到达RP，并沿(*，G)转发，沿途路由器生成(S，G)项，组播数据到达接收者。

思考题
- IPv6PIM-SM和IPv4PIM-SM有哪些不同？
  - 地址不同，协议机制完全一样。
- IPv6PIM-SSM的工作机制是怎样的？
  - IPv6PIM-SSM的实现可以概括成邻居发现、DR选举和SPT生成：
  - 邻居发现和DR选举过程与IPv6PIM-SM中的描述相同，是通过在路由器间发送Hello消息来实现的；
  - 由于PIM-SSM也使用PIM-SM协议，路由器生成RPT还是生成SPT的判决取决于组播地址是否在SSM组地址范围内。
- 总结
  - PIM-SM协议机制
  - IPv6PIM-SM配置
  - IPv6PIM-SSM工作原理
  - 组播路由管理
  - IPv6组播典型应用

daimuya

偶尔偷懒，经常偶尔

datacom-PIM

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